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...     

三江源高寒退化草原土壤有机质含量的光谱模拟估算

以三江源玛多县不同退化程度高寒草原土壤为研究对象,采集0～30 cm土层的90个土壤样品,测定土壤样品的光谱反射率和有机质（SOM）含量,分析不同光谱数据转换方式与土壤SOM含量的相关性,据此挑选P<0.001水平的显著波段作为特征波段,并与土壤SOM含量建立多元逐步回归（MLSR）、支持向量机（SVM）、决策树（DT）、随机森林（RF）模型。结果表明：1）高寒草原土壤SOM含量属中等变异,且与土壤原始反射率呈负相关,与倒数对数呈正相关;2）光谱数据的数学转换扩大了光谱的吸收特征,log(1/R)、R’、[log(1/R)]’与土壤SOM含量相关系数绝对值的最大值比R分别提高了0.099、0.156、0.160;3)RF反演模型精度高于其他反演模型,Log(1/R)-RF模型的预测效果较好,其建模组和检验组的决定系数（R2）、均方根误差（RMSE）分别为0.949 1、0.252 69和0.717 23、0.496 9,可以准确估算高寒草原土壤SOM的含量。     

基于植被指数的三江源高寒草地植物分类与识别方法研究

随着生态健康检测与保护工作的实践以及研究问题的深入,传统的植物分类手段不能完全满足当前研究的需要。因此为研究快速分类识别草地植物的方法,本研究利用ASD (Analytical spectral devices)地物光谱仪,采集了三江源地区高寒草地常见的阿尔泰葶苈(Draba altaica)、高山风毛菊(Saussurea japonica)和车前状垂头菊(Cremanthodium ellisii)等36种植物的原始光谱数据,并选择了比值植被指数等16种高光谱植被指数,基于支持向量机(Support vector machines,SVM)等3种机器学习算法,构建高寒草地植物光谱分类识别模型。研究结果表明：高寒草地植物的原始光谱均符合绿色植物特征,但由于植物形态特征不同光谱差异主要集中在可见光波段;基于植被指数结合3种算法构建的分类模型,精度依次为随机森林(Random forest,RF)(99.4%)>SVM (93.2%)>K邻近算法KNN (88.0%),且模型的预测结果都出现了误判情况;相比SVM与KNN,RF为基于植被指数构建模型的最佳算法,同时能对所构建模型参数进行重要性分析,其中RGI和SAVI为提高RF分类模型精度的两个重要参数。     

陇中温性草原不同草地型植被特征和土壤理化性质研究

为探究陇中温性草原不同草地型植被特征和土壤理化性质之间关系,明确形成不同草地型的关键土壤因子。本研究以陇中温性草原为研究对象,分析了3种草地型(针茅型,冰草、杂类草型和长芒草、杂类草型)的植被特征和土壤理化性质及两者互馈关系。结果表明：不同草地型土壤理化性质与植被特征差异显著(P<0.05),长芒草、杂类草型草地较其他型草地具有较高的植被盖度、草层高度、地上生物量、土壤含水量、有机质、全碳、全钾、全氮,及较低的土壤容重、pH值、电导率和全磷含量;长芒草、杂类草型草地土壤有机质含量随土层深度加深,呈先降低后增加趋势,低峰出现在10～20 cm土层;土壤含水量和有机质含量与不同草地型植被特征之间呈显著正相关关系(P<0.01)。综上所述,土壤含水量和有机质含量是影响陇中地区温性草原不同草地型草地植物生长的关键因素。     

祁连山自然保护区不同草地类型地上生物量和土壤微量元素特征分析

以祁连山保护区5个主要草地类型为研究对象,探讨了不同草地类型植被及土壤微量元素的分布特征,应用冗余分析(RDA)分析了微量元素对植被特征的解释关系.研究发现:1)不同类型草地植被总盖度依次为高寒草甸＞温性草原＞高寒草原＞温性荒漠＞高寒荒漠,草层高度依次为温性荒漠＞温性草原＞高寒草原＞高寒草甸＞高寒荒漠,地上生物量依次为...     

