長江口潮灘地帶典型鹽沼植被光譜特征分析

舒敏彥，田 波，丁麗霞，周云軒，吳文挺

（1.華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200062；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江杭州 311300）

潮灘是海岸帶地區(qū)高潮時(shí)淹沒、低潮時(shí)露出的區(qū)域，也是受陸海交互作用強(qiáng)烈影響的生態(tài)過渡地帶［1］。由于獨(dú)特的水文環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，潮灘濕地是地球上生產(chǎn)力最高、生態(tài)服務(wù)價(jià)值最大的生態(tài)系統(tǒng)之一［2］。典型潮灘濕地有淤泥質(zhì)海灘濕地、潮間鹽水沼澤濕地、潮間森林沼澤濕地、紅樹林濕地等。中國海岸帶濕地每年總固碳量大于4×105t·a－1，潮灘濕地中的鹽沼植被作為濱海濕地的重要組成部分，是重要的碳匯［3］。鹽沼濕地植被位于海岸帶緩沖區(qū)，不僅為水鳥等生物提供豐富的食源、安全的隱蔽場所和繁殖地［4－5］，也具有消浪護(hù)岸、保灘促淤、水質(zhì)凈化等重要的生態(tài)服務(wù)功能，其演化直接關(guān)系到沿海區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全［6－9］。近年來，由于海平面上升［8］、海岸帶圍墾［9］、外來物種入侵［10］等自然和人為因素的影響，潮灘鹽沼植被面積萎縮、功能退化，受到的威脅日趨嚴(yán)重，給中國沿海城市帶來巨大生態(tài)威脅和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)［11－12］。因此，需要構(gòu)建完善、科學(xué)的潮灘鹽沼濕地監(jiān)測與評(píng)估體系，掌握潮灘植物現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)變化。由于潮灘鹽沼植被受潮汐周期性影響，現(xiàn)場大范圍調(diào)查困難。因此，常采用遙感監(jiān)測的手段，大面積、快速地獲取其種類、數(shù)量及其空間分布信息并進(jìn)行相應(yīng)的生物物理參數(shù)遙感反演估算。國內(nèi)研究者多利用Landsat等多光譜遙感影像對(duì)中國鹽沼植被分布及時(shí)空變化進(jìn)行研究，由于多光譜遙感影像的光譜分辨率低，較難滿足對(duì)潮灘鹽沼植被識(shí)別的需求［13－14］。高光譜衛(wèi)星影像的發(fā)展為鹽沼植被遙感識(shí)別提供了新的手段，它一般具有幾十、幾百個(gè)波段信息，使其在鹽沼植被識(shí)別分類方面有獨(dú)特的優(yōu)勢［15－16］。BELLUCO等［17］利用ROSIS和CASI等多種遙感影像對(duì)意大利東北部潮間帶鹽沼植被進(jìn)行分類，并結(jié)合實(shí)地測量，發(fā)現(xiàn)高光譜影像的分類精度明顯高于多光譜影像。然而，高光譜遙感影像信息量大，冗余信息多，有效光譜波段信息提取難度大。如何選擇合適的高光譜影像波段，研究多波段的有效信息提取，是其應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵［18］。地物光譜儀以其靈活測量的特點(diǎn)，能夠設(shè)計(jì)大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場觀測不同植被生理過程的有效光譜信息，通過分析并選擇地物的特征波段，與高光譜遙感影像波段結(jié)合，為高光譜遙感影像識(shí)別地物提供依據(jù)［19－21］。鹽沼植被光譜差異不僅受植被生長季相影響［22］，還受植被蓋度、下墊面等不同因素影響［23－24］。以往在對(duì)潮灘鹽沼植被的光譜研究中，沒有充分考慮潮灘土壤粒徑和土壤濕度快速動(dòng)態(tài)變化對(duì)植被光譜的影響，特別是漲退潮期間水體背景對(duì)植被光譜反射的影響［25］。因此，為提高遙感影像信息提取精度，針對(duì)潮灘鹽沼植被生境特點(diǎn)，以長江口潮灘地帶為研究區(qū)域，使用地物光譜儀測定潮灘地帶典型鹽沼植被及其下墊面的光譜反射率，獲得不同類型和蓋度鹽沼植被光譜反射特征，以及不同土壤類型和潮位背景影響下的鹽沼植被光譜反射率的變化規(guī)律，建立潮灘鹽沼植被光譜特征庫，為潮灘濕地鹽沼植被高光譜遙感影像解譯提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)遙感手段快速準(zhǔn)確獲取潮灘濕地植被的時(shí)空變化及生態(tài)環(huán)境變化。

