黄河源5种高寒植物光谱特征分析及识别

玛多县高寒草甸是黄河源区草地生态系统的重要组成部分,研究其主要植物地面光谱特征和植被指数是实现物种识别的基础。本研究使用地物光谱仪采集黄河源头在旺盛生长时期的5种常见高寒植物的光谱,将原始光谱数据进行转换和分析,筛选敏感波段组合计算归一化植被指数（NDVI）和比值植被指数（RVI）,以探索分类和识别5种植物的最佳方法。研究结果如下：1)5种高寒植物在可见光与近红外波段的光谱与植物特有的光谱特征相符,但相互存在明显差异;2）反射率（REF）和吸收率（ABS）的一阶微分（GREF和GABS）变换扩大了5种高寒植物的光谱特性,相对稳定的波长范围为520～595、880～1 100 nm、717～737和943～958 nm;3)5种植物在ABS及GABS转化下的490～530 nm和780～820 nm组合计算的NDVI’和RVI’差异明显大于全波段组合计算的NDVI’和RVI’,而且优于其他组合的NDVI’和RVI’。综上所述,运用一阶微分处理敏感波段反射率和吸收率优化植被指数可以提高黄河源区5种高寒植物的识别效果。     

基于RS和GIS的天祝县草原景观空间格局分析

运用遥感、GIS技术与景观生态学的研究方法相结合,以天祝草原为研究对象,以2006年Landsat TM影像为基本信息源,通过计算景观组分的面积（CA）、景观类型百分比(PIAND)和斑块个数（NP）,基本清楚了研究区的总体景观分布是草地与林地构成了研究区景观的主体,草地是整个景观的基质;并从高程、坡向和坡度3个方面定量化地反映研究区景观组分空间分布,得出：研究区景观格局呈现出明显的垂直分布特征,从山谷至山顶,景观类型的分布表现为居民地及工矿用地→耕地→水域→草地→林地→未利用地的顺序,在不同的坡向、坡度上景观也呈现出有规律的分布。     

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%.     

荒漠草原景观格局分析——以苏尼特右旗荒漠草原为例

以苏尼特右旗荒漠草原为例分析了荒漠草原的景观格局.结果表明:苏尼特右旗荒漠草原主要是由面积较小的斑块组成,多样性和均匀度均较高,但优势度较低,属于比较匀质的景观类型;景观的破碎度和异质性较高,且有沙化的趋势;锦鸡儿景观、针茅景观和多根葱景观占据着主要地位,其它草地景观居于次要地位;不同景观类型间景观格局差别较大,景观面积越大景观多样性越高.     

基于高光谱数据的高寒草甸主要毒草分类技术研究

毒草种类识别是开展毒草危害面积调查、危害程度评估以及科学防治的前提.研发快速、高效和适用于大范围的毒草种类识别技术对于退化草地生态修复具有重要意义.本研究利用SOC710VP近红外高光谱成像仪,获取了高寒草甸11种主要毒草的光谱数据.采用Savitzky-Golay平滑处理、导数变换、归一化变换、均值中心化和对数变换等...     

基于高光谱影像的高寒牧区土地覆盖分类与草地生物量监测模型

利用环境减灾卫星HJ 1A高光谱图像数据,分析了研究区不同土地覆盖类型的波谱曲线特征,比较了监督分类和光谱角分类方法对高光谱影像的分类精度,研究了高寒牧区草地生物量超光谱遥感监测模型。结果表明,1）不同地物波谱曲线的吸收位置和吸收深度等波谱特征在可见光波段具有较大差异,在近红外波段吸收特征相似。在可见光波段,云和植被的吸收位置最少,都只有1处,但云的吸收深度小于植被;裸地吸收位置有5处;水域吸收位置最多,有6处。2）光谱角与监督分类均适于高光谱影像分类,但光谱角分类方法的总精度可达85.9%,远高于监督分类法。3）依据草地生物量与9种植被指数间的回归分析结果,选出了适合研究区草地植被生物量动态监测的两种植被指数,即归一化植被指数和比值植被指数。     

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。     

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。     

甘肃省高寒草原牧草孢囊线虫的鉴定

2013年8月下旬,对甘肃天祝高寒草甸草原孢囊线虫发生情况进行调查,从嵩草和矮嵩草根部和根际土样中分离得到孢囊线虫。通过对孢囊和孢囊阴门锥的形态观察,初步鉴定为禾谷孢囊线虫(Heterodera avenae)。其特征为孢囊浅褐色,阔柠檬形,阴门锥双膜孔,未见阴门下桥,泡状突明显。利用通用引物AB28和TW81对其群体rDNA-ITS区进行PCR扩增和序列测定,得到ITS区序列长度为1045 bp。将所测得序列在Genbank和Blast上比对,结果显示,此禾谷孢囊线虫群体与H. avenae群体相似度达99%~100%。进一步证实寄生于甘肃天祝高寒草甸草原嵩草和矮嵩草的孢囊线虫均为H. avenae,这是首次报道莎草科嵩草和矮嵩草也是禾谷孢囊线虫的寄主。     

