基于包络线法的长江三角洲典型植物光谱识别研究

高光谱遥感的出现使树种的精细识别成为可能,本论文利用FieldSpec3便携式地物波谱仪,获取了金边黄杨（Euonvmus Japonicus cv.Aureo-ma）,圆柏（Sabina chinensis）,麦冬（Ophiopogon japonicus）和珊瑚树（Viburnum awabuki）4种植物类型的高光谱数据。在对原始光谱数据进行有效预处理的基础上,进行包络线去除。选择差异较大的550~780 nm光谱波段,对包络线去除后的光谱曲线进行计算得到了这4种植被的吸收峰总面积、吸收峰左面积、吸收峰右面积、对称度等特征参数,根据吸收峰总面积与吸收峰左面积的差异,识别出金边黄杨。最后,对包络线进行一阶微分处理,发现在610~620 nm之间,圆柏的曲线特征表现为吸收谷,其他植物则表现为反射峰;而在670~680 nm之间,麦冬的曲线表现为反射峰,其他植被则表现为吸收谷,根据这两个特征,可以将麦冬、圆柏与珊瑚树区别开来。可见,包络线去除法能突出不同植物光谱特征的差异,从而实现不同树种的光谱识别。本研究结果将为利用遥感数据进行森林树种的高光谱识别与监测提供一些经验。     

近岸水上油膜高光谱遥感特征分析

基于便携式地物波谱仪与岸基光谱成像仪数据,模拟获取了近岸海上油膜的反射率光谱数据与高光谱影像数据。通过对反射率数据及其一阶导数等的分析,提出了油膜区别于海水的光谱特征,利用基于端元波谱提取的光谱角度填充(SAM,spectral angle mapping)分类方法对高光谱影像数据进行了油膜提取。结果表明,海水、薄油膜、厚油膜在可见光-近红外范围内反射特征差异较大,在1000~2500 nm的近红外波段仅有厚油膜区分度较高。     

黄河三角洲典型植被潜在分布区模拟——以翅碱蓬群落为例

黄河三角洲是典型的滨海河口湿地,由于人类活动的影响及其生态系统先天脆弱性和敏感性,黄河三角洲生态环境受到严重破坏,保护当地自然植被、恢复生态系统功能为当地面临的一个主要任务。论文以当地一种典型植被类型——翅碱蓬(Suaeda heteroptera)群落为例,以广义加法模型(Generalized Additive Models,GAMs)作为分析、模拟的手段,探索黄河三角洲典型植被空间分布与环境因子之间的关系,并模拟其潜在分布区,以期为当地生态恢复提供参考。植被分布以及土壤数据通过野外调查获取,共计获取641个植物群落样方、964个土壤样品,并测定了土壤有机质、全磷、全盐和可溶性钾等理化指标。另外还收集了黄河三角洲的土壤类型、地貌类型和DEM等数据。基于收集的植被与环境因子数据,采用广义加法模型分析了植被与环境之间的关系,结果表明土壤全盐含量、地表高程和土壤全磷含量对翅碱蓬群落分布具有重要的影响。在上述分析的基础上,建立了翅碱蓬群落分布与环境因子之间的关系模型。基于建立的植被-环境关系模型,对翅碱蓬群落在更广阔范围内(植被受损区)的分布进行了预测,并生成翅碱蓬群落潜在分布区概率图,通过该图可以看出,翅碱蓬群落在地面高程较小、土壤含盐量较大的区域出现的概率较大。最后采用基于ROC曲线的方法对模拟结果进行了验证,交叉验证和单一验证的ROC曲线的AUC值都超过了0.8,模型诊断结果达到良好水平,并有很好的稳定性,模拟的结果可以为黄河三角洲的植被恢复提供较为有价值的参考。     

典型酚类化合物水相光氧化产物光谱特征分析

生物质燃烧可直接排放棕色碳类物质(BrC),也可通过排放的亲水性酚类化合物的水相光解生成BrC,但初始浓度对光氧化产物光谱特征的影响研究较少。该研究选择3,5-二羟基苯甲酸、4-甲基邻苯二酚、2-甲氧基苯酚和2,6-二甲氧基苯酚进行水相溶液直接光照模拟,考察不同分子结构和不同初始浓度(0.1、0.5、1和5 mmol/L)对光解产物的影响。结果表明,在300 W高压汞灯光源照射下,溶液颜色都表现为从无色变为浅黄色,紫外-可见吸收随波长单调递减,显示有BrC的生成;0.1 mmol/L低浓度溶液出现了先变黄加深后变浅的光漂白现象,而其他高浓度溶液在365 nm处的吸光度呈逐渐增加趋势;光解速率呈现3,5-二羟基苯甲酸大于4-甲基邻苯二酚,以及2-甲氧基苯酚大于2,6-二甲氧基苯酚的差异,表明酚类化合物结构对光解过程有重要影响。结合三维荧光中心红移分析,推测酚类化合物的直接光解过程为有机自由基反应驱动的低聚过程。     