1 研究區(qū)概況

長江口是長江在中國東部入海的河口，因受徑流、水下地形等因素影響。該河口內(nèi)為不正規(guī)半日潮。潮灘濕地因受長江口特殊的氣候、水文、地質(zhì)、地貌、泥沙，尤其是人為因素影響，潮灘格局、地形及植被經(jīng)長期演替均發(fā)生較大變化。

長江口潮灘濕地資源極其豐富，潮灘上的鹽沼植被以蘆葦Phragmites australis群落、海三棱藨草Scirpus mariqueter群落、藨草Scirpus triqueter群落、糙葉薹草Carex scabrifolia群落和互花米草Spartina alterniflora群落為主［23］。蘆葦群落是長江口潮灘優(yōu)勢種群，主要分布于高潮灘區(qū)域。互花米草是外來入侵種，自上海市引入以來，在崇明島及九段沙大肆蔓延［12］。海三棱藨草主要分布于低潮灘，是中國的特有種。由于潮灘高程差異，不同高程潮灘的水淹時(shí)間不同，海三棱藨草群落密度隨高程的增加而增大。在光灘區(qū)域群落密度低，一般為10%～20%，植株一般較低矮，通常在20 cm以下。海三棱藨草在高潮時(shí)幾乎完全被淹沒，低潮時(shí)露出。海三棱藨草的遙感監(jiān)測因其植株低矮稀疏，下墊面易受潮汐影響。

本研究選擇崇明東灘（CMDT），崇明北八滧（CMBBX）和南匯邊灘（NHBT）等3個(gè)長江口典型潮灘濕地。 崇明東灘（31°24′59.72″～31°37′54.37″N， 121°45′44.52″～122°04′47.78″E）位于上海市崇明島東部， 南臨長江入?？?，東瀕東海，主要由長江入海泥沙堆積形成，是典型的淤泥質(zhì)潮灘，主要分布有海三棱藨草群落和蘆葦群落。 崇明北八滧（31°40′55.20″～31°36′57.60″N，121°41′2.40″～121°51′18″E）位于崇明島北沿，瀕臨長江北支，水流平緩，潮灘淤漲快，濕地資源豐富，主要分布有海三棱藨草群落和互花米草群落。 南匯邊灘（30°51′43.20″～30°50′52.80″N， 121°56′2.40″～121°51′57.59″E）位于上海南部， 杭州灣北部，受長江口徑流及杭州灣北岸水流影響大，其優(yōu)越的地理位置使其同時(shí)受到長江帶來的豐富泥沙和杭州灣北部潮流的影響，形成了廣闊的砂質(zhì)潮灘，主要分布有海三棱藨草群落和蘆葦群落。

2 研究方法

2.1 樣帶與樣方設(shè)置

潮灘鹽沼植物光譜測量樣帶與樣方設(shè)置需充分考慮潮灘植物生態(tài)學(xué)特征，植被類型、形態(tài)決定其光譜反射特征，同時(shí)又受到物候現(xiàn)象與生長環(huán)境的影響。不同季相潮灘鹽沼植被的光譜反射差異比較明顯。春季為蘆葦和互花米草的生長期，光譜上表現(xiàn)出綠色植物的特征，而海三棱藨草由于較晚進(jìn)入生長期，絕大多數(shù)呈枯黃，其中低蓋度的光譜特征類似光灘；夏至初秋為潮灘鹽沼植被的生長旺季，在該物候期測量的光譜數(shù)據(jù)更具代表性；秋末冬初，海三棱藨草的 “紅邊”特征幾乎消失，蘆葦和互花米草的“紅邊” 陡坡大幅下降［23］。

