鄔亞娟, 劉廷璽,2, 童 新,2, 羅艷云,2, 段利民,2, 曹文梅

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院, 呼和浩特 010018;2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 內(nèi)蒙古自治區(qū)水資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 呼和浩特 010018)

植被不僅可以反映一個(gè)地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更能通過(guò)研究該地區(qū)的植被生產(chǎn)力以及恢復(fù)力預(yù)測(cè)地區(qū)環(huán)境的發(fā)展方向。生態(tài)環(huán)境的改善與植被的生長(zhǎng)相輔相成，傳統(tǒng)植被生長(zhǎng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)手段費(fèi)時(shí)費(fèi)力，為了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，采樣過(guò)程中對(duì)植被土壤等在一定程度上會(huì)造成不可避免的損害[1]。而近年來(lái)飛速發(fā)展的高光譜技術(shù)為植被資源監(jiān)測(cè)提供了新的方向，因其較高的光譜分辨率，高效、全面、準(zhǔn)確、無(wú)損害等優(yōu)勢(shì)，在植被的生理生化參數(shù)如葉綠素[2]、生物量[3]等的反演中具有極高的研究?jī)r(jià)值。如在草地資源的研究中，Kong[4]、馬維維[5]等分析得到不同草原植被光譜反射率的差異性，建立了植被參數(shù)反演模型以監(jiān)測(cè)草原植被生長(zhǎng)狀態(tài)。Zhao[6]、Huang[7]等通過(guò)對(duì)植被光譜特征的分析，識(shí)別出受蟲害的亞健康植被，認(rèn)為其在植被健康評(píng)價(jià)方面也具有強(qiáng)大的功能。但關(guān)于光譜的研究往往會(huì)忽視植被冠層光譜與葉片光譜差異性[8]，植被冠層光譜不僅受葉片光譜的影響，還受到生長(zhǎng)環(huán)境、下墊面等因素影響，增加了信息提取的難度。目前弱化這些影響的方法主要有連續(xù)統(tǒng)去除法、微分法、馬氏距離法等突出了不同植被的顯著差異性。為此，研究學(xué)者進(jìn)行了大量的光譜曲線特征分析，應(yīng)用最廣泛的是紅邊參數(shù)、“雙峰”以及吸收參數(shù)等變量與植被類型的相關(guān)關(guān)系[9]，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析其相關(guān)性，可以達(dá)到種類識(shí)別目的，如劉波等[10]提取包絡(luò)線去除法后的高寒地區(qū)草地植被光譜曲線特征，分析了退化草地不同植被種類紅邊參數(shù)隨時(shí)間變化的趨勢(shì)；武紅旗等[11]得出利用伊犁絹蒿在荒漠地區(qū)的植被指數(shù)及特征光譜參量，能夠有效與其他沙生植被區(qū)分的結(jié)論；楊紅飛等[12]利用植被指數(shù)結(jié)合特征波段信息進(jìn)行不同草原植被的分類識(shí)別，成功分析出干旱荒漠草甸植被與蒿屬荒漠草甸植被的差異性。近幾年，越來(lái)越多的學(xué)者致力于植被的地面光譜特征與影像信息相結(jié)合[13-14]，尤其是植被退化嚴(yán)重的干旱少雨地區(qū)。然而如何將光譜信息與植被種群格局，群落構(gòu)成等地貌信息相結(jié)合，是當(dāng)下研究的另一個(gè)突破點(diǎn)[15]。多數(shù)研究基于植被長(zhǎng)勢(shì)最佳的夏季，并不能充分代表并應(yīng)用于其他時(shí)期，以及如何結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行特征波段的選擇是如今光譜技術(shù)研究的重點(diǎn)。