天山北麓土壤有机质高光谱特征分析

随着土壤遥感科学的快速发展,光谱技术及其相关理论分析在农业生产与生态规划领域得到了广泛的应用。通过对光谱反射率进行一阶微分与倒数对数形式的变换,选取相关系数较大的波段构建基于多元逐步回归与偏最小二乘法的反演模型,得到如下基本结论:土壤光谱的一阶微分的变化,显著提高了土壤有机质含量与光谱间的敏感性;在多元逐步回归分析中,反射率一阶微分的多元回归模型的稳定性及预测精度最好;在偏最小二乘法回归分析中,反射率倒数对数模型的决定系数达到了最高的0.962,而总均方根误差为最低的1.082,其模型的稳定性及预算精度优于其他模型;总体上,偏最小二乘法回归模型的稳定性及预测精度优于多元回归模型,能够进一步满足研究区土壤有机质含量估算的实际需求。     

黄河三角洲典型城市夏季臭氧污染特征与敏感性分析

为探究黄河三角洲代表性城市东营市夏季环境空气臭氧(O₃)污染成因,利用2021年6月东营市大气超级站监测数据与基于观测的化学盒子模型(OBM),较为全面地分析了O₃污染特征与O₃生成敏感性机制,并开展了前体物减排效果评估. 结果表明:①2021年6月东营市O₃污染较严重,O₃污染天〔日最大8 h平均O₃浓度值(MDA8-O₃)≥160 μg/m3〕占比达50.0%,MDA8-O₃、挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NO_x)浓度平均值较非污染天分别升高70.0%、10.4%和7.6%. ②O₃污染天呈高温、低湿的特点,O₃浓度与温度的相关性在污染天显著增强. ③基于本地化的O₃生成潜势计算表明,与非污染天相比,污染天异戊二烯、乙烯和甲苯对O₃生成潜势的贡献分别增加了114.3%、68.6%和38.2%. ④污染天O₃本地净生成速率明显升高. O₃生成处于VOCs-NO_x协同控制区,减少VOCs和NO_x排放均可有效降低O₃生成. 研究显示,现阶段东营市应实施VOCs/NO_x协同减排比例大于或等于1∶1的减排策略,污染天(尤其是夜间)应加大NO_x及VOCs减排力度,减轻污染天温度升高及植物源排放增加等不可控因素对O₃污染的影响.      

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。     

基于高光谱特征提取的藻类叶绿素a反演模型

选取自然界中分布较广泛的小球藻和铜绿微囊藻为研究对象,进行室内藻类光谱试验,同步测定其ρ(叶绿素a),并分别建立基于混合高斯函数的小球藻和铜绿微囊藻高光谱信息模型. 在此基础上,利用模拟退火算法实现模型的非线性参数拟合,提取这2种藻的高光谱特征,通过非线性回归分析,反演得到分解后的高光谱信息模型的峰高(h_i)与ρ(叶绿素a)的定量模型,实现对水体中小球藻和铜绿微囊藻ρ(叶绿素a)的预测. 结果表明:藻类高光谱特征提取算法能有效揭示小球藻和铜绿微囊藻的光谱本质特征,并得出相应的小球藻和铜绿微囊藻叶绿素a反演模型.      