本研究選擇鹽沼植被生長茂盛期進(jìn)行光譜反射特征研究，分別在長江口崇明東灘、崇明北八滧和南匯邊灘等3個(gè)潮灘濕地進(jìn)行野外光譜測量。其中崇明北八滧測點(diǎn)樣方13個(gè)，崇明東灘測點(diǎn)樣方39個(gè)，南匯測點(diǎn)樣方30個(gè)。樣帶設(shè)置采取由陸向海方向設(shè)置樣方，樣方大小為1 m×1 m，并在崇明東灘設(shè)置水淹實(shí)驗(yàn)樣方4個(gè)。樣方設(shè)置充分考慮植被蓋度、植被類型、土壤濕度、土壤類型等生態(tài)因子和環(huán)境因子。鹽沼植被類型主要為高潮灘的蘆葦、中低潮灘的海三棱藨草、互花米草。土壤類型有粉砂、極細(xì)砂、細(xì)粉砂這3種長江口潮灘典型土壤類型。低潮灘光灘由于長時(shí)間被海水覆蓋濕度較高，故在光灘沿潮灘土壤濕度梯度設(shè)置光譜采樣點(diǎn)。

考慮到潮灘濕地鹽沼植被測量中潮汐水位高低對(duì)植被冠層光譜反射的影響比較復(fù)雜，因此對(duì)崇明東灘潮灘前沿的海三棱藨草和互花米草進(jìn)行不同潮位情況模擬實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)同一樣方鹽沼植被加水來模擬漲潮，獲取在其他外部條件完全一致的情形下鹽沼植被受不同潮汐影響時(shí)的光譜特征。根據(jù)海三棱藨草（10 cm）和互花米草（20 cm）的植株高度設(shè)置潮位，分別為0，1，2，3 cm和0，2，4，6，8 cm。

2.2 野外光譜測量及數(shù)據(jù)處理

測量儀器采用美國ASD公司（Analytical Spectral Devices Inc）生產(chǎn)的手持式野外地物光譜儀，測量波長為325～1 075 nm，波長取樣間隔為1.4 nm，光譜分辨率為3 nm，視場角為25°。野外測量選擇晴朗無風(fēng)的條件下，在9：00-14：00進(jìn)行。各個(gè)樣方測量2～3次，測量數(shù)據(jù)15～20個(gè)·次－1。根據(jù)天氣狀況及測量點(diǎn)的改變，間隔2～3 min進(jìn)行環(huán)境光譜校正。為使測量數(shù)據(jù)能與衛(wèi)星影像、航空影像進(jìn)行比較，測量時(shí)傳感器探頭垂直向下。同時(shí)測量人員面向陽光入射方向，避免陰影落在樣方區(qū)域。

每個(gè)樣方測量數(shù)據(jù)包括經(jīng)緯度，土壤濕度，植被平均高度，天氣情況（包括云量、風(fēng)速），光譜反射率等。土壤濕度測量使用英國Delta-T公司生產(chǎn)的WET土壤三參數(shù)儀，在樣方區(qū)域均勻選取5個(gè)點(diǎn)，分別測量每個(gè)點(diǎn)的濕度后取平均值。同時(shí)，使用手持式全球定位系統(tǒng)（GPS）測定樣方的經(jīng)緯度坐標(biāo)。通過相機(jī)拍攝樣方內(nèi)植被覆蓋情況，利用ArcGIS 10.1的監(jiān)督分類功能計(jì)算植被覆蓋像元數(shù)與總像元數(shù)，得到植被蓋度。將ASD地物光譜儀測量的光譜數(shù)據(jù)通過HH2 Sync導(dǎo)出，并在Viewspec Pro 6.2.0軟件里對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理?？紤]到儀器噪聲為保證測量數(shù)據(jù)的精確性，僅保留350～950 nm范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù)。

