一种利用地物反射波谱曲线来调查沉水植物生物量的方法

摘要

一种利用地物反射波谱曲线来调查沉水植物生物量的方法，步骤如下：(1)围栏水域，将调查水域的水体围成若干单元水域，并进行顺序标记序号，利用地物光谱仪对所述的若干单元水域的沉水植物测定地物反射率，同时采用传统沉水植物生物量调查方法得到沉水植物的生物量；(2)在所需调查水域的若干单元水域测得不同生物量的沉水植物地物反射率后，获得不同生物量沉水植物的光谱特征图谱，根据步骤(1)的标记序号进行记录建立光谱特征图谱库；(3)该水域今后沉水植物的生物量通过测定沉水植物地物反射率，然后比对光谱特征图谱库并查找不同生物量沉水植物的光谱特征图谱获得。

说明书

技术领域

本发明属于一种利用地物反射波谱曲线来调查沉水植物生物量的方法，特别是一种适用 于调查清澈水体中沉水植物生物量的方法。

背景技术

在可见光与近红外波段(0.3-2.5μm)，地表物体自身的热辐射几乎等于零。地物发出的 波谱主要以反射太阳辐射为主。地物反射波谱曲线除随不同地物不同外，同种地物在不同内 部结构和外部条件下形态表现也不同。一般说，地物反射率随波长变化有规律可循，从而为 遥感影像的判读提供依据。

沉水植物是指在大部分生活周期中植株沉水生活、根生于底质中的水生植物。沉水植物 作为湖泊生态系统的一个重要组成部分和主要的初级生产者之一，其对湖泊生态系统的物质 和能量的循环起着重要作用，对水体营养系统具有重要的调节作用，特别是沉水植物占据了 湖泊中的水和沉积物的主要界面，对湖泊生产力及湖泊生态系统具有非常重要的影响。

由于水生境的特殊性，一些常用于陆生植物生物量调查的方法，如直接收割法、挖掘法 等不适用于沉水植物，而要用一些特殊的方法，远距离采集器如挖泥器、带网铁铗和长柄镰 刀或采用潜水挖取法。潜水挖取法精确度较高，但耗费大；远距离采集法耗费较小，但破坏 性大。综上，对沉水植物生物量测定方法缺少一种耗费小且破坏性小的调查方法。

传统采样都是用铁夹抓草，然后出水上来后称重，比较费时费力，本发明对某一个地方 先用传统方法采几次样，同时也得到采样地的地物光谱建立两者的关系，后期采样的话只测 光谱，就可以相应得到相应沉水植物的量。

发明内容

本发明的目的是，提供一种利用地物反射波谱曲线来调查沉水植物生物量的方法，特别 是一种适用于调查清澈水体中沉水植物生物量的方法。

本发明的技术方案如下：

(1)利用美国ASD公司生产的FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光谱仪对所需调查水 域沉水植物测定地物反射率并采用传统沉水植物生物量调查方法得到沉水植物的生物量。

(2)在所需调查水域测得不同生物量的沉水植物地物反射率后，可以获得不同生物量沉 水植物的光谱特征图谱。

(3)该水域今后沉水植物的生物量通过测定沉水植物地物反射率，然后查找不同生物量 沉水植物的光谱特征图谱获得。

上述美国ASD公司生产的FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光谱仪的使用方法为：在 天空晴朗、太阳几乎直射(上午10:30-下午14:30)的情况下，对采样点沉水植物的反射 光谱进行采集。反射光谱测定时，先打开光谱仪电源，预热15到30分钟(仪器开始工作的 第一个小时要每隔5-10分钟点击DC图标或重复优化)，然后连接电脑USB，再打开电脑笔 记本，运行软件，开始反射光谱的测定。仪器向下正对被测物体，至少保持与水平面的法线 夹角在±10°之间，并将探头置于水面1m上，由于仪器自身视场角(FOV)为25°，实际 光谱采集样方大小为直径0.44m的圆形区域。每个样方测定20个光谱数据作平均。每次进行 光谱测定前，根据天气条件进行优化，至多每20min进行一次优化。

一种利用地物反射波谱曲线来调查沉水植物生物量的方法，步骤如下：

(1)围栏水域，将调查水域的水体围成若干单元水域，并进行顺序标记序号，利用地物 光谱仪对所述的若干单元水域的沉水植物测定地物反射率，同时采用传统沉水植物生物量调 查方法得到沉水植物的生物量；

(2)在所需调查水域的若干单元水域测得不同生物量的沉水植物地物反射率后，获得不 同生物量沉水植物的光谱特征图谱，根据步骤(1)的标记序号进行记录建立光谱特征图谱库；

