一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方法
【專利摘要】一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方法，步驟如下：(1)圍欄水域，將調(diào)查水域的水體圍成若干單元水域，并進(jìn)行順序標(biāo)記序號(hào)，利用地物光譜儀對(duì)所述的若干單元水域的沉水植物測(cè)定地物反射率，同時(shí)采用傳統(tǒng)沉水植物生物量調(diào)查方法得到沉水植物的生物量；(2)在所需調(diào)查水域的若干單元水域測(cè)得不同生物量的沉水植物地物反射率后，獲得不同生物量沉水植物的光譜特征圖譜，根據(jù)步驟(1)的標(biāo)記序號(hào)進(jìn)行記錄建立光譜特征圖譜庫(kù)；(3)該水域今后沉水植物的生物量通過測(cè)定沉水植物地物反射率，然后比對(duì)光譜特征圖譜庫(kù)并查找不同生物量沉水植物的光譜特征圖譜獲得。
【專利說明】一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方法，特別是一 種適用于調(diào)查清澈水體中沉水植物生物量的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在可見光與近紅外波段（0. 3-2. 5 μ m)，地表物體自身的熱輻射幾乎等于零。地物 發(fā)出的波譜主要以反射太陽輻射為主。地物反射波譜曲線除隨不同地物不同外，同種地物 在不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部條件下形態(tài)表現(xiàn)也不同。一般說，地物反射率隨波長(zhǎng)變化有規(guī)律可 循，從而為遙感影像的判讀提供依據(jù)。
[0003] 沉水植物是指在大部分生活周期中植株沉水生活、根生于底質(zhì)中的水生植物。沉 水植物作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分和主要的初級(jí)生產(chǎn)者之一，其對(duì)湖泊生態(tài)系 統(tǒng)的物質(zhì)和能量的循環(huán)起著重要作用，對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)系統(tǒng)具有重要的調(diào)節(jié)作用，特別是沉水 植物占據(jù)了湖泊中的水和沉積物的主要界面，對(duì)湖泊生產(chǎn)力及湖泊生態(tài)系統(tǒng)具有非常重要 的影響。
[0004] 由于水生境的特殊性，一些常用于陸生植物生物量調(diào)查的方法，如直接收割法、挖 掘法等不適用于沉水植物，而要用一些特殊的方法，遠(yuǎn)距離采集器如挖泥器、帶網(wǎng)鐵鋏和長(zhǎng) 柄鐮刀或采用潛水挖取法。潛水挖取法精確度較高，但耗費(fèi)大；遠(yuǎn)距離采集法耗費(fèi)較小，但 破壞性大。綜上，對(duì)沉水植物生物量測(cè)定方法缺少一種耗費(fèi)小且破壞性小的調(diào)查方法。
[0005] 傳統(tǒng)采樣都是用鐵夾抓草，然后出水上來后稱重，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，本發(fā)明對(duì)某一個(gè) 地方先用傳統(tǒng)方法采幾次樣，同時(shí)也得到采樣地的地物光譜建立兩者的關(guān)系，后期采樣的 話只測(cè)光譜，就可以相應(yīng)得到相應(yīng)沉水植物的量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是，提供一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方 法，特別是一種適用于調(diào)查清澈水體中沉水植物生物量的方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] (1)利用美國(guó)ASD公司生產(chǎn)的FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光譜儀對(duì)所需調(diào) 查水域沉水植物測(cè)定地物反射率并采用傳統(tǒng)沉水植物生物量調(diào)查方法得到沉水植物的生 物量。
