








摘要:探討施肥后草地群落優(yōu)勢種光譜特征響應(yīng)和差異,對準(zhǔn)確評價草地施肥效應(yīng)有重要意義。以黃土丘陵區(qū)6個典型優(yōu)勢種[白羊草(Bothriochloa ischaemum)、長芒草(Stipa bungeana)、達(dá)烏里胡枝子(Lespedeza davurica)、菊葉委陵菜(Potentilla tanacetifolia)、蒙古蒿(Artemisia mongolica)和鐵桿蒿(Artemisia sacrorum)]為對象,測定并提取了不同施氮磷處理下的7個光譜特征參數(shù)。結(jié)果表明:相比未施肥,單施氮或磷均降低6個優(yōu)勢種在“藍(lán)谷”、“綠峰”和“紅谷”處的光譜反射率;氮磷配施后,各優(yōu)勢種的紅邊幅值(AMP)和紅邊面積(Sred)呈增加趨勢,白羊草、達(dá)烏里胡枝子、菊葉委陵菜和鐵桿蒿的差值植被指數(shù)(DVI)均增大。結(jié)果表明,光譜特征參數(shù)可有效反映黃土丘陵區(qū)草地優(yōu)勢種的氮磷施肥效應(yīng),植被指數(shù)DVI,NDVI和GNDVI相比RVI更適合于評價草地群落優(yōu)勢種對施氮磷肥的響應(yīng)和差異。
關(guān)鍵詞:紅邊參數(shù);植被指數(shù);光譜特征;草地群落;黃土高原
中圖分類號:S812 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-0435(2024)04-1094-11
Effects of Nitrogen and Phosphorus Application on Spectral Characteristics of Six Typical Grassland Dominant Species in Loess Hilly-gully Region
GUAN Ya-jun WANG Shao-yan2, CHEN Zhi-fei3, LUO Yang ZHOU Jun-jie JIAN Chun-xia2, XU Pei-dan MOU Ying-kun XU Bing-cheng2,4*
Abstract:Exploring the spectral feature responses and differences of dominant species in grassland communities after fertilization is important for accurately evaluating the effects of grassland fertilization. Spectral characteristics of six dominant species (Bothriochloa ischaemum,Stipa bungeana,Lespedeza davurica,Potentilla tanacetifolia,Artemisia mongolica and Artemisia sacrorum) in the loess-hilly region was determined and analyzed,and seven spectral parameters were also extracted for evaluating the differences among the dominant species after N and P fertilizer applications. Compared to no fertilization,the individual application of N or P fertilizers reduced the spectral reflectance of the six dominant species at “Blue Valley”,“Green Peak” and “Red Valley”. The amplitude (AMP) and red edge area (Sred) of each dominant species generally showed an increasing trend following N and P co-application,and the difference vegetation index (DVI) values of B. ischaemum,L. davurica,P. tanacetifolia and A. sacrorum exhibited an increasing trend. All these findings indicated that the spectral characterization parameters could effectively reflect the effects of N and P fertilization on grassland dominant species in loess hilly-gully region,and vegetation index such as DVI,NDVI and GNDVI were more suitable to evaluate the response and differences among grassland dominant species to N and P fertilization than RVI.