(3)该水域今后沉水植物的生物量通过测定沉水植物地物反射率，然后比对光谱特征图 谱库并查找不同生物量沉水植物的光谱特征图谱获得。

优选地，所述光谱仪的使用方法为：在天空晴朗、上午10:30-下午14:30太阳几乎直 射的情况下，对采样点沉水植物的反射光谱进行采集；反射光谱测定时，先打开光谱仪电源， 预热15到30分钟(仪器开始工作的第一个小时要每隔5-10分钟点击DC图标或重复优化)， 然后连接电脑USB，再打开电脑笔记本，运行软件，开始反射光谱的测定；仪器向下正对被 测物体，至少保持与水平面的法线夹角在±10°之间，并将探头置于水面1m上，由于仪器 自身视场角(FOV)为25°，实际光谱采集样方大小为直径0.44m的圆形区域；每个样方测 定20个光谱数据作平均；每次进行光谱测定前，根据天气条件进行优化，至多每20min进行 一次优化。

优选地，所述地物光谱仪为美国ASD公司生产的FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光谱 仪。

优选地，沉水植物的主要品种为金鱼藻、苦草、黑藻、狐尾藻、菖蒲、鸭舌草、海菜花、 狸藻。

优选地，所述的若干单元水域的沉水植物的各项生物量超出正常值时，对沉水植物进行人 工打捞或者放置草鱼、鲂鱼、鲮鱼、鲴鱼、香鱼、赤眼鳟。

优选地，所述的若干单元水域的沉水植物的各项生物量超出正常值时，对超出正常值的单 元水域投放少量的活性淤泥或者纳米碳粉或者淡水硝化细菌或者反硝化细菌或者改性粘土以 净化水质。

优选地，所述的若干单元水域的沉水植物的各项生物量超出正常值时，对超出正常值的单 元水域投放蚌，提高透明度，以降低浊度，然后对所述水域的蚌进行定期打捞。

优选地，所述改性粘土的改性步骤为：1)将凹凸棒粘土提纯处理后，用水制得颗粒直径 小于2微米、固含量小于15％的粘土浆液；2)以每克粘土与0.2～21毫摩尔表面活性剂的投 料比，将表面活性剂加入所述的粘土浆液中，在搅拌下于20～100℃反应完全，过滤，除滤液 得到表面活性剂改性的粘土，所述的表面活性剂为微孔沸石分子筛、中孔分子筛合成中的模 板剂之一或其混合物；3)在表面活性剂改性粘土中依次加入有机溶剂、有机硅化合物、壳聚 糖，搅拌反应完全，过滤，将滤渣洗涤，干燥，在600℃焙烧3-5小时，所述的有机溶剂与有 机硅及壳聚糖相溶，所述的表面活性剂改性粘土、有机溶剂、有机硅化合物、壳聚糖的重量 比为1∶50～150∶5～8∶1～5；4)自然晾干后即得所述改性粘土。

本发明的技术效果：对于清澈水体沉水植物生物量的调查提供了一种耗费低且破坏性小的 方法，能够大大提高沉水植物生物量调查的效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：

图1为美国ASD公司生产的FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光谱仪后视图

图2为穗花狐尾藻不同生物量的光谱特征图谱

图3为水体中不同沉水植物生物量与反射光谱绿光波段(500-560nm) 之间的回归分析图

图4为水体中不同沉水植物生物量与反射光谱红光波段(620-760nm) 之间的回归分析图

图5为水体中不同沉水植物生物量与反射光谱近红外波段(760-900nm) 之间的回归分析图

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体 实施方式，进一步阐述发明。

以调查无锡贡湖湾某湿地沉水植物生物量为例，该湿地透明度为100cm，浊度为2.6NTU， 属于清澈水体且沉水植物主要群落为穗花狐尾藻，可以利用本发明所述方法对该湿地沉水植 物穗花狐尾藻生物量进行调查。

(1)利用美国ASD公司生产的FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光谱仪对无锡贡湖湾 某湿地沉水植物穗花狐尾藻测定地物反射率并采用传统沉水植物生物量调查方法得到沉水植 物穗花狐尾藻的生物量。所述光谱仪如图1和图2，其具体参数见下表：

表1 FieldSpecHandHeld地物光谱仪相关参数

探测器 512像素矩阵PDA 波长范围 350-1050nm 采样速率 10次/秒 积分时间 用户可选，2n×17毫秒 平均次数 最多可达31,800次 波长精度 ±1nm 波长重复性 优于±0.3nm@±10℃温度变化 光谱采样间 1.4nm@350-1050nm 光谱分辨率 3nm@700nm 测量方式 适用于手持或安装在三脚架上 软件 RS3标准软件包；可实时测量原始数据 外形尺寸 12×36×29cm 探头视角 25度锥角