研究表明，定量遙感監(jiān)測(cè)秋季植被具有重要的理論意義和廣泛的應(yīng)用前景。為此，為了更好地與遙感衛(wèi)星和天空遙感相結(jié)合，數(shù)據(jù)采集面向植被冠層，通過(guò)植被群落演替階段的生態(tài)劃分和原位高光譜試驗(yàn)，以科爾沁沙地2019年春末夏初與秋季兩個(gè)時(shí)相不同演替階段的差巴嘎蒿群落為研究對(duì)象，同時(shí)利用馬氏距離進(jìn)行特征波段的選擇，分析主要優(yōu)勢(shì)種群的光譜特征及其光譜特征差異，為建立點(diǎn)尺度與面尺度遙感數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系及荒漠植被識(shí)別提供有效參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁沙地南部，地理坐標(biāo)為43°18′48″—43°21′24″N，122°33′00″—122°41′00″E的東南緣，總面積約55 km2。受半干旱溫帶大陸性季風(fēng)氣候影響，年平均氣溫6.6℃，多年平均降水量389 mm，且主要集中在夏季，Φ20 cm蒸發(fā)皿年平均測(cè)得的水面蒸發(fā)量約為1 412 mm，冬季時(shí)間短，霜凍少，地下水位較高。研究區(qū)主風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，且含沙量高，該地區(qū)植被具有很強(qiáng)的防風(fēng)固沙能力和抗旱性，由于研究區(qū)土質(zhì)干燥疏松和多風(fēng)等氣候狀態(tài)，再加上人為的不合理放牧和過(guò)墾等行為干擾下，土地沙化嚴(yán)重，植被生長(zhǎng)環(huán)境惡劣，所以過(guò)渡帶坨甸相間區(qū)域植被基本上屬于同一植被型[16]，經(jīng)實(shí)地調(diào)查主要建群種為差巴嘎蒿(Artemisiahalodeudrou)，伴生有麻黃(Herbalephedrae)、沙蓬(Agriophyllumsquarrosum)、狗尾草(Setariaviridis)、蟲實(shí)(Corispermumhyssopifolium)等草本植被。

1.2 調(diào)查方法與差巴嘎蒿群落演替階段劃分

植被群落的演替是在一定區(qū)域內(nèi)群落物種的替代程度[17]。在科爾沁沙地從流動(dòng)沙丘到固定沙丘的差巴嘎蒿群落在5月中旬與9月上旬易與其他植被區(qū)分[18]，所以研究選擇該時(shí)期所獲得的不同演替階段差巴嘎蒿群落進(jìn)行其冠層光譜采集。根據(jù)研究區(qū)主要差巴嘎蒿群落的優(yōu)勢(shì)種及伴生種在群落中的分布狀況及地貌土壤的環(huán)境情況，結(jié)合研究區(qū)植被演替順序(一年生→一年生+多年生→一年生+多年生+灌木→多年生+灌木)[19]，將沙丘—草甸過(guò)渡帶差巴嘎蒿群落劃分為4個(gè)演替階段：群落Ⅰ(沙蓬+差巴嘎蒿+蟲實(shí))→群落Ⅱ(差巴嘎蒿+麻黃+蟲實(shí))→群落Ⅲ[差巴嘎蒿+冷蒿(Artemisiafrigida)+蟲實(shí)]→群落Ⅳ(差巴嘎蒿+冷蒿+狗尾草)。在流動(dòng)到固定沙地不同類型沙地上均勻布設(shè)10 m×10 m大樣方各3個(gè)，統(tǒng)計(jì)差巴嘎蒿株高、冠幅和株數(shù)：在每個(gè)樣方內(nèi)同期設(shè)置3個(gè)1 m×1 m小樣方并編號(hào)，記錄植被種類，測(cè)定株高、冠幅和株數(shù)，在光譜數(shù)據(jù)采集之后用收獲法獲得樣方內(nèi)地上生物量，測(cè)定其鮮重與干重。表1為采樣點(diǎn)差巴嘎蒿群落植被組成及物候特征，可知9月群落的蓋度與生物量等指標(biāo)均優(yōu)于5月。其中優(yōu)勢(shì)度能夠表征植物物種在群落中的相對(duì)重要性，是相對(duì)頻度、相對(duì)密度、相對(duì)高度以及相對(duì)蓋度的綜合指標(biāo)，該值通過(guò)實(shí)際調(diào)查獲取。

