高光谱植被覆盖度遥感估算研究

以北京大学"无人机遥感载荷综合试验场"为试验区,采集草地植被覆盖度(Vegetation Cover, VC)和相应样方冠层高光谱反射率数据,并对比研究了高光谱反射率三种变换形式(小波能量系数、主成分和植被指数)与VC之间的关系模型。结果表明:在三种变换形式中,植被指数模型(R²大于0.8,RMSE小于等于0.018 8)优于基于小波变换和主成分分析的VC模型;经过对高光谱数据进行小波分解获得的第二和第四小波能量系数与VC之间存在显著的对数相关(R²分别为0.811和0813;RMSE分别为0.019 9和0.019 8);以多个小波能量系数作为自变量的VC多元回归模型明显优于基于主成分的多元线性回归,R²和RMSE分别提高0.058和0.030;将高光谱EVI模型与TM-EVI数据相结合生成的试验区VC空间分布总体上呈北部和南部植被覆盖度高(分别>75%和>55%),中部相对低(15%~55%)的特征,与其土地利用/覆被特征相吻合。     

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。     

影像纹理窗口大小对山地阔叶林不同群落有效叶面积指数估测的影响

森林叶面积指数是陆地表面过程和地球系统气候模型的基本参数,更是森林结构的关键参数之一,已广泛应用于辐射、植物光合作用和降雨截流估测等方面。论文以川西南山地阔叶林5种不同群落类型为研究对象,基于地面调查的112个20 m×20 m样地和SPOT 5数据,运用5种图像处理技术,包括光谱反射率、植被指数、影像单波段纹理、简单波段比纹理和主成分纹理,提取相应影像信息,建立多元回归模型估算有效叶面积指数（LAIe）。结果表明：光谱反射率、单波段纹理参数和植被指数对LAIe估测能力相对较低,利用植被指数仅获得实测LAIe约65%的精度（R²=0.65,RMSE=0.28 m²/m²）;更为有效的是运用所有比值处理的纹理特征参数值来估测LAIe,可获得实测LAIe约74%的变异（R² =0.74,RMSE=0.20 m²/m²）;改进最理想的是利用主成分处理建立的回归模型（R²=0.85,RMSE=0.10 m²/m²）。不同群落的LAIe估测,整体上相应地优于研究区结果,其中栲群落决定系数R²更是高达0.89（RMSE=0.07 m²/m²）。对于研究区阔叶林以窗口7×7、9×9比较成功,而各群落以窗口9×9较好。因此比值处理、主成分处理的纹理特征参数引入及高空间分辨率数据的使用,能显著提高LAIe估测精度。     

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。     

基于微分变换的湿地植物高光谱全氮反演

叶片全氮含量是监测和诊断湿地植物生理状况及生长趋势的重要指标,利用高光谱技术监测湿地植物氮含量,对于理解湿地生态系统氮循环具有重要意义.为探究湿地植物叶片全氮含量遥感光谱的估算方法,以云南省大理西湖湿地公园优势植物芦苇（Phragmites australis）和茭草（Zizania caduciflora）全氮含量为研究对象,对叶片光谱数据进行预处理并建立二者的关系模型,包括单变量模型、多变量模型（偏最小二乘回归模型和BP神经网络模型）,并利用决定系数（r²）和均方根误差（RMSE）对模型精度进行检验.结果表明:（1）不同形式的光谱变换增强了植物全氮含量与光谱变量的细节特征,二者的短波红外波段相关性强于可见光近红外波段.芦苇二阶微分（R"）反射率与全氮含量在1682 nm处相关性最强,相关系数为0.70;茭草平方根二阶微分[(R^1/2)"]反射率与全氮含量在1 190 nm处相关性最强,相关系数高达-0.80.（2）不同植物类型相比,利用茭草的变换光谱反射率建立的单变量和偏最小二乘回归模型建模精度都高于芦苇.（3）不同回归模型相比,BP神经...     

