草地地上生物量的高光譜遙感估測原理

在草地遙感領(lǐng)域，植被指數(shù)（VegetationIndex）作為一種遙感手段已廣泛應(yīng)用于植被覆蓋密度評價、產(chǎn)量估測以及自然災(zāi)害預(yù)測預(yù)報等方面。植被指數(shù)是根據(jù)植被反射波段的特性計算出來的反映地表植物生長、覆蓋狀況、地表生物參數(shù)的間接指標(biāo)，獲取容易且計算方便。大量研究結(jié)果證明，比值植被指數(shù)和歸一化植被指數(shù)對綠色植被變化靈敏，對土壤或者枯草不靈敏；RVI和NDVI能較好地反映出草地的覆蓋度、生物量和葉面積指數(shù)變化，與地上現(xiàn)存凈初級生物量有較好的相關(guān)性。首先將實(shí)測高光譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成各種植被指數(shù)，然后進(jìn)行植被指數(shù)與草地地上生物量的相關(guān)分析，檢驗(yàn)二者之間關(guān)系的密切程度，判定是否可根據(jù)所測樣本資料來推斷總體情況，選擇相關(guān)性最大的植被指數(shù)用來生成遙感估算模型，利用該模型就可以進(jìn)行草地地上生物量的估測。

2植被指數(shù)與草地地上生物量的關(guān)系

植被指數(shù)又稱光譜綠度值，是選用紅光波段（R）和近紅外（IR）波段反射率通過數(shù)學(xué)運(yùn)算而得到的數(shù)值，用以表征地表植被的數(shù)量分配和質(zhì)量情況。它與植物的覆蓋度，葉面積指數(shù)及生物量大小有很大關(guān)系。目前常用的植被指數(shù)有：差值植被指數(shù)（DVI=IR-R），比值指數(shù)（RVI=IR／R），歸一化指數(shù)NDVI=（IR-R）／（IR+R）和變換指數(shù)（ND±NDs）={（IR±Is）-（R±S）}／{（IR±Is）+（R±S）}等。其中IR為760～900nm近紅外波段的反射，相當(dāng)于TM4通道接受的地物光譜輻射能量；R為630～690nm紅光波段的反射率，相當(dāng)于TM3通道接受的地物光譜輻射能量。植被指數(shù)可用來診斷植被一系列生物物理參量，如葉面積指數(shù)、植被覆蓋率、地上生物量、光合有效輻射吸收系數(shù)等。

3草地類型對植被指數(shù)及地上生物量估測模型的影響

簡單的線性回歸模型和非線性回歸模型都被廣泛用來監(jiān)測草地植被地上生物量，但究竟哪種模型更適合監(jiān)測草地植被地上生物量，特別是典型草原的植被地上生物量的問題一直處于爭論之中。有研究表明，具有30％～40％以上植被蓋度的群落，其估產(chǎn)模式均為簡單的直線關(guān)系，而蓋度較低的群落類型（如荒漠草原的各種群落、典型草原中的小禾草草原等）更適于使用非直線形式的估產(chǎn)模型。

牧草產(chǎn)量光譜監(jiān)測模型對于不同的草地類型，估產(chǎn)模型中使用的最適植被指數(shù)各異。典型草原使用含紅光和近紅外波段反射率的植被指數(shù)與地上生物量的相關(guān)性最高；草甸草原紅光波段反射率由于有飽和效應(yīng)，對較高水平上的地上生物量變化反應(yīng)遲鈍，其地上生物量更適于利用含藍(lán)光和近紅外波段反射率的植被指數(shù)估測；荒漠草原、典型草原中某些地上生物量較低的群落，估產(chǎn)模型也更適于使用含藍(lán)光、綠光波段反射率的植被指數(shù)。

隨著高光譜技術(shù)的發(fā)展，光譜儀所能達(dá)到的分辨率不斷提高，對植被生物量敏感的特征波段及新的植被指數(shù)也不斷被發(fā)現(xiàn)。但是植被指數(shù)對植被蓋度及生物量的靈敏度有差異，牧草產(chǎn)量與植被指數(shù)關(guān)系也不同。由于不同的草地類型，植被種類、組成、結(jié)構(gòu)、蓋度、含水量、土壤背景等因素存在差異，同時牧草在不同的生長季和空間范圍內(nèi)也存在差異，導(dǎo)致牧草生物量也表現(xiàn)出很大差異，因此在不同的草地類型中使用的植被指數(shù)各異，地上生物量估測模型也各異。究竟哪種植被指數(shù)、生物量估測模型適合哪種草地類型，是否在時間和空間上具有廣泛適用性還需要進(jìn)行進(jìn)一步探討。

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審核編輯 黃昊宇