Key words:Red edge parameter;Vegetation index;Spectral characteristic;Grassland community;Loess Plateau
草地是我國最大的陸地生態(tài)系統(tǒng),約占國土總面積的41%[1]。草地生態(tài)系統(tǒng)在水土保持、水文循環(huán)、景觀維持、生物多樣性保護(hù)和畜牧業(yè)發(fā)展等方面均具有重要作用[2-3]。在半干旱黃土高原區(qū),由于人類活動和土壤侵蝕的影響,草地恢復(fù)速度慢,生產(chǎn)力偏低,這與土壤養(yǎng)分含量低密切相關(guān)[4-5]。施肥是一項重要的草地管理和恢復(fù)調(diào)控措施。研究表明,外源施氮磷肥對促進(jìn)半干旱黃土丘陵區(qū)退耕草地恢復(fù)效果明顯[6-7],其原因是施氮磷肥可有效提高土壤氮磷有效性,提升草地植物的光合能力,促進(jìn)草地植被的生長,但其效果與氮磷施肥量的配比有關(guān),不同物種間也存在較大差異[8-10]。因此,明確草地群落中不同物種對施氮磷肥的響應(yīng),對揭示草地施肥效應(yīng)具有重要意義。
高光譜技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)和環(huán)境等領(lǐng)域[11]。利用光譜高分辨率,有助于實現(xiàn)對地物特征的精準(zhǔn)識別、動態(tài)監(jiān)測和地物特征表征[12]。實時了解不同類型草地群落中物種組成變化,對實現(xiàn)動態(tài)評價草地類型和草地質(zhì)量,監(jiān)測草地退化特征與恢復(fù)進(jìn)程等具有重要意義。近年來,國內(nèi)外學(xué)者利用高光譜技術(shù)對不同地區(qū)、不同類型的草地群落光譜特征進(jìn)行了觀測和分析,但對黃土丘陵區(qū)典型草地群落優(yōu)勢種的光譜特征研究較少[13]。
優(yōu)勢種通常數(shù)量多、生物量高、生活能力強(qiáng),在維持群落結(jié)構(gòu)和功能方面起著關(guān)鍵作用。在半干旱黃土高原區(qū),外源養(yǎng)分輸入對草地群落的影響主要取決于優(yōu)勢種的響應(yīng)和適應(yīng)能力[14-15]。長芒草(Stipa bungeana)和白羊草(Bothriochloa ischaemum)均為禾本科多年生草本植物,抗旱能力強(qiáng)、耐踐踏,具有良好的固土保水作用[4];達(dá)烏里胡枝子(Lespedeza davurica)為豆科草本狀半灌木,耐干旱、適生性強(qiáng)[4];菊葉委陵菜(Potentilla tanacetifolia)為薔薇科多年生草本植物,有很強(qiáng)的生長能力和適應(yīng)能力[16];蒙古蒿(Artemisia mongolica)和鐵桿蒿(Artemisia sacrorum)均為菊科蒿屬多年生草本植物,繁殖能力強(qiáng),根蘗發(fā)達(dá),具有較強(qiáng)抗旱力,是中國溫帶、暖溫帶森林草原地帶主要植物[17]。這6種草地植物均是黃土丘陵區(qū)退耕草地群落演替過程中的典型優(yōu)勢種,明確各優(yōu)勢種對施氮磷肥的響應(yīng)特征和差異,對該區(qū)草地資源管理中施肥措施的合理運用具有指導(dǎo)價值。因此,本研究選擇這6種草地群落優(yōu)勢植物,通過測定其近地表光譜反射率,計算分析不同氮磷施肥量配比下各優(yōu)勢種紅邊參數(shù)和植被指數(shù)的變化和差異,從光譜特征角度探究黃土丘陵區(qū)典型草地優(yōu)勢種對施氮磷肥的響應(yīng),為利用高光譜技術(shù)快速無損監(jiān)測和評價區(qū)域草地恢復(fù)效果和進(jìn)程提供參考。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
試驗樣地位于陜西省延安市安塞區(qū)紙坊溝流域(36°42′42″~36°42′28″N,109°13′46″~109°16′03″E,平均海拔1 372 m),總面積約8.27 km2,屬暖溫帶半干旱氣候,年均降水量528.8 mm,年均溫度8.9℃,年總輻射量為493 kJ·cm-2,年蒸發(fā)量1 500~1 900 mm。該區(qū)地處黃土高原腹地,是典型森林草原交錯區(qū),土壤以土質(zhì)疏松的黃綿土為主,草地優(yōu)勢種主要有長芒草、白羊草、達(dá)烏里胡枝子、菊葉委陵菜、蒙古蒿和鐵桿蒿等。
