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。     

退化伊犁绢蒿荒漠草地特征植物光谱特征

分别对退化伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地上8种特征植物长势较好时期的原始光谱、包络线去除后光谱及一阶微分光谱曲线特征波段进行对比分析,发现在特定波段不同植物光谱反射率特征值与其他植物有明显不同;760-930 nm植物光谱强反射带波段间8种特征植物的反射率值最大相差近40%,反射率从大到小依次为伊犁绢蒿＞萹蓄(Polygonum aviculare)＞骆驼蓬(Peganum harmala)＞画眉草(Eragrostis pilosa)＞地肤(Kochia scoparia)＞弯果胡卢巴(Trigonella arcuata)＞角果藜(Ceratocarpus arenarius)＞叉毛蓬(Petrosimonia sibirica);1 400 nm附近水分吸收带光谱反射率值最大,相差近27%,从大到小依次为伊犁绢蒿＞地肤＞角果藜＞画眉草＞叉毛蓬＞萹蓄＞弯果胡卢巴＞骆驼蓬;从红边位置(P)、幅值(K)识别8种特征植物高光谱特征信息为:除萹蓄P为708 nm外,其他7种特征植物P值均集中在718 nm处;伊犁绢蒿K为0.925 4;叉毛蓬K为0.188 5;萹蓄K为0.685 4;骆驼蓬K为0.799 8;地肤K为0.183 9;弯果胡卢巴K为0.538 7;画眉草K为0.441 6;角果藜K为0.132 7。包络线去除后的光谱红边及峰谷特征与原始光谱曲线相比显得更为清晰、明显。一阶微分对于精确提取该类草地植物光谱特征的红边参数特征值有重要作用。     

伊犁绢蒿荒漠草地主要植物的高光谱识别

以伊犁绢蒿荒漠草地为研究对象,利用SOC710 VP成像光谱仪获取不同季节的伊犁绢蒿荒漠草地地面高光谱影像,通过主成分分析和方差分析提取不同季节主要物种伊犁绢蒿、角果藜、叉毛蓬和裸地光谱特征波段、特征参数与植被指数;采用Fisher判别分析法将样本按7∶3的比例划分训练集和测试集,对3种主要植物和裸地进行识别。研究表明：6月植被指数建立的识别模型对测试集样本伊犁绢蒿、角果藜、叉毛蓬和裸地的判别精度最优,分别达到100%、95.56%、100%和100%,总体精度达98.89%;基于高光谱影像数据,以6月植被指数作为识别参数可以实现伊犁绢蒿荒漠草地主要植物的识别,为进一步对群落影像进行物种定量分类提供了依据。     

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%。     

不同退化阶段伊犁绢蒿荒漠草地土壤养分动态

通过对阿什里乡伊犁绢蒿 Seriphidium transillense 荒漠草地在未退化、中度退化、重度退化、极度退化下不同层次的土壤养分的分析,结果表明:1)不同退化阶段下,有机质含量极度退化明显高于未退化、中度退化和重度退化,未退化、中度退化和重度退化之间有机质的差异不明显;全氮含量随着退化加剧也是升高的;全磷和全钾在不同退化阶段变化不明显.2)在剖面上,随着土层的加深土壤有机质、全氮、全磷、全钾均减少;在0～10、10～20、20～30 cm土层中,变化比较明显的是0～10 cm.     

围栏封育下伊犁绢蒿荒漠草地特征植物高光谱特征变化分析

为研究围栏封育对伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地的改善情况,利用便携式光谱仪对不同封育年限的围栏内外实测的半灌木伊犁绢蒿、一年生草本叉毛蓬(Petrosimonia sibirica)和短命植物涩芥(Malcolmia maritima)的高光谱数据进行分析。结果表明,伊犁绢蒿、叉毛蓬和涩芥三者在可见光波段具有明显的差异性,与植物生态生理特征有关,可利用350~680 nm内三者光谱反射率的差异进行区分;伊犁绢蒿的红边斜率在不同封育年限下均表现为围栏内大于围栏外,而叉毛蓬的红边斜率表现为围栏内小于围栏外,涩芥在平台处光谱和红边特征上与其生理生态特征无明显相关性。     

