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基于高光谱的草坪草光合参数模拟估算

草原与草坪 2024年第2期44卷 79-87页

作者：刘桐杜笑村纪童姜佳昌西安思源学院陕西西安710038 甘肃省草原技术推广总站甘肃兰州730010 甘肃农业大学草业学院草业生态系统教育部重点实验室甘肃省草业工程实验室中-美草地畜牧业可持续发展研究中心甘肃兰州730070

【目的】光合参数是衡量草坪草生长状况的重要生理指标,探索基于高光谱技术的草坪草光合参数的模拟估算对于草坪养护管理具有重要意义。【方法】以3个常用草坪草品种红象高羊茅(Fes⁃tuca arundinacea cv.Hongxiang)、百灵鸟多年生黑麦草... 详细信息

【目的】光合参数是衡量草坪草生长状况的重要生理指标,探索基于高光谱技术的草坪草光合参数的模拟估算对于草坪养护管理具有重要意义。【方法】以3个常用草坪草品种红象高羊茅(Fes⁃tuca arundinacea cv.Hongxiang)、百灵鸟多年生黑麦草(Lolium perenne cv.Bailingniao)和肯塔基草地早熟禾(Poa pratensis cv.Kentucky)为试验材料,通过盆栽试验,在草坪草生长旺盛期,使用SOC710VP成像光谱仪和CIRAS⁃3便携式光合仪分别测定了草坪草冠层光谱数据、净光合速率(P_(n))和蒸腾速率(T_(r)),筛选与两种光合参数显著相关的原始光谱波段与植被指数,构建偏最小二乘法(PLS)估算模型,并利用PLS模型中变量投影重要性(Variable Importance Projection,VIP)方法筛选VIP值>1.2的重要波段与植被指数。【结果】1)共筛选与P_(n)显著相关的54个原始光谱波段(435、450、460、475、490~550、560~565、590~725、990~1000、1015~1030 nm)与9个植被指数(GI、NDVI、NDVI_(670)、CI、PSRI、NRI、SIPI、PRI、SR),其中原始光谱460 nm与植被指数CI相关系数绝对值最高,分别为0.46和0.77,共筛选与T_(r)显著相关的115个原始光谱波段(435~440、450~1010 nm)与7个植被指数(SIPI、SR、NDVI、NDVI_(670)、MSR_(705)、CI、DVI),其中原始光谱475 nm与植被指数SIPI相关系数绝对值最高,分别为0.61与0.54;2)P_(n)偏最小二乘法模型因变量方差解释率为75.24%,模型拟合精度R2为0.95,均方根误差RMSE为0.1,T_(r)偏最小二乘法模型因变量方差解释率为73.43%,模型拟合精度R2为0.73,均方根误差RMSE为0.5,可满足反演需求;3)根据偏最小二乘法中变量投影重要性VIP法筛选最优指标,得出反演P_(n)的最优指标为CI,T_(r)最优指标为SR。【结论】草坪草净光合速率与蒸腾速率的偏最小二乘法光谱反演模型,为草坪草光合指标评估提供了更便利的方案。

关键词：高光谱草坪草净光合速率蒸腾速率偏最小二乘法模型

陇中温性荒漠4种草地型土壤有机碳组分及碳库活度变化特征

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草地学报 2024年第5期32卷 1489-1499页

作者：李娅丽何国兴柳小妮张德罡徐贺光纪童姜佳昌甘肃农业大学草业学院甘肃兰州730070 草业生态系统教育部重点实验室(甘肃农业大学) 甘肃兰州730070 甘肃省草业工程实验室甘肃兰州730070 中美草地畜牧业可持续发展研究中心甘肃兰州730070 甘肃省草原技术推广总站甘肃兰州730000

为明确陇中温性荒漠不同草地型土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)各组分分布状况,本研究以陇中温性荒漠为对象,分析了4种草地型(盐爪爪型,红砂型,珍珠猪毛菜型,合头藜型)SOC、易氧化有机碳(Readily oxidisable organic carbon,ROC)... 详细信息