1.2 試驗設(shè)計
氮磷施肥試驗于2017年開始。樣地沿坡順向設(shè)置,四周用護(hù)欄圍住以防止放牧和人類干擾,且沒有灌溉、刈割等干擾措施。采用裂區(qū)試驗設(shè)計,在布設(shè)的樣地中隨機(jī)選擇3個5 m×20 m區(qū)組,每個區(qū)組為一個重復(fù),間距1 m,各區(qū)組中選取3個4 m×4 m樣地為主區(qū),主區(qū)間隔1 m,每個主區(qū)再選取3個2 m×2 m樣地為副區(qū)。
主區(qū)作施氮(含N量15.5%的硝酸銨鈣,5Ca(NO3)2·NH4 NO3·10H2O)處理,根據(jù)黃土丘陵區(qū)平均氮沉降量(21.76 kg·hm-2·a-1),依次設(shè)置施氮量為氮沉降量的2倍和4倍[N0(不施氮),N50(50 kg·hm-2·a-1),N100(100 kg·hm-2·a-1)];副區(qū)作施磷(含45% P2O5的重過磷酸鈣,Ca(H2PO4)2·CaHPO4)處理,依據(jù)劉海威等[18]在黃土丘陵區(qū)退耕草地的施磷標(biāo)準(zhǔn)(32.55 kg·hm-2·a-1),設(shè)置磷肥濃度梯度為:P0(不施磷),P40(40 kg·hm-2·a-1),P80(80 kg·hm-2·a-1)。樣地共設(shè)置9個主區(qū),27個副區(qū)。肥料于2017—2022年每年的5月雨前均勻撒入地表,其中2022年的施肥時間為5月19日。
1.3 光譜數(shù)據(jù)采集
光譜數(shù)據(jù)采用UniSpec-SC便攜式野外地物光譜分析儀(PP Systems公司,美國)采集,于2022年8月26日植物生長高峰期進(jìn)行。測量波段范圍為310~1130 nm,共256個波段,絕對精度<0.3 nm。測定時要求天氣明朗無云、干燥無風(fēng)。為減少太陽入射角變化對測定結(jié)果的影響,選定入射角最小時段為北京時間11:30—13:30[19]。每個處理選取同一物種5~10植株,將其聚攏在一起,用絨線合成一束后進(jìn)行光譜測量,測量高度需保證視場內(nèi)只有優(yōu)勢種冠層,以免土壤和其他類型植物的干擾[20]。測定光譜反射率時,探頭離冠層頂部的距離設(shè)定為1.0 m(冠層直徑小于20 cm的測量距離縮短到0.5 m),探頭與植被冠層位置呈90°,探頭視場角度為20°,需分別旋轉(zhuǎn)0°,120°,240°和360°進(jìn)行測量,探頭對應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度掃描各優(yōu)勢種冠層共10次,該優(yōu)勢種冠層光譜反射率為10次掃描均值[21]。為保證探頭的靈敏度和準(zhǔn)確度,測量過程中采用標(biāo)準(zhǔn)白板及時校正[22]。
1.4 數(shù)據(jù)處理
1.4.1 原始數(shù)據(jù)整理 利用Multispec 5.1數(shù)據(jù)處理軟件讀取反射光譜原始數(shù)據(jù),為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,剔除明顯異常光譜曲線后,計算相同施肥處理下各優(yōu)勢種冠層光譜反射率均值。
1.4.2 光譜微分計算 高光譜數(shù)據(jù)具有豐富的光譜信息,但存在大量冗余數(shù)據(jù)。由于不同物種的光譜反射率非常相似,需要增強(qiáng)物種間光譜特征(如光譜反射或吸收特征)的差異,減少物種識別無用的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)源[23]。光譜微分變換是高光譜技術(shù)中最常用的特征分析方法之一,可最大限度降低土地背景效應(yīng)和大氣對草地光譜特征的影響[24-25]。本研究采用一階微分方法增強(qiáng)物種間差異分析,微分光譜表達(dá)式為:
R′(λi)= [R(λi+1) – R(λi-1)]/ 2Δλ(1)
式中,λi代表波長位置,R(λi)和R′(λi)分別表示該波長處的光譜反射率和一階微分光譜值,Δλ表示2個相鄰波長的間距。
1.4.3 光譜特征參數(shù)選取 參照相關(guān)文獻(xiàn)和本研究需要,重點選擇3個紅邊參數(shù)和4個植被指數(shù)進(jìn)行計算和分析(表1)。
