基于HJ-HSI数据的伊犁绢蒿荒漠草地生物量估测

以地面实测数据为依据,通过获取其同步HJ-HSI影像光谱反射率,筛选出光谱变量、波段变量,对不同利用状态的退化伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地(围栏封育区N,围栏外重度退化区W_1,围栏外中度退化区W_2)的地上生物量进行估测。结果表明,1)各季节不同利用状态伊犁绢蒿荒漠草地群落HJ-HSI光谱反射率不同,春季为W_2NW_1,夏季为W_2W_1N,秋季为W_1W_2N;2)HJ-HSI可以实现对伊犁绢蒿荒漠草地地上生物量的估测,估测模型因群落类型和季节不同而存在差异。春、夏、秋3个季节的估测模型,N分别由DVI、NDVI、620.225-627.895nm反射率平均值所构建,W_1分别由近红外波段(Rn)、656.305nm和776.8199nm反射率归一化值、MSAVI构建,W_2分别由652.09和732.01nm反射率归一化值、红外波段(Rr)、584.52-598.295nm反射率平均值构建。     

天山北坡草地盖度高光谱遥感估算

以天山北坡乌鲁木齐县甘沟乡为研究区,利用美国SVC HR-768便携式光谱仪采集25块样方的高光谱数据,并测定对应样方中草地盖度,分析草地盖度与原始光谱、一阶微分光谱和高光谱特征变量之间的相关关系;采用回归统计的方法,基于高光谱位置变量、高光谱面积变量和高光谱植被指数变量构建草地盖度的估测模型,并进行模型精度评价。结果表明,研究区草地盖度与植被冠层光谱反射率相关性较强的波段范围为354-704、1 420-1 481和1 904-2 512nm;基于一阶微分光谱和高光谱植被指数构建的估测模型能更好地反演草地盖度。通过模型检验,确定基于560nm的光谱一阶微分模型y=-384.153x+72.096可作为草地盖度的最优估测模型,模型均方根误差为7.344%,估算精度为90.343%。     

退化伊犁绢蒿荒漠草地群落特征与地面光谱反射率相关性分析

利用便携式光谱仪,采集围栏内外伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地群落的光谱反射率,并测定其群落数量特征,研究两者之间的相关性,围栏内外对比,并筛选出敏感波段进行回归分析,建立预测模型。结果表明:围封的退化伊犁绢蒿荒漠草地得到了一定恢复;一阶微分后的光谱数据与草地群落的相关性明显提高,归一化不但可以提高相关水平,更加突出了围栏内外的差异;根据筛选出的敏感波段做回归分析,比较显著性和相关性,确定预测模型,围栏外盖度以677.4~729.6nm波段建立,y=-232746x3+65081x2-5386.9x+165,相关系数达到0.82(P0.01),围栏内盖度以622~754.3nm波段建立,y=-1040.5x2+526.78x-8.3912,相关系数为0.73(P0.01);围栏外地上生物量以1 904nm和624.8~734.9nm波段建立,y=0.0773x2-6.5177x+159.41,y=10.46e8.7018x,相关系数分别为-0.86(P0.01)和0.86(P0.01);围栏内地上生物量以622~729.6nm波段建立,y=2875x2-328.02x+46.013,相关系数为0.82(P0.05),而地面光谱反射率及两种处理方法与群落的平均高度、密度相关性较低。     

围栏封育对黄河源区退化高寒草地植被组成及生物量的影响

在黄河源区-青海省果洛藏族自治州玛沁县选取4个不同退化程度的天然草地,以围栏内封育和围栏外自由放牧草地作比较,采用样方法调查草地围栏内外的群落结构特征和草地初级生产力生物量,并通过计算地上与地下生物量比值以及植物群落干鲜比来评价围栏封育的效果。结果表明:不同退化程度围栏内外的植被组成存在显著差异;随着退化程度的加剧,植物群落的盖度、高度以及多样性指数有下降趋势,且围栏内的盖度、高度及多样性指数均大于围栏外的;植物群落高度、盖度、地上生物量和生物量干鲜比随着退化程度加剧有减小的趋势。围栏封育有利于改善青藏高原退化高寒草地的植物群落结构,提高草地植物群落的盖度和生物量,促进其恢复演替。     