2.3 光譜分析

光譜分析主要分為以下幾個(gè)部分：①分析同等蓋度不同植被類型的光譜反射特征，分別對(duì)樣方蓋度為60%±5%的海三棱藨草、蘆葦、互花米草的光譜特征進(jìn)行分析；②分析同種植被不同蓋度情況下的光譜反射特征，對(duì)海三棱藨草、蘆葦、互花米草在不同蓋度條件下的光譜特征進(jìn)行分析，植被蓋度受其生長環(huán)境影響大，實(shí)際測量鹽沼的植被蓋度見表1；③分析在不同土壤背景下鹽沼的光譜特征，選擇長江口3種典型鹽沼植被及其下墊面土壤進(jìn)行分析（表2）；④分析潮灘前沿地帶海三棱藨草和互花米草在不同潮位影響下的光譜特征。潮灘前沿植被受潮位影響最為顯著，前沿地帶海三棱藨草植株高度多為6～12 cm，植被蓋度較低，通常為10%～30%。該處互花米草的植株高度為15～24 cm，植被蓋度較海三棱藨草要高，一般為20%～45%。本研究分析主要選擇潮灘前沿具有代表性的海三棱藨草群落（植株高度為10 cm，蓋度為30%）和互花米草群落（植株高度為20 cm，蓋度為40%）。根據(jù)植株的高度設(shè)置實(shí)驗(yàn)潮位。具體實(shí)驗(yàn)潮位見表3。

光譜分析采用光譜曲線法和一階導(dǎo)數(shù)法，光譜曲線主要反映在350～950 nm波段不同地物的反射和吸收特征，一階導(dǎo)數(shù)主要用于分析在350～950 nm波段地物的反射和吸收變化速率，增強(qiáng)植被光譜變化特征。一階導(dǎo)數(shù)正值越大表明光譜反射率增速越大。相關(guān)性分析法用來衡量2個(gè)變量之間的密切程度，通過相關(guān)性分析確定植被蓋度、土壤粒徑、潮位與鹽沼植被反射光譜之間的密切程度［24］。在軟件Origin 9.0和Excel中進(jìn)行處理分析。

表1 不同蓋度植被樣地Table 1 Sample plots of different coverage saltmarsh

表2 不同下墊面土壤植被樣地?cái)?shù)Table 2 Sample plots of different underlying

表3 不同潮位植被樣地Table 3 Sample plots of different tidal

3 結(jié)果與分析

3.1 相近蓋度不同類型鹽沼植被光譜特征分析

圖1是生長季節(jié)長江口3種主要潮灘鹽沼植被海三棱藨草、蘆葦和互花米草約60%蓋度下的光譜反射和一階導(dǎo)數(shù)曲線。在波長550 nm附近海三棱藨草、蘆葦和互花米草均有1個(gè)次反射峰值，在波長680 nm附近有1個(gè)吸收谷，且光譜反射率均小于0.05。這是由于葉片中的葉綠素發(fā)生光合作用，在此處強(qiáng)烈吸收。反射率到波長700 nm附近急劇增大，增長速率同時(shí)也增大。在350～950 nm波長范圍內(nèi)，這3種潮灘鹽沼植被的光譜特征差異很大。一階導(dǎo)數(shù)圖可以看出互花米草在“紅邊”位置（700～750 nm）的反射率增速高于另外2種潮灘鹽沼植被。在533～560和683～751 nm波長范圍內(nèi)，這3種潮灘鹽沼植被的光譜差異相對(duì)明顯。

3.2 不同蓋度條件下鹽沼植被光譜分析

在崇明東灘選擇相近土壤濕度不同蓋度的潮灘鹽沼植被進(jìn)行光譜測量，結(jié)果見圖2。海三棱藨草、蘆葦、互花米草在350～730 nm波段光譜反射率隨蓋度增大而減小。到730 nm后3種植被反射率隨蓋度增大而增大，且不同蓋度的蘆葦和互花米草光譜反射率變化趨勢同海三棱藨草基本一致。由反射光譜一階導(dǎo)數(shù)曲線得到3種鹽沼植被在綠峰波段（519～528 nm），紅谷波段（675～685 nm），紅邊波段（727～738 nm）有明顯的峰、谷特點(diǎn)。綠峰波段是葉綠素反射區(qū)域，蓋度高的葉綠素反射作用強(qiáng)。位于680 nm附近的波谷是葉綠素吸收紅光形成的，植被蓋度越高在該處的吸收作用越強(qiáng)，反射率越低。鹽沼植被在紅邊的增速越快，表明該種群的生長環(huán)境比較適宜。這些波段能很好地反映反射光譜隨植被蓋度的變化特征，是判斷植被蓋度的有效波段范圍。