表1 不同季相差巴嘎蒿群落不同演替階段物候特征

1.3 光譜數(shù)據(jù)采集及處理

1.3.1 光譜數(shù)據(jù)采集 使用美國(guó)ASD公司生產(chǎn)的Field Spec4便攜式光譜儀，其波段值范圍為350～2 500 nm，350～1 000 nm波段光譜采樣間隔(波段寬)為1.4 nm，光譜分辨率為3 nm；1 000～2 500 nm波段光譜采樣間隔為2 nm，光譜分辨率為10 nm。測(cè)試日天氣晴朗，光照穩(wěn)定，測(cè)試時(shí)間為11：00—14：00，以保證太陽(yáng)高度角和光照強(qiáng)度；風(fēng)力等于或小于3級(jí)。在測(cè)試前對(duì)光譜儀進(jìn)行調(diào)試，用白板進(jìn)行定標(biāo)，之后每30 min標(biāo)定1次。探頭距離植被冠層高度固定在1 m，每個(gè)樣方測(cè)量得到10條光譜曲線，平均后得到該植被群落的實(shí)際反射率數(shù)據(jù)。錢育蓉等[20]認(rèn)為植被有效光譜波段范圍為350～900 nm，所以本研究選取該范圍內(nèi)的特征光譜進(jìn)行分析。由研究可知健康植被在可見(jiàn)光—近紅外波段處的“綠峰”“紅谷”具有較敏感的特性[21](表2)。

1.3.2 一階微分變換 儀器噪聲與土壤背景對(duì)植被冠層反射率具有較大影響，可以利用導(dǎo)數(shù)變換[22]弱化其影響程度。本研究利用一階導(dǎo)數(shù)變換，提取不同季相不同演替階段差巴嘎蒿群落紅邊特征差異進(jìn)行分析。一階導(dǎo)數(shù)變換公式如下：

(1)

式中：λi為波段i的波長(zhǎng)值；ρ(λi)為波長(zhǎng)λi的光譜反射率；Δλ為波長(zhǎng)λi到λi+1的間隔。

表2 植被光譜參數(shù)描述

1.3.3 包絡(luò)線去除法 包絡(luò)線去除法(圖1)通過(guò)將反射光譜吸收強(qiáng)烈部分的波段進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而進(jìn)行光譜吸收特征分析，也可以稱為連續(xù)統(tǒng)去除法[23]。所謂的“包絡(luò)線”是指逐點(diǎn)直線連接隨波長(zhǎng)變化的吸收或者反射突出的“峰”值點(diǎn)，并使折現(xiàn)在峰值點(diǎn)上的外角大于180°，放大了植被光譜在可見(jiàn)光處的兩個(gè)吸收谷，根據(jù)群落結(jié)構(gòu)的不同，群落冠層吸收特征不同。包絡(luò)線去除的計(jì)算公式為：

(3)

式中：CR(λi)為波長(zhǎng)λi處的連續(xù)統(tǒng)去除值，其中C是一個(gè)凸包擬合在頻譜的頂部，以連接局部頻譜最大值；ρ(λi)為波長(zhǎng)λi處的光譜反射率；C(λi)為波長(zhǎng)λi處直線的光譜反射率。

進(jìn)一步計(jì)算連續(xù)統(tǒng)去除后的曲線中的400～530 nm 和550～730 nm處的吸收深度[DEP(λi)]、吸收峰面積(Area)，其計(jì)算公式分別為：

DEP(λi)=1-CR(λi)

(4)

(5)

式中：DEP(λi)為波長(zhǎng)λi處的波段深度；λend，λstart為吸收終點(diǎn)和起點(diǎn)的波長(zhǎng)。

圖1 吸收參數(shù)示意圖

1.4 基于馬氏距離的特征波段選取

馬氏距離是計(jì)算未知樣本間相似度的常見(jiàn)方法[24]，它可以計(jì)算數(shù)據(jù)間的協(xié)方差距離，優(yōu)勢(shì)在于能夠描述不同位置樣本集間的相似度，同時(shí)兼具受量綱影響小等優(yōu)點(diǎn)。本研究使用馬氏距離對(duì)原始及經(jīng)過(guò)導(dǎo)數(shù)、包絡(luò)線去除獲得的光譜特征波段進(jìn)行檢驗(yàn)，選出符合要求的馬氏距離對(duì)應(yīng)的波段，即差巴嘎蒿群落間的識(shí)別最佳波段，并進(jìn)行精度驗(yàn)證，馬氏距離值計(jì)算使用SPSS 23軟件進(jìn)行。