基于HJ-1A卫星数据的高寒草地氮素评估-以青海省贵南县及玛沁县高寒草地为例

基于HJ-1A HSI卫星遥感资料,结合2014年青海省玛沁县、贵南县研究区高寒草地野外实测数据,建立了高寒草地氮素含量的估测模型,并对模型进行了精度评价,筛选出最优反演模型,分析了研究区高寒草地氮素的空间分布。结果表明,1)高寒草地HSI的原始光谱反射率、一阶导数光谱反射率及去包络线光谱反射率与地面实测氮素含量有一定的相关性,特别是吸收特征波段1(750.95~791.95 nm)和吸收特征波段3(889.03~921.30 nm)与氮素含量具有显著的相关性;2)基于吸收特征波段1构建的波段深度指数BD_767.99可以较好的估测研究区高寒草地氮素含量,利用此变量拟合的线性回归模型可以解释研究区高寒草地氮素含量变化的44%,模型估测精度可达81.6%;3)贵南研究区氮素含量的空间变异较大,整体而言,西北部和西南部地区氮素含量较高,东北部地区氮素含量较低;玛沁研究区氮素含量的空间变异较小,草地氮素含量水平整体较低。     

基于机器学习的青藏高原天然草地盖度时空变化特征研究

草地盖度是评价草地生长状况的重要指标,构建高精度的盖度估测模型是开展天然草地动态监测的关键。本文利用2003—2018年实测数据和地形、土壤等55个指标,建立了4种草地盖度遥感估测模型,通过比较得到研究区草地盖度遥感估测最优模型,并分析了2001—2019年研究区草地盖度时空动态变化。结果表明：由最小绝对压缩变量筛选方法选出10个有较高重要性的变量。其中,比值植被指数与草地植被盖度间的相关性优于其他单因素模型与草地植被盖度间的相关性。在3种机器学习模型中,随机森林优于人工神经网络与支持向量机模型,其R²和均方根误差分别为0.68和12.75%。机器学习方法构建的草地盖度模型优于单因素模型,其R²可提高0.09～0.16,RMSE降低1.52%～2.81%;2001—2019年,研究区草地盖度整体上呈现出自西向东、自北向南增加的趋势,呈增加趋势的面积占比为55.4%,呈减少趋势的面积占比为44.6%。     

甘肃省天然草地退牧还草工程效益遥感监测研究——以安西县荒漠草地为例

以"3S"技术为支撑,结合遥感图像、草地光谱观测以及地面调查数据对安西县实施退牧还草后植被恢复情况进行分析研究.结果表明:除河东戈壁温性荒漠草地短期效果不明显外,其它草地不论是盖度、高度和产草量还是植被指数,围栏内较围栏外均有一定幅度的提高,其中牧草盖度、高度和产草量围栏内较围栏外平均增加了5.0%、16.9%和6.8%.植被指数增加了8.9%,2005年植被指数较2004年增加了9.7%.高光谱遥感进一步监测结果显示围栏内牧草光谱反射率比围栏外高,同样说明牧草长势及生产力围栏内要好于围栏外.由此可见,安西县退牧还草工程的实施已经取得了明显的效果.     

退化伊犁绢蒿荒漠草地高光谱特征分析

利用SVC HR-768 便携式光谱仪测定围栏内、外不同退化梯度伊犁绢蒿（Seriphidium transiliense）荒漠草地植物群落的光谱反射率,以及该类草地退化过程中的优势种伊犁绢蒿（减少种）、叉毛蓬（Petrosimonia sibirica）（增加种）、萹蓄（Polygonum aviculare）（侵入种）和裸地的光谱反射率,为实现伊犁绢蒿荒漠草地的高光谱遥感监测奠定基础。结果表明：在近红外波段,特征种与裸地的光谱反射率为裸地>萹蓄>伊犁绢蒿>叉毛蓬。萹蓄光谱反射率对退化草地植物群落的反射特征影响很小。退化草地植物群落冠层光谱反射率主要受伊犁绢蒿和叉毛蓬反射特征的影响,与优势种重要值成正相关关系,中度退化草地植物群落光谱反射率为围栏内>围栏外;重度和极度退化草地植物群落光谱反射率为围栏内<围栏外。     