[0009] (2)在所需調(diào)查水域測(cè)得不同生物量的沉水植物地物反射率后，可以獲得不同生 物量沉水植物的光譜特征圖譜。
[0010] (3)該水域今后沉水植物的生物量通過測(cè)定沉水植物地物反射率，然后查找不同 生物量沉水植物的光譜特征圖譜獲得。
[0011] 上述美國(guó)ASD公司生產(chǎn)的FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光譜儀的使用方法 為：在天空晴朗、太陽幾乎直射（上午10:30-下午14:30)的情況下，對(duì)采樣點(diǎn)沉水植物的 反射光譜進(jìn)行采集。反射光譜測(cè)定時(shí)，先打開光譜儀電源，預(yù)熱15到30分鐘（儀器開始工 作的第一個(gè)小時(shí)要每隔5-10分鐘點(diǎn)擊DC圖標(biāo)或重復(fù)優(yōu)化），然后連接電腦USB，再打開電 腦筆記本，運(yùn)行軟件，開始反射光譜的測(cè)定。儀器向下正對(duì)被測(cè)物體，至少保持與水平面的 法線夾角在±10°之間，并將探頭置于水面lm上，由于儀器自身視場(chǎng)角（FOV)為25°，實(shí) 際光譜采集樣方大小為直徑〇.44m的圓形區(qū)域。每個(gè)樣方測(cè)定20個(gè)光譜數(shù)據(jù)作平均。每 次進(jìn)行光譜測(cè)定前，根據(jù)天氣條件進(jìn)行優(yōu)化，至多每20min進(jìn)行一次優(yōu)化。
[0012] 一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方法，步驟如下：
[0013] (1)圍欄水域，將調(diào)查水域的水體圍成若干單元水域，并進(jìn)行順序標(biāo)記序號(hào)，利用 地物光譜儀對(duì)所述的若干單元水域的沉水植物測(cè)定地物反射率，同時(shí)采用傳統(tǒng)沉水植物生 物量調(diào)查方法得到沉水植物的生物量；
[0014] (2)在所需調(diào)查水域的若干單元水域測(cè)得不同生物量的沉水植物地物反射率后， 獲得不同生物量沉水植物的光譜特征圖譜，根據(jù)步驟（1)的標(biāo)記序號(hào)進(jìn)行記錄建立光譜特 征圖譜庫(kù)；
[0015] (3)該水域今后沉水植物的生物量通過測(cè)定沉水植物地物反射率，然后比對(duì)光譜 特征圖譜庫(kù)并查找不同生物量沉水植物的光譜特征圖譜獲得。
[0016] 優(yōu)選地，所述光譜儀的使用方法為：在天空晴朗、上午10:30-下午14:30太陽幾乎 直射的情況下，對(duì)采樣點(diǎn)沉水植物的反射光譜進(jìn)行采集；反射光譜測(cè)定時(shí)，先打開光譜儀電 源，預(yù)熱15到30分鐘（儀器開始工作的第一個(gè)小時(shí)要每隔5-10分鐘點(diǎn)擊DC圖標(biāo)或重復(fù)優(yōu) 化），然后連接電腦USB，再打開電腦筆記本，運(yùn)行軟件，開始反射光譜的測(cè)定；儀器向下正 對(duì)被測(cè)物體，至少保持與水平面的法線夾角在±10°之間，并將探頭置于水面lm上，由于 儀器自身視場(chǎng)角（F0V)為25°，實(shí)際光譜采集樣方大小為直徑0.44m的圓形區(qū)域；每個(gè)樣 方測(cè)定20個(gè)光譜數(shù)據(jù)作平均；每次進(jìn)行光譜測(cè)定前，根據(jù)天氣條件進(jìn)行優(yōu)化，至多每20min 進(jìn)行一次優(yōu)化。
[0017] 優(yōu)選地，所述地物光譜儀為美國(guó)ASD公司生產(chǎn)的 FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光譜儀。
[0018] 優(yōu)選地，沉水植物的主要品種為金魚藻、苦草、黑藻、狐尾藻、菖蒲、鴨舌草、海菜 花、貍藻。
[0019] 優(yōu)選地，所述的若干單元水域的沉水植物的各項(xiàng)生物量超出正常值時(shí)，對(duì)沉水植 物進(jìn)行人工打撈或者放置草魚、魴魚、鯪魚、鲴魚、香魚、赤眼鱒。
