棉花生长初期灌溉信息遥感提取与校正

为提高生长初期低覆盖度作物长势的遥感监测精度,需要消除灌溉引起的土壤水分背景变化对归一化差值植被指数(NDVI)的影响。为了实现棉花生长初期灌溉信息提取与校正,提高棉花作物长势监测与产量预判精度,本文以美国加利福尼亚州San Joaquin Valley的2个棉花地块为研究区,选取棉花生长初期灌溉过程中的遥感影像,构建两种灌溉信息提取方法(分阶段阈值法和灌溉线提取法),确定最优灌溉像元提取方法;比较分析灌溉与未灌溉情况下棉花的NDVI与归一化差值水分指数(NDWI)以及土壤调节植被指数的关系,提取含有灌溉信息的像元,并对NDVI进行校正,消除灌溉对NDVI的影响。研究结果表明:在棉花生长初期,灌溉与未灌溉像元NDVI变化率达12%,差异较显著;灌溉与否的棉花NDVI与NDWI间均存在极显著的线性关系,决定系数在0.80以上;利用灌溉线方法提取灌溉信息与分阶段阈值相比精度更高,精度达88%以上;校正后线性回归模型精度达0.95,灌溉校正效果明显,灌溉与未灌溉像元的NDVI差异减小至2%。本研究通过对含有灌溉信息像元NDVI值的校正,去除灌溉对NDVI造成的影响,反映了真实的植被信息,可实现对作物生长初期长势的准确遥感监测,为遥感定量监测提供便利。     

不同光谱植被指数反演冬小麦叶氮含量的敏感性研究

【目的】氮素是作物生长发育过程中最重要的营养元素之一,研究叶氮含量反演的有效光谱指标设置,为应用高光谱植被指数反演作物叶氮含量,以及作物的实时监测与精确诊断提供重要依据。【方法】以冬小麦为例,选取涵盖冬小麦全生育期不同覆盖程度225组冠层光谱与叶氮含量数据,通过遥感方法建立模型,模拟了不同光谱指标,即中心波长、信噪比和波段宽度对定量模型的影响,通过模型精度评价指标决定系数(coefficient of determination,R~2)、根均方差(root mean square error,RMSE)、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)、平均相对误差(mean relative error,MRE)和显著性检验水平(P0.01)确定最优模型及最佳指标,分析光谱指标对叶氮含量定量模型反演的敏感性和有效性。【结果】反演冬小麦叶氮含量的最佳植被指数为MTCI_B,与实测叶氮含量的相关性最好(R~2=0.7674,RMSE=0.5511%,MAE=0.4625%,MRE=11.11个百分点,且P0.01),对应的最佳指标为中心波长420 nm、508 nm和405 nm,波段宽度1 nm,信噪比大于70 DB;高覆盖状况反演的最优指数为RVIinf_r(R~2=0.6739,RMSE=0.2964%,MAE=0.2851%,MRE=6.44个百分点,且P0.01),最优中心波长为826 nm和760 nm;低覆盖状况反演的最优指数为MTCI(R~2=0.8252,RMSE=0.4032%,MAE=0.4408%,MRE=12.22个百分点,且P0.01),最优中心波长为750 nm、693 nm和680 nm;应用最适于高低覆盖的植被指数RVIinf_r和MTCI构建的联合反演模型(R~2=0.9286,RMSE=0.3416%,MAE=0.2988%,MRE=7.16个百分点,且P0.01),明显优于最佳单一指数MTCI_B;模拟Hyperion和HJ1A-HSI传感器数据,联合反演模型精度(R~2为0.92—0.93,RMSE在0.37%—0.39%,MAE为0.285%左右,MRE约为7.00个百分点)明显优于单一植被指数反演精度(R~2为0.79—0.81,RMSE为0.63%—0.66%,MAE为0.455%左右,MRE约为10.90个百分点)。【结论】利用高光谱植被指数可有效实现作物叶氮含量反演,作物叶氮含量定量反演对不同光谱指标—中心波长、信噪比和波段宽度,具有较强敏感性。应用多指数联合反演模型,可显著提高反演精度,并且联合反演模型在不同高光谱传感器下有一定普适性。     