藏北草地地上生物量及遥感监测模型研究

草地退化已成为藏北地区面临的主要生态环境问题。为了定量监测草地生物量和退化草地的生物量动态变化,利用2004 年8—9 月藏北地区草地地上生物量最大时期的地面实测数据,分析了其地上生物量大小和空间分布特征,在此基础上,结合同期的Terra MODIS植被指数数据,建立了草地地上生物量的遥感监测和估算模型。主要结论如下:①由于受高寒气候、土壤、水分等环境因素的限制,8—9 月藏北地区平均草地地上生物量较小,为96.88g/m²,其中绿色鲜草的比重在80%以上;不同区域不同草地类型地上生物量差异很大,范围在37.10~589.12 g/m²,平均而言,高寒沼泽化草甸的地上生物量最大,达356.84 g/m²,其次是温性草原(64.48 g/m²)和高寒草甸(61.61 g/m²),高寒草原草地最低,为48.87 g/m²;②基于MODIS NDVI的合成、生长型、指数函数、逻辑斯谛等4 个模型是估算藏北草地地上生物量的最优模型;③生物量的空间分布呈东南向西北减少态势,东南部部分地段在100 g/m²以上,西北部则在20 g/m²以下。     

基于仿自然人工湿地的低污染水体碳氮协同调控优化措施研究

针对低污染水补给城市河湖景观水体后氮磷营养盐削减、COD波动的问题，构建了仿自然人工湿地和生物塘，通过开展动水和静水试验，研究湿地生态配置和水力停留时间对各水质指标的影响.结果表明，螺、蚌、浮游动物及浮叶植物对COD、BOD₅具有明显的抑制作用，且浮叶植物能够实现TN的高效去除并提高有机氮的氨化作用，仿自然人工湿地建议为“沉水植物+挺水植物+浮游动物+螺、蚌+浮叶植物”的生态系统组合.在上游低污染来水条件下，建议仿自然人工湿地水力停留时间为7 d，沉水植物种植8丛·m^-2，挺水植物种植5丛·m^-2，浮叶植物8株·m^-2，浮游生物塘中投放中华圆田螺1000 g·m^-2，椭圆背角无齿蚌2只·m^-2，以实现仿自然湿地对低污染水体碳氮协同调控.     

基于现场光谱的黄河口湿地芦苇生物量估算模型研究

本文利用2014年春季黄河口湿地芦苇的现场光谱和生物量数据,以植被指数、光谱一阶导数及其导出量为特征参数,运用多种单变量回归模型,构建了基于现场光谱的芦苇生物量估算模型。结果表明:(1)总体上,特征参数与生物量的相关性由大到小排序为:植被指数 光谱一阶导数 光谱一阶导数导出量;(2)春季芦苇光谱在715~755 nm波段范围处的一阶导数与生物量显著相关。当构成植被指数的红光波段在722~751 nm范围内,近红外波段为765 nm或768 nm时,植被指数与生物量相关性最好;(3)S型模型和三次模型较其他单变量的估算模型结果好,所有估算模型中,修改型土壤调节植被指数MSAVI(modified soil adjusted vegetation index)的S型模型的估算结果最好,R2、MRE和RMSE分别为0.817、11.80%和0.085 kg/m2,且估算值总体上与实测值相当。     

鄱阳湖碟形湖泊（常湖池）春季苔草生物量遥感估算

基于Sentinel-2植被指数,应用回归分析法分析了鄱阳湖碟形子湖泊（常湖池）的苔草（Carex）群落生物量与植被指数的关系,并探讨了高程水位和气温变化对其的影响。研究结果表明：（1）10种常用的植被指数中,土壤调节植被指数（Soil Adjusted Vegetation Index,SAVI）是常湖池苔草春季生长中后期（3月22日至5月5日）地上生物量估算的最佳植被指数,SAVI构建的三次多项式是常湖池苔草地上生物量最优遥感估算模型,其均方根误差为73.91 g/m²,预测吻合度为71.90%,苔草生物量分布总体表现为自湖心到湖岸逐渐增加。（2）3月22日（春季苔草生长中期）和5月5日（春季苔草生长后期）苔草的地上总生物量分别为1.06×10⁵ kg和3.28×10⁵ kg,单位面积苔草生物量分别为77.56 g/m²和208.44 g/m²,这与鄱阳湖其他子湖单位面积生物量一般低于300 g/m²相一致。（3）常湖池苔草生长受高程、水位和气温多重要素综合影响。3月底常湖池13.47 m高程（黄海高程,参考星子站水位,下同）以下苔草植株矮小,生物量积累较少;13.47 m高程以上区域受前期低温胁迫,生物量增长缓慢。随着气温回暖,出露区域的苔草生物量逐渐积累,并随高程增加而增长。     