從圖3可知：在可見光波段，反射率與植被蓋度呈負(fù)相關(guān)，主要是在該波段范圍土壤的高反射及植被在可見光波段有強(qiáng)烈吸收作用；在近紅外波段，反射率與植被蓋度呈正相關(guān)性，相關(guān)性絕對(duì)值均接近1，是由于植被在近紅外波段高反射率且反射率隨植被蓋度的增大而增大。故鹽沼植被蓋度對(duì)其反射光譜影響很大。當(dāng)利用遙感手段對(duì)鹽沼植被進(jìn)行信息提取時(shí)，不可忽略植被蓋度的影響。

圖1 相近蓋度不同鹽沼植被光譜反射率曲線及其一階導(dǎo)數(shù)Figure 1 Curve map of spectral reflectance and first derivative of different saltmarsh with similar coverage

3.3 不同土壤背景鹽沼植被光譜分析

從圖4的樣地土壤反射光譜曲線可以看出：3種土壤反射光譜總體呈現(xiàn)隨波長增大反射率增大的趨勢，在350～600 nm波長范圍內(nèi)，土壤的反射率隨波長增大而增大的趨勢明顯；在波長600 nm附近出現(xiàn)第1個(gè)反射峰；到波長600 nm后，土壤反射光譜隨波長變化反射率變化不明顯，呈緩慢增大或減小的趨勢。

圖2 不同蓋度下鹽沼植被的光譜反射率曲線及其一階導(dǎo)數(shù)Figure 2 Curve map of spectral reflectance and first derivative of saltmarsh with different coverages

圖3 不同蓋度下鹽沼光譜相關(guān)性分析Figure 3 Spectral correlation analysis of saltmarsh with different coverages

圖4 不同土壤的光譜反射率曲線及其一階導(dǎo)數(shù)曲線Figure 4 Curve map of spectral reflectance and first derivative of different kinds of soil

崇明東灘、南匯邊灘、崇明北八滧3個(gè)研究區(qū)的土壤光譜反射特征有明顯差異，相同蓋度的同種植被在不同樣地的光譜反射率表現(xiàn)出較大差異，不論是低蓋度還是中等蓋度，在可見光波段，海三棱藨草光譜反射率均表現(xiàn)為南匯邊灘的最高，崇明北八滧的最低，崇明東灘的居中；近紅外波段則反之；可以認(rèn)為鹽沼植被的這種光譜差異很大程度上是由下墊面土壤導(dǎo)致的。

低蓋度30%±5%海三棱藨草光譜曲線（圖5）整體呈隨波長增大反射率增大的趨勢，只在紅光波段出現(xiàn)小的波谷，與健康植被光譜曲線相比，植被光譜特征不明顯。圖5顯示：崇明北八滧和南匯邊灘的低蓋度海三棱藨草光譜曲線均未出現(xiàn)綠光反射峰，僅有崇明東灘的綠峰和紅谷2個(gè)植被特征均呈現(xiàn)。而3個(gè)樣帶的中等蓋度60%±5%海三棱藨草光譜曲線（圖6）都呈健康植被反射率特征。對(duì)于不同的樣帶，土壤下墊面對(duì)植被光譜影響程度不同。

圖5 低蓋度海三棱藨草在不同潮灘土壤上的光譜反射率曲線及一階導(dǎo)數(shù)曲線Figure 5 Curve map of spectral reflectance and first derivative of low coverage Scirpus mariqueter in different tidal flat

從圖7相關(guān)性分析中可以看出：在可見光波段海三棱藨草光譜反射率與土壤下墊面的相關(guān)性更高，相關(guān)系數(shù)在0.94～0.99范圍內(nèi)波動(dòng)，相關(guān)系數(shù)在波長550 nm附近有一個(gè)最小值，是由于550 nm為綠色植被的 “綠峰”，表現(xiàn)為鹽沼植被葉綠素的強(qiáng)反射作用，土壤的影響相對(duì)較??；相關(guān)性到波長750 nm后明顯下降，與土壤到750 nm后光譜反射率趨于穩(wěn)定有關(guān)，近紅外波段是植被的敏感波段，主要由植被自身生長狀況決定。

