黄土高原水蚀风蚀交错区生物土壤结皮高光谱特征研究

摘要

黄土高原水蚀风蚀交错区生物土壤结皮高光谱特征的研究，为开展大尺度生物土壤结皮的遥感识别和抗蚀能力评估奠定了良好的理论基础和技术支持。研究采用地物光谱测定技术和高光谱遥感技术手段，以黄土高原水蚀风蚀交错过渡带为研究区，以神木野外生态试验站为依托基地，开展了不同类型生物土壤结皮光谱特征分析、生物土壤结皮变水特性对光谱特征的影响，以及基于无人机高光谱遥感技术的生物土壤结皮识别研究。取得了以下研究成果：（1）藻类生物土壤结皮与土壤具有相似的光谱特征，光谱曲线没有明显的“峰-谷”特征；藻类生物土壤结皮光谱特征主要表现为光谱反射率随生物土壤结皮覆盖度增加而降低的变化规律。（2）藓类生物土壤结皮光谱曲线表现出与高等植物相似的特征，形成绿波段的反射峰和红光波段的吸收谷，以及近红外波段的高反射；但在760~930nm，藓类生物土壤结皮的光谱斜率明显大于高等植物,光谱斜率Slope(930/760)是高等植物的2.5-4.5倍。（3）裸地、藻类和藓类生物土壤结皮在湿润环境条件下均表现出反射率降低及水分吸收谷加深的光谱特征；裸地和藻类生物土壤结皮在干燥条件下的高光谱指数（RVI、DVI、NDVI、SAVI、MSAVI和OSAVI）要大于湿润条件，而藓类生物土壤结皮则表现出相反的特征。（4）藓类生物土壤结皮随覆盖度增加，蓝边、红边位置向长波段方向移动，黄边位置向短波段方向移动。多元线性回归模型对不同覆盖度的生物土壤结皮的覆盖度进行估算有较好的拟合结果，线性光谱混合模型对于藓类生物土壤结皮的分类结果优于土壤。（5）基于无人机高光谱影像运用监督分类、光谱匹配技术、六种高光谱指数，对研究区生物土壤结皮进行识别，最大似然法、去包络的波谱信息散度(SID)、叶绿素吸收率指数(CARI)识别正确率最高。本研究可为较大尺度上生物土壤结皮的提取和遥感监测提供有力的支持，对于进一步阐明生物土壤结皮在特定生态系统中所扮演的角色具有重要的科学价值和实际意义。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1 生物土壤结皮研究进展

1.2.2 高光谱遥感研究

1.2.3 生物土壤结皮光谱特征研究

1.3 存在问题

1.4研究目标

1.5研究内容

1.5.1不同类型及组成生物土壤结皮的光谱特征

1.5.2生物土壤结皮变水特性对光谱特征的影响

1.5.3不同覆盖度生物土壤结皮与高等植物组合的光谱特征

1.5.4基于无人机高光谱影像的生物土壤结皮识别

第二章 研究区概况与试验方法

2.1 研究区域

2.2研究方法

2.2.1生物土壤结皮样本采集与光谱测定

2.2.2 裸地、植被叶片、枯落物及冠层光谱的原位测定与分析

2.2.3 生物土壤结皮测定方法

2.2.4生物土壤结皮识别

2.3技术路线

第三章 黄土高原水蚀风蚀交错区不同类型生物土壤结皮光谱特征

3.1 不同盖度条件下藻类生物土壤结皮光谱特征变化

3.2 不同建群种藓类生物土壤结皮光谱特征

3.3 藻类和藓类生物土壤结皮以及高等植物光谱特征的差异

3.4讨论

3.5 小结

第四章 黄土高原干湿环境条件下生物土壤结皮的光谱特征

4.1 试验设计

4.2数据处理

4.3 干湿环境条件下裸地和不同类型生物土壤结皮的光谱特征

4.4 干湿环境条件下生物土壤结皮高光谱植被指数变化特征

4.5复水过程中藓类生物土壤结皮光谱特征的变化规律

4.6 讨论

4.7小结

第五章 不同覆盖度藓类生物土壤结皮光谱特征

5.1 实验设计

5.2 基于光谱曲线的不同覆盖度藓类生物土壤结皮光谱特征

5.3 基于一阶导光谱曲线的不同覆盖度藓类生物土壤结皮光谱特征

5.4 线性光谱混合模型(LSMM)估算藓类土壤结皮覆盖度

5.5讨论

5.6 小结

第六章 基于无人机高光谱影像的生物土壤结皮识别

6.1 试验数据获取

6.2 基于监督分类的生物土壤结皮识别

6.3 基于SAM和SID生物土壤结皮识别

6.4 基于光谱指数藓类生物土壤结皮识别

6.6 讨论

6.7 小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

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