不同植被覆盖盐碱地碱化特征及养分状况

为进行区域耕地保护和质量提升,增加耕地数量,合理开发利用长期处于荒废状态的盐碱地势在必行。本研究采用常规经典的测试方法,对西辽河流域8种植被覆盖盐碱地土壤0-5、5-15、15-30和30-50cm剖面层的土壤有机质、速效养分、碱化特征及离子组成进行了分析。结果表明,不同植被覆盖盐碱地养分含量均不同,玉米(Zea mays)地、羊草(Leymus chinensis)+狗尾草(Setaria viridis)草地的有机质、速效养分含量较高;虎尾草(Chloris virgata)草地、裸地、碱蓬(Suaeda glauca)地的养分含量相近且极显著低于玉米地和羊草+狗尾草草地的养分含量(P0.01)。各生态景观的碱化特征在4个剖面层间均差异极显著(P0.01),羊草+狗尾草的pH、碱化度(ESP)和含盐量在4个剖面层中均低于其它生态景观的;裸地、碱蓬地、芦苇地(Phragmites australis)和芦苇苔草(Carex dariuscula)草地在4个剖面层的pH、ESP和含盐量均较高;碱蓬地与裸地在0-5cm剖面层的Na~+、CO_3~(2-)、HCO_3~-含量较高,玉米地、羊草+狗尾草的CO_3~(2-)和HCO_3~-较低。各植被覆盖地间的离子组成基本呈极显著性差异(P0.01)。由于盐碱化土壤退化到一定程度会变成裸地,不利于改良利用,因此,本研究通过比较不同植被覆盖盐碱地4个剖面层的养分状况和碱化特征,认为羊草+狗尾草覆盖有利于盐碱化土壤的改良。     

基于像元二分模型的艾比湖湿地NDVI指数对微气候的响应

本研究提取了艾比湖湿地不同年份(1998、2007、2011、2014年)的NDVI指数,并进行了实地考察,然后利用像元二分模型对研究区植被覆盖状况进行估算,并分析其在时空分布上的特征及形成原因,建立影响植被覆盖与微气候变化的线性回归模型。结果表明,1)在空间分布上,西南部冲积平原植被覆盖等级最高,东北部覆盖等级略低于西南部,无覆盖和低覆盖等级分布面积最为广泛;在时间分布上,无覆盖面积处于下降趋势,低覆盖和中覆盖面积有所增加,较高覆盖与高覆盖等级面积处于下降趋势;2)不同植被覆盖度对气候变化的响应存在一定的差异;植被覆盖对降水量变化的反应最为强烈,在时间上具有一定的滞后性,对湿度变化的响应不明显,气温与植被覆盖水平之间存在线性函数关系。     

科尔沁沙地典型沙丘植被光谱特性

采用Field Spec4(美国ASD)的便携式光谱仪对科尔沁5种典型沙丘植被的光谱曲线进行测量,并对其特征进行提取分析。结果表明,1)5种典型沙丘植被黄柳(Salix gordejevii)、冷蒿(Artemisia frigida)、麻黄(Herbal ephedrae)、差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)和小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)的光谱形态大致相同。根据原始光谱差异和多个光谱特征参数可以区分植被类型。"红边斜率"由高到低依次为冷蒿(0.99%)小叶锦鸡儿(0.68%)黄柳(0.59%)麻黄(0.58%)差巴嘎蒿(0.56%)。2)对差巴嘎蒿不同季节光谱反射率特性进行比较分析得知,随植被生长期推移,差巴嘎蒿呈现出"双峰"和"红移"现象,但该现象并不明显。由于研究区在7月份出现持续干旱,植被缺水严重,导致差巴嘎蒿的"红边位置"在7月6日出现微小浮动,显现两个"红边平台"。3)分析不同覆盖度下差巴嘎蒿的光谱特性,差巴嘎蒿的导数光谱呈现"双峰"特性,且当覆盖度大于40%时,"红边位置"与覆盖度并无直接联系,但"红边斜率"与覆盖度呈正比关系。对不同覆盖度下差巴嘎蒿光谱可见光波段的连续统去除,得到吸收深度随覆盖度的增加而增大,吸收峰面积随覆盖度的增加而减小,对覆盖度敏感性参数比较可知,研究该地区差巴嘎蒿覆盖度变化优先考虑吸收峰面积。因此,基于植被高光谱特性的分析,对于今后利用遥感监测沙丘植被长势、植被分类识别及反演植被覆盖度等的应用提供重要的参考价值。     

尕海湿地不同植被退化阶段凋落物分解及其有机碳动态

以甘南尕海湿地不同植被退化阶段的泥炭沼泽和沼泽化草甸为研究对象,通过2013,2014两年凋落物试验分析,研究了不同植被退化过程中凋落物的分解速率及有机碳动态变化特征。结果表明:随着植被退化演替,凋落物有机碳浓度、碳绝对含量和分解速率显著下降(p0.05)。分解速率从6—9月随时间变化均呈现下降趋势,相应的分解速率在0.001 3~0.009/d之间,分解速率最大的为2013年泥炭沼泽未退化PI(0.009/d),最小为2014年沼泽化草甸中度退化SⅢ(0.001 3/d)。泥炭沼泽凋落物中有机碳平均浓度未退化PI(515.07g/kg)退化PⅡ(489.62g/kg),沼泽化草甸凋落物有机碳平均浓度未退化SI(541.26g/kg)轻度退化SⅡ(488.28g/kg)中度退化SⅢ(456.01g/kg),且两年的凋落物碳绝对含量均减小,即发生净释放;凋落物分解速率及有机碳浓度、碳绝对含量都随植被退化加深而减小。     