为明确陇中温性荒漠不同草地型土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)各组分分布状况,本研究以陇中温性荒漠为对象,分析了4种草地型(盐爪爪型,红砂型,珍珠猪毛菜型,合头藜型)SOC、易氧化有机碳(Readily oxidisable organic carbon,ROC)、可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、颗粒有机碳(Particulate organic carbon,POC)、矿物结合态有机碳(Mineral-bound organic carbon,MOC)、惰性有机碳(Non-labile carbon,NLC)的含量和分配比例及碳库活度(Carbon pool activity,CA)的差异性变化。结果表明:SOC,ROC,POC,MOC,NLC,CA和ROC分配比例盐爪爪型草地显著高于其他草地型;在SOC及其组分中,POC可作为评估陇中温性荒漠草地型变化对SOC库影响的良好指标;SOC组分和CA与有效磷和速效钾含量呈正相关关系。盐爪爪型草地可作为提高陇中温性荒漠SOC及组分含量的优选类型,今后应加强对盐爪爪型草地的保护,改善土壤质量,稳定土壤碳库。

关键词：温性荒漠草地型土壤有机碳组分碳库活度

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基于机器学习算法的甘肃省草原地上生物量

草业科学 2024年第2期41卷 297-307页

作者：李霞刘兴明孙斌姜佳昌俞慧云吴丹丹杜笑村王红霞贾晶晶杨红梅甘肃省草原技术推广总站甘肃兰州730010

为评估甘肃省草原地上生物量的变化情况,本研究采用甘肃省2005-2018年草原地上生物量实测数据以及植被指数和气象等参数,构建多种基于机器学习算法的甘肃省草原生物量反演模型,并对其预测精度进行对比和评价。结果表明:1)随机森林模型... 详细信息

为评估甘肃省草原地上生物量的变化情况,本研究采用甘肃省2005-2018年草原地上生物量实测数据以及植被指数和气象等参数,构建多种基于机器学习算法的甘肃省草原生物量反演模型,并对其预测精度进行对比和评价。结果表明:1)随机森林模型更适宜于甘肃省草原地上生物量遥感反演。基于筛选后的17个变量的Rborist随机森林模型的反演精度最高,R^(2)为0.758。2)甘肃省草原地上生物量均值介于828.21~1 118.71 kg·hm^(-2),近20年来呈逐年增加趋势,年均增加幅度为8.13 kg·hm^(-2)(P <0.05)。3)甘肃省47.41%的草原呈恢复趋势,26%的草原保持稳定,而26.59%的草原呈不同程度的恶化趋势。

关键词：机器学习前向特征选择算法随机森林植被指数生物量反演空间分布年际变化

放牧强度对高寒草地土壤团聚体稳定性及有机碳含量影响

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草地学报 2024年第6期32卷 1832-1842页

作者：甘安琪姜佳昌李霞王依婷徐天宇牛得草杨晓霞董全民郭丁兰州大学草种创新与草地生态系统全国重点实验室兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室兰州大学草地农业教育部工程研究中心兰州大学草地农业科技学院甘肃兰州730020 甘肃省草原技术推广总站甘肃兰州730000 青海大学畜牧兽医科学院/青海省畜牧兽医学院青海省高寒草地适应性管理重点实验室青海西宁810016

土壤团聚体与土壤有机碳固存密切相关。本研究依托青藏高原高寒草地家畜系统适应性管理技术平台,系统研究了0~30 cm土层不同放牧强度对土壤团聚体稳定性和有机碳含量影响。结果表明,与禁牧对照相比,中度放牧处理下0~10 cm土层(表层)土... 详细信息

土壤团聚体与土壤有机碳固存密切相关。本研究依托青藏高原高寒草地家畜系统适应性管理技术平台,系统研究了0~30 cm土层不同放牧强度对土壤团聚体稳定性和有机碳含量影响。结果表明,与禁牧对照相比,中度放牧处理下0~10 cm土层(表层)土壤大团聚体质量分数和平均重量直径(Mean weight diameter,MWD)分别提高了13.43%和12.50%。所有放牧处理均降低了10~30 cm土层(亚表层)土壤大团聚体质量分数和MWD。与对照相比,中度放牧下表层土壤大团聚体有机碳含量显著降低了8.02%;中度和重度放牧处理下,亚表层土壤大团聚体有机碳贡献率分别降低了29.85%和32.75%。MWD与大团聚体质量分数和有机碳贡献率呈显著正相关,与微团聚体和粉粘粒团聚体质量分数及有机碳贡献率呈显著负相关。该研究表明放牧强度对亚表层土壤团聚体特征的影响高于表层土壤,这为探究放牧管理对高寒草地土壤质量和结构影响提供理论基础。