黄土高原子午岭植被自然恢复下的固碳特征

为分析黄土高原生态脆弱区植被自然恢复的碳汇效应和植被群落特征变化对生态系统碳密度的影响,采用时空互代的方法,研究了子午岭地区150 a恢复年限内8个演替阶段{坡耕地、撂荒10 a草地、20 a草地、白刺花[Sophora davidii(Franch.) Skeels.]、白桦(Betula platyphylla Suk.)、油松(Pinus tabulaeformis Carr.)、辽东栎(Quercus wutaishanic Mary)+油松(Pinus tabulaeformis Carr.)混交林和辽东栎}下植被-土壤系统的固碳特征,探讨了群落特征变化对植被-土壤系统碳密度的影响.结果表明,调查植被群落盖度从坡耕地阶段的85%波动增加到乔木阶段的100%.物种数量、Margalef指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数和Simpson指数总体呈现出先快速增加后缓慢降低直至趋向稳定的变化特征,演替中期(白桦)达到峰值.植被各组分(地上生物、地下根系、枯落物)的生物量和碳密度在演替过程中呈指数函数关系增加,即白桦以前增加缓慢,白桦和油松阶段显著增加(P<...     

围封对固沙樟子松林下植被群落数量特征及多样性的影响

为揭示围封对人工樟子松固沙林林下植被群落及生态系统的影响,选择章古台围封37年生和46年生固沙樟子松林为研究对象,以邻近未围封林地为对照,采用野外调查法研究不同条件下樟子松林下植被的群落特征与物种多样性。结果表明:研究区共发现林下植被58种,分属18科42属,围封条件下促进禾本科植物与多年生植物种有所增加,多年生及灌木植物的重要值增大。围封降低先锋物种的重要值,明显增加羊草的重要值。围封有利于增加固沙樟子松林下植被群落的平均盖度、高度和生物量,而且随着围封年限的增加呈现不同程度的增长趋势;林下植被群落的物种多样性指数、优势度指数、均匀度指数在半围封5年较未围封状态略高,而在全围封10年则均低于未围封状态。因此,围封有利于樟子松林下植被群落的恢复与生长,适度的围封有利于林下群落多样性,进而保障群落的演替及生态系统稳定性的维持。     

亚热带红壤区湿地松生长与耗水耦合关系研究

采用热扩散式探针(TDP)对湿地松(Pinus elliottii)树干液流密度及其周围环境因子进行长期同步测定,同时辅以树干解析、枝条解析等树木生长量调查方法,以期探索不同尺度上湿地松水分耗失与碳蓄积特征。结果表明,液流密度与冠层温度、相对湿度、光合有效辐射总量都呈显著的线性相关关系。液流密度与上述3个因子的多元线性回归方程和回归系数的相关性检验均达极显著水平。湿地松日均耗水量与边材面积间线性相关性显著。处于低龄期的湿地松,边材面积与胸径可用二次函数很好地拟合。根据2004年湿地松树干液流观测结果和生物量调查结果,推算出湿地松在生长过程中每形成1.773 1g干物质需要消耗约1kg水分。文末还根据生物量数据推算了树木生长过程中的耗水量。     

黄土高原子午岭林区主要林分生态化学计量学特征

论文以黄土高原子午岭林区4种林分（侧柏、油松、辽东栎、刺槐）的绿叶、凋落物（凋落叶、枯枝、果实）为研究对象,分析其C、N、P含量及化学计量学特征,并计算养分再吸收率,为黄土高原植被恢复建设及人工林合理种植规划提供理论依据。结果显示：植物叶片凋落前N、P均发生营养转移,油松N养分再吸收率最高（44.73%）,刺槐P养分再吸收率最高（41.10%）;刺槐相比于其他3种林分,绿叶C含量（413.94 g·kg^-1）略低,且其4个组分N含量略高于其他林分的相应组分,绿叶、果实P含量相对较高;4种林分的枯枝C∶N、C∶P值最大,碳蓄积功能较强;叶片N∶P值均小于14,表明生长旺盛期林分主要受N限制。油松、刺槐养分再吸收能力强,是黄土高原森林区适宜植被恢复的造林树种。     

