基于MODIS时序NDVI主要农作物种植信息提取研究

农业在黄河三角洲地区占有重要地位,及时、准确地掌握该地区农作物分布信息对政府有关部门制定农业政策、指导农业生产具有十分重要的意义。时序植被指数能够反映农作物物候特征,帮助识别农作物类型,在农作物种植信息提取方面具有明显优势。论文选取2014年MOD09Q1时序遥感数据集,以黄河三角洲主要农作物为研究对象,利用Harmonic Analysis of NDVI Time-Series（Hants）滤波重构NDVI时序曲线,通过对比待分像元NDVI时序曲线与参考时序曲线的相似性,实现农作物种植信息提取。对分类结果进行面积统计和空间分布精度检验：冬小麦、棉花、玉米的面积提取精度分别达到96.8%、95.5%、85.1%,空间匹配总体精度达86.9%。结果表明该方法有效可行,能够为该地区农业监测提供技术基础。     

基于Sentinel-2数据的近岸高悬沙水体漂浮绿潮遥感识别

黄海浒苔绿潮自2007年以来连年暴发。为筛选跟踪监测绿潮发生、发展过程的遥感识别方法,本研究使用Sentinel-2 MSI多光谱数据,在分析漂浮绿潮及背景高悬沙水体光谱特征的基础上,利用归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）、漂浮藻类指数（floating algae index,FAI）、虚拟基线漂浮藻类指数（virtual baseline floating macroalgae height,VB-FAH）等多种遥感指数算法开展漂浮绿潮识别,比对分析了各算法的监测效果。结果显示,Sen2cor大气校正后地物光谱曲线峰谷特征显著,与实测光谱谱型的相似度明显提升;以近红外和绿光波段反射率差值为基础的VB-FAH指数算法可在一定程度上降低高悬沙水体对近红外和红光通道反射率的影响,漂浮绿藻识别效果比NDVI及FAI指数更好。本研究可为高悬沙水体漂浮绿潮遥感识别提供技术支持。     

退耕还林（草）工程实施前后黄土高原植被覆盖时空变化分析

基于GIMMS NDVI3g（the third generation of Global Inventory Modeling and Mapping Studies Normalized Difference Vegetation Index）数据,辅以趋势分析、Mann-Kendall检验、Hurst指数等方法,识别了1982—2013年及1982—1999、2000—2013年黄土高原植被覆盖时空演变特征,并探讨其驱动因素。研究发现：1）1982—2013年及1982—1999、2000—2013年期间黄土高原生长季NDVI分别以0.019/10 a（P<0.01）、0.016/10 a（P<0.05）和0.057/10 a（P<0.001）的速率增加;2）除1999年以前林地外,所有植被类型的生长季NDVI均呈现显著的增加趋势,2000—2013年尤为明显;3）黄土高原生长季NDVI呈现由东南向西北递减的趋势,1982—2013年及1982—1999、2000—2013年NDVI显著上升的面积分别占74.94%、24.26%和53.34%,主要集中在黄土高原的北部和中部地区;4）研究区未来生长季NDVI呈持续性和反持续的比重分别为33.32%和66.68%,其中持续改善和由改善变为退化的面积分别占31.08%和61.88%;5）2000年以后降水增多与生长季NDVI上升相对应,大规模的生态工程建设对2000—2013年生长季NDVI增加有重要影响。     

基于MODIS数据的若尔盖草场植被覆盖时空变化分析

一般意义上将反映植被生长状态及植被覆盖度的指示因子称为归一化植被指数(即NDVI),它也是判断基于生物气候特征开展大区域植被和土地覆盖分类的基本手段。利用NDVI的时序数据的进行土地覆盖分类,即提取NDVI时间信号所包含的植被生物学参数,构建起一个包含植被生物学信息的分类特征空间。     

遥感指数在湖泊叶绿素a反演研究中的应用

借鉴陆地植被指数的算法,利用MODIS数据的波段组合对太湖叶绿素8浓度进行反演。探讨了差值植被指数DVI、比值植被指数RVI、归一化植被指数NDVI这三种遥感指数形式的反演效果及各自特点。MODIS数据蓝光波段和红外波段的组合是反演太湖叶绿素浓度的最佳波段组合,DVI适合于反演叶绿素浓度高的情况,RVI的反演结果两极分化明显而普适性较差,NDVI适合于反演浓度较低的情况。     