基于Landsat 8 OLI和MODIS数据的高寒草地盖度升尺度效应研究——以夏河县桑科草原试验区为例

基于Landsat 8OLI和MODIS卫星遥感资料,结合2013-2014年甘南州夏河县桑科草原试验区野外实测盖度数据,对草地盖度敏感的OLI波段及其组合指数进行了筛选,构建并确立了试验区基于MODIS植被指数的草地盖度反演模型,探讨了不同空间升尺度方式对草地盖度的空间效应。结果表明,1)OLI比值植被指数r(Band7/Band5)对草地盖度的响应最敏感,基于该指数的草地盖度最优反演模型为yoli=-270.064xoli+115.987(R2=0.833,P0.001);2)基于MODIS MEVI和Landsat 8OLI比值植被指数r(30m)反演的盖度重采样数据(250m)的对数模型为最优草地盖度评估模型(R~2=0.795,P0.001),其决定系数较MODIS MEVI与基于农业多光谱照相机(agricultural digital camera,ADC)的盖度数据建立的回归模型高(R~2=0.706),绝对误差和相对误差较低;3)基于OLI和MODIS植被指数的3种草地盖度回归模型(方法1~3)精度均优于直接使用MODIS植被指数建立的回归模型(方法4);方法3利用OLI比值指数r反演盖度(30m),将其升尺度至250m,再反演盖度构建的对数模型的精度最高(R~2=0.795),其次依次为方法2构建的模型(R2=0.760)、方法1构建的模型(R~2=0.730)和方法4构建的模型(R2=0.706)。     

短期围栏封育对藏北3类退化高寒草地群落特征的影响

为了解藏北地区退化高寒草地植物群落对短期围栏的响应,本研究以当地的3类高寒草地植被为研究对象,分析了围栏封育对草地群落的影响.结果表明,围栏封育措施能显著提高3类草地群落高度、盖度和地上生物量,物种数也有不同程度的增加.高寒荒漠植被群落盖度、高度变化对围封措施响应较快,但物种数变化的响应较慢;高寒草原和高寒草甸群落盖度...     

基于高光谱数据的高寒草甸氮磷钾含量估测方法研究——以青海省贵南县及玛沁县高寒草甸为例

以青海省玛沁县和贵南县高寒草甸作为典型研究区,利用地物光谱仪采集了20块样地的高光谱数据,并测定了对应样地所有样方中牧草的养分含量,分析了牧草中氮磷钾素含量与冠层原始光谱反射率和一阶微分光谱反射率之间的相关关系;采用回归统计方法,基于光谱位置变量,光谱面积变量及植被指数变量构建了高寒草甸氮磷钾素的估测模型,并对模型进行了精度评价.结果表明,1)与原始光谱反射率曲线相比,一阶微分光谱反射率曲线能较好地反映牧草中N,P,K素所对应的敏感波段;2)高寒草甸牧草中N,P,K素含量与冠层高光谱相关性较强的波段大多分布在红光区域(680~760 nm);3)基于光谱位置变量构建的估测模型能更好地反演高寒草甸N,P,K素含量.其中,以光谱位置变量R'_708.88为自变量的对数模型对氮素含量估测效果较好,R²为0.67,估测精度达到83.56%;以光谱位置变量R'_704.85为自变量的对数模型对磷素含量估测效果较好,R²为0.55,估测精度达到92.15%;以光谱位置变量R'_697.36为自变量的对数模型对钾素含量估测效果较好,R²为0.86,估测精度达到82.44%.     

