基于高光谱分析的草地叶绿素含量估算研究进展.pdf

第35 卷 第1期 地理科学进展 Vol.35, No.1 2016 年1月 ProgressinGeography Jan. 2016 基于高光谱分析的草地叶绿素含量估算研究进展 马文勇，王训明* (中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101) 摘 要：叶绿素是草地进行光合作用最重要的色素，与氮素、蛋白质、水分等其他植被生化参数均有着密切关系，是 草地光合能力及生理状况的良好指示剂。利用高光谱数据建模分析是实现大面积草地叶绿素含量估算的一种重 要手段。本文将基于高光谱分析估算草地叶绿素含量的方法总结为：基于红边位置及光谱指数的经验模型和辐射 传输模型两类。经验模型通过建立叶绿素含量与红边位置、光谱指数之间统计关系来估算叶绿素含量，参数简单， 实用性较强；但光谱指数构造形式多样且与草地叶绿素含量关系复杂，在一定程度上影响了叶绿素的估算精度。 辐射传输模型以叶绿素含量与辐射能量的作用过程作为其理论基础，模型中参数较多且对估算尺度敏感，有待于 进一步完善。目前草地叶绿素估算的研究相对薄弱，专门用于估算的模型较少。未来的工作一方面应致力于发展 和改进适宜于草地的光谱指数，同时确定合适的辐射传输模型参数以改进模型对草地的监测效果；另一方面，如何 由叶片尺度拓展到冠层尺度进而拓展到像元尺度，从而更好地实现大面积草地叶绿素含量估算，是一项既具有重 要意义又有挑战性的工作。 关键词：高光谱分析；草地叶绿素；红边位置；光谱指数；辐射传输模型 1 引言 et al ，1994; Lichtenhaler ，1998) ，可作为评价草地质 量的指示指标(Wright et al, 2004; Kokaly et al, 2 2009) 。 中国草地面积393 万km ，约占全国陆地总面 积的40%和全球草地总面积的6%~8%(Ni ，2002) ， 草地叶绿素含量获取方法很多,传统方法如化 是中国分布面积最广的生态系统，对畜牧业发展、 验法(分光光度计法)既耗时又会对植被造成损伤； 水土保持和生态平衡维持起着巨大作用。近年来， 仪器测试法(如SPAD502)虽然便携却受到野外样点 干旱、半干旱区的草地退化问题日益严峻，而草地 数量的限制，仅能用于小面积调查，在草地资源的 叶绿素含量是研究草地退化的重要切入点。叶绿 管理中作用有限。因此,为快速获取大面积草地叶 素是一种植被生化参数，与氮素、蛋白质、水分等其 绿素信息以便及时准确地监测草地质量状况，传统 他植被生化参数均有密切关系(Clifton et al ，1994; 方法有一定难度。而借助于机载成像光谱仪和星 Gáborčík，2003) ，当草地受到破坏时，叶绿素含量会 载高光谱成像仪提供的高光谱数据，利用遥感手段 降低，能间接反映草地受外界胁迫后的生理状态 快速获取大面积草地叶绿素信息已成为一种重要 (Peñuelas et al ，1998); 同时叶绿素也是草地光合作 而广为接受的研究方法(Jago et al, 1999; Richard- 用的重要色素(Niinemets et al ，1997) ，是草地进行第 son et al, 2002; Zhang et al ，2008; Si et al, 2012) 。大 一性生产的重要物质。综上所述，叶绿素含量可以 面积草地叶绿素估算的实现对合理开发与保护草 很好地表征草地光合能力及生理健康状况(Carter 地资源，有效发展畜牧业，最大限度地保持或提高 收稿日期：2015-04 ；修订日期：2015-08。 基金项目：国家杰出青年科学基金项目 [Foundation: National Science Fund for