(2)在无锡贡湖湾某湿地测得不同生物量的沉水植物穗花狐尾藻地物反射率后，可以获 得不同生物量沉水植物穗花狐尾藻的光谱特征图谱(图3)。

(3)该湿地今后沉水植物穗花狐尾藻的生物量可通过测定沉水植物地物反射率，然后查 找不同生物量沉水植物的光谱特征图谱获得。

上述美国ASD公司生产的FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光谱仪的使用方法为：在 天空晴朗、太阳几乎直射(上午10:30-下午14:30)的情况下，对采样点沉水植物的反射 光谱进行采集。反射光谱测定时，先打开光谱仪电源，预热15到30分钟(仪器开始工作的 第一个小时要每隔5-10分钟点击DC图标或重复优化)，然后连接电脑USB，再打开电脑笔 记本，运行软件，开始反射光谱的测定。仪器向下正对被测物体，至少保持与水平面的法线 夹角在±10°之间，并将探头置于水面1m上，由于仪器自身视场角(FOV)为25°，实际 光谱采集样方大小为直径0.44m的圆形区域。每个样方测定20个光谱数据作平均。每次进行 光谱测定前，根据天气条件进行优化，至多每20min进行一次优化。

通过实地测试，结果表明该发明对清澈水体且沉水植物群落单一的沉水植物生物量的调 查有很好的效果，是一种耗费低且破坏性小的沉水植物生物量调查方法。

一种利用地物反射波谱曲线来调查沉水植物生物量的方法，步骤如下：

(1)围栏水域，将调查水域的水体围成若干单元水域，并进行顺序标记序号，利用地物 光谱仪对所述的若干单元水域的沉水植物测定地物反射率，同时采用传统沉水植物生物量调 查方法得到沉水植物的生物量；

(2)在所需调查水域的若干单元水域测得不同生物量的沉水植物地物反射率后，获得不 同生物量沉水植物的光谱特征图谱，根据步骤(1)的标记序号进行记录建立光谱特征图谱库；

(3)该水域今后沉水植物的生物量通过测定沉水植物地物反射率，然后比对光谱特征图 谱库并查找不同生物量沉水植物的光谱特征图谱获得。

进一步，所述光谱仪的使用方法为：在天空晴朗、上午10:30-下午14:30太阳几乎直 射的情况下，对采样点沉水植物的反射光谱进行采集；反射光谱测定时，先打开光谱仪电源， 预热15到30分钟(仪器开始工作的第一个小时要每隔5-10分钟点击DC图标或重复优化)， 然后连接电脑USB，再打开电脑笔记本，运行软件，开始反射光谱的测定；仪器向下正对被 测物体，至少保持与水平面的法线夹角在±10°之间，并将探头置于水面1m上，由于仪器 自身视场角(FOV)为25°，实际光谱采集样方大小为直径0.44m的圆形区域；每个样方测 定20个光谱数据作平均；每次进行光谱测定前，根据天气条件进行优化，至多每20min进行 一次优化。

进一步，所述地物光谱仪为美国ASD公司生产的FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光谱 仪。

进一步，沉水植物的主要品种为金鱼藻、苦草、黑藻、狐尾藻、菖蒲、鸭舌草、海菜花、 狸藻。

进一步，所述的若干单元水域的沉水植物的各项生物量超出正常值时，对沉水植物进行人 工打捞或者放置草鱼、鲂鱼、鲮鱼、鲴鱼、香鱼、赤眼鳟。

进一步，所述的若干单元水域的沉水植物的各项生物量超出正常值时，对超出正常值的单 元水域投放少量的活性淤泥或者纳米碳粉或者淡水硝化细菌或者反硝化细菌或者改性粘土以 净化水质。

进一步，所述的若干单元水域的沉水植物的各项生物量超出正常值时，对超出正常值的单 元水域投放蚌，提高透明度，以降低浊度，然后对所述水域的蚌进行定期打捞。

进一步，所述改性粘土的改性步骤为：1)将凹凸棒粘土提纯处理后，用水制得颗粒直径 小于2微米、固含量小于15％的粘土浆液；2)以每克粘土与0.2～21毫摩尔表面活性剂的投 料比，将表面活性剂加入所述的粘土浆液中，在搅拌下于20～100℃反应完全，过滤，除滤液 得到表面活性剂改性的粘土，所述的表面活性剂为微孔沸石分子筛、中孔分子筛合成中的模 板剂之一或其混合物；3)在表面活性剂改性粘土中依次加入有机溶剂、有机硅化合物、壳聚 糖，搅拌反应完全，过滤，将滤渣洗涤，干燥，在600℃焙烧3-5小时，所述的有机溶剂与有 机硅及壳聚糖相溶，所述的表面活性剂改性粘土、有机溶剂、有机硅化合物、壳聚糖的重量 比为1∶50～150∶5～8∶1～5；4)自然晾干后即得所述改性粘土。

以上所述，仅是本发明的实施案例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本 专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但 是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修 改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。