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《中国农业科学院》 2011年
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放牧干扰下藏北紫花针茅高寒草地生物量遥感监测

段敏杰  
【摘要】:在藏北地区,草地是最重要、面积最大的生态系统,紫花针茅由于营养成分含量相对较高,而且具有耐旱、耐寒的特性,使紫花针茅高寒草地成为高原地区具有代表性的天然放牧场。近年来,该地区由于受到自然和人为因素的影响,超载过牧、乱挖滥牧等不合理的草地利用方式直接导致了草地大面积退化、生产力迅速下降等问题,严重影响了当地经济、社会和生态环境的可持续发展。其中,超载过牧是引起草地退化的主要原因之一。采取有效方法对草地退化实施监测,明确草地的牧草产量,是实现畜草平衡、防治草地退化、保护草地资源的重要保证。利用遥感技术对草地生物量进行大面积估算为实现藏北地区高寒草地的遥感监测和草地的科学管理提供了科学的理论依据。本文以藏北(那曲)地区紫花针茅高寒放牧草地为研究对象,基于五年的放牧试验,利用SPOT5卫星遥感技术,结合同步的地面GPS采样、实地调查以及地面光谱测定,分析了对照、轻度、中度和重度四种放牧强度下的高寒草地植物群落特征、物种多样性及其草地光谱特征,探讨了地面光谱植被指数、SPOT5遥感植被指数与草地地上生物量之间的相互关系,建立了高寒草地生物量估算模型。主要研究结论为: (1)在生长季内,随着放牧强度的增强,植被群落地上生物量、盖度均呈降低的趋势。方差分析表明,在草地生长末期,不同放牧强度下草地地上生物量、盖度均存在着明显的差异(P0.05)。对照与轻度放牧区的地上生物量鲜重、干重均显著高于重度放牧区(P0.05),中度与轻度放牧区之间的差异不显著。适度的放牧在一定程度上有利于物种共存,维持物种的高多样性,而超过一定阈值的干扰则会打破物种平衡,降低物种多样性。 (2)紫花针茅高寒草地植物群落的反射光谱特征与裸地光谱特征差别比较明显。裸地的反射率在可见光波段大于植物群落,而在近红外波段小于植物群落。草地植物群落具有一般绿色植被光谱特征的规律性,即具有可见光波段的“绿峰”、红光低谷、红光吸收区与近红外反射平台。 (3)不同放牧强度下,紫花针茅高寒草地植物群落的光谱反射曲线变化趋势保持一致,具有一般绿色植物的光谱特征,但不同放牧强度间的植物群落反射光谱在近红外波段又有一定的差异。对照区植被光谱特征显著区别于放牧区。其他3个放牧区的草地光谱反射率在可见光波段与近红外波段均逐渐升高,即反射率呈现轻度放牧区﹤中度放牧区﹤重度放牧区的趋势。 (4)导数光谱运算大大强化了草地红边特征。草地植物群落光谱的红边具有“双峰”现象,且“次峰”波长均大于“主峰”波长。对照区与轻度放牧区红边的“双峰”现象相比其他放牧区较明显。红边位置基本处于710~730 nm波段之间。随着放牧强度的增强,草地光谱红边位置有向长波方向移动的趋势,呈现“红移”的现象,红边幅值表现为:重度放牧区中度放牧区轻度放牧区对照区。 (5)地面光谱植被指数NDVI、RDVI、SAVI、OSAVI、MSAVI与实测地上生物量具有较好的正相关关系,比值植被指数RVI与地上生物量表现为负相关,相关系数均达到了极显著水平(P﹤0.001,n = 48)。基于优化土壤调节植被指数OSAVI构建的生物量估测模型,比其他几个植被指数建立的模型预测精度较高(R2 = 0.6023),建立的回归方程是y = 380.83 OSAVI - 49.989。 (6)在藏北草地生长旺盛时期,草地地上生物量与SPOT5遥感植被指数NDVI、RVI、SAVI、MSAVI、RDVI、OSAVI之间均存在着极显著的相关关系(P﹤0.001,n = 48)。OSAVI与草地地上生物量的相关性最高,相关系数R达到了0.8279,其次为NDVI,相关系数R为0.8251,两者相对于其他植被指数相关性明显较高。遥感植被指数与草地地上生物量的相关性比地面光谱植被指数与生物量的相关性较好。 (7)利用遥感影像获取的OSAVI建立的二次多项式模型是估算藏北紫花针茅高寒草地地上生物量的最佳模型,其遥感反演模型可表示为: y = 3211.1OSAVI~2– 1960OSAVI + 351.71,R~2 = 0.7223,P﹤0.001,n = 48式中,y为地上生物量鲜重(g/m~2),OSAVI为优化土壤调节植被指数的值。 (8)利用遥感影像获取的OSAVI建立的二次多项式估产模型获取的模拟值与地面实测值之间的精度基本都在80%以上,相对误差主要在±20%左右,此二次多项式估产模型能较好地反映草地地上生物量状况。由地面光谱植被指数、SPOT5遥感植被指数与草地地上生物量相关性的综合分析,可以看出,SPOT5遥感植被指数与地上生物量相关性较好。利用遥感优化土壤调节植被指数(OSAVI)建立的遥感反演模型可以在一定程度上实现对藏北紫花针茅高寒草地地上生物量的估算。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S812

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