休牧对西藏高寒草原和高寒草甸植被与土壤特征的影响

休牧是西藏主要放牧管理和草地保护的措施之一,目的是通过自然力的作用使退化草地的植被与土壤得到恢复,维持较高的多样性和生物量。本研究以西藏中部高寒草原和高寒草甸为研究对象,通过野外调查和室内试验分析,研究自由放牧和休牧对高寒草原和高寒草甸植物物种多样性、总生物量、地上地下生物量权衡以及土壤理化性质的影响,对比自由放牧和休牧对高寒草原和高寒草甸植被与土壤特征影响的差异。结果表明:在高寒草原与高寒草甸,休牧6~8年虽一定程度降低了植物群落的Simpson指数、Pielou指数、Shannon-Wiener指数,增加了植被总生物量,但变化均未达到显著水平(P>0.05)。休牧6~8年提高了地上和地下生物量权衡值,并促使植物更多地向地上部分生长,且在高寒草甸的作用效果更为明显。另外,休牧和自由放牧对高寒草甸以及高寒草原草地土壤机械组成、土壤微团聚体、土壤营养元素影响没有显著差异。综合分析发现,休牧对西藏高寒草地的植被恢复尚未产生明显的效果,表现为休牧对群落生物多样性、植被生物量和土壤理化性质影响均未达显著水平,因此,对西藏休牧的实施效果还有待于今后进一步的观测和研究。     

青海省祁连县高寒草甸草原土壤有机碳分布特征

为了评价青海省祁连县高寒草甸草原有机碳的分布特征,本研究以祁连县海拔2 963-3 392m范围内高寒草甸草原为研究对象,采用野外调查取样结合室内分析的方法,分析了祁连县高寒草甸草原0-50cm土层土壤有机碳的分布规律。结果表明,土壤有机碳含量随着土层深度的增加而显著减少(P0.01),表现为0-1010-2020-3030-4040-50cm;土壤有机碳密度和土壤有机碳储量同土壤有机碳含量分布有相同的趋势;土壤有机碳与地上生物量和植被盖度呈极显著(P0.01)正相关关系,表明土壤有机碳含量随着盖度和地上生物量的增加而增加。土壤有机碳含量与土壤容重呈极显著(P0.01)负相关关系;相反,随着土层深度的增加,土壤含水量逐渐减少,土壤有机碳含量与土壤含水量呈极显著(P0.01)正相关。     

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。     

施肥对高寒草原草地质量指数及土壤性质影响的综合评价

本研究以西藏自治区班戈县的典型高寒草原为研究对象,设置田间小区控制试验,于2013-2015年施加不同数量氮磷肥(N: 0、7.5、15.0 g N·m^-2, P: 0、7.5、15.0、30.0 g P₂O₅·m^-2), 调查各处理不同类群植物生物量、分析土壤理化性质,进而评价氮磷养分添加对高寒草原草地质量和土壤环境质量的影响。试验结果表明:1)氮磷配施优于氮磷肥单施,不同氮磷配施处理均能提高草地质量指数(IGQ),以N₁P₁(7.5 g N·m^-2, 7.5 g P₂O₅·m^-2)施肥处理的草地质量指数最大(90.27),相较对照增加了67.16%(P<0.05)。2)选择土壤有机质(OM),全氮(TN)、全磷(TP)、有效氮(AN)、有效磷(AP)和pH作为土壤环境质量评价指标, 应用主成分分析法对不同土层(0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm) 12个施肥处理的土壤理化性质进行分析。结果表明,短期施肥主要影响土壤0~10 cm土层环境质量的变化;增施氮肥土壤pH呈下降趋势;高磷添加处理(30.0 g P₂O₅·m^-2)增加了土壤全磷、有效磷含量,但植物吸收效率下降。3)结合草地质量指数和土壤理化性质变化进行草地质量综合评价,结果表明氮磷肥配施好于单施,且N₁P₁(7.5 g N·m^-2,7.5 g P₂O₅·m^-2)处理相对得分最高,为本试验条件下的适宜施肥量。     

基于净初级生产力变化的草地退化监测研究

青海省玛多县是黄河源乃至整个三江源地区草地退化的典型区域。本研究利用2008年玛多县TM影像数据结合相关辅助数据,以光能利用率模型为基础,反演研究区草地净初级生产力（net primary productivity,NPP）。并以NPP减少的百分数D（由实际NPP和潜在NPP计算）作为指标,提取2008年玛多县草地退化信息。通过与玛多县1997年草地资源调查结果对比,至2008年玛多县重度退化草地面积减少了5 944 km2,且主要发生在北部。对监测结果进行分析发现,草地退化与草地类型有关系,表现为高寒草原类草地退化最为严重,高寒草甸其次,沼泽类草地情况较好。     

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。