川西北高寒草甸常见植物光谱特征分析

【目的】草地光谱反射特征是运用遥感数据研究草地植被理化特性和植被分类的基础,对不同草地植物光谱反射特征开展分析研究,为草地植被的定量遥感与准确识别提供理论参考与技术支持。【方法】采用便携式地物光谱仪,于 2021 年 7-8 月在四川省甘孜州雅江县对川西北 8 种高寒草甸常见植物蕨麻（Argentina anserina）、高山嵩草（Kobresia pygmaea）、花葶驴蹄草（Caltha scaposa）、藏蒲公英（Taraxacum tibetanum）、广叶橐吾（Ligularia euryphylla）、淡黄香青（Anaphalis flavescens）、圆穗蓼 （Polygonum macrophyllum）、黄花棘豆（Oxytropis ochrocephala）进行了野外光谱测量,利用一阶导数、 二阶导数、光谱去包络线以及植被指数法对原始光谱数据进行了处理,揭示了 8 种高寒草甸植被光谱反射特性。【结果】相对于不同草地植物的绿峰位置、绿峰幅值、红谷位置、红谷幅值、红边幅值、红边面积、吸收峰面积、吸收峰对称度等光谱特征参量,高光谱植被指数更容易区分此 8 种草地植物,8 种植物的 NDVI 和 mSR₇₀₅指数具有一致性,指数由大到小依次为：藏蒲公英＞黄花棘豆＞高山嵩草＞蕨麻＞ 圆穗蓼＞花葶驴蹄草＞广叶橐吾＞淡黄香青 ,且各植物 mSR₇₀₅ 指数值差异明显 ,易于相互区分 。 【结论】采用不同方法对草地植物光谱反射特征开展分析,可有效的区分不同的草地植被,为高光谱遥感开展草地资源植被分类、草原基况调查和动态监测等提供参考。     

黄河源区玛曲县不同沙化程度高寒草地光谱特征分析

高寒草地是黄河上游主要的生态屏障,受自然和人为的双重影响,草地沙化现象严重且监测和治理困难。因此,分析不同沙化程度的高寒草地光谱特征可为该区遥感监测及沙化程度精细识别提供充分的地面验证信息。研究基于玛曲县野外实测不同沙化程度高寒草地的高光谱信息,利用多种光谱变化方法对其光谱特征进行分析,结果显示：除极重度沙化的光谱曲线表现出典型荒漠化土壤的特征外,其他沙化程度草地的红谷、绿峰及三边参数均与绿色植被光谱特征保持一致,其中720-1 000 nm是区分不同程度沙化类型草地的最佳波段,而在510-560和650-690 nm波段范围内的红谷和绿峰区分度不理想。利用一阶微分和包络线去除的光谱转化方法,对草地光谱反射率曲线进行处理,发现较好的可用于不同程度沙化草地区分的特征波段和参数有510-560、650-700 nm、红边幅值以及包络线去除后600-700 nm处的吸收深度,经过波段运算后的比值植被指数、绿红植被指数指数在不同程度沙化草地区分作用明显,同时对植被指数进行阈值化处理,可作为识别不同沙化程度草地的提供判别依据,研究成果为高寒区沙化监测及沙化程度精细识别提供数据支撑和参考。     

黄河源头高寒草原植被退化特征分析

以紫花针茅Stipa purpurea,早熟禾Poa annua为优势植被的高寒草原是黄河源头区典型植被类型之一.由于自然环境变迁以及人为活动的影响,黄河源头以扎陵湖北岸地区为中心的紫花针茅草原和早熟禾草原植被退化十分明显,2002年通过样方调查和植被数量分析的方法,对该地区的退化草地特征进行了系统的调查和分析,结果表明:退化草地植被盖度比未退化区下降10%～55%;优势物种变化,紫花针茅、早熟禾等植物种生长势减弱,物候期推迟,群落优势植物逐步演替为以菊科、豆科等杂类草植物为优势种的群落;物种多样性指数下降55%～79%.由于高寒植被的退化,导致了植被群落整体生态功能的下降,进一步加剧了黄河源头的生态环境恶化.     