基于光谱指数的伊犁绢蒿荒漠草地恢复状况的判定

为了从光谱角度探讨退化伊犁绢蒿封育的适宜年限,对未封育、封育2年、7年和10年的草地从群落数量指标、群落光谱特征及特征植物光谱进行研究。通过对植被数据与光谱数据进行回归分析,对比群落和特征植物光谱指数随封育年限的变化趋势,探讨植被高光谱对伊犁绢蒿荒漠草地恢复状况的响应及最佳封育年限判定的可行性。结果表明：随着封育年限的增加,草地的盖度、密度及生物量呈先增加后降低的趋势;对群落的数量指标、群落光谱指数及建群种光谱指数回归均指示在5年左右达到最大值,表明可以通过植物光谱来对草地恢复状况及封育最佳年限加以判定。     

伊犁绢蒿荒漠不同退化阶段草地土壤种子库分析

采用萌发试验研究了伊犁绢蒿(Seriphidium transillense)荒漠不同退化阶段草地土壤种子库的变化特征,以期为干旱、半干旱地区退化草地生态系统恢复提供参考依据.结果表明:伊犁绢蒿荒漠土壤种子库共有14个物种,分属8个科;从未退化阶段到重度退化阶段种子库密度由684粒·m-2下降到443粒·m-2,而在极度退化阶段种子库密度却升高至758粒·m-2;种子库在空间垂直分布上表现为随土壤深度的增加而减少,有67％的种子集中在土壤表层.种子库物种丰富度和多样性指数在不同退化阶段之间变化不大,但均匀度指数呈现先上升后下降的趋势;不同退化阶段种子库间的相似性表现为随退化程度相差距离越远其土     

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。     

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。     

新疆荒漠草地生物量估算及影响因素研究

为探究新疆荒漠草地生物量反演模型及其影响因子,基于Terra/MODIS,NOAA CDR NDVI,SPOT/VGT等遥感产品数据及草地地上生物量实测数据,构建研究区荒漠草地地上生物量植被指数反演模型,分析新疆荒漠草地地上生物量时空分布规律,运用趋势分析法和相关性等方法,揭示了生物量演变趋势与气温、降水的关系。结果表明：建立的不同遥感数据源生物量模型中,指数函数反演模型精度最高,决定系数和估算精度分别为0.66和70.93%;基于2000—2019年归一化植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)变化趋势发现,新疆荒漠草地以稳定和改善为主;研究区2000—2019年间荒漠草地地上生物量空间分布格局整体表现为北高南低的趋势,20年间荒漠草地平均地上生物量为38.92 g·m^-2;2000—2019年气温与降水均上升,年平均升温率和降水率达到了0.32℃·(10 a)^-1和2.18 mm·(10 a)^-1,50%以上的地区荒漠草地与气温、降水呈正相关关系,生物量与降水的相关性优于气温。研究结果可为新疆草地保护和改善、生态环境建设提供科学依据和技术支持。     

基于高光谱成像技术的伊犁绢蒿荒漠草地主要植物识别参数的筛选

为获得伊犁绢蒿荒漠草地主要植物最佳识别参数,本研究利用SOC710 VP成像光谱仪于4月采集群落影像,以伊犁绢蒿（Seriphidium transiliense）、角果藜（Ceratocarpus arenarius）、叉毛蓬（Petrosimonia sibirica）和裸地为识别对象,基于光谱学响应与峰谷特性选取8个位置参数、2个面积参数、4个植被指数,按照显著性差异从小到大逐一筛选敏感参数,并使用Fisher判别分析进行精度验证。结果表明：4种识别对象的反射率大小在可见光和近红外波段表现出不同的特征;用筛选出的红谷位置、红边位置、红谷幅值、蓝边面积、NDVI₁、RVI₁和RVI₂进行判别,精度分别为伊犁绢蒿91.11%、角果藜80.56%、叉毛蓬91.11%、裸地100%,总精度为92.13%。本试验筛选出的识别参数建立判别模型可为进一步对群落影像进行物种定量分类提供依据。     

退化混播人工草地白三叶繁殖特性的变化

本文研究退化混播人工草地白三叶有性及无性繁殖特性的变化规律。结果表明,随着草地由轻到重的退化,白三叶无性繁殖能力则显著提高,另外单位面积种子量在重度退化地段有明显增加。但是由于土壤理化性状的变劣,白三叶种群的频率,密度和地上生物量均随着草地退化的加重而显著减少。     

