水蚀风蚀交错区典型植被叶面积指数动态变化及其对冠层截留量的影响

发布时间：2020-05-24 17:03

【摘要】：叶面积指数(LAI)的自动准确测量可以为相关生态过程研究提供关键参数。本研究首先采用光学鱼眼相机(DHP)和LAI-2200测量了黄土高原北部典型植被柠条、沙柳、紫花苜蓿、长芒草、大豆和玉米不同生长时期冠层LAI,通过比较两者测量结果去验证光学鱼眼镜头的准确性。其次通过在玉米、大豆和柠条样地固定安装鱼眼摄像机定时拍摄冠层照片,并运用图像处理软件CAN-EYE分析获取LAI动态变化,同期使用LAI-2200、LI-3000A、DHP仪器以每周一次的频率测量LAI,对比校正摄像机数据。最后将鱼眼摄像机法测量LAI应用于灌木冠层截留影响机制的研究,以柠条和沙柳群落为研究对象,通过测量2017-2018年自然生长状态下两样地的降雨再分配模式,明确两种灌木截留量的主控因素。并通过人工控制沙柳样地LAI大小,对比相同气象因素条件下LAI对冠层截留量的影响。主要研究结果如下:(1)DHP获取的多种植被类型的LAI与LAI-2200测量结果存在显著线性相关关系(R~2=0.85,P0.05),均方根误差为0.256。拍照时的太阳辐射值直接影响专业软件处理照片时的关键参数,镜头朝下时,计算LAI的关键参数-绿色指数随着拍摄照片时太阳辐射强度的增加而增加;但是镜头朝上时,亮度参数随着太阳辐射值的增加而减少。通过关键参数的调整,玉米、大豆和柠条样地LAI变化与LAI-2200测量结果一致,很好地反映了这些植物生长期的LAI动态变化,鱼眼摄像机可以用于定位监测LAI动态变化。(2)利用鱼眼摄像机可获取阔叶作物(玉米和大豆)和旱生灌木(柠条)的每日LAI,它在测量植被LAI的动态方面具有较大的潜力。本研究首次将玉米地生长后期拍摄的鱼眼照片中的衰老部分去掉,降低了光学仪器在测量玉米等阔叶作物生长后期时较大的不确定性(y=0.24x,RMSE=0.79),这与破坏法测量LAI值产生了较好的一致性(y=0.75x,RMSE=0.37)。朝下安装的鱼眼摄像机获取的LAI具有更好的代表性,适合于低矮植被,如大豆、苜蓿和长芒草等;而朝上安装的鱼眼摄像机由于处理照片时分类像素的不确定性较小,更适合较高的植被,如高杆作物(玉米)、灌木和乔木等。使用CAN-EYE软件处理柠条地朝上照片时,通过选择不同的分类像素,可估计木质部分面积指数(WAI)。鱼眼摄像机可以精确、廉价、简单和快速的测量冠层结构变量LAI和CI。应该对该方法进行进一步的评估,特别是对于密集的冠层。(3)柠条林冠层截留量随降雨量增加而逐渐增加,稳定截留率约为15%。沙柳林冠层截留率相对较低,稳定截留率约为10%。沙柳样地LAI高水平(1.7)时,穿透雨最少,树干茎流居中,截留量最多;LAI中水平(1.3)时,穿透雨居中,树干茎流量最多,截留量最少;LAI低水平(1.0)时,穿透雨最多,树干茎流量最少,截留量居中。这表明沙柳截留量受树干茎流量的影响较大,LAI低水平时树干茎流量最少,进而推断叶片对茎流起积极作用,而相比LAI高水平,LAI中水平时树干茎流量更大,叶片似乎对茎流量又起消极作用。适宜的LAI可减少截留蒸发,增加树干茎流。
【图文】：

