冠层和景观尺度植物质量高光谱遥感反演方法与机理

获得植物及其动态变化信息对于植物自身、区域生态和环境及全球环境变化研究是必要的。植物分布、类型和数量及其动态变化的遥感研究已得到广泛开展，但基于遥感技术的植物质量研究尚处于探索阶段，存在局限性：(A)以回归、智能方法为主，反演机理研究薄弱；(B)以地面、机载数据为主，星载影像研究不足；其理论和方法研究亟待加强。本研究旨在：以鄱阳湖苔草为例，采用偏最小二乘和支持向量机方法，(A)研究基于野外量测高光谱数据的冠层尺度的苔草质量参数（包括粗蛋白质、氮和磷）反演模型；(B)研究基于星载高光谱影像的景观尺度的苔草质量反演模型，并进行苔草质量空间分布的反演和结果的精度评价；(C)进而研究苔草质量遥感反演机理和尺度效应，以期补充和完善植物质量遥感反演理论和方法。类似研究在国内外还处于起步阶段，研究具有很强的理论和方法探索性，获得苔草质量时空分布信息对于区域环境和生态研究是必要的，研究具有很大的应用价值。

植物是草原和湿地等生态系统的重要组成部分，在生物圈的物质循环、能量流动和信息传递中具有关键作用。植物质量(植物营养成分的高低)信息是全球环境变化研究的基础和组成部分，不仅影响植物的生理生态过程(如光合作用、呼吸作用、养分循环等)，还影响食植动物的摄食、栖息或迁徙过程。因此，获取植物质量时空变化信息对掌握植物长势与营养状况，以及理解动物的摄食特征、栖息分布以及迁徙路线是必要的。以鄱阳湖苔草为例，本项目旨在：(1) 研究基于野外量测高光谱数据的冠层尺度的苔草质量参数(粗蛋白质、氮和磷等)反演模型；(2) 研究基于星载高光谱影像的景观尺度的苔草质量反演模型，并进行苔草质量空间分布的反演和结果的精度评价；(3) 研究苔草质量遥感反演机理和尺度效应，以期补充和完善植物质量遥感反演理论和方法。研究主要成果包括：(1) 进行了较为系统的苔草高光谱反射率(叶片和冠层)和质量参数(粗蛋白、氮、磷、铜、锌)的量测；(2) 基于叶片高光谱数据和统计模型建立了质量参数(粗蛋白、磷)反演模型；(3) 基于冠层高光谱数据综合比较了不同反演方法估测叶片氮和磷含量的性能，并分析其反演机理；(4) 基于冠层高光谱数据提出一种基于小波的面积参数反演叶片铜含量，并分析其反演机理；(5) 基于冠层高光谱数据利用连续投影算法构建三波段植被指数反演叶片磷含量；(6) 基于小波变换耦合叶片和冠层高光谱数据反演叶片锌含量；(7) 培养12名硕、博研究生(2名博士、10名硕士)；(8) 发表苔草为主题的SCI检索论文3篇，另有1篇论文在审，以及以该项目为第一资助的其它SCI检索论文6篇。本研究对植物质量参数遥感反演的理论、技术和方法具有一定的验证和补充作用，同时苔草质量参数反演模型的建立及反演结果对鄱阳湖湿地生态系统的理解、管理和保护决策具有一定的支持作用。