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。     

山地草甸植被生物多样性及群落稳定性对坡向的响应

为研究不同坡向山地草甸的植被生物多样性与群落稳定性差异,本研究选取了东祁连山金强河流域4个坡向(阴坡、半阴坡、半阳坡、阳坡)的山地草甸,进行植被特征的调查,并分析了其功能群组成、多样性指数和群落稳定性的变化规律。结果表明：物种的盖度、高度、地上生物量、植被含水率、土壤含水量和莎草科地上生物量从阴坡到阳坡呈递减的趋势,禾本科和豆科呈先升高后降低的趋势,杂类草呈递增的趋势;Godron稳定性结果表明,阳坡群落处于不稳定状态。同一群落多样性大小与其群落稳定性并不存在相关关系。综上,山地草甸不同坡向草地植被特征差异显著,坡向影响着草地生产力与群落稳定性。建议在草地管理中考虑不同坡向草地植被特征变化,采取灌溉、施肥和割草等抚育措施,使植被进行正向演替更新,提高山地草甸群落的生物多样性和群落稳定性,增加其生态系统服务能力。     

不同海拔高寒草甸土壤微量元素含量及其与植被的关系

为了探究高寒草甸微量元素随海拔的分布特征及其与植被的关系。本研究以东祁连山高寒草甸为研究对象,调查并测定了不同海拔下高寒草甸植被群落和土壤微量元素含量,采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)分析土壤微量元素与植被群落的关系。结果表明,高寒草甸植被总盖度、草层盖度、地上生物量、莎草科、豆科和杂类草地上生物量均随海拔的升高呈先升高后降低的趋势,在3 200 m处达最大值,禾本科地上生物量随海拔升高依次降低;土壤钙(Ca)、铁(Fe)、铜(Cu)和锰(Mn)含量随海拔的升高呈先降低后升高的趋势,土壤镁(Mg)、锌(Zn)和钼(Mo)含量随海拔的升高呈先升高后降低的趋势,土壤钴(Co)含量随海拔的升高依次降低,土壤硒(Se)含量随海拔的升高呈波动性上升;相关性分析和RDA分析表明,土壤微量元素Mo和Fe含量显著影响着高寒草甸植被的生长。综上所述,海拔显著影响着高寒草甸土壤微量元素的分布,高寒草甸土壤管理过程中应该关注微量元素Mo和Fe,建议将微量元素Mo和Fe作为高寒草甸土壤健康评价指标。     

祁连山东段退化高寒草甸土壤水分入渗的变化及团聚体对水分入渗的影响

为探明退化高寒草甸土壤水分入渗特征及其影响因子,本试验以祁连山东段退化高寒草甸为对象,研究了不同退化程度高寒草甸土壤水分入渗率、机械组成和团聚体的变化,探讨了团聚体特性对土壤水分入渗的影响。结果表明：随着高寒草甸退化程度的加剧和土层深度的增加,土壤水分入渗率均表现出逐渐降低的趋势（P<0.05）,土壤团聚体由大粒径为主向小粒径为主改变;水分入渗率与土壤有机质含量、砂粒含量、粉粒含量、孔隙度、大粒径团聚体含量之间具有显著的正相关性（P<0.05）,与土壤容重、黏粒含量、土壤微团聚体含量之间具有显著的负相关性（P<0.05）。综上所述,随着高寒草甸退化程度的加剧,土壤中大团聚体含量减小,导致土壤孔隙度下降,土壤水分的入渗能力逐渐降低,水源涵养能力变差。     

7种禾本科牧草抗旱性研究与评价

以7种多年生禾本科牧草（蒙古冰草-宁夏、蒙古冰草-内蒙古、沙生冰草、扁穗冰草、细茎冰草、格兰马草、老芒麦）为研究对象,系统分析了农艺性状（绿叶数和株高）收益与土壤水分收益的权衡关系,将权衡值（RMSD）与土壤含水量作为分位数模型变量,确定维持植物正常生长的土壤含水量的响应阈值,同时研究干旱胁迫下生理指标综合评价值,进行抗旱性评价。结果表明：1）干旱胁迫程度越高,牧草的绿叶数和株高受到的负面影响就越大;2）不同牧草对干旱胁迫的耐受程度和范围有差异,其中,细茎冰草和格兰马草的绿叶数-土壤含水量阈值分别为9.1%和9.7%,细茎冰草、格兰马草和蒙古冰草-宁夏的株高-土壤含水量阈值分别为4.6%、5.6%和13.0%,其余牧草分位数模型均未通过显著性检验;3）通过7项生理指标评价分析,7种多年生禾本科牧草抗旱性强弱表现为：蒙古冰草-宁夏>格兰马草>细茎冰草>蒙古冰草-内蒙古>沙生冰草>扁穗冰草>老芒麦;4） 综合土壤含水量阈值与抗旱生理评价,细茎冰草与格兰马草可作为中度干旱区的引选牧草。