基于高分一号卫星影像的柽柳地上生物量遥感估算研究——以昌邑柽柳国家海洋特别保护区为例

柽柳是滨海湿地植被中的典型物种，多生长在潮间带和潮上带，在保护海岸、改良滩涂等方面发挥着巨大的作用。国民经济与社会发展"十三五"规划明确提出实施"南红北柳"湿地修复工程，凸显了柽柳在滨海湿地保护中的核心作用，应用遥感技术估算大范围柽柳的生物量对柽柳保护具有重要意义。本文以昌邑柽柳国家海洋特别保护区为例，应用国产GF-1卫星遥感数据和地面生物量实测数据，构建了柽柳地上生物量估算模型，选取了最优模型并开展了应用试验。结果表明:(1)5个植被指数中，比值植被指数RVI与柽柳地上生物量(AGB)相关性最高，为0.686；(2)RVI对应的三次多项式生物量估算模型决定系数最高，为0.81，且平均相对误差MRE和均方根误差RMSE最小，分别为4.7%和0.05 kg/m2；(3)应用2014年9月4日获取的昌邑柽柳国家海洋特别保护区GF-1卫星遥感影像，利用RVI三次多项式估算模型进行生物量遥感估算，得到研究区柽柳林地上平均生物量为0.75 kg/m2，总生物量为15020 t。     

野鸭湖湿地挺水植物磷素截留量动态变化分析

野鸭湖湿地位于官厅水库上游,在截留养分、预防水库水体富营养化方面发挥着重要作用.通过野鸭湖湿地中4种优势挺水植物(茭白、扁秆藨草、香蒲、芦苇)的分布区域研究,分析了植物生物量及养分元素磷含量随季节的动态变化特征,得到了研究区域内4种挺水植物对磷素截留总量的动态变化.结果表明,研究区域内4种优势挺水植物地上部分磷含量为茭白>香蒲>扁秆藨草>芦苇;地下部分磷含量呈现茭白>扁秆藨草>香蒲>芦苇的分布特点;4种植物的地上部分和地下部分磷含量均随生长季节而降低;4种植物的单位面积磷素蓄积能力存在明显差异,表现为茭白>香蒲>扁秆藨草>芦苇的规律,其单位面积蓄积峰值依次为4910、4140、2190和1390g.m-2;研究区域内挺水植物磷素蓄积总量在夏季达到峰值2210.8kg,最小值出现在冬季,为1263.5kg;区域内上、中、下游挺水植物的磷素截留总量依次递减.     

闽江河口湿地互花米草入侵机制

为了阐明湿地植物入侵的机制,选择闽江河口湿地为研究区域,通过野外采样和室内分析,对入侵种互花米草和土著种短叶茳芏根冠生物量、养分在植物体内的分配以及植物养分的生态化学计量学特征进行了测定与分析。结果表明:①互花米草根冠比季节变化范围是0.49~1.64,平均值为1.11,低于短叶茳芏(变化范围是3.11~7.95,平均值为5.29);②互花米草季节平均的氮磷养分分配顺序为叶>根>茎,而土著种短叶茳芏按照叶>茎>根的顺序分配;③互花米草叶、茎季节平均C/N和C/P均表现出高于短叶茳芏,而根则低于短叶茳芏,N/P则均表现为互花米草叶、茎、根高于短叶茳芏;④较高的地上生物量分配、同化器官(叶)和繁殖器官(根)养分分配以及C/N、C/P和N/P是互花米草得以成功入侵的主要原因之一。     

盐城海滨湿地植被地上生物量遥感估算研究

以盐城湿地自然保护区核心区的ETM+图像数据和同期野外实测的31 个样方地上生物量干重、湿重数据为数据源,分析了15 个遥感信息变量与湿地植被地上生物量干重、湿重的相关关系,并选择在0.01 水平上显著相关的8 个遥感变量建立一元线性回归模型、一元曲线回归模型以及多元逐步回归模型,并对比得出最优模型,进而计算出整个研究区的地上生物量。研究得出：①与研究区湿地植被地上生物量干重和湿重相关性最大的都是ETM+4 波段,干重的相关系数为0.833,湿重的相关系数为0.796;②研究区植被地上生物量干重和湿重的遥感估算模型都是一元三次函数模型,且干重模型的拟合精度要优于湿重模型;③得到研究区地上生物量干重总重量为2.28×10⁸ kg,湿重总重量为6.10×10⁸ kg。     