基于航空高光谱影像的青海省玛多县高寒草原景观格局特征分析

景观生态学在草地资源管理、生态安全评价方面已得到广泛应用,开展不同尺度的景观格局特征分析对景观生态过程研究十分重要。获取不同覆盖度草地的景观格局特征是青藏高原草地退化等生态系统演变研究的基础工作之一。从高分辨率遥感的角度提取中小尺度上草地景观格局特征,是开展景观格局尺度分析的有益尝试。本研究通过高空间分辨率的PIS航空高光谱影像,分析不同草地类型的光谱特征差异,开展玛多实验区草地类型精细分类,并从景观异质性、景观优势度和景观破碎度3个景观层次,分析米级分辨率下不同覆盖度高寒草原样地的景观格局特征差异,发现高寒草原样地的景观优势度、景观异质性与草地覆盖度分别呈正、负相关,而破碎度指标则随着高寒草原草地覆盖度的降低出现先升高后降低的现象。     

黄河源区高寒草地植物营养成分含量特征及营养价值评价

为了探究黄河源区高寒草地的植物营养成分含量特征,并对植物的营养价值进行科学评价,以5个不同高寒草地为研究对象,测定了植物粗蛋白（Crude protein,CP）、粗脂肪（Ether extract,EE）、粗纤维（Crude fiber,CF）、粗灰分（Coarse ash,CA）、全磷（Total phosphorus,TP）等营养成分含量,并运用主成分分析方法进行了量化综合评价。结果表明：各草地植物的CP含量为12.78%～15.35%,EE含量为2.63%～3.38%,CF含量为17.56%～25.16%,CA含量为5.52%～11.53%,TP含量为0.11%～0.27%;各草地植物营养价值大小排序为：退化高寒草甸>原生高寒草甸>沼泽草甸>退化高寒草原>原生高寒草原;各草地植物单位面积营养成分量大小排序为：沼泽草甸>原生高寒草甸>原生高寒草原>退化高寒草原>退化高寒草甸;不同功能群植物营养价值大小排序为：豆科（Leguminosae）>杂类草（Forbs）>莎草科（Cyperaceae）>禾本科（Gramineae）。     

黄河源园区典型高寒草原牧草营养特征及家畜承载力研究

三江源国家公园地处青藏高原腹地,是国家重要的生态资源资产区,生态战略地位十分突出。本研究选择黄河源园区3种典型高寒草原,测定不同季节牧草的养分供给状态并计算家畜承载力,为实现黄河源园区草畜平衡提供数据支撑。结果表明：不同季节的植被数量特征、牧草营养特征和承载力表现为：紫花针茅(Stipa purpurea)草原和垂穗披碱草(Elymus nutans)草原显著高于冷地早熟禾(Poa crymophila)草原;从生态保护的角度出发,紫花针茅、垂穗披碱草和冷地早熟禾草原盛草期的家畜承载力分别为1.72 SHU·hm^-2,1.41 SHU·hm^-2和1.18 SHU·hm^-2;枯草期的家畜承载力分别为0.35 SHU·hm^-2,0.34 SHU·hm^-2和0.10 SHU·hm^-2。综上所述,紫花针茅草原可以为黄河源园区提供更多的牧草养分。结合放牧家畜对牧草的营养需求,建议根据牧草产量和营养的季节动态,优化草畜资源空间配置。     

