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基于多源遥感数据的草地生物量反演

无线电工程 2023年第11期53卷 2515-2528页

作者：雷瑛刘园园甘肃省基础地理信息中心甘肃兰州730030 中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心北京100055

面向青海省黄南藏族自治州河南蒙古族自治县(河南县)开展实验。基于2018年5—8月的Landsat8、GF-1、GF-4遥感数据建立时空连续性的NDVI时间序列;将NDVI时间序列与人工采样草地生物量进行时空匹配,用于构建NDVI时间序列与草地生物量的经... 详细信息

面向青海省黄南藏族自治州河南蒙古族自治县(河南县)开展实验。基于2018年5—8月的Landsat8、GF-1、GF-4遥感数据建立时空连续性的NDVI时间序列;将NDVI时间序列与人工采样草地生物量进行时空匹配,用于构建NDVI时间序列与草地生物量的经验模型;基于地理学第一定律,将基于点拟合的经验模型推广到面,实现在稀疏地面观测样本条件下的大区域、高精度草原生物量反演。提出的方法高效地构建了时空匹配的星基NDVI与时空分布稀疏的人工草地样方生物量的时间序列对,解决了当前遥感反演方法过度依赖稀疏的地面观测采样数据的问题,提升了反演的成功率和模型的泛化能力。基于提出的方法在试验区展开实验,决定系数(R^(2))平均为0.75,优于植被指数法(R^(2)取值0.3~0.5);均方根误差(RMSE)为1.10 kg/km^(2),优于植被指数法(RMSE取值10~60 kg/km^(2))。

关键词：多源遥感数据草地生物量时空匹配地理学第一定律河南县

新疆富蕴地区草地生物量与物种多样性及VOR指数的关系

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草原与草坪 2022年第1期42卷 69-74,81页

作者：郭建兴叶茂殷锡凯张凯丽赵凡凡新疆师范大学地理科学与旅游学院新疆乌鲁木齐830054 新疆干旱区湖泊环境与资源实验室新疆乌鲁木齐830054

为了解草地生物量对物种多样性和草地生态系统健康的影响,以2020年新疆富蕴地区草地群落为研究对象,通过计算物种多样性指数Margalef丰富度指数、Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Alatalo均匀度指数)、VOR评价指数并结合... 详细信息

为了解草地生物量对物种多样性和草地生态系统健康的影响,以2020年新疆富蕴地区草地群落为研究对象,通过计算物种多样性指数Margalef丰富度指数、Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Alatalo均匀度指数)、VOR评价指数并结合草地生物量来探讨三者之间关系。结果表明:1)富蕴地区神钟山林区和沙库尔布拉克林区地上生物量存在显著差异(P草地物种多样性和VOR指数随着地上生物量的增加呈现出先增大后降低的趋势,表现出典型的单峰关系,主要与草地生产力、物种间共生、竞争有关。

关键词：草地生物量物种多样性 VOR指数新疆富蕴

协同多源卫星遥感数据的草地生物量反演方法研究

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协同多源卫星遥感数据的草地生物量反演方法研究

作者：姜怡忻电子科技大学

学位级别：硕士

草地作为青海省自然生态系统的重要组成部分,为牧民提供畜牧所需的牧草资源,在当地畜牧业中占据重要地位。近几十年来,伴随当地畜牧业经济的发展和扩张,草地生态的稳定性不断受到破坏,阻碍畜牧业的可持续发展。遥感技术有着先进的时空... 详细信息