荒漠河岸多枝柽柳灌丛碳氮磷化学计量特征及其影响因素

为了解群落水平下荒漠河岸多枝柽柳（Tamarix ramosissima Ledeb.）灌丛的碳氮磷化学计量特征及其影响因素,在黑河下游荒漠河岸3 800 m范围内,沿垂直河道方向上设置9个采样点,采用相关性分析、冗余分析（RDA）和偏冗余分析（pRDA）方法,对多枝柽柳群落的碳氮磷化学计量格局及其与环境因子的关系进行研究.结果表明:黑河下游荒漠河岸多枝柽柳群落TC、TN、TP含量平均值分别为380.27、30.42和1.54 mg/g,C:N、C:P和N:P平均值分别为12.98、257.09和20.04.与全球和区域尺度物种水平研究相比,黑河下游荒漠河岸多枝柽柳灌丛群落具有较低的TC含量、较高的TN含量和N:P以及相对稳定的TP含量.多枝柽柳灌丛群落碳氮磷化学计量特征变异系数相对较小,内稳性较强,相对较高的N:P（14.55~27.20）表明群落水平下多枝柽柳灌丛更倾向于受磷元素的限制.在沿河梯度上,多枝柽柳群落TC含量和TN含量均随沿河距离的增加呈显著下降的变化趋势,而C:N随沿河距离的增加呈波动上升的变化趋势;TP含量呈先降后升的变化趋势,而C:P和N:P大致呈先上升后下降的变化趋势.多枝柽柳灌丛群落的碳氮磷化学计量特征与土壤理化属性存在一定相关性,土壤含水量、土壤容重和土壤pH是影响多枝柽柳群落碳氮磷化学计量特征变化的关键因子,三者共同解释了总变异的57.7%,其中土壤含水量解释了总变异的32.8%.研究显示,土壤水盐与多枝柽柳灌丛的碳氮磷化学计量特征关系密切,土壤含水量在解释多枝柽柳灌丛碳氮磷化学计量特征变化方面比土壤pH更为重要.      

几种湿地植物对景观水体富营养化治理研究

研究了唐山南湖人工湿地中芦苇、酸模、石龙芮、车前草四种优势植物的生物量和污水净化效果,分析了根系和地上部分生物量与污水净化效果之间的关系,结果如下：不同湿地植物生物量变化比较大（1.38-5.212g/株）,地上部分植株氮、磷吸收量变化范围分别是3.48-4.37和2.27-3.36 mg/g,地下部分植株中氮、磷变化范围分别是2.77-3.06和2.14-2.88 mg/g。芦苇、车前草、石龙芮地上部分与地下部分植株中氮磷含量的比值大于1,说明这三种湿地植物地上部分积累的氮、磷比较高。湿地植物对氮、磷的吸收量与其生物量有关。酸模和芦苇有比较大的生物量,对氮、磷的吸收影响比较大。     

黄河三角洲柽柳灌丛对周边土壤呼吸的影响研究

土壤呼吸是区域碳收支及全球变化的热点问题之一,植物作为碳循环重要的生物库对土壤呼吸有着深远的影响。本文以黄河三角洲柽柳灌丛周边土壤的CO₂通量变化的时空特征为研究目的,采用LI-8100A开路式土壤碳通量监测系统,分析了不同生境条件下柽柳对周边的土壤呼吸的影响,结果表明：（1）研究区生境可分为低盐-高养与高盐-低养。低盐生境中的柽柳灌丛,其周边土壤的土壤呼吸速率明显高于高盐生境,夏秋两季的日动态没有明显的“单峰曲线”特征,春季峰值具有明显的“滞后”现象。（2）柽柳灌丛的南（S）、北（N）方向上,S方向更容易获得光照与热量,表现为春秋两季S方向的土壤呼吸速率高于N方向,但夏季这种现象却恰好相反。土壤呼吸速率昼夜差异较大,但夜间土壤呼吸速率却不容忽视,接近总量的40%,春季土壤呼吸速率昼夜差异最大。（3）以柽柳灌丛中心为起点由近及远,呈现出随着距离的增加土壤呼吸速率逐渐降低的趋势,这种趋势在低盐生境的灌丛周边尤为明显。高盐生境中,S方向的土壤呼吸速率为远距柽柳处的较高,这种“逆反”现象与温度、湿度交替的较大变异有一定关系。     