黄河源区高寒草甸群落高度遥感模拟与评价

草层高度是反映草地生长状况的重要指标之一,与草地地上生物量的监测及载畜力的评估具有紧密联系。目前,对我国天然草地群落高度的监测尚缺乏精确的遥感方法。本研究以黄河源区高寒草甸为研究区,分别基于MODIS植被指数、冠层高度模型以及草地冠层高光谱反射率,构建了高寒草甸草地群落高度的估算模型,并对模型精度进行了评价。结果表明,1)12种MODIS植被指数中,NDVI对草层高度的变化最为敏感,其4种回归模型的R~2均较低,介于0.203~0.241,NDVI指数模型(y=0.789e~(3.186x),R~2=0.241)的拟合效果最好,但反演误差较大(RMSE=4.2cm,CVRMSE=45.7%);2)冠层高度模型在黄河源地区高寒草甸试验区的反演精度较低(RMSE=5.8cm,CVRMSE=62.1%),实际应用误差较大;3)高寒草甸群落高度与519.4-583.17nm波段之间的冠层光谱反射率存在显著负相关关系(P0.05),基于光谱位置变量R′510.59的线性模型(y=~(-1)56.375x+20.384)相对最优(R~2=0.489,RMSE=3.5cm),较适合反演高寒草甸群落的草层高度。     

高寒草甸植物正构烷烃特征分析

为研究高寒草甸植物正构烷烃分布特征,对采自黄河源区高寒草甸的58种植物进行了测定和分析。结果表明,单种植物中正构烷烃的碳数在C₈和C₄₀之间,含量分布范围为0.81~22.88 mg/kg,其中碳数为C₂₇、C₂₉、C₃₁、C₃₃正构烷烃的含量均较高;总正构烷烃(C_total)含量变化范围为35.00~78.64 mg/kg,长链正构烷烃(C_25-36)含量范围为16.11~58.68 mg/kg,条叶垂头菊中总正构烷烃和长链正构烷烃含量最小,而阿尔泰狗娃花含量最大。58种植物中含量最高的正构烷烃(C_max)分布特征为:C₁₉有1种,C₂₂有2种,C₂₇有2种,C₂₉有23种,C₃₁有27种,C₃₂有1种,C₃₃有2种。植物中正构烷烃总正构烷烃碳优势指数(CPI_total)范围为1.07~4.32,CPI_25-36范围为1.12~8.20,总的正构烷烃平均碳链长度(ACL_total)范围为23.52~27.22,ACL_27-33范围为28.03~31.07,蜡质指数(P_wax)变化范围为0.60~0.92。植物中长链正构烷烃丰富,奇数碳含量分布优势明显。     

黄河源区高寒草地NDVI格局与梯度变化

黄河源区是我国重要的生态屏障,该区高寒草地生态系统随气候环境因子梯度变化值得重视,本研究利用气象台站观测数据和遥感归一化植被指数(NDVI)研究黄河源区高寒草地生态系统随水热梯度的变化过程。结果表明,近12年来黄河源区草地NDVI平均值为0.557 8。NDVI最高的地区为久治和甘德县,其次为达日和玛沁县,玛多、称多和曲麻莱县NDVI最低。扎陵湖和鄂陵湖以北的高寒草原地区为研究区内NDVI低值区。近12年来,草地NDVI年变化速率均值为0.002 4,变异系数均值为0.076 7,变化幅度较小。该区从东南至西北NDVI变化速率和变异系数上升,该格局是气候变化、草地现实载畜量下降和生态建设工程实施三方面因素叠加的结果。黄河源区气候环境因子自西北向东南存在梯度变化,形成水热梯度,从而导致草地NDVI、NDVI变化率和NDVI变异系数存在梯度变化。年平均气温与NDVI具有极显著相关关系,与NDVI变化率和NDVI变异系数具有极显著负相关关系。年降水量和湿润指数与NDVI具有极显著相关关系,与NDVI变化率和NDVI变异系数具有极显著负相关关系。海拔与NDVI具有极显著负相关关系,与NDVI变化率和NDVI变异系数具有极显著相关关系。     