关键词：高寒草地放牧强度团聚体有机碳团聚体稳定性

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陇中黄土高原典型草原生物土壤结皮发育对土壤养分的影响

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西北植物学报 2023年第1期43卷 147-154页

作者：周诗晶韩炳宏姜佳昌韩天虎孙斌牛得草兰州大学草种创新与草地农业生态系统国家重点实验室农业农村部草牧业创新重点实验室草地农业教育部工程研究中心草地农业科技学院兰州730020 甘肃省草原技术推广总站兰州730010

为了解生物土壤结皮发育与土壤养分特征的关系,该研究选取处于不同发育阶段和不同盖度的藓结皮(M-crust)和地衣结皮(L-crust),对其结皮层生物体及结皮下层3 cm土壤进行养分分析。结果显示:(1)藓结皮生物体对土壤全氮(TN)、全磷(TP)、铜(... 详细信息

为了解生物土壤结皮发育与土壤养分特征的关系,该研究选取处于不同发育阶段和不同盖度的藓结皮(M-crust)和地衣结皮(L-crust),对其结皮层生物体及结皮下层3 cm土壤进行养分分析。结果显示:(1)藓结皮生物体对土壤全氮(TN)、全磷(TP)、铜(Cu)和锌(Zn)的生物富集作用较强,其富集系数分别高达807.4%、175%、122.4%和244.5%,而地衣结皮生物体对TN、TP和钙(Ca)的生物富集作用较强,其富集系数分别高达950.8%、126.2%和208.6%;除Ca外,藓结皮生物体中TP、钠(Na)、钾(K)、Cu、铁(Fe)、镁(Mg)、锰(Mn)和Zn均显著高于地衣结皮。(2)土壤生物结皮盖度与其对应的土壤养分含量之间无显著线性相关关系,但发育有不同盖度藓结皮的土壤其平均TN、TP、Cu、Fe、K、Na和Ca含量均高于地衣结皮。研究表明,不同类型生物土壤结皮对养分吸收、富集效率不同,处于发育后期的藓结皮较发育中期的地衣结皮具有更强的养分累积效应,提高了土壤的养分贮存量,对黄土高原典型草原生态系统的恢复与重建具有潜在的重要影响。

关键词：生物土壤结皮土壤养分黄土高原典型草原

基于植被指数的三江源高寒草地植物分类与识别方法研究

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草地学报 2022年第7期30卷 1811-1818页

作者：文铜柳小妮纪童杨冬阳乔欢欢姜佳昌潘冬荣甘肃农业大学草业学院甘肃兰州730070 甘肃省草原技术推广总站甘肃兰州730000

随着生态健康检测与保护工作的实践以及研究问题的深入,传统的植物分类手段不能完全满足当前研究的需要。因此为研究快速分类识别草地植物的方法,本研究利用ASD(Analytical spectral devices)地物光谱仪,采集了三江源地区高寒草地常见... 详细信息

随着生态健康检测与保护工作的实践以及研究问题的深入,传统的植物分类手段不能完全满足当前研究的需要。因此为研究快速分类识别草地植物的方法,本研究利用ASD(Analytical spectral devices)地物光谱仪,采集了三江源地区高寒草地常见的阿尔泰葶苈(Draba altaica)、高山风毛菊(Saussurea japonica)和车前状垂头菊(Cremanthodium ellisii)等36种植物的原始光谱数据,并选择了比值植被指数等16种高光谱植被指数,基于支持向量机(Support vector machines,SVM)等3种机器学习算法,构建高寒草地植物光谱分类识别模型。研究结果表明:高寒草地植物的原始光谱均符合绿色植物特征,但由于植物形态特征不同光谱差异主要集中在可见光波段;基于植被指数结合3种算法构建的分类模型,精度依次为随机森林(Random forest,RF)(99.4%)>SVM(93.2%)>K邻近算法KNN(88.0%),且模型的预测结果都出现了误判情况;相比SVM与KNN,RF为基于植被指数构建模型的最佳算法,同时能对所构建模型参数进行重要性分析,其中RGI和SAVI为提高RF分类模型精度的两个重要参数。

关键词：植被指数 K邻近算法随机森林机器学习植物分类识别

陇中温性草原不同草地型植被特征和土壤理化性质研究

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草地学报 2023年第11期31卷 3405-3414页