闽江口沼泽植被地上鲜生物量与植株密度高光谱遥感估算

湿地植被地上生物量与湿地生态系统生产力、碳循环和养分循环等密切相关,是当前研究中的主要关注点之一。利用ASDFieldSpec2500 便携式地物波谱仪测定闽江口鳝鱼滩芦苇（Phragmites australis）和短叶茳芏（Cyperus malaccensis Lam. var. brevifolius Bocklr.）冠层反射光谱,同时测定其地上鲜生物量和植株密度,分析地上鲜生物量与冠层反射光谱及一阶微分光谱的相关关系,确定敏感波段,进而改进植被指数;利用回归分析法,基于各个植被指数,构建地上鲜生物量和植株密度的估算模型。结果表明,芦苇和短叶茳芏地上鲜生物量与冠层反射光谱在蓝光、红光及近红外波段相关性较高;与一阶微分光谱在蓝边、红边相关性较好;芦苇地上鲜生物量与冠层光谱和一阶微分光谱的相关系数均优于短叶茳芏。芦苇和短叶茳芏地上鲜生物量估算模型R2分别在0.408 5~0.765 和0.101 9~0.315 3 之间,估算精度相对于其他参数较高的参数主要有BNDVI、NDCI和MGBNDVI,最佳估算参数均为BNDVI;植株密度估算模型R2分别在0.093 0~0.718 和0.138 9~0.233 7 之间,估算精度相对于其他参数较高的参数主要有GBNDVI、BNDVI、MGBNDVI、NDCI 及SR, 最佳估算参数分别为GBNDVI和NDCI。一定程度上来说,利用高光谱数据估算河口芦苇和短叶茳芏地上鲜生物量和植株密度是可行的。     

三江源区高寒草地地上生物量遥感反演模型研究

为了发展适用于三江源区高寒草地（包括高寒草甸和高寒草原）地上生物量（aboveground biomass,AGB）模拟的遥感反演模型,基于2006—2014年逐年7—8月三江源区高寒草地70个采样点地上生物量数据与同期MODIS-NDVI和MODIS-EVI数据,通过回归分析方法建立高寒草地地上生物量遥感反演模型,并利用长时间序列MODIS数据对2005—2014年三江源区高寒草地地上生物量的时空格局进行模拟分析.结果表明:基于EVI建立的乘幂模型对三江源区高寒草地地上生物量的拟合效果最好,其判定系数（R2）最大,达到0.654;均方根误差（RMSE_P）最小,仅为27.86 g/m2.根据三江源区70个采样点的地上生物量数据最终确立的估算模型为y=348.769x0.783（R2=0.655,P < 0.001）.估算模型模拟结果显示,2005—2014年三江源区高寒草地地上生物量空间特征基本一致,总体表现为从东南到西北逐渐减少的变化趋势,这与该区域的降水量、气温、海拔和植被类型等因素有关;2005—2014年三江源区高寒草地地上生物量平均值为169.25 t/a,最高值为2010年的178.36 t/a,最低值为2008年的162.80 t/a,年际变化趋势表现为2005—2008年逐年下降、2008—2014年则在波动中逐年有所上升.研究显示,三江源区高寒草地地上生物量遥感反演模型及其确定的模型参数可对该区域草地地上生物量进行有效评估.      