光譜紅邊是植物葉片葉綠素在紅光波段對光的強(qiáng)烈吸收與葉片內(nèi)部組織在近紅外波段對光的多次散射形成的強(qiáng)反射造成的,光譜反射率通常在680~760 nm間形成一個陡坡[26],具體參數(shù)包括紅邊幅值(Amplitude,AMP)、紅邊位置(Red edge position,REP)和紅邊面積(Sred)。紅邊幅值為光譜在680~760 nm內(nèi)一階微分最大值。紅邊位置為光譜在680~760 nm內(nèi)紅邊幅值對應(yīng)的波長。紅邊面積為光譜在680~760 nm內(nèi)一階微分值的總和。
植被指數(shù)根據(jù)來自電磁波譜的可見光和近紅外區(qū)域的光譜信息(即光譜反射率)組合計算獲得,可利用葉綠素吸收帶和植被結(jié)構(gòu)特征來評估植被狀態(tài)[27]。其中,差值植被指數(shù)(DVI)對環(huán)境變化極為敏感,計算簡單且適用于監(jiān)測植被的生態(tài)環(huán)境;比值植被指數(shù)(RVI)是綠色植被的靈敏指示參數(shù),數(shù)值越大,表明植被覆蓋度越高;歸一化植被指數(shù)(NDVI)可消除部分輻射誤差,用于監(jiān)測植被生長狀態(tài),數(shù)值范圍是-1≤NDVI≤1,負(fù)值表示地面覆蓋物為云、水、雪等,0表示有巖石或裸土等,正值表示有植被覆蓋,且數(shù)值越大,植被長勢越好;綠色歸一化植被指數(shù)(GNDVI)用于評估植被光合活性,與葉綠素含量有顯著正相關(guān)關(guān)系[28-29]。紅邊參數(shù)和植被指數(shù)與葉綠素含量相關(guān)性高,間接反映植被在生長過程中的變化,可作為指示植被生長狀況的指標(biāo)。
1.4.4 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)整理采用Microsoft Excel 2019和SPSS 26.0,采用Origin Pro 2021作圖。不同施氮磷肥處理下各優(yōu)勢種各光譜特征指標(biāo)(AMP,Sred,DVI,RVI,NDVI,GNDVI)差異顯著性采用單因素方差分析(One-way ANOVA)。采用雙因素方差分析(Two-way ANOVA)用于檢驗施氮和磷的主效應(yīng)及氮磷配施交互作用對各光譜特征參數(shù)的影響。不同施肥處理下各優(yōu)勢種的光譜特征曲線采用Origin Pro 2021中Savitzky-Golay平滑處理。
2 結(jié)果與分析
2.1 光譜反射率
由圖1可知,各施肥處理下6個優(yōu)勢種的冠層光譜曲線大致相同,總體呈“一峰兩谷”的變化,即在可見光480 nm和680 nm左右處的藍(lán)光和紅光波段形成吸收谷,分別稱為“藍(lán)谷”和“紅谷”,在555 nm左右的綠光波段形成反射峰,稱為“綠峰”。與未施肥(N0P0)相比,單施氮或磷均不同程度降低了6個優(yōu)勢種在“藍(lán)谷”、“綠峰”和“紅谷”處的光譜反射率,而氮磷配施對各優(yōu)勢種的光譜反射率無顯著影響。
圖2對比分析了同一氮磷肥處理下6個優(yōu)勢種的光譜曲線特征。可以看出,各處理下長芒草在“藍(lán)谷”、“綠峰”和“紅谷”處光譜反射率存在最大值,其余5個優(yōu)勢種的差異并不顯著。光譜反射率在710~760 nm間隨波長增加急劇升高,形成反射陡坡,稱為“紅邊”,在近紅外波段有較高反射率,形成反射平臺,但各優(yōu)勢種間出現(xiàn)明顯差異:長芒草的反射率在單施氮、磷和中低氮磷條件下均遠(yuǎn)高于其他5個優(yōu)勢種。在N100處理下,隨施磷量增加,達(dá)烏里胡枝子的反射率逐漸增大,而白羊草和蒙古蒿的反射率呈逐漸下降趨勢。
2.2 紅邊參數(shù)
與未施肥相比,單施氮顯著增大了長芒草、菊葉委陵菜和蒙古蒿的AMP和Sred值(P<0.05),但對白羊草、達(dá)烏里胡枝子和鐵桿蒿的無顯著影響;單施磷顯著增大了達(dá)烏里胡枝子和菊葉委陵菜的AMP和Sred值(P<0.05),而白羊草和蒙古蒿均隨施磷量增大而降低(圖3和圖4)。N50處理下,白羊草、達(dá)烏里胡枝子、菊葉委陵菜和鐵桿蒿的AMP和Sred值隨施磷量增大呈不同幅度增長,均在P80時達(dá)到最大值,AMP值最大增幅分別為24.48%,4.79%,49.52%,41.78%,Sred值的最大增幅分別為18.83%,10.66%,57.99%,47.77%;長芒草和蒙古蒿的AMP和Sred值隨施磷量增加呈先增大后減小的趨勢。N100處理下,白羊草、長芒草、達(dá)烏里胡枝子、蒙古蒿和鐵桿蒿的AMP和Sred值總體呈增大趨勢,且鐵桿蒿和達(dá)烏里胡枝子在施磷后的AMP和Sred值均顯著大于P0處理(P<0.05)。
