鄱阳湖湖区湿地草洲地面生物量遥感估算研究

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近年来,受自然和人为因素的影响,鄱阳湖湿地草洲生态系统变得脆弱而不稳定,造成诸如水土流失、土地沙化、水旱灾害、耕地锐减、农田渍害、环境污染、生物多样性衰退、珍稀物种濒危程度加剧等现象。这些环境异常现象可以通过鄱阳湖湿地草洲生物变化反映,同时,湿地草洲生物量的变化也直接影响着鄱阳湖湿地生态系统的变化,成为鄱阳湖湿地生态系统变化的“晴雨表”。   因此,研究湿地草洲生物量变化能够分析出鄱阳湖湿地生态系统变化,能够了解自然与人为因素之间的关系,掌握湿地草洲资源翔实信息,从而为改善湖区的生态环境提供有利证据。   本文以鄱阳湖湿地草洲生物量为研究目标,探索鄱阳湖湿地草洲生物量估算方法之间的关系,分析影响生物量的主要因素,为合理对鄱阳湖草洲生物量进行监测提供新思路.文中采用基于地理统计的收获法、基于NDVI数据与采样数据建立相关回归模型和基于光合作用的CASA模型估算草洲生物量,达到对鄱阳湖湿地草洲生物量综合监测研究,主要研究内容如下:   首先,围绕传统生物量估算与现代生物量估算的根本区别作探讨,然后分别使用三种估算方法对鄱阳湖湿地草洲进行生物量研究与分析。论文第三章采用收获法估算2009年2月份生物量及生物总量;论文第四章采用MODIS影像数据,结合气象数据代入CASA模型,对2008年12个月的NPP进行分析研究:论文第五章采用TM影像计算植被指数NDVI、EVI、DVI、SAVI数据,分析四种类型植被指数与实测生物量之间的相关性,并建立三元回归模型。同时对MODIS影像也进行植被指数分析,发现生物量与植被指数相关,与季节和月份不相关。最后,文章总结三种生物量估算方式对鄱阳湖湿地生物量监测的实际意义。   研究的主要结论如下:   (1)传统的收获法主要适用于小区域或平缓区域,对鄱阳湖草洲生物量估算结果稍偏高。传统收获法进行由点向面的插值扩展时,采用克里金方法和多项式插值方法优于其他插值方法,并且直接影响计算结果。由于鄱阳湖区域草洲分布被星罗密布的水域切割成复杂的区域,采样数据在一定形式上无法简单地按照克里金或其他插值方式进行内插,结果产生偏差,但依然能够大致地反映出区域生物量状况,传统收获法在很多情况下仍然是值得信任的方法之一。   (2)植被指数与生物量之间存在较强的相关性。通过实测数据与NDVI、RVI、DVI、SAVI相关性分析,发现植被指数不仅与鲜重生物量有相关性,而且与干重生物量有相关性。在鄱阳湖湿地草洲,鲜重生物量与RVI植被指数之间相关性最好,而干重生物量与NDVI相关性最好。生物量与植被指数相关,与季节和月份相关性不大。   (3)在采用NDVI估算生物量过程中,影响估算结果主要因素来自NDVI数据、水面大小及人类影响。其中,NDVI数据与太阳辐射、植被种类、季节、气温、湿度、周边环境等因素的变化而变化,因此不同月份同一区域的NDVI值常常发生变化,导致计算结果不一致。水面大小直接影响鄱阳湖草洲面积大小,同时也限制着生物量变化。人类活动间接地影响着鄱阳湖草洲生物量。   (4)采用CASA模型估算鄱阳湖2008年草洲生物量变化结果表明,2008年1、2月份生物量变化最低,在3、4、5月份生物量变化升至最高,6月份迅速下降,7月份有所反弹,8、9、10逐渐降低,11月再次反弹,12月份降至低点。2008年生物量与生物总量在各个月之间变化基本一致。生物量除受季节、日照指数、太阳辐射、植被种类等因素影响外,受到突发天气的直接影响。2008年全年天气突发事件多,各种突发天气导致生物量变化,鄱阳湖水面变化也影响着生物量变化。   (5)基于地理统计的收获法、基于NDVI数据与采样数据建立相关回归模型和基于光合作用的CASA模型三种方法对生物量估算结果虽有偏差,但都能较好实现生物量监测,其中,基于地理统计收获法适用于变化平缓的小区域,建立NDVI与生物量回归模型方法适用于气象资料不全,区域稍复杂区域,而CASA模型适用大尺度区域,地势复杂区域。三种方法彼此之间相互验证、相互补充,互相促进,相互学习。   综上所述,论文研究的主要内容是建立适用于“鄱阳湖湿地地面生物量监测”模式,即采用收获法、NDVI数据与采样数据建立相关回归模型方法和基于光合作用的CASA模型计算生物量进行相互补充与验证,实现鄱阳湖湿地草洲地面生物量监测。通过三种方法对鄱阳湖湿地地面生物量进行估算,证实可以利用实地采样数据与TM遥感影像NDVI数据,建立三元回归方程模型;同时证实采用CASA模型能够有效估算鄱阳湖湿地地面生物量,并侧面证实天气是影响生物量变化的一个重要因素;将传统的收获法、NDVI数据与采样数据建立相关回归模型和基于光合作用的CASA模型三种生物量估算方法相互比较,为不同区域不同条件下进行生物量估算提供参考。
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