高山草地植被盖度对气候变暖和人类活动的响应

高寒草地对气候变化和人类活动的干扰响应敏感,高寒草地植被盖度估算是了解高寒草地植被状况和评估退化草地修复效果的一个重要方法。目前,地面盖度估算的主要方法是数码照相法,其中基于多光谱照片的盖度提取是比较准确和高效的方法。本研究采用多光谱相机对疏勒河上游不同演替阶段高寒草地、围栏封育和翻耕补播草甸生长季内的植被盖度进行了观测,研究了气候变暖和人类活动干扰下高寒草地植被盖度的变化,同时对估算多光谱照片盖度的阈值法做了改进。结果表明,1）新阈值法的估算结果与真实值之间无显著差异（P=0.219）,而旧阈值法与真实值之间差异极显著（P=0.001）;2）处于不同演替阶段的草地类型具有不同的植被盖度,沼泽草甸最高,各草地类型盖度均在7月达到最大;3）在生产力较低的多年冻土区,围栏封育对高寒草地修复效果在短期内不明显,翻耕补播甚至会导致植被盖度进一步降低。     

天山北坡山地草原围栏封育效果研究

连续3年对天山北坡草甸草原和干草原进行围栏封育,并对围栏内外不同利用强度下草地植被的植物量、高度、盖度、密度、频度和土壤容重等方面进行了调查,对草地群落结构和立地条件进行了观测。结果显示,围栏封育3年天然草地植物群落的组成基本稳定,围栏内的草地植物量明显高于围栏外草地（P〈0．05）。随着利用强度的增加,草地植物种类组成,重要值和土壤含水量明显降低。表明围栏封育可以有效遏止草地退化,对草地恢复效果明显。     

不同围栏时间对昭苏河滩阶地退化草甸草原群落结构特征的影响

采用样方法对昭苏河滩阶地退化草甸草原围栏6a、4a、2a和围栏外自由放牧草地的群落高度、盖度、产量及地下生物量进行了调查分析,结果表明：随着围栏时间的延长,针茅的优势度显著增加,围栏外和围栏2a、4a、6a分别为5.75%、13.14%、19.78%和34.03%;而百里香、草莓、糙苏、十字花科、高大杂类草均呈降低趋势。但草地产量、草层高度、群落盖度呈倒＂V＂型,在围栏4a最高。同时,地下根量随着围栏时间的延长而增加,20～30cm根量所占比例增加显著。说明围栏封育对退化草地恢复效果显著,但封育一定时间后应适时放牧,才能保证草地生产力的持续发挥。     

甘德县草地围栏禁牧效果监测分析

通过对网围栏效益调查分析,凡是安装了围栏的草地,牧草高度、密度、盖度、频度以及牧草产量都显著地高于对照区(围栏外草地植被),而且有围栏的退化草地植被其恢复进度也高于对照区,表明采取围栏禁牧措施,对保护草地生态,加快退化草地的植被恢复具有重要的作用.     

改则高寒荒漠草地改良效果

对西藏阿里地区改则县高寒荒漠退化草地,采用了围栏、围栏＋灌溉及围栏＋灌溉＋补播3种改良措施,以围栏外天然草地为对照,通过研究几个改良措施对草地植物高度、盖度、密度、地上生物量、重要值及物种多样性的影响,寻求适宜于该类退化草地恢复的最佳措施。结果表明,3种改良措施与对照相比均能明显改善退化草地群落中所有植物的生长状况;围栏＋灌溉、围栏＋灌溉＋补播措施可以提高高寒荒漠退化草地的物种多样性;与其他改良措施相比,围栏＋灌溉＋补播措施可以显著提高高寒荒漠退化草地物种均匀度;综合考虑,围栏＋灌溉措施更适宜于改则县高寒荒漠退化草地的改良恢复。     

江河源头不同程度退化小嵩草高寒草甸草场的封育效果

通过对位于江河源头达日县的不同退化程度小嵩草Kobrecia parva高寒草甸3年的封育研究,结果表明:围栏封育对不同退化程度小嵩草高寒苹甸草场的总盖度及不同经济类群植物的益度、总地上生物量、不同经济类群植物的地上生物量及其组成、退化群落对未退化群落(原生植被)的相似性系数均有显著的影响。经过3年的封育后,草地植被总盖度、总地上生物量、禾本科和莎草科植物的盖度和地上生物量、群落的相似性系数均有不同程度的增加。轻度退化草地封育2-3午后,草地的优良牧草及可食杂类草不论是盖度还是地上生物量均高且占绝对优势,草地即可得到恢复;中度退化草地要靠封育恢复需要的时间可能会更长一些;重度和极度(黑土滩)退化草地,必须通过建植人工草地、结合补播、施肥、毒杂草防除等其它措施改良,以治本的工程措施为主。     