[0020] 優(yōu)選地，所述的若干單元水域的沉水植物的各項(xiàng)生物量超出正常值時(shí)，對(duì)超出正 常值的單元水域投放少量的活性游泥或者納米碳粉或者淡水硝化細(xì)菌或者反硝化細(xì)菌或 者改性粘土以凈化水質(zhì)。
[0021] 優(yōu)選地，所述的若干單元水域的沉水植物的各項(xiàng)生物量超出正常值時(shí)，對(duì)超出正 常值的單元水域投放蛘，提高透明度，以降低濁度，然后對(duì)所述水域的蛘進(jìn)行定期打撈。
[0022] 優(yōu)選地，所述改性粘土的改性步驟為：1)將凹凸棒粘土提純處理后，用水制得顆 粒直徑小于2微米、固含量小于15 %的粘土漿液；2)以每克粘土與0. 2?21毫摩爾表面活 性劑的投料比，將表面活性劑加入所述的粘土漿液中，在攪拌下于20?KKTC反應(yīng)完全，過 濾，除濾液得到表面活性劑改性的粘土，所述的表面活性劑為微孔沸石分子篩、中孔分子篩 合成中的模板劑之一或其混合物；3)在表面活性劑改性粘土中依次加入有機(jī)溶劑、有機(jī)硅 化合物、殼聚糖，攪拌反應(yīng)完全，過濾，將濾渣洗滌，干燥，在600°C焙燒3-5小時(shí)，所述的有 機(jī)溶劑與有機(jī)硅及殼聚糖相溶，所述的表面活性劑改性粘土、有機(jī)溶劑、有機(jī)硅化合物、殼 聚糖的重量比為1 : 50?150 : 5?8 : 1?5 ;4)自然晾干后即得所述改性粘土。
[0023] 本發(fā)明的技術(shù)效果：對(duì)于清澈水體沉水植物生物量的調(diào)查提供了一種耗費(fèi)低且破 壞性小的方法，能夠大大提高沉水植物生物量調(diào)查的效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來詳細(xì)說明本發(fā)明：
[0025] 圖1為美國(guó)ASD公司生產(chǎn)的FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光譜儀后視圖
[0026] 圖2為穗花狐尾藻不同生物量的光譜特征圖譜
[0027] 圖3為水體中不同沉水植物生物量與反射光譜綠光波段（500_560nm)之間的回歸 分析圖
[0028] 圖4為水體中不同沉水植物生物量與反射光譜紅光波段（620_760nm)之間的回歸 分析圖
[0029] 圖5為水體中不同沉水植物生物量與反射光譜近紅外波段（760_900nm)之間的回 歸分析圖

【具體實(shí)施方式】
[0030] 為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合

【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述發(fā)明。
[0031] 以調(diào)查無錫貢湖灣某濕地沉水植物生物量為例，該濕地透明度為100cm，濁度為 2. 6NTU，屬于清澈水體且沉水植物主要群落為穗花狐尾藻，可以利用本發(fā)明所述方法對(duì)該 濕地沉水植物穗花狐尾藻生物量進(jìn)行調(diào)查。
[0032] (1)利用美國(guó)ASD公司生產(chǎn)的FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光譜儀對(duì)無錫貢 湖灣某濕地沉水植物穗花狐尾藻測(cè)定地物反射率并采用傳統(tǒng)沉水植物生物量調(diào)查方法得 到沉水植物穗花狐尾藻的生物量。所述光譜儀如圖1和圖2,其具體參數(shù)見下表：
[0033] 表1 FieldSpecHandHeld地物光譜儀相關(guān)參數(shù)
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方法，其特征在于步驟如下： (1) 圍欄水域，將調(diào)查水域的水體圍成若干單元水域，并進(jìn)行順序標(biāo)記序號(hào)，利用地物 光譜儀對(duì)所述的若干單元水域的沉水植物測(cè)定地物反射率，同時(shí)采用傳統(tǒng)沉水植物生物量 調(diào)查方法得到沉水植物的生物量； (2) 在所需調(diào)查水域的若干單元水域測(cè)得不同生物量的沉水植物地物反射率后，獲得 不同生物量沉水植物的光譜特征圖譜，根據(jù)步驟（1)的標(biāo)記序號(hào)進(jìn)行記錄建立光譜特征圖 譜庫(kù)； (3) 該水域今后沉水植物的生物量通過測(cè)定沉水植物地物反射率，然后比對(duì)光譜特征 圖譜庫(kù)并查找不同生物量沉水植物的光譜特征圖譜獲得。