基于LandsatTM数据的济宁市水体识别方法研究

文章基于济宁市2009年LANDSAT TM影像,根据影像各波段间的相关性和地物在各影像上的灰度差异,分别采用单波段阈值法、多波段谱间关系法、改进的水体指数法(MNDWI)及HIS空间水体提取模型法对济宁市水体信息进行识别提取。在此基础上,结合归一化指数法和HIS空间水体提取模型,提出了一种综合性的水体信息提取方法,并对各方法提取结果进行了精度评价。结果表明,已有方法对济宁市水体识别存在一定的缺陷,而综合法集成了归一化指数法和HIS空间水体模型的优点,很好地弥补了已有方法的不足,对济宁市水体信息进行了较好的提取,尤其是细小水体,同时也很好地消除了建筑物、阴影、水生植被等的影响,提高了济宁市水体信息识别的精度,为更好地定量评价济宁市地表水体时空演变规律等提供帮助。     

1982～2008年东北冻土区植被生长季NDVI对气候变化和CO

利用GIMMS和MODIS两种遥感数据,分析了1982～2008年东北冻土区植被生长季平均NDVI的时空特征.并探讨不同类型冻土区和不同植被类型归一化差值植被指数(NDVI)对气候变化和CO2体积分数增加的响应.研究表明.不同冻土类型区植被生长季NDVI均值从大到小依次为:连续多年冻土区＞大片多年冻土区＞季节性冻土区＞岛状多年冻土区.东北冻土区不同植被类型生长季平均NDVI值由大到小依次为:森林＞灌丛＞沼泽＞农田＞草地,其中森林植被生长季平均NDVI值为0.61,草地为0.46,过去27年间,东北冻土区植被生长季平均NDVI年际变化曲线可分为3个变化阶段:①1982～1990年,小幅上升阶段;②1990～2000年,缓慢下降阶段;③2000～2008年.明显上升阶段.1982～2008年期间,连续多年冻土区及大片多年冻土区植被生长季平均NDVI值呈显著上升趋势((P＜0.05)对于不同植被类型而言,除森林植被NDVI呈显著上升趋势外(P＜0.05),其它植被类型NDVI值无显著变化趋势.过去27年间,东北冻土区年均气温显著升高,年降水量显著下降,CO2浓度显著升高.研究区全区平均NDVI与年平均气温呈显著正相关(P＜0.05),气温是影响东北冻土区生长季植被NDVI的主要气候因子.森林和沼泽湿地植被生长季平均NDVI与年平均气温呈显著正相关,与降水量呈显著负相关(P＜0.05);5种植被类型中仅森林植被受CO2浓度影响显著.年平均气温对不同植被类型的影响由高到低的顺序为:森林＞沼泽湿地＞灌丛＞农田＞草地;降水的影响为:森林＞沼泽湿地＞草地>灌丛＞农田;CO2浓度的影响为:森林＞沼泽湿地＞草地＞农田＞灌丛.关健词:NDVI;气候变化;CO2浓度增加;东北冻土区     

浙江省植被物候变化及其对气候变化的响应

基于改进的Savitzky-Golay滤波算法重构了2001-2010年MODIS NDVI时间序列数据,反演了浙江近10 a来的植被生长状况,利用分段多项式拟合和动态阈值法提取了自然植被重要物候期(生长季开始时间、结束时间和生长季长度等),分析了植被物候期的年际变化趋势和空间分异特征,并结合同期气象数据,探讨了植被物候变化与气候变化的关系.主要结论如下:①浙江植被覆盖有所减少,整体下降趋势不显著,平均植被生长季为222 d,长度略有延长,其中开始时间提前趋势不显著,而结束时间推迟显著.②植被生长季为3月下旬至11月中旬,植被生长季的开始时间从北往南逐渐推迟,生长季结束时间相对集中,其中生长季延长的区域面积和缩短的区域面积相当.③气象要素与关键物候期参数的相关性分析表明冬季的热量供给是影响浙江植被生长开始的重要因子,植被生长季前期温度积累的增加有利于植被生长;生长季结束时间与当年温度呈极显著正相关,与当年降水和湿润指数的减少呈负相关,但影响不显著,从与各相关月、季度相关分析来看,秋季干湿程度对植被生长季结束时间影响相对较大.     