基于近地多光谱和OLI影像的黄河三角洲冬小麦种植区盐分估算及遥感反演——以山东省垦利县和无棣县为例

黄河三角洲是我国重要的后备土地资源区,而土壤盐渍化对该区的农业生产影响巨大,因此,及时获取该区农作物种植区土壤盐分含量及其分布具有重要意义。论文利用ADC便携式多光谱相机和EC110便携式盐分计,采集该区近地多光谱相片和土壤表层含盐量数据,结合两期遥感影像提取黄河三角洲冬小麦种植区面积分布,构建基于近地多光谱植被指数的土壤含盐量估算模型,进而将模型拟合反演到黄河三角洲OLI影像,得到黄河三角洲冬小麦种植区土壤盐分含量空间分布图,对麦区土壤盐分状况进行了分析。结果显示,土壤含盐量最佳估算模型为以SAVI为因变量的线性模型（Y=-0.754x+0.870,n=80）,估测R²为0.747,精度达到81.44%;研究区冬小麦分布由西南部内陆至东北部沿海呈明显递减的空间趋势;麦田土壤盐分含量主要集中在1.5~3.0 g/kg之间,占种植总面积的76.90%,而含盐大于3.0 g/kg的麦田占14.09%,宜采取针对性栽培管理措施。该研究探索了基于近地多光谱数据和OLI影像的土壤含盐量估算方法,为黄河三角洲麦田管理和土壤盐分含量估算提供了快速有效的技术手段。     

典型土壤组分及其与丁草胺除草剂作用的红外光谱研究

运用红外光谱法对3种典型土壤(红壤、潮土和黑土)的矿物质、胡敏酸及其与丁草胺的吸附附着物进行了研究.结果表明,江西红壤为高岭石型矿物质,在3 703,3 628,1 089,1 035,914,696及471 cm-1处有特征吸收峰.北京潮土和黑龙江黑土为蒙脱土型矿物质,在1 432和872 cm-1处有特征吸收峰,而在3 703和3 628 cm-1处吸收较弱或微弱.不同土壤中胡敏酸的组成基本相同,均在3 420,2 935,2 847,1 724,1 660及1 035 cm-1处有明显吸收,表明其含有缔合羟基、芳烃、羰基、醇、酚及酸等.丁草胺与土壤胡敏酸的吸附机理主要是在胡敏酸的羰基及酚醇羟基上形成氢键.      

潮沟对黄河三角洲湿地典型景观格局的影响

为揭示潮沟发育对黄河三角洲典型湿地景观类型空间分布格局的影响,通过对1989-2016年黄河三角洲7期遥感影像进行目视解译,在获取潮沟及湿地景观类型空间分布基础上,通过冗余分析识别影响黄河三角洲典型湿地景观特征的主要潮沟指标。结果表明：光滩面积占比的变化趋势与芦苇（Phragmites australis）、碱蓬（Suaeda salsa）相反;黄河三角洲北部区域湿地景观的斑块密度整体上大于南部,景观破碎化程度相对较高;RDA结果显示前两个排序轴能够解释潮沟发育指标与景观格局指数关系的85.7%,较好地反映了两者的相关关系;潮沟长度、数量、网络连通度和曲率对区域景观格局的影响程度较大;潮沟分维值对景观格局影响程度最小;潮沟长度、数量、分维值与芦苇和碱蓬的面积占比及斑块密度呈负相关关系,与光滩面积占比呈正相关关系。     

黄河三角洲自然保护区湿地生态服务功能价值评估

黄河三角洲自然保护区是世界上暖温带保存最完整、最年轻的湿地生态系统之一,具有多种重要的生态服务功能。通过山东省第二次湿地资源调查（2011-2013年）及其它统计数据,结合保护区湿地生态系统的特征、结构及过程,构建了生态系统服务功能价值评估体系,应用生态经济学的理论和研究方法,对保护区湿地生态系统的供给、调节、支持和文化四大类功能进行了全面评估。结果表明:保护区湿地生态系统提供的生态系统服务总价值为123.113×108元,单位面积服务价值为5.93万元/hm2,其中调节服务功能价值最大,为85.773×108元,占总价值的69.78%;其次供给服务功能价值为19.018×108元,占15.45%;文化服务功能和支持服务功能价值分别为11.992×108元和6.330×108元,占9.74%和5.14%。具体提供的15项服务功能价值大小依次为消浪护岸>调蓄洪水>食物>科教>固碳>生物多样性维持>气候调节>供水>保持土壤>大气组分调节>水质净化>原材料>旅游>航运>促淤造陆。货币价值的直观性突显了保护区湿地对当地经济及生态环境的重要性,可提高人们对保护区湿地生态系统的正确认识,为湿地生态系统的保护和管理提供科学的理论依据。     