作者：李娅丽柳小妮张德罡何国兴徐贺光纪童姜佳昌甘肃农业大学草业学院甘肃兰州730070 草业生态系统教育部重点实验室(甘肃农业大学) 甘肃兰州730070 甘肃省草业工程实验室甘肃兰州730070 中美草地畜牧业可持续发展研究中心甘肃兰州730070 甘肃省草原技术推广总站甘肃兰州730000

为探究陇中温性草原不同草地型植被特征和土壤理化性质之间关系,明确形成不同草地型的关键土壤因子。本研究以陇中温性草原为研究对象,分析了3种草地型(针茅型,冰草、杂类草型和长芒草、杂类草型)的植被特征和土壤理化性质及两者互馈关... 详细信息

为探究陇中温性草原不同草地型植被特征和土壤理化性质之间关系,明确形成不同草地型的关键土壤因子。本研究以陇中温性草原为研究对象,分析了3种草地型(针茅型,冰草、杂类草型和长芒草、杂类草型)的植被特征和土壤理化性质及两者互馈关系。结果表明:不同草地型土壤理化性质与植被特征差异显著(P<0.05),长芒草、杂类草型草地较其他型草地具有较高的植被盖度、草层高度、地上生物量、土壤含水量、有机质、全碳、全钾、全氮,及较低的土壤容重、pH值、电导率和全磷含量;长芒草、杂类草型草地土壤有机质含量随土层深度加深,呈先降低后增加趋势,低峰出现在10~20 cm土层;土壤含水量和有机质含量与不同草地型植被特征之间呈显著正相关关系(P<0.01)。综上所述,土壤含水量和有机质含量是影响陇中地区温性草原不同草地型草地植物生长的关键因素。

关键词：温性草原草地型植被特征理化性质

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国内外草原调查监测历程与展望

草地学报 2023年第5期31卷 1281-1292页

作者：常生华王蕾姜佳昌刘永杰彭泽晨韩天虎黄文广侯扶江兰州大学草地农业科技学院草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室农业农村部草牧业创新重点实验室甘肃兰州730020 宁夏回族自治区草原工作站宁夏银川750002 甘肃省草原技术推广总站甘肃兰州730070

草原在我国生态文明建设和草牧业发展中发挥着重大作用,草原调查监测是草原管理的主要手段之一。通过梳理我国及主要草牧业发达国家的草原调查监测发展历程,发现在监测内容上国内外主要经历了从生产指标到生态指标的逐步涵盖;调查监测... 详细信息

草原在我国生态文明建设和草牧业发展中发挥着重大作用,草原调查监测是草原管理的主要手段之一。通过梳理我国及主要草牧业发达国家的草原调查监测发展历程,发现在监测内容上国内外主要经历了从生产指标到生态指标的逐步涵盖;调查监测的方法上国内外均以长期和短期相结合,以长期监测为主,短期监测为辅,随着技术发展,各国均根据草地类型、利用等特点,建立了相对完善的调查监测体系。建议我国在草原监测上应科学布局固定监测点;完善草原长期监测网络体系;建立系统的天地空一体化草原监测技术体系;健全多功能草原监测的指标体系;加强草原监测人员和科技的投入,以推动我国草原监测可持续发展。

关键词：草原调查监测草地农业

甘肃省草地退化概况分析——基于甘肃省第一、二次草原普查数据

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草业科学 2022年第3期39卷 485-494页

作者：李霞潘冬荣孙斌姜佳昌俞慧云王红霞杜笑村吴丹丹甘肃省草原技术推广总站甘肃兰州730010

利用20世纪80年代甘肃省第一次草原普查的历史资料和2014-2017年甘肃省第二次草原普查的外业调查数据,选取产草量、可食草产量、植被覆盖度作为草地退化评价指标,采用专家打分法确定指标权重,参照草地退化国家标准,通过反距离插值法分... 详细信息

利用20世纪80年代甘肃省第一次草原普查的历史资料和2014-2017年甘肃省第二次草原普查的外业调查数据,选取产草量、可食草产量、植被覆盖度作为草地退化评价指标,采用专家打分法确定指标权重,参照草地退化国家标准,通过反距离插值法分析当前甘肃省草地退化现状。结果表明:甘肃省退化草原面积1.79×10^(7)hm^(2),占全省草原总面积的69.65%,其中轻度退化面积占23.81%,中度退化占47.27%,重度退化占28.92%。退化最严重的草原类型为高寒荒漠和高寒草原,退化较轻的草原类型为山地草甸和温性荒漠。

关键词：草地退化反距离插值评价指标植被覆盖度产草量可食草产量