神东矿区AVHRR/NDVI的时空、开采强度和气候效应

研究采矿扰动区长时序、多维度NDVI变化趋势,有助于认识非自然生态区植被演替规律,对高强度开采条件下西北脆弱生态区地表植被自然修复和人工修复工作具有指导意义.研究通过设立直接影响区、间接影响区和自然生态校验区,利用长时序GIMMS AVHRR/NDVI（1981～2006）植被指数数据集,结合同期温度、降水和煤炭产量信息,从时间、空间、气候和开采强度方面开展对比分析,并以长时序MODIS NPP/NDVI（2000～2010）数据进行结果验证.时序分析表明,全球变化背景下,神东矿区植被生长季二度延长;空间分析表明,神东矿区NDVI增量低于缓冲区,缓冲区NDVI增量低于自然生态区;开采强度分析表明,随着神东矿区开采强度增强,NDVI增速放缓,增长速率低于自然生态区;气候变化分析表明,神东矿区NDVI受温度升高、降水减少共同作用,与温度相关性较高,与降水相关性较低;同期MODIS NPP/NDVI验证结果表现出与AVHRR/NDVI一致的规律性.     

一种融合多波段比值法和随机森林算法的Sentinel-2绿潮信息提取方法

遥感卫星可以高效、大面积地监测海洋绿潮的发生及发展情况,而绿潮的精准识别提取尤为重要,对于维护海洋生态环境安全具有重大意义。本研究提出一种融合多波段比值法和随机森林算法（random forest,RF）的绿潮信息提取方法,基于高分辨率的Sentinel-2遥感影像,以苏北近岸海域为研究区,以绿潮和非绿潮两类地物为识别目标进行精准识别分类,并与最大似然法（maximum likelihood classification,MLC）、RF和支持向量机（support vector machine,SVM）以及融合多波段比值法的MLC和SVM等五种模型进行对比。结果表明：归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）和漂浮藻类指数（floating algae index,FAI）能够有效提高绿潮信息提取的准确性,融合这两种指数的RF模型分类结果 Kappa系数为0.98,总体精度为99.92%,高于其他五种模型。研究结果可为海洋环境生态及生物地球化学循环的相关研究与治理提供理论与技术支撑。     

基于时间序列谐波分析的东北地区耕地资源提取

耕地是人类社会赖以生存发展最重要的资源之一,及时获取其空间分布是国家农业决策的基础。论文利用2007年多时相的SPOT/VGT NDVI数据提取东北地区耕地资源信息。以NDVI时间序列数据年内变化振幅和周期差异性作为分类的依据,采用时间序列谐波分析法对全年时间谱NDVI数据进行重构,减少高频噪声对信息提取的影响,获得研究区地物信息在时间维度上的振幅、相位以及年均NDVI值影像图,然后将三者合成。应用神经网络分类方法,对合成后的影像选择训练样本,获取东北地区耕地资源的空间分布。实验中提取耕地的精度为83.26%,Kappa系数为0.732 4;该方法获取耕地资源空间分布的精度均高于GLC2000、UMD、IGBP和中科院1∶100万土地利用数据4种分类产品。研究表明,基于时间序列谐波分析法对NDVI数据重建,利用不同类型植被NDVI曲线在一年内振幅、相位特征的差异,采用神经网络分类的方法,可以精确地提取耕地资源信息,及时为农业和土地管理部门管理决策提供科学依据。     

基于LMDI模型的中国粮食产量变化及作物构成分解研究

理清1980-2010 年间中国粮食产量变化的作物贡献及其主要贡献因子,为今后农业政策的调整提供决策依据。论文采用对数平均迪氏分解模型(LMDI)开展1980-2010 年间中国粮食产量变化及作物构成分解研究。研究结果表明:①30 a 间中国粮食产量增加了2.26×10⁸ t,粮食播种面积效应和粮食单产效应分别为-0.21×10⁸和2.47×10⁸ t;粮食单产水平提升对粮食增加量的贡献值大,但这一贡献效应的增加量在减弱。②稻谷、小麦和玉米三种作物产量在全国粮食总产量中的比例波动性上升;稻谷单产、小麦单产、玉米单产,以及玉米播种面积的增产效应最为明显,是驱动全国粮食产量增加的主要因素。③地区贡献以黑龙江和河南最为突出,累积贡献率约占1/3,省域粮食生产“北进中移”的趋势明显;各省域粮食产量的贡献因素差异显著,大豆、薯类和其他作物对粮食总产量变化的贡献较小。建议实施差别化的粮食生产政策,在继续提高粮食单产的同时稳定粮食播种面积,确保国家粮食安全。     

基于多时相NDVI数据的复种指数提取方法研究

多熟种植是中国重要的种植制度,在农业生产中具有重要的地位。复种指数反映了耕地实际利用强度,及时获取其空间分布信息是国家农业决策的基础。论文在重新理解和定义复种指数的基础上,提出了一种基于NDVI曲线迭代修正的复种指数遥感提取方法,并以SPOT/VGT多时相NDVI数据为基础,提取了1999~2004年中国北方17省市区农用地的复种指数。结果表明:提取的复种指数空间分布符合我国耕作制度区划,基于目视解译的样点检验总体精度为95.24%,Kappa系数为0.9057,与根据统计数据得出的复种指数结果的线性回归斜率为0.9288（R2=0.9159,P<0.001）,表明该方法能够准确快捷地提取复种指数,及时地为农业和土地管理部门提供耕作制度的空间信息。     