嘉兴市石臼漾水源生态湿地运行过程中植物多样性研究

浙江省嘉兴市石臼漾水源生态湿地是目前全国最大的水源保护湿地之一.为了解已实际运行2.5 a的石臼漾水源生态湿地植被现状,于2010年10～11月,采用样地法和样方法对湿地植被进行了系统调查,以期为水源生态湿地植被管理提供理论支持.对群落的物种组成、多样性变化以及生物质生产量进行了分析.共采集到湿地植物70种,隶属于28...     

北京松山国家级自然保护区典型植被类型表层土壤碳密度及周转速率特征

为阐明不同植被类型下表层土壤有机碳的分布特征,本文选取北京松山国家级自然保护区内胡桃楸阔叶林、蒙古栎阔叶林、油松针叶林、针阔叶混交林、灌丛和草甸6种典型植物群落作为研究对象,基于野外调查、采样与实验室分析对不同植被类型下表层土壤有机碳含量、密度及周转速率进行了研究。结果表明：草甸表层土壤有机碳含量和密度最高,分别为188.5 g/kg和10.9 kg/m²,周转速率最低,为0.019 6/a;针阔叶混交林表层土壤有机碳含量和密度最低,分别为68.6 g/kg和5.7 kg/m²,周转速率为0.074 9/a;灌丛表层土壤有机碳周转速率为0.077 4/a。土壤有机碳含量整体上随土壤深度增加而逐渐减少。土壤水分的增加和土壤温度的下降使表层土壤有机碳含量及密度呈上升趋势,而使有机碳周转速率呈下降趋势。土壤有机碳密度随海拔升高呈逐渐上升趋势。海拔通过影响不同植被群落土壤水热条件来影响微生物活动及凋落物的分解,进而影响表层土壤有机碳含量、密度和周转速率。本文为松山国家级自然保护区典型植被类型土壤碳储量和周转研究提供了有效参考。     

会同森林生态实验站磨哨林场森林碳密度及分配特征

我国具有全世界最大面积的人工林,在全球气候变暖的大背景下,人工林的固碳能力越来越引起关注。研究选择具有长期观测数据的会同森林生态实验站磨哨林场作为研究区,对比分析了9种不同森林类型生态系统各组分（乔木层、林下植被层、凋落物层、土壤层）碳密度及分配特征（人工林8种,林龄范围为25~32 a：杉木林、马尾松林、湿地松林、杉木+樟树林、杉木+火力楠林、马尾松+木荷林、木荷林、火力楠林;天然林1种,平均林龄为63 a：红栲+青冈+刨花润楠林）。结果表明：1）磨哨林场生态系统碳密度平均为261.61 t/hm²,固碳能力较高,其中,马尾松+木荷林以及杉木+火力楠林两种人工混交林的生态系统碳密度最高,天然林位于第5位;2）乔木层和土壤层是磨哨林场森林生态系统碳密度的主体,占98.23%,林下植被层和凋落物层对整个生态系统碳密度贡献较小;3）乔木层中树干部分的碳密度占绝对优势,其次为根和枝,皮最小;土壤层碳密度及分配比例随深度增加而降低,0~20 cm碳密度占整个土壤层比例最高。     