多光谱相机估算藏北高寒草甸地上生物量

本研究利用2012年6―9月的藏北高寒草甸地上生物量和ADC便携式多光谱相机数据,建立了植被指数估算藏北高寒草甸地上生物量的模型。在分析了地上生物量与归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Indices,NDVI)、归一化绿波段差值植被指数(Green Normalized Difference Vegetation Indices,GNDVI)和土壤调节植被指数(Soil Adjusted Vegetation Indices,SAVI)相关关系的基础上,构建了地上生物量和各植被指数的7种(线性、对数、二次多项式、三次多项式、幂函数、增长、指数)模型,并对拟合效果比较好的模型进行了精度检验。结果表明,3个植被指数中NDVI的模拟效果最好,SAVI较好,GNDVI最差;所有模型中,以NDVI为自变量的线性模型和增长模型、以SAVI为自变量的线性模型和幂函数模型模拟和预测效果都很好。     

甘南高寒草甸主要毒杂草光谱特征分析

草地植物的光谱特征对于物种的识别具有重要意义。本研究利用2013年9月采集的甘南州夏河县桑科草原5种典型毒杂草青藏狗娃花(Heteropappus bowerii)、箭叶橐吾(Ligularia sagitta)、披针叶黄华(Thermopsis lanceolata)、乳白香青(Anaphalis lactea)和鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)的实测高光谱数据,通过对其冠层光谱进行特征分析和参量化等处理,找出了5种毒杂草之间的光谱差异。结果表明,5种毒杂草的原始光谱曲线趋势大致相同,经过一阶微分变换、光谱重排等处理,利用"红谷"、"绿峰"、"红边"、水分吸收、光谱指数和光谱重排等指标,可较好地将这5种毒杂草区分开来。因此,基于光谱分析的植被分类对于研究甘南州高寒草甸植被的遥感反演、调查和分类等具有重要的意义。     

黄河源区高寒草甸不同植被生物量及土壤养分状况研究

为了给黄河源区原生草地植被的科学管理及退化草地的治理提供理论依据,对青海省玛沁县藏嵩草(Kobresia tibetica)沼泽化草甸,山生柳(Salix oritrepha)灌丛草甸及小嵩草(Kobresia pygmaea)草甸物种多样性、生物量及土壤养分状况进行比较研究。结果表明:不同植被类型植物群落多样性指数、物种丰富度指数、均匀度指数、生态优势度指数均为山生柳灌丛草甸>小嵩草草甸>藏嵩草沼泽化草甸。各群落生物量差异明显,地上、地下总生物量均为藏嵩草沼泽化草甸>山生柳灌丛草甸>小嵩草草甸(P<0.05)。藏嵩草沼泽化草甸土壤养分含量最高。小嵩草草甸和山生柳灌丛草甸各土壤层养分含量随土壤深度的增加呈下降趋势,pH值呈上升趋势,而藏嵩草沼泽化草甸却表现出相反的趋势,即随土壤深度的增加各层养分含量呈上升趋势,pH值呈下降趋势。     

黄河源区高寒草地植物组合对根-土复合体抗剪强度的影响

以位于黄河源区的青海河南县境内高寒草地作为研究区,通过野外现场勘察与取样及室内试验,探讨了区内6种不同植物组合类型草地的植物根-土复合体抗剪强度特征,旨在为防治草地退化引起的水土流失、浅层滑坡等灾害现象发生提供理论依据。结果表明：6种组合类型的根-土复合体抗剪强度随海拔高度降低而呈逐渐增大的变化趋势,即阳坡坡顶位置处紫花针茅（Stipa purpurea Griseb.）+高山嵩草（Kobresia pygmaea C.B.Clarke）组合的根-土复合体抗剪强度为27.76 kPa,至阳坡坡底位置处的垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）其根-土复合体抗剪强度为37.53 kPa;从坡顶至坡底6种植物根-土复合体抗剪强度由小至大变化规律,与根-土复合体试样密度、含水率、根系干重等因素有关,即阳坡坡顶、坡中和坡底处根系平均含量分别为6.2%,5.5%和16.2%;阴坡坡顶、坡中、坡底处根系平均含量分别为8.0%,11.4%和31.6%。     