辽河三角洲湿地植被生态状况变化特征分析

归一化植被指数（NDVI）是反映植被状况的重要指标,对植被生长和区域生态状况的研究具有重要意义。为探究辽河三角洲植被生态状况变化特征和未来发展趋势,基于1995—2009年的NOAA/AVHRR NDVI和2009—2020年FY3/MERSI NDVI数据,通过修正拟合和S-G滤波法构建了1995—2020年长时间序列NDVI数据集。利用趋势分析法、变异系数和Hurst指数分析辽河三角洲（盘锦地区）NDVI时空分布特征,重点研究了水田和沼泽湿地的植被生态状况变化规律和未来发展趋势。结果表明：（1）从时间变化上看,26 a间辽河三角洲NDVI呈波动增加趋势,年平均增长率为0.32%;NDVI年内呈典型的单峰型分布,最大值出现在7月下旬或8月上旬。（2）从空间变化上看,区域内NDVI呈西南—东北方向递增,最高值主要分布在水田区,次高值分布在沼泽区。（3）绝大部分水田植被逐年变好,且植被生态状况比较稳定,低波动变化区域占96.72%,未来植被生态状况将持续改善的区域占61.05%。（4）沼泽植被逐年变好的区域占97.67%,变好最明显的区域主要分布在南部沿海地区和双台子河口附近,且该区域未...     

黄河三角洲湿地生态系统及其保护的初步研究

本文对黄河三角洲湿地生态系统的类型、特征、演替、演化进行了分析 ,并探讨了有关保护对策。     

黄河口典型潮沟土壤碳氮分布特征规律

为探究黄河三角洲盐沼土壤碳氮含量在潮沟水系中的时空分布特征,选取黄河口一条典型的潮沟系统,采集一、二、三级潮沟表层土壤,探寻土壤有机碳、总氮与土壤容重、盐度、pH等理化因子的相关关系。结果表明:土壤有机碳和总氮在时空尺度上表现出极大的异质性特征。时间尺度上,土壤有机碳和总氮出现先上升后下降的趋势。空间尺度上,一级潮沟土壤有机碳和总氮平均值(2.9 g·kg-1、0.36 g·kg-1)大于二级(1.4 g·kg-1、0.18 g·kg-1)、三级(1.6 g·kg-1、0.21 g·kg-1)潮沟。相关分析表明,土壤有机碳和总氮与盐度呈显著正相关(P<0.01),与容重呈显著负相关(P<0.01)。盐沼湿地土壤碳氮含量受土壤水盐条件的影响,而潮沟水系的树状结构对水盐条件的影响是导致土壤碳氮含量时空差异分布的重要因素。     

黄河口典型芦苇湿地土壤磷的吸附动力学特征

以黄河口不同淹水条件的芦苇湿地为研究对象（潮汐淹水湿地、淡水恢复湿地和季节性淹水湿地）,通过吸附模拟实验探讨了不同类型湿地表层土壤对磷的吸附动力学特征及其影响因素,评估了不同淹水条件下湿地土壤对磷的吸附能力。研究结果表明：具有不同水盐条件的芦苇湿地土壤对上覆水体中磷的吸附表现为淡水恢复湿地>潮汐淹水湿地>季节性淹水湿地,淡水恢复湿地土壤对磷的吸附量最大;三类湿地土壤对磷的吸附过程均表现为初期（0~3 h）最快、中期（3~24 h）逐渐减慢、后期（24 h以后）慢而平衡的状态,但淡水恢复湿地土壤对磷的吸附速率最快,季节性淹水湿地土壤对磷的吸附速率最慢且存在着时间上的延迟性;三类湿地土壤的水盐条件和理化性质差异（如pH、盐度、土壤质地、Al₀、Fe₀和Ca₀）是导致三类湿地土壤对磷的吸附量和吸附速率存在差异的主要因素;Simple Elovich模型和Power Function模型更适合模拟黄河口芦苇（Phragmites australis）湿地土壤对磷的吸附动力学特征。在黄河口退化芦苇湿地实施淡水恢复工程,能够在一定程度上促进湿地土壤对磷的吸附,进而降低湿地水体发生富营养化的风险。     

黄河三角洲土壤真菌群落结构对盐生植被演替的响应

采用高通量测序技术,探究了黄河三角洲光板地和4种盐生植被(翅碱蓬、獐茅、白茅和罗布麻)下土壤真菌群落结构组成及分布特征,揭示其与盐生植被演替的关系.结果表明,随盐生植被正向演替,土壤质量有不断改善的趋势.轻度耐盐群落(罗布麻群落、白茅群落)土壤中真菌丰富度相对较高,其Shannon多样性指数分别为5.21、5.84;在重度耐盐群落(翅碱蓬、獐茅)土壤中真菌丰富度较低,其Shannon多样性指数分别为4.64、4.66.在不同演替阶段时,土壤真菌群落结构差别相对较大(Unifrac Metric值为0.48~0.67).土壤中全氮含量是影响真菌OTU数、ACE指数和Shannon指数的主要因素.5个土壤样本共获得60174条有效序列,可归到子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)、毛霉亚门(Mucoromycotina)5个真菌门;其中,子囊菌门在重度耐盐植物群落(翅碱蓬、獐茅)中相对丰度较高(2.69%、69.97%),担子菌门在轻度耐盐群落(罗布麻群落、白茅群落)中相对丰度较高(9.43%、6.64%).     