草地作为青海省自然生态系统的重要组成部分,为牧民提供畜牧所需的牧草资源,在当地畜牧业中占据重要地位。近几十年来,伴随当地畜牧业经济的发展和扩张,草地生态的稳定性不断受到破坏,阻碍畜牧业的可持续发展。遥感技术有着先进的时空监测能力,如何利用该技术准确估算草地生物量,及时获悉草地产量变化,对畜牧业的科学规划和管理有着重要意义,是当下亟待研究的重要课题。本研究以青海省草地作为研究对象,基于多源卫星遥感数据,探究不同卫星、不同模型的生物量估算方法的可行性,并协同多源遥感卫星将生物量估算方法扩展应用于青海省全省草地,最后采用数据同化技术,融合遥感数据与作物生长模型实现对草地总生物量的动态估算。本论文研究内容和结论如下所示:(1)根据卫星遥感数据和地面实测数据,探究不同遥感反演方法在多源卫星遥感数据上的适用性。研究首先分析了植被指数与实测生物量数据之间的相关性,从而针对不同卫星遥感数据选取合适的植被指数。根据选取的植被指数,利用经验模型和物理模型分别实现草地生物量的遥感反演,验证多源卫星遥感数据下经验模型(多元线性回归和随机森林回归)和物理模型(PROSAILH模型)的反演结果精度。研究分析表明:PROSAILH模型相对经验模型,更适合对长时间序列下的大面积区域进行草地生物量反演。(2)根据上阶段研究结果,利用Landsat 8卫星和Sentinel-2卫星地表反射率产品,采用PROSAILH辐射传输模型和查找表算法,在青海省全省草地区域实现对生物量的遥感反演,以制作生产2019年9月到2020年8月的月度草地生物量产品,并验证生物量时空分布的准确性。为了解决区域制图过程中影像数据过大导致反演效率低下的问题,对影像以及模型参数等进行重构,转换为数据矩阵以提高批量反演算法效率。最后,利用青海省气象统计数据(气温、降水量、日照时数)分析了气象因子与生物量之间的相关关系。(3)以青海湖流域和乌图美仁草原区域作为研究区,基于数据同化方法,融合遥感数据与作物生长模型,实现对草地总生物量的动态估算。首先利用PROSAILH模型反演叶面积指数(leaf area index,LAI),作为后续数据同化方法中的观测LAI数据。其次对作物生长模型进行敏感性分析和模型本地化,并采用集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,En KF)数据同化算法将观测LAI数据同化入WOFOST(WOrld FOod Studies)模型当中。最后分析了数据同化前后模型估算草地总生物量的精度变化。结果表明,模型模拟值与实测数据之间有着较好的相关性,并且对同化前后的模型精度对比分析(R从0.76提升到0.83,RMSE从0.19kg/m降低为0.15 kg/m),遥感数据的融入能够有效解决作物生长模型误差的影响,进一步提高了模型模拟总生物量的精度。

关键词：草地生物量遥感反演辐射传输模型作物生长模型集合卡尔曼滤波

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草地植被生物量动态研究视角与研究方法评述

生态学杂志 2015年第4期34卷 1143-1151页

作者：张彩琴张军李茜若内蒙古农业大学理学院呼和浩特010018 内蒙古农业大学生态环境学院呼和浩特010018

草地生物量动态是群落结构和功能的综合体现,也是生态学的重要研究方向。本文就影响草地生物量动态的主要干扰因素进行了阐述。从定性论述和定量证明两方面论证了个体动态与种群动态的关系。就生物量的测定指标与估算方法提出了复合生... 详细信息

草地生物量动态是群落结构和功能的综合体现,也是生态学的重要研究方向。本文就影响草地生物量动态的主要干扰因素进行了阐述。从定性论述和定量证明两方面论证了个体动态与种群动态的关系。就生物量的测定指标与估算方法提出了复合生物量与复合生长动态的新概念,并阐述了复合生物量动态对群落生产力及稳定性的影响机制,指出应加强环境因子干扰对生物量动态及植被稳定性影响的研究,针对具体群落面临的主要限制因子或干扰形式,研究层面应深入到对群落内部生物学生态学过程变化的认识上,而研究的状态变量应涉及到生物量和高度等多个变量的综合作用,即以复合生物量为状态变量,从个体水平上认识和揭示种群、群落生物量的动态变化及其与环境因子的关系,有助于深入了解环境干扰对植物群落动态及其稳定性的影响机制,为草地生产力的维持提供理论依据。

关键词：草地生物量复合生物量复合生长植被稳定性状态变量

草地生物量格网化研究——以新疆阿勒泰地区为例

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草地生物量格网化研究——以新疆阿勒泰地区为例

作者：厉方桢江西农业大学

学位级别：硕士

20世纪以来,人类过度的草地利用已对全球草地造成了不可逆的伤害。所导致的草地生态系统受损,面积减少,产草量下降,已成为草地畜牧业可持续发展的短板。目前,基于格网化管理技术的空间分析逐渐成长为资源管理领域的重要技术手段,在自然... 详细信息