农业气候资源变化对双季稻生产的可能影响分析

基于长江中游地区50 个气象台站自1960 年以来的历年地面气象观测资料,分1960-2009 及1960-1984、1985-2009 年3 个不同时间段,分温度生长期、早稻生长期、晚稻生长期分别分析了热量、光照、降水等农业的变化特征,并讨论对双季稻生产的可能影响。1960-2009年,该地区温度生长期平均气温、平均日最低气温、平均日最高气温的平均增速分别为0.08 ℃/10 a、0.09 ℃/10 a、0.07 ℃/10 a,≥10 ℃活动积温的平均增速为66.3 ℃/10 a,日照时数的平均减速为31.7 h/10 a,降水量的平均增速为3.7 mm/10 a。表现为温度上升、积温增加、温度生长期延长、日照时数减少、降水量微弱增加的变化特征。温度升高、积温增加可能导致发育速度加快、生育期缩短、病虫害加重,日照时数减少可能影响叶片光合及产量。早稻生长期的平均气温、≥10 ℃活动积温的增速分别为0.20 ℃/10 a、48.9 ℃/10 a,晚稻生长期分别为0.09 ℃/10 a、14.6 ℃/10 a,早稻和晚稻生长期间日照时数的下降速率分别为18.6 h/10 a、42.7 h/10 a,降水量的增加速率分别为1.9 mm/10 a、8.7 mm/10 a,表现为升温速率早稻大于晚稻,日照时数下降速率晚稻大于早稻,降水量增加速率晚稻大于早稻。早稻期间升温和积温增加明显可能有利于早稻提前播种、选用生育期稍长的品种、提高产量潜力和产量,晚稻期间升温不明显且日照时数下降则可能不利于群体光合和产量形成,影响其产量潜力和产量。区域中的江汉平原、洞庭湖平原等基础条件好的地区,其热量、日照、降水同步增加,其他地区则表现为热量、降水增加,但日照时数下降,要充分发挥其基础条件好与气候资源丰富且同步增加等优势,发展高效规模化生产,增强稻谷生产能力。     

秸秆还田模式对农田土壤碳库特性及产量的影响

为探明南方稻麦两熟制农田秸秆还田模式对土壤总有机碳、活性有机碳、碳库管理指数和稻麦产量的影响,论文通过8 a的水稻-小麦轮作田间定位试验,设置了4个秸秆还田模式处理：秸秆不还田（CK）、秸秆稻麦季均还田（RW）、仅麦秸稻季还田（W）、仅稻秸麦季还田（R）。结果表明,与CK处理相比,秸秆还田显著提高了0~20 cm土壤的总有机碳、活性有机碳、稳定态有机碳（P<0.05）;不同秸秆还田模式处理之间的土壤总有机碳、稳定态有机碳差异均不显著（P>0.05）,RW处理的活性有机碳、碳库活度指数、碳库管理指数与R处理无显著差异性（P>0.05）,显著大于W处理（P<0.05）;RW与R处理的水稻产量均值无显著差异性（P>0.05）,显著大于W处理;活性有机碳、碳库管理指数与水稻产量均值呈极显著相关（P<0.01）,与小麦产量均值关系不密切（P>0.05）;上述结果表明,与稻麦两季还田模式相比,南方稻麦两熟制农田实施仅稻秆麦季还田模式,并不影响作物稳产性与土壤地力的提升。     

铀矿浸出液胁迫对种子萌发和幼苗生长及抗氧化酶影响

研究了不同浓度铀矿浸出液对水稻(Oryza sativa L.)、大豆(Glycine max(Linn.)Merr.)、玉米(Zea mays L.)和绿豆(Vigna radiata(Linn.)Wilczek.)的种子的萌发率、根系和幼苗的早期生长及其抗氧化酶活性的影响.结果表明:低浓度的铀矿浸出液使4种作物种子...     

