基于数码相机的草地植被盖度测量方法对比研究

草地植被盖度是表征生态系统植被生长状况及环境质量的重要参数。在草地植物群落野外调查中,可以利用数码相机拍摄草地样方照片,而后在室内利用图像处理软件进行自动或半自动的植被盖度测量。随着移动智能设备(如iPhone/iPAD或各类Android Phone/PAD)的快速发展和普及,野外实时获取草地样方照片,同步计算草地植被盖度,并与有关遥感反演参数产品作校验对比分析,将成为未来地学移动测量和研究的重要方向。本研究在总结梳理既有利用数码相机识别植被盖度方法的基础上,设计了低覆盖、中低覆盖、中等覆盖、中高覆盖、高覆盖5种不同植被盖度情景,以及从早上6:00到下午6:00、每隔2h一次、全天共7次不同光照环境下的照相方案。继而以Photoshop人工勾勒和测算方法为基准,选择RGB阈值法、RGB决策树法、HSV判别法3种自动测量方法开展对比研究。测量结果的对比分析表明,草地盖度变化对RGB阈值法和HSV判别法的盖度识别精度无明显规律性影响,RGB决策树的盖度识别精度随着草地盖度的增加而增加;光照强度越强,RGB阈值法和HSV判别法对同一草地样方估算的盖度值越小,RGB决策树法估算的盖度值随光照强度的变化没有固定的规律。总体上讲,RGB阈值法和HSV判别法的识别精度较高,RGB决策树法误判率较高,但后者可以识别出非绿色的植物茎、花朵。最后提出了在现有绿色植被像元识别方法的基础上,结合边缘检查算法等图形像素的统计学特征分析方法,能进一步提高草地植被盖度测量的准确率。

乌兰巴托-锡林浩特样带草地植被特征与水热因子的关系

2012年夏季,研究人员对蒙古高原长约1100km的乌兰巴托—锡林浩特草地样带开展考察,获取了46个样地的物种数量、地上生物量等数据;基于全球GHCN(全球历史气象网络)数据集,提取了样带夏季(6—8月)月均温度和降水总量;继而根据自然地理和行政区边界,将草地样带大致分成北部(蒙古国乌兰巴托—蒙古国艾日格)、中部(蒙古国艾日格—中国苏尼特左旗)和南部(中国苏尼特左旗—中国锡林浩特),开展了分析。研究表明:(1)样带夏季平均温度的空间分布形态呈现明显的倒"U"型分布,南北两端温度较低,中部温度较高;夏季降水量在空间上的分布形态则与之相反,呈现南北两端降水量较高,中部降水量较低的正"U"型分布;(2)样带上植物物种数量、地上生物量的空间分布形态均呈现正"U"型分布,即在生态景观类型为典型温性草原的样带南部和北部地区,其生物多样性、地上生物量明显好于呈现为温性荒漠草原、温性荒漠景观的样带中部地区。(3)相关分析体现了大尺度(高原样带尺度)上植被特征与水热环境因子间的关系:植物物种数量、地上生物量与夏季月均温度均呈现负相关,而与夏季降水总量则呈现正相关关系。(4)偏相关分析反映了局地小尺度上植被特征与水热环境因子间的关系:温度和降水要素对于植物物种数量、地上生物量均呈现正相关。

1970年代以来锡林郭勒盟草地资源空间分布格局的变化

在多期遥感影像与GIS的支持下,构建了内蒙古锡林郭勒盟1975年-2009年的草地现状和动态变化时空数据集,进而开展了锡林郭勒盟草地资源空间分布格局、时空变化及其驱动机制的研究。研究表明:①草地是锡林郭勒盟的主导生态系统,总面积约17.6万km2,占全区国土面积的86%;在空间分布上,自东向西,草地覆盖度逐渐降低,草地类型依次为温性草甸草原、温性草原、温性荒漠草原;②锡林郭勒盟草地生态系统动态演变的基本特征为:以2000年为界,2000年之前,草地生态系统面积持续减少;2000年之后,草地生态系统的面积减少态势得到遏制和逆转,草地资源面积开始增加;③该区草地资源时空变化受到气候变化、人类土地利用活动以及生态保护和建设工程的影响:区域气候变化是本区生态系统变化的基本驱动力,人类不合理的土地利用活动对于草地退化起了推动和促进作用,而生态保护和建设工程的介入则缓解、遏制和逆转了本区长期以来的草地退化态势。

蒙古高原乌兰巴托—锡林浩特草地样带植物物种的空间分布

草原植物物种多样性分析是生物多样性研究及草原可持续发展研究的重要内容。基于2012年野外实地调查数据,对蒙古高原乌兰巴托—锡林浩特草地样带上植物物种类型和数量的空间分布格局及变化规律行了分析,结果表明:1蒙古高原样带上共有33科103种植物,蒙古国有29科87种,中国内蒙古地区有22科62种。中国内蒙古境内植物物种数量的绝对数值低于蒙古国,但中国内蒙古境内的垂向百米物种数、百公里物种数及多年生物种占全部物种比例、可食性牧草物种占全部物种比例等指标均高于蒙古国境内的相应指标;2样带上植物物种总数呈现南北高、中间低的U字形;具体到不同物种,则其分布形态略有差异:禾本科物种数量由北向南逐渐增多,菊科植物物种数量由北向南逐渐减少,豆科植物及杂类草的物种数量呈现南北高、中间低的U字形;3多年生植物与可食性牧草数量呈现南北高、中间低的U字形;一年生植物则呈现不明显的倒U字形,非可食性植物在整个样带上则变化相对平稳,南北差异不明显。

内蒙古中东部地区^(137)Cs背景值的确定

在137Cs环境示踪研究中,区域137Cs背景值(CRI)的获取存在许多困难和不确定性。在总结传统137Cs区域背景值获取方法基础上,本文提出了适用于大尺度区域和长距离路线考察的区域137Cs背景值获取技术路线,即在参考有关地理背景信息和长时间序列遥感信息、科学划分子区基础上,根据理论模型计算得到区域137Cs背景值潜在值域,并开展基于137Cs土壤剖面分布形态特征的蚀积过程分析,最终确定137Cs区域背景样地和区域背景值。以上述技术流程为指导,本文作者在内蒙古高平原中东部地区开展案例研究,结果表明:兴安盟东部、南部暗栗钙土研究区的CRI为2447 Bq·m-2,通辽市中部、南部和赤峰市东部风沙土研究区的CRI为2430 Bq·m-2,赤峰市西北部黑钙土研究区的CRI为2384 Bq·m-2,锡林郭勒盟南部栗钙土研究区的CRI为2368 Bq·m-2。