2.3 植被指數(shù)
單施氮極顯著增大長芒草的DVI,NDVI和GNDVI值(P<0.01),最大增幅分別為55.33%,60.11%,36.82%,但其RVI值隨施氮量增加逐漸減小;單施磷顯著增大了達(dá)烏里胡枝子的DVI,NDVI和GNDVI值(P<0.05),最大增幅分別為36.11%,22.21%,16.76%,而蒙古蒿的DVI和NDVI值、達(dá)烏里胡枝子和鐵桿蒿的RVI值在施磷后下降(圖5~圖8)。氮磷配施后,鐵桿蒿的DVI值顯著高于未施肥處理(P<0.05)。N50處理下,白羊草、達(dá)烏里胡枝子、菊葉委陵菜和鐵桿蒿的DVI值隨施磷量增大逐漸升高,最大增幅分別為15.79%,9.96%,51.87%,41.53%;N100處理下,菊葉委陵菜的DVI值隨施磷量增加而增大,在P80處有最大值,增幅為36.42%。
3 討論
光譜反射率是地物在特征波段的反射通量與該波段的入射通量比,能反映植被對光吸收的能力,吸收越多,光譜反射率越低,植被光能利用率就越高,而植被對不同波段的吸收能力與其冠層結(jié)構(gòu)及葉片生理生化特性、生長階段等都有密切關(guān)系[30]。在可見光波段,葉綠素含量是影響植被光譜反射率的主導(dǎo)因素,由于綠色植物具有一系列特有的光譜響應(yīng)特征,且葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光,因此光譜反射率形成“藍(lán)谷”“綠峰”和“紅谷”[30]。外源施肥會影響植被葉綠素含量,光譜反射率也會隨之發(fā)生改變。本研究中,單施氮和單施磷均顯著降低了6個優(yōu)勢種在“藍(lán)谷”“綠峰”和“紅谷”處的光譜反射率,說明施氮和磷能提高植被葉片葉綠素含量,增強(qiáng)植被對光的吸收能力[22]。單施磷后達(dá)烏里胡枝子“藍(lán)谷”“綠峰”和“紅谷”處光譜反射率顯著降低,表明施磷肥緩解了達(dá)烏里胡枝子的磷限制,其原因是施磷可為根瘤固氮作用提供能量,起到以磷促氮的效果;另一方面,施磷后葉片葉綠素含量增加,能吸收更多紅光和藍(lán)紫光,有利于提高植物光合能力[4]。與未施肥(N0P0)相比,氮磷配施后,菊葉委陵菜在“藍(lán)谷”“綠峰”和“紅谷”處的光譜反射率僅在N50P40處理下降低,可能是其長期生長在養(yǎng)分缺乏半干旱區(qū),氮磷養(yǎng)分內(nèi)穩(wěn)性較高,低濃度氮磷配施即可有效促進(jìn)其生長[16,31]。在近紅外波段(760~900 nm),長芒草的反射率處于最高位置,但隨施肥量增大,與其他5個優(yōu)勢種差距縮小,其中鐵桿蒿在N100P40和N100P80下高于長芒草,這可能是因為鐵桿蒿植株成簇生長,低氮磷養(yǎng)分供應(yīng)無法滿足其生長必需,當(dāng)外源養(yǎng)分增多,鐵桿蒿吸收更多養(yǎng)分來保證其生長所需[32]。
紅邊參數(shù)與葉綠素含量、地上生物量、生長狀態(tài)等均有緊密聯(lián)系。紅邊幅值和紅邊面積值越大,表明植被覆蓋度越高、長勢越好[26]。在本研究中,單施氮和磷顯著增大了菊葉委陵菜和蒙古蒿的AMP和Sred值,說明施氮磷肥提高了土壤氮磷可利用性,菊葉委陵菜和蒙古蒿能快速汲取土壤養(yǎng)分,有利于提高光能利用率。氮磷配施時,6個優(yōu)勢種的紅邊參數(shù)呈不同變化:N50處理下,白羊草、菊葉委陵菜和鐵桿蒿的AMP和Sred值隨施磷量增加呈不同幅度的增大,增幅表現(xiàn)為鐵桿蒿>菊葉委陵菜>白羊草,說明在氮磷配施條件下,鐵桿蒿比菊葉委陵菜和白羊草更敏感;N100處理下,長芒草和蒙古蒿的AMP和Sred值隨施磷量增加表現(xiàn)為先降后升,在P80達(dá)最大值,鐵桿蒿在P40出現(xiàn)最大值。總體來看,白羊草和鐵桿蒿在N100P40條件下,而長芒草、達(dá)烏里胡枝子、菊葉委陵菜和蒙古蒿在N100P80條件下的生長狀態(tài)最好。上述表明,施氮磷肥能促進(jìn)黃土丘陵區(qū)草地優(yōu)勢種生長,促進(jìn)退化草地植被恢復(fù)[33]。但不同物種對氮磷肥響應(yīng)存在差異,因此需要根據(jù)各優(yōu)勢種的氮磷需求,尋求合適的氮磷施肥量配比,以達(dá)到整體提高各優(yōu)勢種的光能利用率[34]。