Soil N balance as affected by soybean maturity class in the Guinea savanna of Nigeria

Legume–cereal rotation may reduce the fertilizer requirement of the cereal crop and we hypothesize that the benefit depends on the maturity class of the soybean. Field trials were therefore conducted in 1995 in four Guinea savanna sites to monitor the effect of soybean (Glycine max (L.) Merrill) cultivation on the N balance of the soil. In trial 1, an early (TGx1485-1D) and a late (TGx1670-1F) soybean were grown to maturity along with a maize (Zea mays L.) reference plot. In trial 2, six varieties of soybean (early: TGx1485-1D, TGx1805-2E and TGx1681-3F; medium: TGx1809-12E and TGx923-2E; late: TGx1670-1F) were grown to maturity along with a reference maize plot. The total nitrogen (N) content, aboveground N₂ fixed, and N remaining in the stover were higher in the medium and the late varieties than in early varieties. Also, the early varieties had higher nitrogen harvest indices (81–84%) than medium and late varieties (74–79%). From the N balance calculation, it was found that medium and late maturing soybean resulted in an addition of 4.2 kg N ha⁻¹ to the soil, whereas the early maturing varieties resulted in depletion of the soil N reserve by 5.6 kg N ha⁻¹ (P<0.05). On average, among the medium and late varieties, late maturing TGx923-2E resulted in an addition of 9.5 kg N ha⁻¹ to the soil. When the stover was not returned to the field, early soybean resulted in more negative N balance than the medium and late soybean (P<0.05). Therefore, planting an early variety of soybean for one season resulted in net depletion of soil N, even when the soybean residues were returned to the soil and N₂ fixed in the roots and N in the fallen leaf litter were included in the N balance calculations. Contrary to this, planting medium and late soybean for one season resulted in an addition of N to the soil. Therefore, medium and late soybean should be used as a preceding crop in legume–cereal rotation, if possible, to minimize or avoid depletion of soil N by early varieties of soybean.     

Adsorption of Cr(Ⅲ) from acidic solutions by crop straw derived biochars

Cr（Ⅲ） adsorption by biochars generated from peanut, soybean, canola and rice straws is investigated with batch methods. Adsorption of Cr（Ⅲ） increased as pH rose from 2.5 to 5.0. Adsorption of Cr（Ⅲ） led to peak position shifts in the FFIR-PAS spectra of the biochars and made zeta potential values less negative, suggesting the formation of surface complexes between Cr^3＋ and functional groups on the biochars. The adsorption capacity of Cr（Ⅲ） followed the order： peanut straw char 〉 soybean straw char 〉 canola straw char 〉 rice straw char, which was consistent with the content of acidic functional groups on the biochars. The increase in Cr^3＋ hydrolysis as the pH rose was one of the main reasons for the increased adsorption of Cr（Ⅲ） by the biochars at higher pH values. Cr（llI） can be adsorbed by the biochars through electrostatic attraction between negative surfaces and Cr^3＋, but the relative contribution of electrostatic adsorption was less than 5%. Therefore, Cr（Ⅲ） was mainly adsorbed by the biochars through specific adsorption. The Langumir and Freundlich equations fitted the adsorption isotherms well and can therefore be used to describe the adsorption behavior of Cr（Ⅲ） by the crop straw biochars. The crop straw biochars have great adsorption capacities for Cr（Ⅲ） under acidic conditions and can be used as adsorbents to remove Cr（Ⅲ） from acidic wastewaters.     

稻田不同种类有机肥施用对后季麦田N2O排放的影响

以稻麦轮作系统为对象,研究水稻生长季基肥施用不同有机物料对后季麦田N₂O排放及年轮作系统CH₄和N₂O综合温室效应的影响.结果表明:与施用化肥(化肥处理)相比,施用菜饼加化肥(菜饼处理)对后季麦田N₂O排放量无影响;施用小麦秸秆加化肥(小麦秸秆处理)导致后季麦田的N₂O排放量减少15%;施用牛厩肥加化肥(牛厩肥处理)和猪厩肥加化肥(猪厩肥处理)分别增加29%和16%.就稻麦年轮作生长季总体而言,菜饼、牛厩肥和猪厩肥处理稻麦生长季N₂O排放总量较化肥处理分别增加6%、17%和7%,然而,小麦秸秆处理N₂O排放总量减少16%.20a或500a时间尺度上各处理稻田CH₄排放和该轮作周期水稻和小麦生长季N₂O排放的总GWP值由大到小的顺序分别为:菜饼处理>小麦秸秆处理>牛厩肥处理>猪厩肥处理>化肥处理或菜饼处理>牛厩肥处理>猪厩肥处理>小麦秸秆处理>化肥处理.单位产量的GWP以作物残体处理最高,农家肥其次,化肥处理最低.因此,稻田基施不同种类有机物料都相应地增加稻麦轮作系统CH₄和N₂O排放的综合温室效应.