第二章 试验材料与方法荒草和玉米（生长初期）等样地，用 90°遮盖被样地时，例如柠条、苜蓿和玉米（生长中后镜头。测量时，，先在植被上方测量 1 个 A 值植被下方距离地表 5 cm 处随机测量 4 个 B 值复观测 3-5 次，取其均值作为该样地的最终 LA疏到浓密的成行冠层，通常采用位于两垄之间布。例如，每条样线取 4 个 B 值，第一个 B 值之间 1/4 处，第三个 B 值取在两垄中间，第四

图 3.6 玉米地和柠条地的照片（a~f 分别表示玉米地的雨天、晴天、阴天和柠条地的雨天、晴天、阴天）Figure 3.6 Images from maize and C. korshinskii fields (The image from a to f indicated rainy,sunny and cloudy in maize; rainy, cloudy and sunny in C. korshinskii)表 3.1 对应图 3.6 玉米地和柠条地的照片处理结果Table 3.1 Results of maize and C. korshinskii fields in figure 3.6地类Land type天气条件Weather condition叶面积指数LAI叶片平均倾角Mean leaf angle (°)太阳辐射值Solar radiation (W·m-2)玉米Maize雨天 Rainy 1.20 85.91 106.82晴天 Sunny 0.90 85.91 498.94阴天 Cloudy 1.19 77.49 128.51柠条C.雨天 Rainy 2.44 14.47 58.20晴天 Sunny 2.59 16.00 463.20
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q948

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 吴双丽;邓巍;吴桂芳;;精准施药中叶面积指数探测研究[J];农机化研究;2017年07期

2 武威;孙启洵;周平;李瑞;陈雯;刘涛;;稻麦叶面积指数估算系统设计[J];中国农机化学报;2017年09期

3 翟羽娟;张艳红;刘兆礼;刘宝江;;基于主成分分析的植被指数与叶面积指数相关性研究[J];测绘与空间地理信息;2015年09期

4 张红卫;陈怀亮;;冬小麦叶面积指数动态变化的监测方法及其应用[J];灌溉排水学报;2014年02期

5 翟书华;王斌;苏源;岑晓江;张飞梦;;波叶海菜花不同居群叶面积指数的变化及分析[J];北方园艺;2014年09期

6 麻雪艳;周广胜;;春玉米最大叶面积指数的确定方法及其应用[J];生态学报;2013年08期

7 吴婧;;关于茶树叶面积指数和叶面积覆盖指数的探讨[J];茶叶科学;2012年06期

8 陆秀明;黄庆;孙雪晨;张铁民;刘怀珍;钟旭华;李惠芬;黄农荣;田卡;;图像处理技术估测水稻叶面积指数的研究[J];中国农学通报;2011年03期

9 白莎;池宝亮;黄学芳;樊文华;樊修武;;玉米栽培因子与叶面积指数模型研究初探[J];干旱地区农业研究;2010年02期

10 赵丽芳;谭炳香;杨华;李增元;;高光谱遥感森林叶面积指数估测研究现状[J];世界林业研究;2007年02期

相关会议论文 前10条

1 陈雪洋;蒙继华;吴炳方;朱建军;纽立明;杜鑫;;基于环境星高光谱数据红边参数的冬小麦叶面积指数反演[A];遥感定量反演算法研讨会摘要集[C];2010年

2 刘倩;;2000-2010年三江源地区MODIS叶面积指数及FPAR产品验证分析[A];遥感定量反演算法研讨会摘要集[C];2010年

3 孙永华;宫辉力;李小娟;浦瑞良;周德民;;基于高光谱的三江平原湿地叶面积指数反演研究[A];遥感定量反演算法研讨会摘要集[C];2010年

4 万华龙;刘连涛;张永江;李存东;孙红春;;去果枝对棉花冠层结构和产量分布的影响[A];2017年中国作物学会学术年会摘要集[C];2017年

5 夏帆;;基于MODIS数据的长江流域生态环境质量评价[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年

6 兰安军;蒋幸萤;易兴松;;基于遥感参数反演的山地城市植被对大气污染响应研究——以贵阳市为例[A];2017中国环境科学学会科学与技术年会论文集（第一卷）[C];2017年