围封对天山北坡荒漠草地土壤有机碳的影响

以天山北坡中段退化荒漠草地为研究对象,通过分析封育与放牧对草地土壤有机碳、易氧化碳、微生物量碳含量及活性有机碳的分配比例的影响,以揭示土壤质量的变化。结果表明：禁牧封育5年后草地土壤有机碳及其活性组分含量低于放牧草地。与封育草地相比,在5～10 cm放牧草地土壤有机碳、微生物量碳及MBC/SOC显著升高（P<0.05）,分别增加了0.81 g·kg^-1,34.12 mg·kg^-1,0.59%;土壤易氧化碳含量及ROC/SOC在10～15 cm土层差异均达显著水平（P<0.05）。可见,荒漠草地在封育5年后土壤质量降低,因此,应该实行合理的围封-放牧体系,更有利于退化荒漠草地生态系统的恢复。     

石羊河下游不同类型荒漠草地黑果枸杞群落结构及物种多样性特征

选择石羊河下游4种不同类型荒漠草地黑果枸杞(Lycium ruthenicum)群落,采用重要值、丰富度指数、Simpson和shannon-wiener多样性指数、Pielou和Alatalo均匀度指数对不同立地类型黑果枸杞群落结构特征和物种多样性进行了分析,结果表明:植物群落组成主要集中在藜科、蒺藜科、菊科和禾本科,这4大科植物在该区具有较强的生态适应性,所调查群落中共有植物种31种,分属9科28属,单科单属种较多,占到了总科数的一半;研究区群落结构简单,物种相对单一,黑果枸杞在群落中占有重要地位,且重要值相对较大,对群落的稳定性起关键作用;植物的生活型中灌木植物占优势,其次是一年生草本植物,多年生草本植物所占的比例最少;不同类型荒漠草地中黑果枸杞群落物种多样性指数均偏低,物种丰富度较低,生态优势度较高,种间相遇率偏低,群落中物种分布不均匀,表明植被群落结构简单、组织水平低,优势种或建群种在群落中占据主导地位。     

养分添加和降水变化对荒漠草原植物群落物种多样性和生物量的影响

本研究旨在探讨荒漠草原植物群落物种多样性及生物量对养分添加和降水变化的适应策略,以期为退化荒漠草原的恢复和管理提供理论基础。本试验在宁夏荒漠草原开展了养分添加和降水变化野外控制试验,通过测定植物群落物种数及生物量,研究养分添加和降水变化对荒漠草原植物群落物种多样性和生物量的影响。结果表明：养分添加显著降低禾草丰富度（P<0.05）;减少50%降水显著降低Shannon-Wiener指数和物种总丰富度,增加50%降水显著增加物种总丰富度（20.5%～28.2%）（P<0.05）;养分添加和增加50%降水显著提高植物群落盖度和生物量（P<0.05）;减少50%降水条件下,养分添加处理与不添加处理相比植物群落地上生物量显著提高（54.3%～75.6%）（P<0.05）;植物群落地上生物量与Shannon-Wiener指数和物种总丰富度呈显著正相关（P<0.05）。研究表明：减少50%降水条件下,养分添加能够缓解水分对荒漠草原植物生长的限制,其中氮磷钾添加缓解效果优于氮添加。     

基于结构方程模型的三江源牧户草地生态环境退化认知研究

三江源草地生态环境退化严重,牧户对生态环境退化的感知在很大程度上影响着当地的生态安全,更是产生保护行为响应的前提。通过对青海三江源自然保护区的牧户进行参与式结构问卷调查研究,将草地生态环境的退化感知细化为覆盖度下降、植株矮化、生物多样性下降、鼠害猖獗、黑土滩/荒漠化加剧、群落演替、草地生产能力下降、毒草和杂草增多等8个指标,借助定量分析建立了牧户草地生态环境退化综合感知指数,并运用结构方程模型分析和探讨了影响牧户环境退化感知的主要影响因素。结果表明:牧户对三江源区草地生态环境退化有一定程度的感知,但仅仅对较明显的退化结果有略高的认知。牧户拥有的生计多样化能力直接影响了他们对草地生态环境退化的感知,故从根本上解决三江源区牧民的严重依赖草地生态环境而生存的单一化的生计问题,通过优化和丰富牧民的生计方式来影响和调控当地草地生态环境退化趋势,认识环保知识在宗教信仰、日常环境教育宣传中的重要性,有效地加大环境保护和生态安全知识的宣传力度,在改善牧户生计问题的基础上制定牧户认同和支持的自然资源管理规划和政策,才有可能激励牧户主动地参与生态环境保护,并最终实现牧户生活幸福-自然资源可持续利用的良性循环。