(6)

式中：MDk為不同光譜曲線在k波段的馬氏距離；Xk為不同光譜曲線在k波段的差值矩陣；μ為均值向量；∑-1為協(xié)方差矩陣的逆。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同演替階段差巴嘎蒿群落冠層光譜特征

圖2為不同演替階段差巴嘎蒿群落分別在生長(zhǎng)季初期與末期的原始冠層光譜曲線，由圖2可知，主要優(yōu)勢(shì)種群的冠層光譜反射曲線呈現(xiàn)出同異交錯(cuò)現(xiàn)象，總體表現(xiàn)出綠色健康植被的反射趨勢(shì)，但局部差異較大。主要表現(xiàn)為，隨著植被群落的穩(wěn)定，植物光合作用能力增強(qiáng)，光譜參數(shù)表現(xiàn)出不同的特征：5月份群落Ⅰ與群落Ⅱ的紅邊基本重合，結(jié)合物候期植被調(diào)查情況說(shuō)明，此時(shí)植被正處于返青期，群落Ⅱ中以差巴嘎蒿為主，草本植被作為伴生種處于生長(zhǎng)初期對(duì)整體群落的反射率影響不大。隨著演替進(jìn)行，群落Ⅲ與群落Ⅳ在綠峰處較接近，該波段處主要與葉綠素含量有關(guān)，此時(shí)群落Ⅲ中的白草與群落Ⅳ中的羊草作為固定群落優(yōu)勢(shì)種開(kāi)始返青，故呈現(xiàn)相似的植被特征。

圖2 5月、9月不同演替階段差巴嘎蒿群落高光譜反射率

由表3可以看出，隨著演替的推移，9月時(shí)680 nm處的紅谷由低到高依次為群落Ⅱ<群落Ⅲ<群落Ⅳ<群落Ⅰ，說(shuō)明作為能夠診斷植被健康程度的敏感性特征，隨著植被種類增多，穩(wěn)定性增加，葉綠素濃度增加，群落中開(kāi)始呈現(xiàn)葉片較多的狀態(tài)。群落Ⅰ在可見(jiàn)光波段的綠峰和紅谷位置與其他群落差異最大，這是由于其蓋度較低，植被種類單一，受土壤影響大，對(duì)光的強(qiáng)反射和強(qiáng)吸收信息被大大減弱，雖然在綠峰強(qiáng)反射波段內(nèi)反射率仍最高，卻相對(duì)弱化了與其他可見(jiàn)光波段反射率的差異性，顯示演替初期群落生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)植被的影響較嚴(yán)重，且相比較5月份群落反射率值，除了群落1總體反射率值變化不大，總體反射率值比5月份呈下降趨勢(shì)，這是由于群落1生長(zhǎng)環(huán)境惡劣，群落組成變化不大。

表3 不同演替時(shí)期差巴嘎蒿群落原始光譜的“綠峰”和“紅谷”參數(shù)

2.2 不同演替階段差巴嘎蒿群落紅邊分析

原始光譜的導(dǎo)數(shù)變換能夠反映出反射率增減幅度。圖3為350～900 nm范圍內(nèi)原始光譜的一階導(dǎo)數(shù)曲線及其紅邊圖?？梢?jiàn)光波段是以植物葉片的吸收為主，反射率值相對(duì)較低，一階導(dǎo)數(shù)值在350～550 nm范圍內(nèi)雖然也有波動(dòng)，但均為正值，呈不斷增加趨勢(shì)；550～670 nm波段范圍內(nèi)為負(fù)值，說(shuō)明這一階段光以吸收為主，反射率逐漸減小。