圖6 中等蓋度海三棱藨草在不同潮灘土壤上的光譜反射率曲線及其一階導(dǎo)數(shù)曲線Figure 6 Curve map of spectral reflectance and first derivative of medium coverage Scirpus mariqueter in different tidal flat

由上述結(jié)果分析可見：土壤下墊面對(duì)海三棱藨草光譜反射率在可見光波段的影響較大，而在近紅外波段的影響則較??；海三棱藨草蓋度越小，其反射光譜受土壤下墊面影響越大，當(dāng)蓋度過小時(shí)，海三棱藨草反射光譜的植被特征將消失，并呈現(xiàn)土壤的反射光譜特點(diǎn)。

3.4 不同潮位狀況下鹽沼植被光譜特征分析

潮灘鹽沼植被由于受到周期性水文過程影響，對(duì)漲潮時(shí)潮灘水體進(jìn)行的光譜測量發(fā)現(xiàn)，光譜反射率隨水深的增加增大，但在近紅外波段水深大的反射率下降速率明顯大于水深淺的水體；相同水深，懸沙質(zhì)量濃度大的反射率大（圖8）。對(duì)研究區(qū)潮灘前沿的海三棱藨草群落和互花米草群落受不同潮位影響時(shí)的光譜特征進(jìn)行分析，水體懸沙質(zhì)量濃度控制在0.032～0.036 g·L－1范圍內(nèi)。

圖7 不同潮灘土壤背景下海三棱藨草光譜相關(guān)性分析Figure 7 Spectral correlation analysis of Scirpus mariqueter in different tidal flat

如圖9所示：在350～950 nm波長范圍內(nèi)，不同潮位海三棱藨草反射率曲線走勢大體一致，并隨潮位的增加反射率增大。波段830～950 nm，表面有水體覆蓋的海三棱藨草反射率隨波長增大而呈下降趨勢，與830～950 nm波段水體的光譜特征相似，而表面沒有水體淹沒的在近紅外波段仍表現(xiàn)為反射率隨波長的增大而上升趨勢，與健康植被反射光譜特征相同。潮位為2和3 cm時(shí)的海三棱藨草在920 nm附近反射率幾乎完全重合。由潮位和海三棱藨草植被反射光譜之間的相關(guān)性分析可以看出，兩者相關(guān)性相當(dāng)高，350～950 nm波段的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值基本都在0.97以上（圖10）。

蓋度相對(duì)較高的互花米草群落在潮位在0～4 cm時(shí)，有潮汐影響的反射光譜高于無潮汐影響的，且反射光譜隨潮位升高而增加。當(dāng)潮位超過4 cm后，反射光譜均小于無潮汐時(shí)的反射光譜，呈現(xiàn)反射光譜隨潮位升高而下降的趨勢。在可見光和近紅外波段，互花米草群落的反射率與潮位均有一定相關(guān)性，為－0.37～－0.78，當(dāng)波長超過700 nm后，兩者間的相關(guān)系數(shù)值更大，即反射光譜與近紅外波段潮位之間相關(guān)性更高（圖10）?；セ撞葜脖坏姆瓷涔庾V及其與潮位相關(guān)性分析結(jié)果顯示，當(dāng)下墊面被較薄水體覆蓋發(fā)生鏡面反射時(shí)，植被反射光譜隨潮位升高而增大。而當(dāng)潮位超過一定值時(shí)，出露的植被較少，傳感器視野范圍內(nèi)主要為水體和濕土下墊面，植被反射光譜受到水體下墊面的影響較大，表現(xiàn)為下墊面的光譜特征，植被反射光譜隨潮位升高而下降。