20世纪以来,人类过度的草地利用已对全球草地造成了不可逆的伤害。所导致的草地生态系统受损,面积减少,产草量下降,已成为草地畜牧业可持续发展的短板。目前,基于格网化管理技术的空间分析逐渐成长为资源管理领域的重要技术手段,在自然资源的优化配置中起到举足轻重的作用。作为中国北方重点牧区之一,新疆阿勒泰地区草地资源丰富。不合理的草地利用导致了草地退化和生产力的下降,严重抑制着当地牧区草地资源的可持续利用和人民生活水平的提高。鉴于此,本研究以新疆阿勒泰地区天然草地为研究对象,结合经验法和遥感法,基于研究区2015年草地生物量实地调查数据,利用气候(气温、降水、湿润度等)、遥感(NDVI)和地面(DEM、草地类型、土壤类型)等多元数据进行格网化研究,分析草地生物量的空间分布格局。以期全面认识阿勒泰地区草地生物量的空间分布特征,也为其他地区草地资源的可持续管理和草地退化的研究提供技术和理论上的参考。主要结果如下:(1)阿勒泰地区草地总生物量在835.51387.24 g·m之间,草地地上生物量为62.1726.97 g·m,草地地下生物量为645.95078.21 g·m。其中,00 cm土层中草地生物量为308.17552.67 g·m,100 cm的土层中草地地下生物量为157.97097.41 g·m,200cm土层中草地生物量为67.4128.20 g·m。草地地上、地下和总生物量的空间变化格局相似,自北向南递减,在从山地到平原的垂直梯度上呈降低的趋势;研究区天然草地的地上部占草地总生物量的6.09%,地下部占93.91%;本片区草地类型多样,各草地类型的草地生物量差异较大,但是地上、地下部的分布比例基本一致。(2)在阿勒泰地区,海拔、年均气温、≥10℃年积温、年均降水、湿润度和NDVI这6个环境要素与草地生物量指标的相关性在0.35.75之间。其中,NDVI和地上生物量显著相关(P草地总生物量、草地地上生物量、草地地下生物量及草地地下的分层生物量(00cm、100cm、200cm)均呈极显著相关(P草地生物量指标的关系;二次项函数模型和对数模型在描述≥10℃年积温与草地生物量的关系中都有出现;幂函数是NDVI和草地生物量指标的最佳拟合函数。(4)草地生物量指标的格网化结果能较客观地反映阿勒泰地区天然草地生物量的空间分布及梯度变化情况。草地总生物量、地上生物量和地下生物量的网格化精度分别为69.59%、50.48%和65.32%。草地地下分层生物量(00cm、100cm、200cm)的网格化精度分别为62.75%、61.37%和56.48%。

关键词：草地生物量格网化空间格局遥感反演阿勒泰地区

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基于MODIS植被指数的甘南草地生物量

兰州大学学报（自然科学版） 2009年第5期45卷 73-78,87页

作者：王莺夏文韬梁天刚王超兰州大学草地农业科技学院农业部草地农业生态系统学重点实验室兰州730020 兰州大学西部环境教育部重点实验室兰州730000

利用2006-2008年MODIS植被指数和同期野外调查数据,建立草地地上部分干物质产量遥感监测模型。根据七种草地类型多年平均根冠比对2006-2008年甘南草地生物量(地上+地下部分)进行了估算,比较了不同时间尺度下的模拟效果,绘制了甘南草地... 详细信息

利用2006-2008年MODIS植被指数和同期野外调查数据,建立草地地上部分干物质产量遥感监测模型。根据七种草地类型多年平均根冠比对2006-2008年甘南草地生物量(地上+地下部分)进行了估算,比较了不同时间尺度下的模拟效果,绘制了甘南草地生物量空间分布图,分析了不同地区、海拔高度和草地类型的草地生物量特征,探讨了甘南地区草地生物量的年际变化。结果表明:2006-2008年甘南草地生物量分别为3.784×10^(13),3.527×10^(13),3.26×10^(13) g,其空间分布具有自西向东逐渐减少的趋势;在没有消除噪音的情况下,用月作为时间尺度的模拟效果较好;甘南草地生物量在3000～4000 m处的产量最高,占草地总产量的84.69%;2006-2008年甘南草地生物量呈减少趋势,年均减少速率为97.91 g/(m^2·a)。

关键词： MODIS 植被指数干物质产量草地生物量

连续施用生物有机肥对草地生物量及土壤微生物区系的影响

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南京农业大学学报 2018年第2期41卷 382-388页