基于UAV技术和MODIS遥感数据的高寒草地盖度动态变化监测研究—以黄河源东部地区为例

利用黄河源东部地区野外实测样地数据和MODIS卫星遥感资料,结合农业多光谱相机(agricultural digital camera,ADC)、普通数码相机(Canon)、无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)等设备获取的高寒草地盖度数据,构建了基于MODIS NDVI、EVI的草地盖度反演模型,比较分析了不同草地盖度监测方法的精度,确立了黄河源区草地盖度遥感监测的最优反演模型,并分析了研究区近16年草地植被盖度的动态变化。结果表明,1) MODIS NDVI与基于UAV相片计算的草地盖度间的相关性优于MODIS EVI,而MODIS EVI与ADC和Canon照片计算的草地盖度之间的相关性则优于MODIS NDVI;2) 就Canon和ADC方法构建的草地盖度反演模型而言,前者精度远高于后者,普通数码相机方法更适宜于高寒草地植被盖度的估算;3) 对比分析两种植被指数与Canon相机、ADC和大疆(DJI)无人机航拍(航高30和100 m两种方法)相片计算的草地盖度之间的关系表明,MODIS NDVI对航高30 m UAV航拍相片计算的盖度数据的响应最敏感,基于UAV航高30 m的相片和NDVI构建的草地盖度反演模型最优;4) 黄河源东部地区2000-2015年间草地盖度稳定不变的区域达71.46%,多分布在东南部;呈增加趋势的区域占研究区草地面积的22.01%,由西向东、由北向南增加幅度呈减少趋势;盖度减少区域零星分布在黄河源北部和南部的部分地区,仅占研究区草地面积的6.53%。     

基于高光谱数据的高寒草地土壤有机碳预测模型研究

土壤退化是草地退化的更深层次指示,运用遥感手段大面积测定土壤有机碳进而评估草地土壤状况有助于对草地退化状态的正确认识。以甘南州高寒草地土壤为研究对象,使用ASD地物光谱仪,在室内条件下对土壤样品进行可见光/近红外光谱测量,分析8种光谱变换形式与土壤有机碳含量的相关性并选取特征波段,利用3种多元回归方法(逐步多元线性回归、主成分回归、偏最小二乘回归),通过验证样本的决定系数(R_v²)、均方根误差(RMSE)和剩余估计偏差(RPD)来评价模型,进而确定高寒草地土壤有机碳的最佳估测模型。结果表明,微分变换方法可以显著提高光谱特征与土壤有机碳含量的相关性,在所有变换形式中以光谱反射率的一阶微分与土壤有机碳含量相关性最好,最大相关系数绝对值为0.865;基于光谱反射率一阶微分变换形式的3种多元回归方法对土壤有机碳均有极好的预测能力,表明对于土壤有机碳的稳定监测来说光谱反射率的一阶微分是非常有效的变换形式;综合考虑基于所有光谱变换形式的3种多元回归方法的预测结果,偏最小二乘回归法具有高的R_v²和RPD,同时具有低的RMSE值,是研究区土壤有机碳估测的最优回归方法;基于光谱反射率对数的一阶微分变换形式所建立的偏最小二乘回归模型具有相对较高的预测集决定系数(R_v²=0.878)、最大剩余估计偏差(RPD=2.946)和最小均方根误差(RMSE=7.520),因此该模型为甘南高寒草地土壤有机碳的最优估测模型,最优模型的RPD大于2.5说明该模型有足够的稳定性可以应用于其他地区土壤有机碳的估测。     

高山草地的反射光谱与牧草长势的相关分析

不同的草地群落，其反射光谱曲线差异显著，草地植被盖度对光谱反射有显著影响，在５５０ｎｍ波段，随着植被盖度增加，其反射率相应提高，在６５０ｎｍ波段，与之相反，盖度增加，光谱反射率下降；在近红外波段，光谱反射率的增加与植被盖度增长同步，植物群落的季相对反射光谱表现出与盖度相似的影响，在遥感图像上一定有响应。