稳定化处理砷污染土壤对3种修复植物的生态效应

为探索某矿区高浓度砷污染土壤的污染控制与生态修复,以粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、硫酸亚铁（Fe₂SO₄）和磷酸二氢钾（KH₂PO₄）为稳定剂,采用其不同组合对矿区土壤进行稳定化处理,以蜈蚣草、香根草、苎麻为供试植物,研究稳定化处理对土壤中As的形态转化及其对修复植物的生态效应.结果表明,添加不同稳定剂组合处理后,土壤pH值、有机质、阳离子交换量显著增加,增幅分别为：24.4%~29.0%、23.3%~41.1%、17.8%~45.0%;10%粉煤灰、10%干化污泥和1% Fe₂SO₄组合处理对土壤中的As稳定化作用最佳,可交换态As和碳酸盐结合态As含量下降最显著,降幅分别为62.3%、55.3%;添加KH₂PO₄会活化土壤中As,10%粉煤灰、10%干化污泥和1% KH₂PO₄组合处理,土壤中可交换态As、碳酸盐结合态As含量显著增加,增幅分别为26.9%、101.9%.不同稳定剂的组合处理能不同程度的提高3种植物生物量、影响As在植物中的富集、增加植物对As的累积量.3种植物生物量的大小表现为苎麻 > 蜈蚣草 > 香根草.粉煤灰、干化污泥和粉碎花生壳组合处理使蜈蚣草和苎麻地上部分生物量干重增加最显著;粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、Fe₂SO₄和KH₂PO₄组合处理使香根草地上部分生物量干重增加最显著.10%粉煤灰、10%干化污泥和1% Fe₂SO₄组合处理使蜈蚣草、香根草和苎麻地上部分As含量下降最显著,降幅分别为45.5%、29.5%和53.9%;而10%粉煤灰、10%干化污泥和1% KH₂PO₄的组合处理使蜈蚣草、香根草和苎麻地上部分As含量显著增加,增幅分别为：12.8%、25.2%和62.7%.粉煤灰、干化污泥、粉碎花生壳、Fe₂SO₄和KH₂PO₄组合处理使蜈蚣草、香根草和苎麻地上部分对As的累积量都达到最大值,与对照相比,分别增加了3.7倍,12.8倍和3.3倍.3种植物对As的富集能力和累积量表现为蜈蚣草 > 香根草 > 苎麻.     

基于TM遥感影像的湿地松林生物量研究

利用江西千烟洲地区2005年Landsat5TM遥感图像数据和同期野外调查获得的28个样方湿地松(Pinuselliottii)各器官生物量数据,分析了植被指数、影像变换(主成分分析,缨帽变换)结果与森林各器官生物量之间的相关关系,进而建立了光谱-植被指数与生物量多元回归模型。湿地松林各器官与遥感光谱、植被指数拟合相关性大小依次为:叶生物量>枝生物量>地上生物量>树干生物量。通过多元回归模型计算出湿地松林叶生物量平均为573g.m^-2,地上生物量平均为6628g.m^-2,低于样地调查平均值。单一植被指数与生物量相关性较低,ND-VI并不适用于盖度较大的湿地松林;遥感影像经主成分分析后生物量光谱模型的相关系数略有提高,缨帽变换后反而使模型的相关系数降低。     

Response of photosynthesis, morphology and growth of edysarum mongolicum seedlings to simulated precipitation change in Maowusu sandland

Response patters were investigated for seedlings of Hedysarum mongolicum, a dominant shrub in Maowusu sandland, to the simulated precipitation change by artificially controlling water supply at four levels. Plant growth characters, in terms of branch number and length, leaf number and area, and biomass, increased while water supply increased. However, the effect of water supply on leaf photosynthetic rate was not significant. Root/shoot biomass ratio significantly decreased with the increase of water supply, which was considered adaptive distribution of biomass investments in the different water supply. Water supply obviously affected branching patter. Branch section number,branch number and length of the same section enhanced as water supply increased. Branch number and length were clearly positive correlation with total and aboveground biomass in four water supply treatments. Branch character fully showed plant growth.     