在潮汐影響下，潮位變化極大地影響了鹽沼植被光譜反射率。當(dāng)土壤表面有較薄水體覆蓋時(shí)，植被光譜反射率在350～950 nm范圍內(nèi)隨潮位升高而增大；潮位繼續(xù)升高到將植株逐漸淹沒后，光譜反射率急劇下降。由于海三棱藨草和互花米草的植被蓋度、植株高度不同，光譜反射率下降的潮位也不同。在相同潮位下，植株高、蓋度高的植被露出水面的部分更多，傳感器獲得更多的植被光譜信息。海三棱藨草光譜反射率與潮位間的相關(guān)性高于互花米草，還受到兩者植株形態(tài)的影響。

圖8 崇明東灘不同水深和懸沙濃度水體的光譜反射率曲線Figure 8 Curve map of spectral reflectance of water with changing water level and suspended sediment concentration

圖9 鹽沼植被在不同潮位下的光譜反射率曲線及一階導(dǎo)數(shù)曲線Figure 9 Curve map of spectral reflectance and first derivative of saltmarsh with changing water level

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本研究利用ASD手持式地物光譜儀測量了長江口不同鹽沼植被的反射光譜，針對(duì)植被生長茂盛期，分析不同潮灘土壤、潮位、植被蓋度條件下的鹽沼植被光譜反射特征，主要得出以下結(jié)論：①不同類型鹽沼植被的光譜反射率差異較大，這種差異主要是植被本身和下墊面共同造成的。②鹽沼植被的反射光譜受蓋度的影響極大，在可見光波段兩者呈負(fù)相關(guān)，在近紅外波段兩者呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)接近0.99。鹽沼植被的反射率在可見光波段隨蓋度增大而降低，在近紅外波段則相反。③土壤下墊面對(duì)鹽沼植被反射光譜影響極大。植被蓋度越小，土壤下墊面影響越大。土壤下墊面對(duì)植被光譜反射率在可見光波段的影響較大，而在近紅外波段的影響則較小。④鹽沼植被反射光譜與潮位相關(guān)性顯著。當(dāng)潮位較低時(shí)，植被反射率高于無潮汐時(shí)的反射率，且呈隨潮位升高反射率增大的趨勢。當(dāng)潮位上漲到一定高度，植被反射率低于無潮汐時(shí)的反射率，且隨潮位的升高植被反射率呈下降的趨勢。

圖10 不同潮位與鹽沼植被光譜相關(guān)性分析Figure 10 Spectral correlation analysis of saltmarsh with changing water level

4.2 討論

本研究對(duì)不同潮位與植被反射光譜的相關(guān)性與劉光等［24］研究不同水深對(duì)水生植被冠層光譜特征影響得到的結(jié)論是一致的，可見光波段和近紅外波段水深對(duì)植被光譜反射率的影響有明顯差異。從植被和水體的光譜特征分析，水體的反射主要在藍(lán)綠波段，在近紅外波段吸收作用強(qiáng)；植被葉綠素對(duì)藍(lán)光和紅光吸收作用強(qiáng)，對(duì)綠光反射作用強(qiáng)，其葉細(xì)胞結(jié)構(gòu)對(duì)近紅外有高反射，所以在不同波段范圍，對(duì)水深的波譜響應(yīng)不同。同理，蓋度對(duì)植被光譜特征的影響包括了植被自身葉綠素含量等因素。同一植被蓋度高的葉綠素含量高，在可見光紅波段的吸收作用就更強(qiáng)，金仲輝［26］在研究綠色植物光譜特征時(shí)也得到這樣的結(jié)果。對(duì)土壤下墊面的分析結(jié)果，土壤在可見光和近紅外波段變化幅度不大，不同土壤背景對(duì)于鹽沼植被光譜反射率是有差異的。故在陸生植被的遙感指數(shù)研究中，HUETE［27］提出了土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)，來修正下墊面土壤的影響。

本研究在設(shè)計(jì)中沒有考慮土壤鹽度等對(duì)鹽沼植被光譜的影響，在潮位對(duì)鹽沼植被光譜影響中也沒有設(shè)計(jì)不同懸沙濃度與植被光譜反射之間的關(guān)系。因此今后的研究將充分考慮土壤和水體中的具體影響因子，結(jié)合室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)，對(duì)鹽沼植被光譜與其影響因子之間的相應(yīng)關(guān)系進(jìn)行定量研究，建立鹽沼植被反射光譜模型。