作者：张风革霍云倩孙艺肖燕杨高文张英俊南京农业大学草业学院张家港市耕地质量保护站中国农业大学动物科学技术学院

[目的]本文旨在明确施用生物有机肥对草地生产力的提升效果,从地下部角度分析并阐明草地生产力提高的微生物生态学机制,为构建高产草地土壤的微生物区系提供理论支撑。[方法]在呼伦贝尔地区采用原位定位试验（连续2年施肥）比较了不同... 详细信息

[目的]本文旨在明确施用生物有机肥对草地生产力的提升效果,从地下部角度分析并阐明草地生产力提高的微生物生态学机制,为构建高产草地土壤的微生物区系提供理论支撑。[方法]在呼伦贝尔地区采用原位定位试验（连续2年施肥）比较了不同施肥方式（不施肥、普通有机肥和生物有机肥）对草地生物量的影响,并采用高通量测序的方法测定了土壤微生物区系的变化。[结果]与不施肥（CK）或者普通有机肥(OF,9 000 kg·hm-2)相比,施用生物有机肥(BOF,9 000 kg·hm-2)可以显著提高草地地上部生物量。非量度多尺度（NMDS）分析表明不同施肥处理间（CK、OF和BOF）土壤细菌群落结构差异不明显,而真菌群落结构差异显著。施用生物有机肥显著增加了Archaeorhizomyces和木霉属（Trichoderma）的相对丰度,而显著降低了Ophiosphaerella的相对丰度。同时,土壤理化性质和微生物属的相关关系表明,土壤有效磷含量与Archaeorhizomyces和木霉属的相对丰度呈显著正相关,而与Ophiosphaerella呈显著负相关。因此,增加土壤有效磷含量有利于提高草地地上部生物量。[结论]连续施用生物有机肥可以通过调节土壤微生物群落结构和组成来达到提高草地生物量的目的。

关键词：生物有机肥草地生物量土壤理化性质高通量测序土壤微生物区系皮尔森相关指数

模拟降水和氮沉降增加对草地生物量影响的研究进展

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草地学报 2017年第6期25卷 1165-1170页

作者：闫钟清齐玉春彭琴董云社贺云龙李兆林中国科学院地理科学与资源研究所/陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

研究降水和氮沉降增加对草地生态系统生物量的作用机制及其适应特征,有助于深刻理解气候变化对草地生态系统生产力和各项服务功能的影响,对草地生态系统的可持续发展具有重要意义。本文综述了模拟降水和氮沉降增加对草地植物生物量的改... 详细信息

研究降水和氮沉降增加对草地生态系统生物量的作用机制及其适应特征,有助于深刻理解气候变化对草地生态系统生产力和各项服务功能的影响,对草地生态系统的可持续发展具有重要意义。本文综述了模拟降水和氮沉降增加对草地植物生物量的改变及其可能的机制分析,探讨了植物对环境的适应特征,并在此基础上提出了未来气候变化条件下草地生态系统所面临的挑战和当前研究中主要存在的问题。

关键词：降水增加氮沉降增加草地生物量影响机制

1982-2003年中国草地生物量时空格局变化研究

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自然资源学报 2009年第9期24卷 1582-1592页

作者：辛晓平张保辉李刚张宏斌陈宝瑞杨桂霞农业部资源遥感与数字农业重点实验室中国农业科学院资源区划所北京100081 呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站中国农业科学院资源区划所北京100081

论文结合草地生物量调查资料、对应时段NDVI数据，分析了1982-2003年不同时期我国草地生物量空间格局变化特征及其与气候变化的关系。结果表明：20世纪80年代初期到末期，全国大部分地区草地生物量增加或基本持平；80年代末期到90年代... 详细信息

论文结合草地生物量调查资料、对应时段NDVI数据，分析了1982-2003年不同时期我国草地生物量空间格局变化特征及其与气候变化的关系。结果表明：20世纪80年代初期到末期，全国大部分地区草地生物量增加或基本持平；80年代末期到90年代初，大面积范围内草地生物量降低，热性草丛、温性草甸草原、山地草甸、低地草甸下降幅度分别为10．86％、4．96％、4．86％、3．49％；90年代末期后，北方大部分地区草地生物量上升到80年代的水平，南方草地生物量略有上升；1982-2003年草原区平均气温上升0．6～1．5℃，降雨量减少23．3％，草地生物量变化与降水量变化有弱相关关系（相关系数0．29），与气温变化无关。

关键词：草地生物量时空格局气候变化