祁连山东缘高寒草地植物群落叶绿素高光谱反演模型的建立

祁连山高寒草地是我国北方草地的重要组成部分,近年来退化较严重,导致其产量、质量下降.利用ASD地物光谱仪采集了祁连山东缘高寒草地植物群落光谱数据,并利用Person相关系数法、PCA主成分分析法和VIP变量投影重要性法等方法,筛选了与高寒草地植物群落叶绿素相关性较高的原始光谱波段与植被指数,通过多元逐步回归与多元线性回...     

伊犁绢蒿荒漠草地物种光谱特征分析及识别初探

利用便携式地物光谱仪,对天山北坡中段伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地9种植物进行实地光谱测量,对光谱进行一阶微分、平滑、归一化、R_r-R_n光谱特征空间处理,对植物光谱特征分析及识别,并建立判别模型。结果表明,不同植物的原始光谱反射率在特定波段具有一定差异性,一阶微分对于精确提取该类草地植物红边特征参数值有重要作用,平滑处理可以有效去除噪声影响,归一化更有利于发现植物光谱特征,Rr-Rn在区分该类草地植物方面存在困难。选用近红外波段反射率(R_n),红边位置(REP),绿波段反射率(R_g),修改型土壤调节植被指数MSAVI和叶绿素吸收比值指数(CRAI)5项光谱指标建立判别函数,9种植物的判别精度达到90.5%。     

黄河源区高寒草地沙化进程中土壤物理性质的变化(简报)——以玛曲为例

以玛曲县高寒草地为研究对象,采用空间序列代替时间序列的研究方法,对该区不同沙化程度草地的土壤物理性质变化进行分析研究。结果表明,在高寒草地沙化进程中,存在着土壤机械组成不断变粗、土壤容重不同程度增加而孔隙度相应减小的变化趋势。在0~20cm层,植被盖度<50%的中度沙化草地和植被盖度<10%的极重度沙化草地与植被盖度>80%的天然草地相比,土壤中砂粒含量分别提高10.7%和15.2%,土壤容重分别增加9.3%和12.4%,土壤孔隙度分别减小10.4%和13.9%;随沙化程度的加剧,对土壤物理性质的影响层次也有所加深。     

黄河源区山生柳灌丛草甸植物群落多样性及植物量组成

对黄河源区山生柳灌丛草甸物种组成、结构及其植被生产力进行了调查.结果表明,该类植被由45种植物组成,隶属于14科33属.其中,灌木层由3种灌木组成,隶属于3属2科,优势度为:山生柳Salix oritrepha(57.28%)>金露梅Potentilla fruticosa(28.19%)>高山绣线菊Spiraea alpina(14.53%).草本层由42种植物组成,隶属于13科31属,优势种为垂头菊Cremanthodium spp.、黄芪Astragalus spp.、线叶嵩草Kobresia capillifolia和小金莲花Trollius pumilus.草本层的Shannon-Wiener多样性指数为3.42,Simpson优势度指数为0.96,Pielous均匀度指数为0.92.群落地上干物质量为296.4 g/m2,地下植物量为3 185.6 g/m2.地下植物量主要分布在0～10 cm土层,为2 272.0 g/m2,占0～30 cm土层植物量的71.3%,根冠比为10.8.阔叶草类、莎草类和禾草类植物分别占总鲜质量的73.4%、20.1%和6.5%;占总干质量的57.1%、30.6%和12.3%.根据该灌丛物种、生产力构成及现状分析,黄河源区山生柳灌丛目前处于中度利用状态.     

