[00131662]河西走廊典型荒漠植物抗旱结构及其光谱特征研究

1、课题来源与背景 “河西走廊典型荒漠植物抗旱结构及其光谱特征研究”（31360204）是国家自然基金委于2013年9月下达,由甘肃省治沙研究所承担的国家自然科学基金项目,项目执行时间为2014年1月至2017年12月。经过项目组四年时间的研究,完成了项目合同中所规定的各项任务,达到了预期目标。 2、研究目的与意义 地物反射光谱特征曲线是高光谱遥感地物识别与评估的基础,但已建立的典型地物 光谱数据库缺乏有关荒漠植物的光谱特征曲线。荒漠植物为适应严酷自然条件在叶片结 构、生化物质含量等方面具有特殊的耐旱结构变形,这些变形导致其反射光谱曲线在特 定波段具有相应的独特特征参量变化。河西走廊从东部降水220mm的干旱气候到西部不足 10mm的极端干旱区绵延千余公里,在不同地段广泛分布有各种不同应对干旱策略类型的荒漠植物。选择测定河西走廊典型荒漠植物冠层光谱曲线、叶片类型、植株形态、耐旱组织结构、耐旱生化物质含量,分析耐旱物质、耐旱结构及其反射光谱曲线的差异性,筛选能用于精细分类各策略类型典型荒漠植物差异性光谱特征参量,建立典型荒漠植物光谱特征数据库,为荒漠植被遥感监测提供典型荒漠植物种分类识别的判断基础,填补目前典型地物光谱数据库中缺乏荒漠植物光谱特征曲线的遗憾。 3、主要结论 1)荒漠植物反射光谱“绿峰”特征和“红边效应”明显,多浆植物红边区域、卷叶植物绿峰区域特征尤为明显,“红边”和“绿峰”可用为荒漠植被识别的主要辅助参数;在植被叶片含水量控制的叶片反射率波段范围1250-2300nm,荒漠植被光谱特征区分性相对较好,水分含量可提高荒漠植被的识别精度。 2)水波段指数、归一化水指数、归一化红外指数和水分胁迫指数4个冠层水分含量指数与植物含水率之间存在显著的相关关系,可以用荒漠植物观测水分含量指数特征来反演它含水率的大小。 3)不同退化阶段植物冠层光谱反射率在1390-2500nm随着植物衰退程度的增加而增加,在植被衰退和严重衰退的区域,沙地的光谱曲线和裸地的基本重合。 4)植物光谱的季相变化与植物本身的物候规律相吻合,与外界环境的变化密切相关。 5)阴影端元对提高植被盖度估算的准确性非常重要,尤其是对非光合植被盖度估算的影响尤为重要,白刺灌丛样地采用线性混合模型,梭梭样地非线性混合模型的效果更明显。S2影像在光合/非光合植被盖度的估算精度方面优于L8和 GF1影像。 6)荒漠植物脯氨酸含量差异很大,含量较高的植物有：白刺、泡泡刺、红砂、多枝柽柳、树锦鸡儿、霸王、中麻黄等,植物叶片叶绿素的含量与叶片的形状有密切的关系,卷叶类植物叶绿素含量最高,其次为薄叶。 4、创见与创新 通过实地测定分析河西走廊内各种对策类型典型荒漠植物光谱特征、耐旱结构、生化物质,筛选区分荒漠植物与中生植物及精细分类各类型荒漠植物的特征光谱和特征参量,建立荒漠植物光谱特征数据库,填补目前典型地物光谱特征库中荒漠植物光谱特征曲线匮乏的缺憾,为大面积荒漠植被遥感监测评估提供识别分类的判断基础。 5、经济、社会、生态效益 项目为基础类研究项目,通过测定分析不同应对干旱对策类型典型荒漠植物光谱特征曲线,研究其区别于非荒漠植被的光谱特征参量,分析其耐旱物质组分、耐旱结构与反射光谱特征参量的关系,筛选精细分类不同策略类型荒漠植物的光谱特征参量,对于研究干旱区植被的理化性能、覆盖度、植被的计算机识别和自动提取、植被分类、植被调查和干旱区的生态环境调控及演变、遥感反演等都具有重要意义。 6、历年获奖情况 无 七、成果简介 项目测定河西走廊典型荒漠植物冠层光谱曲线、耐旱生化物质含量,筛选能用于精细分类各策略类型典型荒漠植物差异性光谱特征参量,取得了以下主要结果：1)“红边”和“绿峰”可用为荒漠植被识别的主要辅助参数;2)水分含量可提高荒漠植被的识别精度,水分含量指数特征可以反演植物含水率的大小;3)植物冠层光谱反射率随着植物衰退程度的增加而增加;4)植物光谱的季相变化与植物本身的物候规律相吻合,与外界环境的变化密切相关;5)阴影端元对提高植被盖度估算的准确性非常重要,S2影像在光合/非光合植被盖度的估算精度方面优于L8和 GF1;6)荒漠植物脯氨酸含量差异很大;叶片叶绿素含量与其形状有密切关系,卷叶类植物叶绿素含量最高。