圖3 5月、9月不同演替階段差巴嘎蒿群落一階導(dǎo)數(shù)變換及其對(duì)應(yīng)紅邊信息

進(jìn)一步分析差巴嘎蒿群落在不同季相不同演替階段的“紅邊”特征，對(duì)5月群落冠層光譜680～760 nm波段范圍內(nèi)的一階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示4個(gè)群落在不同時(shí)期均具有明顯的“雙峰”現(xiàn)象，且5月與9月最大峰值分別出現(xiàn)在717，699 nm處(表4)，紅邊向短波方向移動(dòng)，是由于成熟期葉片葉綠素含量增多，旱情得到緩解。其中，9月的群落Ⅰ與群落Ⅲ在695 nm處有個(gè)不明顯的峰值，呈現(xiàn)“三峰”特征，峰值的“紅移”顯示隨著生長(zhǎng)期推移，生物量增加、植被蓋度增加，土壤背景對(duì)光的反射影響變小，峰值整體降低。

表4 差巴嘎蒿群落的“紅邊”參數(shù)

2.3 不同演替階段差巴嘎蒿群落連續(xù)統(tǒng)去除分析

為了弱化土壤背景對(duì)植被光譜特征的影響，強(qiáng)化波段350～900 nm區(qū)域內(nèi)反射率的特征信息，采用連續(xù)統(tǒng)去除提取光譜特征。如圖4所示，不同演替階段的差巴嘎蒿群落連續(xù)統(tǒng)去除位于510 nm與680 nm附近具有兩個(gè)明顯的吸收谷，而紅波段處的吸收效應(yīng)大于藍(lán)波段的吸收效應(yīng)。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到紅光波段(550～730 nm)處的吸收信息，見(jiàn)表5。

生長(zhǎng)季初期，在550～730 nm范圍內(nèi)，紅波段處的吸收深度由大到小依次為群落Ⅲ>群落Ⅱ>群落Ⅰ>群落Ⅳ，群落Ⅲ在650 nm附近的吸收深度最大，說(shuō)明在這個(gè)時(shí)期群落Ⅲ中的植被種類增多，生物量較大，對(duì)光的吸收強(qiáng)度也較大，雖然群落Ⅳ為差巴嘎蒿群落相對(duì)較穩(wěn)定的演替后期，但是群落中的草本植被萌芽期較晚，所以吸收深度最小，即可以根據(jù)吸收深度來(lái)區(qū)分群落Ⅲ和群落Ⅳ。

生長(zhǎng)季末期，在550～730 nm范圍內(nèi)，紅波段處的吸收深度由大到小依次為群落Ⅱ>群落Ⅲ>群落Ⅳ>群落Ⅰ，群落Ⅱ在650 nm附近的吸收深度最大，說(shuō)明在這個(gè)時(shí)期群落Ⅱ中的植被種類增多，群落間生長(zhǎng)狀態(tài)不一致，與付元元等[25]的研究結(jié)果規(guī)律一致，群落Ⅱ植被組成接近群落Ⅲ，最佳識(shí)別群落Ⅱ與群落Ⅲ的參數(shù)確定為吸收寬度。而群落Ⅰ和群落Ⅲ的寬深比差異最大為64.97，區(qū)分效果最好。生長(zhǎng)季末期的寬深比和吸收峰面積相對(duì)差異較大，所以9月整體識(shí)別效果優(yōu)于5月。綜合結(jié)果看連續(xù)統(tǒng)去除變換后，4種群落的吸收寬度在這兩個(gè)吸收波段差異不大，不能更好地區(qū)分，而區(qū)分不同演替階段差巴嘎蒿群落最有效的特征參數(shù)是吸收深度和寬深比。

圖4 5月、9月不同演替階段差巴嘎蒿群落連續(xù)統(tǒng)去除

表5 連續(xù)統(tǒng)去除550～730 nm波段光譜曲線特征參數(shù)