羊草草原和贝加尔针茅草原生态系统呼吸的差异分析

应用静态暗箱-气相色谱法对羊草草原和贝加尔针茅草原的生态系统呼吸CO2通量进行了测算,分析了生态系统呼吸的影响因素,比较了2种草原生态系统呼吸的差异并分析了产生差异的原因.观测期间羊草草原生态系统呼吸CO2通量平均为(12.03±2.10)mg·(m2·min)-1,显著低于贝加尔针茅草原[(20.09±4.41)mg·(m2·min)-1];而羊草草原生物量显著大于贝加尔针茅草原(p0.001).羊草草原和贝加尔针茅草原生态系统呼吸都与温度(箱内气温、5cm和15cm地温)具有显著的指数函数关系.通过偏相关分析发现,在地温作为控制变量时,生态系统呼吸与土壤Eh、pH间不再具有显著的相关性,Eh、pH对CO2通量的影响可能是由地温变化间接引起的,而CO2通量与活体生物量呈现出了一定的相关性,与凋落物生物量无显著相关性.2种草原的CO2通量都可以用温度指数模型进行很好地模拟,基于地温的模拟效果(R2为0.568～0.639)显著好于基于箱内气温的(R2为0.323～0.426).地温是2种草原生态系统呼吸最重要的影响因素,它掩盖了地上部植物体对生态系统呼吸的影响.在该区域,土壤呼吸占生态系统呼吸比例较高,贝加尔针茅草原较高的有机质含量导致了其生态系统呼吸CO2通量较高.     

若尔盖亚高山草甸地上生物量与植被指数关系研究

为探讨亚高山草甸地上生物量和植被指数的关系,更好服务于草地生态建设,论文利用2008年7月覆盖若尔盖地区的TM影像,分别建立了7种植被指数（NDVI、RVI、DVI、SAVI、MSAVI、PVI、GVI）与地上生物量的线性和4种非线性（二次多项式、三次多项式、对数、幂函数）回归模型。研究结果表明植被指数（NDVI、DVI、SAVI、MSAVI、PVI、GVI）与地上生物量模型表现出三次多项式回归模型最优,再次是二次多项式模型、线性模型,相对较差的是指数模型;而基于RVI的地上生物量模型表现为指数模型最优,其次为三次多项式模型、二次多项式模型、线性模型。分析表明,基于RVI的地上生物量幂函数模型的模拟效果最好,复相关系数R²=0.817 7,精度检验结果表明该模型的平均误差为6.80%,拟合精度达93.20%,根据此模型模拟出若尔盖县草地地上生物量分布图,表明该县草地生物量东南部较高而西北部较低。     

Response of photosynthesis,morphology and growth of Hedysarum mongolicum seedlings to simulated precipitation change in Maowusu sandland

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＭａｏｗｕｓｕｓａｎｄｌａｎｄ ,ａｓｅｍｉ ａｒｉｄａｒｅａｏｆＣｈｉｎａ,ｌｉｅｓｏｎｍｉｄｄｌｅｐａｒｔｏｆＣｈｉｎｅｓｅｎｏｒｔｈｄｅｓｅｒｔ (Ｙａｏ ,1 992 ) .Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ,ｄｅｓｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｍｏｒｅｓｅｒｉｏｕｓａｎｄｔｈｅｌａｎｄｓｃａｐｅｃｏｍｐｒｉｓｅｓｌａｒｇｅａｒｅａｓｏｆｓａｎｄ ｃｏｖｅｒｅｄｌａｎｄｔｈｅｒｅ(Ｚｈａｎ ,1 994;Ｃｈｉ,1 994) .Ｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｗａｔｅｒｓ…     

立木地上部分生物量模型的建立及其应用研究

根据杉木、马尾松、阔叶树３个树种（组）的样本资料，研究提出了一套建立立木生物量模型及其在区域性森林生物量资源清查中应用的有效方法，解决了总量与各维量间相兼容和生物量估计与森林蓄积量清查的立木材积估计相兼容的问题，而且使模型的精度和适用性相对于传统的二元立木生物量模型有明显提高。     

立木地上部分生物量模型的建立及其应用研究

根据杉木、马尾松、阔叶树３个树种（组）的样本资料,研究提出了一套建立立木生物量模型及其在区域性森林生物量资源清查中应用的有效方法,解决了总量与各维量间相兼容和生物量估计与森林蓄积量清查的立木材积估计相兼容的问题,而且使模型的精度和适用性相对于传统的二元立木生物量模型有明显提高。