基于Landsat的黄河三角洲湿地景观时空格局演变

为全面揭示黄河三角洲湿地景观的演变,利用1973~2016年9期Landsat卫星影像,构建黄河三角洲湿地景观空间数据库,分析区域湿地景观的组成及其变化,应用景观格局指数分析方法,研究湿地景观格局演变的趋势,并结合质心模型探讨湿地景观空间位置的变化.结果表明：（1）黄河三角洲咸水湿地多分布于海岸带附近,淡水湿地多分布于河流沿岸,人工湿地多分布于距离海岸线15km以内的沿海区域以及河流沿岸.（2）黄河三角洲湿地总面积呈下降趋势,是由芦苇沼泽、翅碱蓬柽柳沼泽以及芦苇柽柳沼泽为主的自然湿地向人工湿地和非湿地的转换变化导致.（3）黄河三角洲湿地景观整体呈破碎化的萎缩趋势,景观空间构型不断朝破碎化、多样化,形状简单化的人工化特征突出的方向发展.（4）1973~1985年间,受黄河由刁口河流路改道清水沟流路初期的影响,加上充沛的淡水水源,黄河三角洲湿地呈以淡水湿地的东北向扩张变化主导;1985年后,黄河处于改道清水沟流路中后期,后又改至清8汊流路,加上黄河径流量的减少,使得区域湿地景观整体呈咸水湿地主导的东南方向萎缩变化.     

黄河三角洲土壤古菌群落结构对盐生植被演替的响应

采用高通量测序技术,探究黄河三角洲光板地和4种典型盐生植被类型（翅碱蓬、獐茅、白茅和罗布麻）下土壤古菌群落组成和数量分布特征,揭示其对盐生植被演替的响应.结果表明,植被覆盖有利于降低土壤盐化程度、增加土壤营养物质含量,土壤速效磷随盐生植被在光板地-重盐土壤（翅碱蓬、獐茅）-轻盐土壤（白茅、罗布麻）中的正向演替有不断升高的趋势.5种覆被类型下土壤古菌在种群组成上差异明显,无植被覆盖的光板地具有最高的古菌群落多样性和丰富度,广古菌门为优势菌群.土壤古菌群落结构与盐生植被演替顺序不具有严格的一致性：当植被处于相同演替阶段时,土壤古菌群落结构不具明显的相似性;在不同演替阶段时,土壤古菌群落结构也未均表现出更大的差异性.随着盐生植被正向演替,土壤温度、电导率（含盐量）对土壤古菌群落结构多样性起促进作用,土壤全氮、碱解氮、有机质起抑制作用.     

气候变化和人类活动对黄河三角洲植被动态变化的影响

黄河三角洲是我国暖温带最完整、面积最大的湿地生态系统,其植被变化对于黄河三角洲生态功能和生态安全具有重要意义.本研究基于植被覆盖度(fractional vegetation cover,FVC)、叶面积指数(leaf area index,LAI)、净初级生产力(net primary productivity,NPP)3个生态参数,分析了2000-2017年黄河三角洲地区植被的动态变化,并以NPP为指标量化分析了气候变化和人类活动对植被生产力的贡献.研究发现,2000-2017年黄河三角洲FVC(Slope=0.004,p<0.05)、LAI(Slope=0.011,p<0.05)、NPP(Slope=3.54 g·m-2·a-1,p<0.01)呈显著增加趋势,说明2000-2017年黄河三角洲植被生长状况趋好、植被生产力提高.气温、降水和太阳总辐射对植被NPP变化的贡献分别为0.006、0.81、-0.03g·m-2·a-1,即降水对植被NPP变化的贡献最大,这主要是因为黄河三角洲的主要土地利用类型为耕地,受降水影响大,当地土壤具有盐碱化风险,降水可以补充淡水资...