2.4 馬氏距離法對(duì)不同光譜變換形式波段選擇結(jié)果及精度識(shí)別

通過(guò)獲取差異較大波段可實(shí)現(xiàn)不同演替階段物種分離，可見(jiàn)光波段中，綠峰總體向短波方向移動(dòng)，紅谷及紅邊位置向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，這是由葉綠素含量決定的。植被的紅邊平臺(tái)特征由葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)決定，是綠色健康植被的光譜共性，其差異性也受這些因素的影響。馬氏距離能夠消除變量間的相關(guān)性干擾且不受量綱的影響，利用馬氏距離進(jìn)行特征波段的選擇可快速有效地提取該波長(zhǎng)內(nèi)的顯著差異波段。選取的差異顯著波段的馬氏距離值要高于各波段的平均值，同時(shí)，為便于實(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù)與高光譜遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合，規(guī)定馬氏距離值高的波段必須連續(xù)出現(xiàn)10 nm以上。圖5為不同演替時(shí)期差巴嘎蒿群落冠層原始光譜差異波段選擇結(jié)果，馬氏距離值越大的波段表明不同群落在此波段內(nèi)差異越顯著，容易識(shí)別。

圖5 不同形式的冠層光譜馬氏距離值

通過(guò)對(duì)原始光譜曲線、一階導(dǎo)數(shù)以及連續(xù)統(tǒng)變換進(jìn)行馬氏距離的計(jì)算得到差異較大的特征波段(表6)，特征波段數(shù)量的減少說(shuō)明導(dǎo)數(shù)變換以及連續(xù)統(tǒng)去除有效降低了特征波段維數(shù)。馬氏距離均值由高到低依次為一階導(dǎo)數(shù)(9.44)>連續(xù)統(tǒng)去除(7.32)>原始光譜(6.00)，且光譜變換前后差異顯著波段均處于紅波段處，說(shuō)明紅波段處包含的信息最多，側(cè)面表明了基于馬氏距離的波段選擇結(jié)果有效且準(zhǔn)確，同劉波[10]的研究結(jié)論相似。3種光譜曲線得到的差異顯著波段有所不同但均存在共同點(diǎn)，原始光譜所提取的差異波段集中于可見(jiàn)光以及近紅外波段，一階導(dǎo)數(shù)變換后差異表現(xiàn)在紅波段以及綠波段處。兩個(gè)季相的群落演替均遵循此規(guī)律，說(shuō)明作為干旱半干旱地區(qū)差巴嘎蒿群落作為主要指示種生長(zhǎng)較穩(wěn)定。

表6 馬氏距離篩選出的光譜波段

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

對(duì)群落冠層反射率的影響因素是多元的，群落結(jié)構(gòu)、植被蓋度、土壤狀況以及環(huán)境因子等。研究顯示植被能夠指示土壤理化性質(zhì)，能夠表征土壤中有機(jī)質(zhì)含量的動(dòng)態(tài)變化，相反，通過(guò)對(duì)土壤光譜特征參數(shù)的提取，也能夠預(yù)測(cè)該特征下植被資源的狀態(tài)[26]。多數(shù)學(xué)者利用光譜參數(shù)、植被指數(shù)、光譜變換等對(duì)不同植被進(jìn)行葉片光譜采集，通過(guò)分析其同異性能夠較準(zhǔn)確地進(jìn)行區(qū)分，如對(duì)退化草地不同植被類型的光譜分析能夠成功識(shí)別出退化植被在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的影響[27]。

植被群落間結(jié)構(gòu)的差異性，使得不同植被群落對(duì)資源的利用能力不同，對(duì)光的響應(yīng)程度也存在差異性[28]。通過(guò)對(duì)群落間的同異性分析可以監(jiān)測(cè)干旱半干旱地區(qū)的植被分布格局及生長(zhǎng)狀態(tài)，由流動(dòng)沙地植被到固定沙地植被群落的演替中必然存在植被物種的入侵及人為影響下發(fā)生的群落演替方向的改變，同時(shí)在預(yù)測(cè)植被長(zhǎng)勢(shì)以及環(huán)境變化方面具有較大潛力。然而針對(duì)植被葉片的光譜分析無(wú)法較好地與遙感影像光譜進(jìn)行融合，選擇冠層光譜進(jìn)行研究可以為與影像的融合提供參考。如杜保佳[29]在結(jié)合影像與地面光譜研究中取得了良好的效果，即利用波普信息的算法結(jié)合方式進(jìn)行特征的融合達(dá)到了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一以及植被群落間的分離能力。物候以及環(huán)境差異使得植被類型識(shí)別方法的適用性受到限制。針對(duì)該問(wèn)題，本文通過(guò)研究不同時(shí)期不同演替階段差巴嘎蒿群落的冠層光譜特征變化，發(fā)現(xiàn)在不同的生存環(huán)境下其光譜特征具有明顯的差異性，結(jié)合牛亞龍[30]在差巴嘎蒿與其他沙生植被的光譜研究中發(fā)現(xiàn)，利用光譜差異波段和導(dǎo)數(shù)光譜參數(shù)的識(shí)別效果顯著，以及通過(guò)研究植被含水量以及光譜特征的相關(guān)關(guān)系可有效分析出類別間的差異性。但是作為干旱半干旱地區(qū)指示種差巴嘎蒿群落結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且有針對(duì)性的光譜研究有限。