作為定量評估綠色植被生長狀況的關(guān)鍵指標(biāo),植被指數(shù)已廣泛應(yīng)用于地表植被監(jiān)測和評估[28]。本研究中,單施氮后長芒草和蒙古蒿的DVI,NDVI和GNDVI值,以及菊葉委陵菜和鐵桿蒿的NDVI和GNDVI值顯著增加,而白羊草和達(dá)烏里胡枝子的植被指數(shù)無顯著變化,表明施氮對不同優(yōu)勢種的植被指數(shù)效應(yīng)存在差異,間接說明優(yōu)勢種對施氮的敏感性不同,這與各優(yōu)勢種氮肥的需求和利用能力不同有關(guān)[4,35]。單施磷后僅達(dá)烏里胡枝子的DVI,NDVI和GNDVI值以及菊葉委陵菜的DVI和GNDVI值顯著增加,說明施磷對達(dá)烏里胡枝子和菊葉委陵菜的生長產(chǎn)生促進(jìn)作用[14]。氮磷配施后,僅長芒草的RVI,NDVI和GNDVI值以及菊葉委陵菜的NDVI和GNDVI值與未施肥相比出現(xiàn)顯著增加,說明氮磷配施改善了該兩優(yōu)勢種的生長狀況和葉片葉綠素含量,有利于快速提高其光合生產(chǎn)力,達(dá)到恢復(fù)草地的效果。
4 結(jié)論
通過分析黃土丘陵區(qū)6個草地群落優(yōu)勢種施氮磷肥后的光譜反射率曲線、3個紅邊參數(shù)和4個植被指數(shù)特征表明,采用光譜特征參數(shù)能快速評估和比較施肥后草地群落優(yōu)勢種的響應(yīng)特征。由于不同優(yōu)勢種對氮磷施肥量及其配比的響應(yīng)存在差異,在實際采取施肥措施時,應(yīng)考慮合理的氮磷肥配比,以實現(xiàn)快速提升大范圍異質(zhì)化草地資源的生產(chǎn)能力。本研究重點關(guān)注施氮磷肥后各優(yōu)勢種光譜特征變化,未考慮施肥后植物養(yǎng)分含量與葉色素變化,而這與光譜特征參數(shù)關(guān)系密切,后續(xù)需進(jìn)一步深入對各優(yōu)勢種在施氮磷肥后植株養(yǎng)分含量、葉片光合色素含量等生理特征變化的研究,為利用高光譜技術(shù)評價施肥對黃土丘陵區(qū)草地恢復(fù)效果提供理論和技術(shù)支撐。
參考文獻(xiàn)
[1]張新時,唐海萍,董孝斌,等. 中國草原的困境及其轉(zhuǎn)型[J]. 科學(xué)通報,2016,61(2):165-177
[2]方精云,白永飛,李凌浩,等. 我國草原牧區(qū)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)與實踐[J]. 科學(xué)通報,2016,61(2):155-164
[3]白永飛,趙玉金,王揚,等. 中國北方草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估和功能區(qū)劃助力生態(tài)安全屏障建設(shè)[J]. 中國科學(xué)院院刊,2020,35(6):675-689
[4]楊全,陳志飛,周俊杰,等. 黃土丘陵區(qū)草地植被群落優(yōu)勢種葉片功能性狀對氮磷添加的響應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2019,30(11):3697-3706
[5]張海東,汝海麗,焦峰. 黃土丘陵區(qū)典型植被類型草本層生態(tài)學(xué)特性與環(huán)境解釋[J]. 水土保持研究,2015,22(5):100-105
[6]LIU C C,LIU Y G,GUO K,et al. Effects of nitrogen,phosphorus and potassium addition on the productivity of a karst grassland:Plant functional group and community perspectives[J]. Ecological Engineering,2018,117:84-95
[7]許培丹,陳志飛,簡春霞,等. 黃土丘陵區(qū)白羊草群落冠層結(jié)構(gòu)和多樣性特征對氮磷添加的響應(yīng)[J]. 草地學(xué)報,2022,30(11):3063-3071
[8]王玲,施建軍,董全民,等. 氮、磷添加對高寒草原群落多樣性和生物量的影響[J]. 草地學(xué)報,2019,27(6):1633-1642
[9]盧笑玥,趙雪,徐莉萍,等. 氮磷添加對黃土丘陵區(qū)撂荒草地優(yōu)勢植物功能性狀的影響[J]. 中國草地學(xué)報,2023,45(3):49-59
[10]高小峰,閆本帥,吳春曉,等. 長期施肥對黃土丘陵坡地農(nóng)田土壤質(zhì)量和谷子產(chǎn)量的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2021,39(5):76-83