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方法， 其特征在于所述光譜儀的使用方法為：在天空晴朗、上午10 :30-下午14 :30太陽幾乎直射 的情況下，對(duì)采樣點(diǎn)沉水植物的反射光譜進(jìn)行采集；反射光譜測(cè)定時(shí)，先打開光譜儀電源， 預(yù)熱15到30分鐘（儀器開始工作的第一個(gè)小時(shí)要每隔5-10分鐘點(diǎn)擊DC圖標(biāo)或重復(fù)優(yōu) 化），然后連接電腦USB，再打開電腦筆記本，運(yùn)行軟件，開始反射光譜的測(cè)定；儀器向下正 對(duì)被測(cè)物體，至少保持與水平面的法線夾角在± 10°之間，并將探頭置于水面lm上，由于 儀器自身視場(chǎng)角（FOV)為25°，實(shí)際光譜采集樣方大小為直徑0.44m的圓形區(qū)域。每個(gè)樣 方測(cè)定20個(gè)光譜數(shù)據(jù)作平均；每次進(jìn)行光譜測(cè)定前，根據(jù)天氣條件進(jìn)行優(yōu)化，至多每20min 進(jìn)行一次優(yōu)化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方法， 其特征在于所述地物光譜儀為美國(guó)ASD公司生產(chǎn)的FieldSpecHandHeld(300-1000nm)光譜 儀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方法， 其特征在于：沉水植物的主要品種為金魚藻、苦草、黑藻、狐尾藻、菖蒲、鴨舌草、海菜花、貍 藻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方法， 其特征在于：所述的若干單元水域的沉水植物的各項(xiàng)生物量超出正常值時(shí)，對(duì)沉水植物進(jìn) 行人工打撈或者放置草魚、魴魚、鯪魚、鲴魚、香魚、赤眼鱒。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方法， 其特征在于：所述的若干單元水域的沉水植物的各項(xiàng)生物量超出正常值時(shí)，對(duì)超出正常值 的單元水域投放少量的活性游泥或者納米碳粉或者淡水硝化細(xì)菌或者反硝化細(xì)菌或者改 性粘土以凈化水質(zhì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方法， 其特征在于：所述的若干單元水域的沉水植物的各項(xiàng)生物量超出正常值時(shí)，對(duì)超出正常值 的單元水域投放蛘，提高透明度，以降低濁度，然后對(duì)所述水域的蛘進(jìn)行定期打撈。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的一種利用地物反射波譜曲線來調(diào)查沉水植物生物量的方 法，其特征在于所述改性粘土的改性步驟為：1)將凹凸棒粘土提純處理后，用水制得顆粒 直徑小于2微米、固含量小于15 %的粘土漿液；2)以每克粘土與0. 2?21毫摩爾表面活 性劑的投料比，將表面活性劑加入所述的粘土漿液中，在攪拌下于20?KKTC反應(yīng)完全，過 濾，除濾液得到表面活性劑改性的粘土，所述的表面活性劑為微孔沸石分子篩、中孔分子篩 合成中的模板劑之一或其混合物；3)在表面活性劑改性粘土中依次加入有機(jī)溶劑、有機(jī)硅 化合物、殼聚糖，攪拌反應(yīng)完全，過濾，將濾渣洗滌，干燥，在600°C焙燒3-5小時(shí)，所述的有 機(jī)溶劑與有機(jī)硅及殼聚糖相溶，所述的表面活性劑改性粘土、有機(jī)溶劑、有機(jī)硅化合物、殼 聚糖的重量比為1 : 50?150 : 5?8 : 1?5 ;4)自然晾干后即得所述改性粘土。
【文檔編號(hào)】G01N21/25GK104266978SQ201410545845
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】錢新, 高海龍, 楊陽, 劉喆, 吳紅飛 申請(qǐng)人:南京大學(xué)