研究發(fā)現(xiàn)植被凋萎期易受到土壤以及落葉等背景影響從而影響植被對(duì)光的反射能力，根據(jù)劉波等[10]的研究可知生物量的變化影響著光譜吸收參數(shù)，能夠描述植被長(zhǎng)勢(shì)。同時(shí)隨著氣候以及季相的變化，由一年生到多年生草本植被的演變過(guò)程中，冠層光譜隨之變化，如苔草以及木地膚能夠強(qiáng)化不同群落間的光譜差異[11]。傳統(tǒng)利用“三邊”參數(shù)進(jìn)行植被種類識(shí)別，大都處于理論階段且屬于人的主觀選擇，想要真正應(yīng)用到實(shí)際衛(wèi)星影像中，除了需要解決波段寬度的差異，還包括光譜分辨率不一致的困難，更容易造成數(shù)據(jù)的冗余。不同類型地物可以根據(jù)特定的光譜差異進(jìn)行有效識(shí)別，對(duì)這些特征的有效篩選有利于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的分類研究。而利用聚類分析進(jìn)行特征提取能夠科學(xué)選擇有效特征，并加以分析，在科學(xué)的計(jì)算方法上加上研究人員的主觀知識(shí)，更加有說(shuō)服力。

地區(qū)荒漠化與人類的不合理利用具有極大的關(guān)系，在植被的演替過(guò)程中，首先要深入環(huán)境保護(hù)這一理念，加大管理力度，科學(xué)分配當(dāng)?shù)乜衫觅Y源。研究?jī)H針對(duì)科爾沁沙地建群種，如何將同一種群的演替方法嘗試應(yīng)用到不同種群的演替研究，將地物高光譜與多光譜融合進(jìn)行地物分類等，對(duì)基于遙感的對(duì)地旱情監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量評(píng)估等具有重要意義。

3.2 結(jié) 論

作為干旱半干旱地區(qū)植被群落建群種，差巴嘎蒿群落在改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境與防風(fēng)固沙方面發(fā)揮著不可替代的作用。本文通過(guò)研究不同演替階段差巴嘎蒿群落的光譜特征，發(fā)現(xiàn)隨著植被種類增多，植被對(duì)光的吸收越強(qiáng)烈，生長(zhǎng)季初期植被群落在紅谷處呈現(xiàn)出的光譜差異大于綠峰，但是該“雙峰”值位置的變化不具有規(guī)律性。生長(zhǎng)季末期的反射率值總體低于生長(zhǎng)季初期，這是由于此時(shí)土壤背景的影響隨著蓋度的增加而減弱，與牛亞龍等[18]的研究結(jié)論一致。除此之外，研究利用一階導(dǎo)數(shù)法與連續(xù)統(tǒng)去除法能夠有效弱化土壤背景的影響，在增強(qiáng)反射率特征及特征波段的差異性提供了較好的方法。最后利用馬氏距離值進(jìn)行特征波段的選擇，結(jié)果顯示不同光譜變換下差異顯著的波段位置較集中，可以在一定程度上區(qū)分不同生境下的群落，且一階導(dǎo)數(shù)變換下識(shí)別結(jié)果最優(yōu)，該方法更加適用于科爾沁沙地干旱半干旱區(qū)植被特征波段的提取。