基于ADC和MODIS遥感数据的高寒草地地上生物量监测研究——以黄河源区为例

利用2015-2016年8月采集的黄河源区草地生物量数据和MODIS卫星遥感资料,结合农业多光谱相机(agricultural digital camera,ADC)获取的植被指数数据,比较分析3种_(ADC)植被指数(NDVI_(ADC)、SAVI_(ADC)和GNDVI_(ADC))与野外实测草地地上生物量(above-ground biomass,AGB)数据的相关性,筛选出适合构建草地AGB反演模型的_(ADC)植被指数;结合MODIS NDVI(记作NDVIMOD)构建草地地上生物量反演模型,采用留一法交叉验证方法评价各模型精度,确立适宜模拟研究区草地AGB的最优模型;并利用NDVI_(ADC)校正NDVI_(MOD),获得高分辨率、高精度的草地AGB遥感监测改进模型。结果表明,1)基于_(ADC)获取的3种植被指数中,NDVI_(ADC)与高寒草地地上生物量关系最为密切,其次为SAVI_(ADC),拟合效果最差的是GNDVI_(ADC);2)基于NDVI_(ADC)建立的草地AGB监测模型的精度(RMSEP介于383.55~393.18kg DW/hm2;r范围为0.65~0.66)远高于NDVI_(MOD)的模型精度(RMSEP介于421.08~427.00kg DW/hm~2;r范围为0.55~0.58),NDVI_(ADC)反演得到的草地AGB更接近于黄河源区草地实际生物量,且相较于NDVI_(ADC),NDVI_(MOD)的样本值整体偏高;3)在NDVI_(ADC)构建的4类模型中,线性和乘幂模型模拟研究区草地AGB的能力较好,但线性模型精度更高(y=3248.93×NDVI_(ADC)-305.59,RMSEP=383.55kg DW/hm~2,r=0.66),该模型为黄河源区草地生物量的估测提供了一个新型且易操作的方法;4)NDVI_(ADC)与NDVIMOD相关性较高,利用NDVI_(ADC)校正NDVI_(MOD)可以改进草地AGB遥感反演模型,优化模型为y=2455.54×NDVI_(MOD)-301.69。该模型可在大尺度范围内估测黄河源区的草地生物量,且模型精度接近于地表测量法的监测精度。     

黄河源区六种草本植物根系抗拔力特征及其影响因素研究

为探讨黄河源区高寒草地植物根系抗拔力特性,本研究选取青海河南县高寒草地6种优势草本为研究对象,通过原位拉拔、单根拉伸、根-土复合体直接剪切等试验,分析6种植物根系抗拔力特性,探讨植物根径、根数、根长和土体密度、含水率、紧实度、含根量及单根抗拉强度、根-土复合体黏聚力等9种因素对植物根系抗拔力的综合影响。结果表明：6种草本根系抗拔力以矮嵩草(Kobresia humilis K.)最大(46.50 N),高山嵩草(Kobresia pygmaea C. B. Clarke.)次之(37.50 N),冷地早熟禾(Poa crymophila Keng.)最小(16.45 N);根系抗拔力与根径、根数、根长间呈显著正相关(P<0.05),相关系数(R)为0.881,0.727,0.969,与土体密度、紧实度、含根量、根-土复合体黏聚力间呈正相关,与含水率呈负相关。研究结果对探讨黄河源区高寒草地退化力学机理具有理论指导作用,为有效防治区内草地退化、水土流失等地表浅层灾害发生提供理论依据和实际指导。     

黄河源区黑土滩人工草地牧草植物量及营养动态研究

对黄河源区黑土滩人工草地在封育和放牧两种不同管理方式下,从8月到翌年的4月进行了地上植物量及牧草营养成分动态研究,结果表明:从8月到翌年4月牧草的自然损失量为138.7g/m~2,损失率为34.3%,家畜的采食量为174.9g/m~2,草地的实际利用率为43.3%;整个冷季牧草总体营养价值呈下降趋势,封育草地粗蛋白降低了56.87%,粗脂肪降低了51.09%。该类草地在夏季属碳氮营养型(CN),冬季属碳营养型(C)。