退耕还林背景下寒地山区土地生态安全格局动态变化

为了研究退耕还林工程引起的土地生态安全格局变化,该文应用遥感和GIS技术对牡丹江地区2000-2014年土地利用变化特征进行了分析,并基于DPSIR概念框架构建评价指标体系,从空间上揭示了研究区退耕还林期间土地生态安全水平及格局变化.结果表明,退耕还林工程的实施对研究区土地利用结构产生了极大的影响,林地面积增加1 520.16 km2,草地、耕地面积分别减少878.50、517.14km2,土地利用强度先下降后上升:退耕还林工程在有效控制坡地垦殖、增加林地面积的同时,能够显著提高区域土地生态安全水平,2000-2014年,各坡度等级内安全、较安全、临界安全面积共增加1 088.6 km2;14 a来研究区土地生态安全水平总体呈“先改善后恶化”的趋势,但仍较2000年工程实施前有了较大幅度的提升,西部、东部及南部地区土地生态安全水平显著提高,但中部牡丹江河谷盆地土地生态安全水平提升缓慢,建议新一轮退耕还林工程将此地区作为重点调控整治区域.     

喀斯特地区坡面径流对产沙的影响

贵州省关岭县蚂蝗田小流域属典型喀斯特流域,根据小流域2009—2012年6个坡面径流小区的定位观测资料,研究了乔木林（黄花梨）、灌木林（女贞）、撂荒草地三种不同植被类型下坡面径流对产沙的影响。结果表明:三种植被类型的产流次数相同,但产沙次数存在较大差异,表现为荒草地 > 乔木林 > 灌木林;灌木林与乔木林的年均径流量相差不大,荒草地的年均径流量是它们总和的2倍;荒草地的年均产沙量最大,为55.17 t/km²,是灌木林的11倍,乔木林的6倍;乔木林的产流量与产沙量无明显相关关系;灌木林表现出线性关系,拟合方程为y=0.1707x+0.2526,R²值为0.48;荒草地表现为幂函数关系,拟合方程为y=0.3246x^1.2965,R²值为0.64。     

不同恢复年限弃渣场入渗特征研究与评价

为分析弃渣场入渗性能及其植被恢复效应,采用野外双环入渗和主成分分析方法,分析和评价不同恢复年限弃渣场入渗特征。结果表明:(1)弃渣场恢复年限2个月(P1),2a(P2),4a(P3)和桑树林地(P4)的初始入渗率依次为11.32,9.34,15.84,19.38mm/min,稳定入渗率为4.64,3.62,6.71,7.81mm/min;桑树林地的稳定入渗率为3个弃渣场的1.68,2.16,1.16倍;(2)Kastiakov模型的拟合效果优于通用经验模型、Philip模型和Horton模型,其决定系数为0.905~0.956;(3)入渗特征值与土壤容重,20~5mm,5~2mm颗粒含量呈显著负相关(p0.05),与非毛管孔隙度、有机质含量和2~0.075 mm颗粒含量呈显著(p0.05)或极显著(p0.01)正相关;(4)主成分分析评价的土壤入渗能力排序依次为P4(2.398)P3(0.792)P1(-1.104)P2(-2.089);随着恢复年限的增加,弃渣场入渗性能得到较好的改善且接近桑树林地。     

太行山区主要森林生态系统水源涵养能力

森林生态系统水源涵养功能是林冠层、枯落物层和土壤层对大气降水进行再分配的过程。本文通过文献收集整理太行山地区森林植被林冠一次降水截留量、枯落物层持水量和土壤层贮水量数据,分析该地区主要森林植被对降水的截留和贮蓄能力,采用综合蓄水能力法对森林植被的综合涵养水源能力进行评价,旨在为合理经营和管理森林生态系统提供依据。结果表明:1)土壤非毛管孔隙度与生态系统综合持水量呈正相关,且最大持水量占整个森林生态系统综合持水量的90%以上,表明土壤层作为森林生态系统水文效应最重要的一层,是整个森林系统水分循环的主要贮蓄库和调节器;2)针叶林中油松和侧柏的冠层一次降水截留量显著高于其他林型,其林冠结构更加适应该地区气象条件,林冠层降水再分配能力也优于其他林型;3)混交林郁闭度低,有利于林下灌、草丛的生长,其枯落物现存量比纯林和人工林更高,虽然林冠一次截留量低但林下具有丰富的枯落物层而更易涵养水源;4)天然林综合蓄水能力整体高于人工林,侧柏人工林和油松人工林综合蓄水能力仅次于刺槐、侧柏和油松天然林。综上可见,合理利用森林资源防止水土流失、天然林长期封育和合理控制优势树种密度及增加植被覆盖率对太行山地区植被恢复和生态建设具有重要意义。为提高该区综合水源涵养能力,可增加乡土树种油松和侧柏人工林的种植面积。