7 姜志伟;陈仲新;任建强;;基于ACRM辐射传输模型的植被叶面积指数遥感反演[A];2010年中国农业资源与区划学会学术年会论文集[C];2010年

8 袁媛;瑚波;武兴厚;赵婷;;夏玉米植被指数与叶面积指数的关系研究[A];第33届中国气象学会年会 S14 提升气象科技创新能力，保障农业丰产增效[C];2016年

9 赵春江;黄文江;王纪华;杨敏华;;不同品种、肥水条件下冬小麦光谱红边参数研究[A];成像光谱技术与应用研讨会论文集[C];2002年

10 潘寅辉;虞敏之;胡建军;黄树荣;盛方清;;四季竹叶面积指数与竹笋产量关系的研究[A];第三届浙江中西部科技论坛论文集（第三卷 林业分卷）[C];2006年

相关重要报纸文章 前5条

1 李梅;蔬菜变化密植可增产[N];瓜果蔬菜报.农业信息周刊;2005年

2 石家庄市农科院 王忠义 赵敬霞;谈谈标杂棉的整枝和化控[N];河北科技报;2003年

3 ;玉米持续增产的六项措施[N];山西科技报;2005年

4 记者 段昊书 通讯员 程路 曹云;今夏全国森林长势为近5年最差[N];中国气象报;2015年

5 围场满族蒙古族自治县农牧局 梁宏宇;蔬菜变化密植增产技术[N];河北科技报;2016年

相关博士学位论文 前10条

1 宋佳音;利用半球图像反演森林冠层叶面积指数的方法研究[D];东北林业大学;2017年

2 蔡庆空;基于小波变换的冬小麦叶面积指数与叶绿素含量遥感反演[D];中国矿业大学(北京);2015年

3 王强;基于多角度混合模型的长白山地区针叶林区叶面积指数反演[D];东北林业大学;2009年

4 柏军华;棉田管理信息的遥感提取研究[D];中国农业科学院;2009年

5 邵方丽;冀北山地典型森林植被与土壤成分的空间异质性关系研究[D];北京林业大学;2012年

6 谢巧云;考虑红边特性的多平台遥感数据叶面积指数反演方法研究[D];中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所);2017年

7 骆社周;激光雷达遥感森林叶面积指数提取方法研究与应用[D];中国地质大学(北京);2012年

8 夏繁茂;节约型园林植物的应用与优化研究[D];南京林业大学;2012年

9 刁明;温室甜椒生长发育模拟模型的研究[D];南京农业大学;2008年

10 胡琦;内蒙古地区多时间尺度气候变化及草地叶面积动态响应研究[D];中国农业大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 牛小桃;水蚀风蚀交错区典型植被叶面积指数动态变化及其对冠层截留量的影响[D];中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心);2019年

2 马宇龙;基于PROSAIL模型的闽三角地区叶面积指数反演研究[D];福建师范大学;2018年

3 王雅鑫;基于叶面积指数的内蒙古四子王旗荒漠草原植被动态分析[D];内蒙古师范大学;2019年

4 程康平;基于吸收峰特征的叶面积指数反演研究[D];杭州电子科技大学;2018年

5 贾洁琼;基于GF-2卫星夏玉米不同生育期叶面积指数反演方法研究[D];西北大学;2018年

6 王永杰;福州市城市公园绿地主要树种叶面积指数特征及影响因子研究[D];福建农林大学;2018年

7 郭嵩;基于普莱亚影像纹理信息对川西南山地阔叶林有效叶面积指数的研究[D];四川农业大学;2017年

8 朱迪恩;基于地面调查和遥感数据的竹林叶面积指数定量反演研究[D];浙江农林大学;2018年

9 谢龙飞;黑龙江省人工长白落叶松叶面积大小及其垂直分布的研究[D];东北林业大学;2018年

10 郭仲伟;森林病虫害对植被特征参数与叶面积指数相关性的影响[D];中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所);2018年

本文编号：2678710