[发明专利]不同生活型水生植物的遥感监测方法

说明书

本发明涉及不同生活型水生植物的遥感监测方法，包括：基于野外实测数据，利用高空间分辨率的卫星数据进行水生植物遥感监测，以通过精度验证的遥感监测结果作为建模真值数据，放入建模真值数据集；选用Landsat系列数据全波段遥感反射率数据及MODIS Aqua b1‑b7波段的遥感反射率数据作为建模输入参数，建模真值数据集作为输出，训练卷积神经网络模型；获取待测水体的Landsat和MODIS数据，输入所述卷积神经网络模型，获得待测时间的不同生活型水生植物的分布。基于该方法，可准确获取2000年以来不同生活型水生植物的年际、月际变化规律及其空间分布。

技术领域

本发明涉及遥感技术领域，尤其涉及不同生活型水生植物的遥感监测方法。

背景技术

大型水生植物是生态学范畴上的类群，除小型藻类以外所有的水生植物类群，植物的一部分或全部永久地或一年中数月沉没于水中或漂浮于水面上的高等植物类群，包括种子植物、蕨类植物、苔藓植物中的水生类群和藻类植物中以假根着生的大型藻类，是不同分类群植物长期适应水环境而形成的趋同适应的表现型(胡金良,2012)。本研究涉及的水生植物概念仅指大型水生植物，不包括小型藻类。

水生植物和浮游植物是湖泊生态系统中重要的初级生产者，为鱼类、水鸟等生物提供水源、栖息地和食物(Hugheset al.,2009,彭映辉等,2004)。水生植物在水生生态系统中具有重要的作用。例如在水质方面，水生植物不仅可以有效富集污染元素，减少河流中的污染物负荷(Shinkarevaet al.,2019)，还可以降低浊度，改善水的透明度(Hestiret al.,2015)，同时对其自身生长产生促进作用(Scheffer,1999)；在生态学方面，水生植物具有存储碳的功能，使它能够调节气候变化，是重要的生态系统指标(McLeodet al.,2011)；在物种方面，水生植物可以抑制浮游植物生长，是浮游动物和鱼类的重要栖息地，具有保护生物多样性的作用(Ozimeket al.,1990,Takamuraet al.,2003)。但是，水生植物的过度生长会产生许多负面作用。例如过度稠密的水生植物会导致生物多样性、生态系统服务和经济损失(Jiaet al.,2016)，且当植物密度高于某个阈值，浮游鱼类可能会远离植物(Jeppesenetal.,1998)。通常采取一些控制措施使水生植物达到动态平衡，以维护水生生态系统的长期稳定(高海龙等,2019)。因此，水生植物的面积、空间分布、结构、组成都会对水生生态系统产生不同程度的影响，准确掌握水生生态系统中水生植物的空间分布，对于我们确保水生生态系统的稳定，科学认识内陆水体碳源汇的特征及其增汇的潜力具有重要的意义。

根据生境的不同，水生植物可分为挺水植物（emergent macrophytes）、浮叶植物（free-floating）和沉水植物（submerged macrophytes）(Kalff,2011)。挺水植物是指扎根于水底淤泥，叶挺生长于水面以上的种类；浮叶植物是指植物体悬浮于水上或叶片漂浮于水面的种类；沉水植物是指扎根于水底淤泥中或沉于水中的种类(郑翀和王洪艳,2009)。不同生活型水生植物之间存在许多差异，从分布上看，挺水植物分布于岸边至水深1-2m的水域，而沉水植物能够分布到更深的水域，只要光照达到入射光照（PAR）的2%-10%，沉水植物就可以生长(Kalff,2011)；从环境作用上看，挺水植物的复氧性能最好(段志勇等,2002)，浮叶植物对水中氮素的去除能力以及对蓝藻的抑制作用均强于沉水植物，而沉水植物的净水能力及向水体释放的气体量大于浮叶植物(邓鸿杨,2018,童昌华等,2004,汪丽等,2009,张芳等,2015)；从固碳能力上看，沉水植物光合效率低下，其叶子中C和N含量均低于挺水植物和浮叶植物，但由于水体中无机碳的δ¹³ C要高于空气，其叶子中δ¹³ C反而要高于挺水植物和浮叶植物(黄亮等,2003)。