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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 荒漠植物含水量的光譜特征分析
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 在對古爾班通古特沙漠南緣的荒漠植物進(jìn)行現(xiàn)地調(diào)查基礎(chǔ)上，選取典型植物種類進(jìn)行荒漠植物的高光譜數(shù)據(jù)和含水率的測定，對測定的高光譜數(shù)據(jù)在進(jìn)行噪聲消除后，使用相關(guān)分析法，確定荒漠植物光譜數(shù)據(jù)與含水率之間的關(guān)系，找出荒漠植物對水分響應(yīng)的敏感波段，并對荒漠植物對水分敏感波段的歸一化光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，將測定的荒漠植物按其含水率大小劃分為3個等級。
- 詳細(xì)介紹：
- 在內(nèi)陸干旱區(qū)，水分條件決定荒漠植物生長的好壞,了解和掌握荒漠植物生長的水分條件,對評價荒漠植物生境狀況和荒漠生態(tài)治理意義重大?；哪参锏捏w內(nèi)水分含量是其生長水分條件優(yōu)劣的客觀反映。以往了解大面積荒漠植物的水分狀況,大多使用現(xiàn)地采樣的方法。這不僅費(fèi)時、費(fèi)力,其代表性也受到質(zhì)疑。根據(jù)高光譜測定數(shù)據(jù)確定植物含水率的大小,為解決荒漠植物水分狀況提供了有效的途徑。 本研究在參考國內(nèi)外高光譜與農(nóng)作物含水率研究的基礎(chǔ)上，于2009年6月使用美國SVC公司生產(chǎn)的HR-768便攜光譜儀現(xiàn)地測定了古爾班通古特沙漠南緣主要荒漠植物的高光譜數(shù)據(jù)，在采集植物光譜時為去除隨機(jī)噪音干擾， 對同一種荒漠植物光譜測定十次，取十次測定值的平均作為其最終光譜曲線。 受環(huán)境和自然條件的影響，野外測定光譜數(shù)據(jù)在1900nm以后光譜的波動性很大，因此剔除1900nm以后的波段。 由于光譜儀波段間對能量響應(yīng)上的差異，使光譜曲線總存在一些噪聲，本研究采用移動平均法進(jìn)行光譜曲線平滑去噪處理。為了確定荒漠植物水分吸收特征，對測定的植物光譜曲線進(jìn)行包絡(luò)線去除，荒漠植物的光譜曲線包絡(luò)線去除后，有效的突出了植物吸收和反射光譜特征的個性與共性，并將其歸一到一致的光譜背景上，以利于不同種類荒漠植物光譜的比較分析。 測定的9種荒漠植物在970, 1200, 1450nm譜段附近存在明顯的吸收谷,但它們是否反映其含水率高低?為此,對所測植物光譜978～1030nm, 1133～1266nm, 1374～1 534nm三個區(qū)段的反射光譜與植物相應(yīng)含水率進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果表明, 978～1030nm波段(波段1)相關(guān)系數(shù)最高為0?895,最低0?405; 1133～1266 nm波段(波段2)相關(guān)系數(shù)最高0?930,最低0?894;1374～1534 nm波段(波段3)相關(guān)系數(shù)最高0?968,最低0?957?？梢娚鲜?個波段與植物含水率均具有一定的相關(guān)性。其中,波段1相關(guān)性一般,波段2相關(guān)性較好,波段3相關(guān)性最好。即1374～1534 nm是荒漠植物對水分最敏感的波段。 荒漠植物在同一季節(jié)的含水率差異很大。為對荒漠植物含水率等級進(jìn)行劃分,采用聚類分析方法,對植物光譜曲線進(jìn)行聚類,以作為植物生理、生態(tài)習(xí)性和抗逆分析的依據(jù)之一。 對植物含水率光譜分析表明, 1374～1534nm能表征荒漠植物水分狀況。以9種荒漠植物1374～1534nm波段歸一化光譜為變量,采用系統(tǒng)聚類分析法(歐氏距離法)進(jìn)行聚類,根據(jù)植物光譜曲線,按照水分高低可將9種植物分為三類,第一類:花花柴、駱駝蓬、蟲實(shí),水分含量最高,達(dá)70%以上;第二類為尖喙?fàn)脚好?、梭梭、早熟豬毛菜,水分含量50%～70%;第三類為補(bǔ)血草、琉苞菊、小花荊芥、水分含量在50%以下。 結(jié)論：研究表明, 1374～1534nm是表現(xiàn)9種荒漠植物含水量大小的最佳波段, 1133～1266nm波段也能較好的反映荒漠植物的含水量。這些篩選出的特征波段,不僅可用以推測植物含水量的高低,還可以對植物含水量的等級進(jìn)行有效的劃分。這對大面積生態(tài)恢復(fù)的遙感監(jiān)測和傳感器通道的設(shè)計(jì)無疑都具有重要的意義。