[11]邢璐琪,張桂蓮,張浪,等. 高光譜技術(shù)在植被特征監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 園林,2020,343(11):8-14
[12]童慶禧,張兵,張立福. 中國高光譜遙感的前沿進(jìn)展[J]. 遙感學(xué)報,2016,20(5):689-707
[13]韓萬強(qiáng),靳瑰麗,岳永寰,等. 基于高光譜成像技術(shù)的伊犁絹蒿荒漠草地主要植物識別參數(shù)的篩選[J]. 草地學(xué)報,2020,28(4):1153-1163
[14]XU B C,XU W Z,WANG Z,et al. Accumulation of N and P in the legume Lespedeza davurica in controlled mixtures with the grass Bothriochloa ischaemum under varying water and fertilization conditions[J]. Frontiers in Plant Science,2018,9:165
[15]馬婧婧,劉耘華,盛建東,等. 新疆草地優(yōu)勢種植物相對生物量沿海拔梯度變化特征[J]. 草業(yè)學(xué)報,2021,30(8):25-35
[16]HAO J H,HAN H K,LIU Y,et al. Phosphorus addition alleviates the inhibition of nitrogen deposition on photosynthesis of Potentilla tanacetifolia[J]. Frontiers in Environmental Science,2023,11:1099203
[17]WANG L L,ZHANG G H,ZHU P Z,et al. Soil C,N and P contents and their stoichiometry as affected by typical plant communities on steep gully slopes of the Loess Plateau,China[J]. Catena,2022,208:105740
[18]劉海威,張少康,焦峰. 氮磷添加對不同退耕年限草本植被群落及土壤化學(xué)計量特征的影響[J]. 水土保持學(xué)報,2017,31(2):333-338
[19]錢育蓉,于炯,賈振紅,等. 新疆典型荒漠草地的高光譜特征提取和分析研究[J]. 草業(yè)學(xué)報,2013,22(1):157-166
[20]劉波,沈渭壽,李儒,等. 雅魯藏布江源區(qū)高寒草地退化光譜響應(yīng)變化研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析,2013,33(6):1598-1602
[21]王紹妍,陳志飛,羅楊,等. 基于光譜特征的黃土丘陵區(qū)白羊草群落養(yǎng)分含量研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析,2023,43(5):1612-1621
[22]羅楊,陳志飛,周俊杰,等. 黃土丘陵區(qū)白羊草群落光譜特征對氮磷添加的響應(yīng)[J]. 草地學(xué)報,2021,29(6):1158-1165
[23]LIU E Q,ZHAO H,ZHANG S,et al. Identification of plant species in an alpine steppe of northern Tibet using close-range hyperspectral imagery[J]. Ecological Informatics,2021,61:101213
[24]ABULAITI Y,SAWUT M,MAINAITIAILI B,et al. A possible fractional order derivative and optimized spectral indices for assessing total nitrogen content in cotton[J]. Computers and Electronics in Agriculture,2020,171:105275