植被恢复对侵蚀型红壤碳吸存及活性有机碳的影响

依托江西水土保持生态科技园,研究了侵蚀型红壤退化裸地恢复为百喜草地、柑橘果园和湿地松林后,0~100 cm深度范围内不同土层(0~10、>10~20、>20~40、>40~70和>70~100 cm)中w(TOC)(TOC为总有机碳)以及表层(0~40 cm)土壤中活性有机碳组分含量的变化. 结果表明:①退化裸地土壤中w(TOC)和有机碳库储量分别仅为4.73 g/kg和48.41 t/hm2,均处于较低水平,w(TOC)的垂直分布特征也不明显;恢复为百喜草地和柑橘园后,w(TOC)分别增至7.08和7.69 g/kg,有机碳库储量分别增至55.09和70.78 t/hm2,并且植被恢复对表层土壤中w(TOC)影响显著,而对深层(>40 cm)土壤影响有限. ②以退化裸地为对照,百喜草地和柑橘果园土壤碳吸存量分别为6.68和22.36 t/hm2,平均碳吸存速率分别为0.51和1.72 t/(hm2·a);以保存较好的湿地松林为参照,退化裸地、百喜草地和柑橘果园土壤碳吸存潜力分别为23.71、17.03和1.34 t/hm2,说明严重侵蚀地的碳吸存潜力巨大. ③侵蚀型红壤退化裸地的植被恢复可积极促进表层土壤中DOC(水溶性有机碳)、MBC(微生物生物量碳)和POC(颗粒有机碳)的积累,同时该影响存在表聚效应,即植被恢复后土壤表层中活性有机碳组分含量在w(TOC)中所占比例增大.      

Assessment of pasture production in the Italian Alps using spectrometric and remote sensing information

Three years of summer field studies (2002–2004) were conducted at two sites in the Central Italian Alps. Field spectroradiometer data were acquired on different vegetation typologies where current above ground biomass was measured with traditional agronomic methods. Radiometric measurements were synthesised into a set of spectral vegetation indices. Log-transformed regression analysis between fresh biomass and spectral vegetation indices indicated that soil-adjusted vegetation indices (SAVI, MSAVI and OSAVI) show a better correlation (r² > 0.60) than more commonly employed indices as SR and NDVI (r² < 0.50). Cross validation procedure showed that a regressive model based on MSAVI index was the most predictive. Analysis of covariance revealed that data from different years and vegetation types significantly influenced the relation, however no improvement in the regressive model was found when data were used separately. After a suitable calibration procedure, a fresh biomass map of the study area was obtained using Landsat-7 imagery. Results showed that the integrated use of field spectral measurements and satellite derived information can provide a valuable support to the assessment of pasture biomass production in alpine environment.     

中国重要丛生竹硅储量研究

为了探明中国重要丛生竹的硅(Si)储量的大小及空间分布特征,在广东、福建、浙江、云南和四川等丛生竹的主产区选择了8 种重要丛生竹(青皮竹、粉单竹、麻竹、绿竹、黄竹、龙竹、缅甸竹和慈竹),通过测定不同丛生竹叶、枝、秆和现存凋落物中的硅含量和生物量,对我国重要丛生竹的硅储量进行了初步估算.结果表明:① 8 种丛生竹不同竹龄叶、枝、秆Si 含量大小依次表现为叶(12.47~62.71 g·kg^-1) >枝(7.66~29.26 g·kg^-1) >秆(1.12~11.77 g·kg^-1),且各器官中Si含量均低于凋落物(40.86 ~123.74 g·kg^-1);在不同竹种间,绿竹2、3 a 叶、枝Si 含量均显著高于其他竹种,粉单竹的1、2、3 a 秆中的Si 含量分别与1 a 麻竹、2 a 绿竹及3 a 缅甸竹存在显著差异;② 8 种丛生竹地上部分的总Si 储量为5 082.93 kg·hm^-2,其中,现存凋落物的贡献率可达51.18%,远大于叶、枝、秆.不同竹种Si 储量大小依次为:龙竹 >黄竹 >慈竹 >绿竹 >青皮竹 >缅甸竹 >粉单竹 >麻竹;③ 通过对竹种面积与地上部分总Si 储量计算可得,8 种重要丛生竹地上部分Si 总储量约为41.55×10⁴ t Si,目前全国丛生竹地上部分Si 总储量约为51.94×10⁴ t Si.论文对丛生竹生态系统硅储量的估算能为整个竹林系统以及亚热带森林生态系统硅储量的估测提供一定基础数据.