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 為確定荒漠植物含水率大小與其高光譜數(shù)據(jù)間的關(guān)系，使用美國SVC公司的HR-768便攜光譜儀現(xiàn)地測定了古爾班通古特沙漠南緣主要荒漠植物的高光譜數(shù)據(jù)，使用去包絡(luò)線、特征波段提取和相關(guān)分析等方法，對所測荒漠植物的光譜曲線進(jìn)行處理，并對處理后的光譜曲線進(jìn)行特征分析，對荒漠植物光譜與含水率進(jìn)行相關(guān)分析；對荒漠植物光譜對水分敏感波段的歸一化光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，將測定的荒漠植物劃分為含水率高、中、低三個等級。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 對植物高光譜與含水率關(guān)系的研究，國內(nèi)外學(xué)者多將重點(diǎn)放在農(nóng)作物上，對荒漠植物高光譜與含水率的研究鮮見報(bào)道。本研究在參考國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，現(xiàn)地測定了古爾班通古特沙漠南緣9種典型荒漠植物的高光譜數(shù)據(jù)及含水率，對測定光譜數(shù)據(jù)去除包絡(luò)線后采用相關(guān)分析方法，確定了9種荒漠植物對水分響應(yīng)的最佳波段，這一研究結(jié)果將為荒漠植物含水率高低的預(yù)測及含水率等級的劃分提供依據(jù)和方法借鑒。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本文對古爾班通古特沙漠南緣9種典型荒漠植物光譜特征和含水率進(jìn)行研究，得出表達(dá)荒漠植物含水率的特征波段，以便對不同含水率荒漠植物的高光譜進(jìn)行微弱光譜差異的定量分析，為荒漠植物遙感定量分析提供新的思路和途徑。對荒漠區(qū)生境分析和利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行荒漠植物生境監(jiān)測具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。為新疆干旱荒漠化危害地區(qū)的遙感生態(tài)監(jiān)測提供了新的思路和方法借鑒。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 用美國SVC的HR-768便攜光譜儀現(xiàn)地測定了9種荒漠植物的高光譜并在實(shí)驗(yàn)室使用烘干法測定相應(yīng)植物的含水率,對測定的光譜數(shù)據(jù)使用ENVI軟件去除包絡(luò)線,運(yùn)用相關(guān)系數(shù)法分析植物含水率與反射光譜之間的關(guān)系,結(jié)果表明: 978～1030nm波段與植物含水率相關(guān)性一般, 1133～1266nm波段與植物含水率相關(guān)性較好, 1374～1534nm波段與植物含水率相關(guān)性最好,是表達(dá)植物含水率大小的特征波段。對1374～1534nm波段光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析,可將測定的植物劃分為含水率較高(>70%)、中等(50%～70%)、較低(<50%)3個等級。以上研究揭示了荒漠植物含水量大小和光譜數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,為荒漠區(qū)生境分析和利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行荒漠植物監(jiān)測提供了參考依據(jù)。
獲獎情況
- 論文發(fā)表在《光譜學(xué)與光譜分析》2010年第9期， SCI和EI同時收錄。
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
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同類課題研究水平概述
- 在國外，Penuelas（1993）等使用水分指數(shù)R970/R900監(jiān)測小麥的水分狀況, Michio（1989）等則發(fā)現(xiàn)960nm處的導(dǎo)數(shù)光譜可用來監(jiān)測水稻的水分虧缺狀況，Ceccato（2001）利用1600nm和820nm波段的反射率比估算單位葉面積上水分含量。在國內(nèi)王紀(jì)華等(2001 )在室內(nèi)條件下測定小麥葉片光譜反射率，對葉片的相對含水量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)回歸，周順利等（2005）通過測定玉米冠層光譜反射率對玉米冠層相對深度指數(shù)與不同葉層含水量的關(guān)系做了研究，董晶晶等（2006）利用反射光譜信息提取水稻、橘樹、含笑、女貞等十余種植被葉片水分含量，得到了較高的精度，王紀(jì)華等（2000）利用小麥葉片含水量對近紅外波段光譜吸收特征參量（吸收深度），提出了一種利用光譜反射率診斷小麥葉片水分狀況的遙感方法，張君瑋等（2009）研究了Ce(Ⅲ)對UV—B輻射下大豆幼苗葉片含水量的影響，孫俊等基于冠層光譜特性得出水稻葉片含水率模型，提高了預(yù)測水稻葉片含水率的準(zhǔn)確性，毛罕平基于光譜反射特征建立了葡萄葉片含水率模型。