[25]JIN J,WANG Q. Hyperspectral indices based on first derivative spectra closely trace canopy transpiration in a desert plant[J]. Ecological Informatics,2016,35:1-8
[26]李春,劉衛(wèi)國,丁旭,等. 基于紅邊參數(shù)的蘆葦葉綠素的反演研究[J]. 生態(tài)科學(xué),2017,36(3):66-73
[27]MONTERO D,AYBAR C,MAHECHA M D,et al. A standardized catalogue of spectral indices to advance the use of remote sensing in earth system research[J]. Scientific Data,2023,10:197
[28]ZENG Y L,HAO D L,HUETE A,et al. Optical vegetation indices for monitoring terrestrial ecosystems globally[J]. Nature Reviews Earth amp; Environment,2022,3(7):477-493
[29]TONG S Q,BAO G,BAO Y H,et al. Monitoring of long-term vegetation dynamics and responses to droughts of various timescales in Inner Mongolia[J]. Ecosphere,2023,14(2):e4415
[30]張波,牛婷,房世峰,等. 荒漠-綠洲交錯地帶典型植被光譜特征研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析,2016,36(4):1104-1108
[31]彭慧元. 草本植物養(yǎng)分重吸收效率對氮磷添加的響應(yīng)及化學(xué)計量內(nèi)穩(wěn)性特征[D]. 北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2019:72,75-76
[32]XU H W,WANG X K,QU Q,et al. Variations and factors characterizing ecological niches of species in a stable grassland plant community[J]. Ecological Indicators,2021,128:107846
[33]XU X T,HU G Z,LIU X,et al. Impacts of nitrogen enrichment on vegetation growth dynamics are regulated by grassland degradation status[J]. Land Degradation amp; Development.2021,32(14):4056-4066
[34]BAI Y F,WU J G,CLARK C M,et al. Tradeoffs and thresholds in the effects of nitrogen addition on biodiversity and ecosystem functioning:evidence from inner Mongolia Grasslands[J]. Global Change Biology,2010,16(1):358-372
[35]JIN Y,LAI S B,CHEN Z F,et al. Leaf photosynthetic and functional traits of grassland dominant species in response to nutrient addition on the Chinese Loess Plateau[J]. Plants,2022,11(21):2921
(責(zé)任編輯 劉婷婷)
收稿日期:2023-10-09;修回日期:2023-11-21
基金項目:國家重點研發(fā)計劃政府間國際科技合作專項(2018YFE0112400)資助
作者簡介:管雅君(1999-),女,漢族,江蘇宿遷人,碩士研究生,主要從事林草生態(tài)研究,E-mail:yj_guan@nwafu.edu.cn;*通信作者Author for correspondence,E-mail:Bcxu@ms.iswc.ac.cn