發(fā)布時間：2020-05-24 17:03

【摘要】：葉面積指數(shù)(LAI)的自動準(zhǔn)確測量可以為相關(guān)生態(tài)過程研究提供關(guān)鍵參數(shù)。本研究首先采用光學(xué)魚眼相機(jī)(DHP)和LAI-2200測量了黃土高原北部典型植被檸條、沙柳、紫花苜蓿、長芒草、大豆和玉米不同生長時期冠層LAI,通過比較兩者測量結(jié)果去驗(yàn)證光學(xué)魚眼鏡頭的準(zhǔn)確性。其次通過在玉米、大豆和檸條樣地固定安裝魚眼攝像機(jī)定時拍攝冠層照片,并運(yùn)用圖像處理軟件CAN-EYE分析獲取LAI動態(tài)變化,同期使用LAI-2200、LI-3000A、DHP儀器以每周一次的頻率測量LAI,對比校正攝像機(jī)數(shù)據(jù)。最后將魚眼攝像機(jī)法測量LAI應(yīng)用于灌木冠層截留影響機(jī)制的研究,以檸條和沙柳群落為研究對象,通過測量2017-2018年自然生長狀態(tài)下兩樣地的降雨再分配模式,明確兩種灌木截留量的主控因素。并通過人工控制沙柳樣地LAI大小,對比相同氣象因素條件下LAI對冠層截留量的影響。主要研究結(jié)果如下:(1)DHP獲取的多種植被類型的LAI與LAI-2200測量結(jié)果存在顯著線性相關(guān)關(guān)系(R~2=0.85,P0.05),均方根誤差為0.256。拍照時的太陽輻射值直接影響專業(yè)軟件處理照片時的關(guān)鍵參數(shù),鏡頭朝下時,計(jì)算LAI的關(guān)鍵參數(shù)-綠色指數(shù)隨著拍攝照片時太陽輻射強(qiáng)度的增加而增加;但是鏡頭朝上時,亮度參數(shù)隨著太陽輻射值的增加而減少。通過關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)整,玉米、大豆和檸條樣地LAI變化與LAI-2200測量結(jié)果一致,很好地反映了這些植物生長期的LAI動態(tài)變化,魚眼攝像機(jī)可以用于定位監(jiān)測LAI動態(tài)變化。(2)利用魚眼攝像機(jī)可獲取闊葉作物(玉米和大豆)和旱生灌木(檸條)的每日LAI,它在測量植被LAI的動態(tài)方面具有較大的潛力。本研究首次將玉米地生長后期拍攝的魚眼照片中的衰老部分去掉,降低了光學(xué)儀器在測量玉米等闊葉作物生長后期時較大的不確定性(y=0.24x,RMSE=0.79),這與破壞法測量LAI值產(chǎn)生了較好的一致性(y=0.75x,RMSE=0.37)。朝下安裝的魚眼攝像機(jī)獲取的LAI具有更好的代表性,適合于低矮植被,如大豆、苜蓿和長芒草等;而朝上安裝的魚眼攝像機(jī)由于處理照片時分類像素的不確定性較小,更適合較高的植被,如高桿作物(玉米)、灌木和喬木等。使用CAN-EYE軟件處理檸條地朝上照片時,通過選擇不同的分類像素,可估計(jì)木質(zhì)部分面積指數(shù)(WAI)。魚眼攝像機(jī)可以精確、廉價、簡單和快速的測量冠層結(jié)構(gòu)變量LAI和CI。應(yīng)該對該方法進(jìn)行進(jìn)一步的評估,特別是對于密集的冠層。(3)檸條林冠層截留量隨降雨量增加而逐漸增加,穩(wěn)定截留率約為15%。沙柳林冠層截留率相對較低,穩(wěn)定截留率約為10%。沙柳樣地LAI高水平(1.7)時,穿透雨最少,樹干莖流居中,截留量最多;LAI中水平(1.3)時,穿透雨居中,樹干莖流量最多,截留量最少;LAI低水平(1.0)時,穿透雨最多,樹干莖流量最少,截留量居中。這表明沙柳截留量受樹干莖流量的影響較大,LAI低水平時樹干莖流量最少,進(jìn)而推斷葉片對莖流起積極作用,而相比LAI高水平,LAI中水平時樹干莖流量更大,葉片似乎對莖流量又起消極作用。適宜的LAI可減少截留蒸發(fā),增加樹干莖流。
【圖文】：

第二章 試驗(yàn)材料與方法荒草和玉米（生長初期）等樣地，用 90°遮蓋被樣地時，例如檸條、苜蓿和玉米（生長中后鏡頭。測量時，，先在植被上方測量 1 個 A 值植被下方距離地表 5 cm 處隨機(jī)測量 4 個 B 值復(fù)觀測 3-5 次，取其均值作為該樣地的最終 LA疏到濃密的成行冠層，通常采用位于兩壟之間布。例如，每條樣線取 4 個 B 值，第一個 B 值之間 1/4 處，第三個 B 值取在兩壟中間，第四

圖 3.6 玉米地和檸條地的照片（a~f 分別表示玉米地的雨天、晴天、陰天和檸條地的雨天、晴天、陰天）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 對應(yīng)圖 3.6 玉米地和檸條地的照片處理結(jié)果Table 3.1 Results of maize and C. korshinskii fields in figure 3.6地類Land type天氣條件Weather condition葉面積指數(shù)LAI葉片平均傾角Mean leaf angle (°)太陽輻射值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陰天 Cloudy 1.19 77.49 128.51檸條C.雨天 Rainy 2.44 14.47 58.20晴天 Sunny 2.59 16.00 463.20
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q948

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本文編號：2678710