基于多源遥感的天然草地营养探测机理及模型研究

The nutritional balance between native grassland and livestock is to keeping the grassland nutrients output and livestock nutrition demand balanced in order to maintain the grassland ecosystem virtuous circle in the free farming on natural grassland. Making scientific planning and carrying out nutritional balance effectively is significance to make full use of limited grassland resources, to effectively prevent grassland degradation and to improve the grassland utilization degree. The grassland nutrients output information is the key issue to make scientific policy of nutritional balance. How to obtain the grassland nutrients output information quickly and to predict the quality of future pasture are the challenge to fulfill nutritional balance. At present, there is lack of natural grassland nutrient dynamic detection based on remote sensing. Taking into account the demands of nutritional balance of native grassland and livestock for grassland nutrients, this proposal will study on the estimation mechanism for grassland nutrient with remote sensing method and establish a detecting model for grassland nutrient. To serve on the requirement for high-temporal and high-spatial data, the research will study on multi-source data fusion and assimilation application to obtain dynamic nutrient inputs for detecting models. To serve on the requirement for different nutrient index detection accuracy based on remote sensing, this project will study on mutlti-source remote sensing and NIR/hyperspectral data to acquire dynamic nutrients retrieve index inputs for models. Based on ground-measured and chemical analysis, we will optimize the model parameters and finally establish a high-performance detecting model for grassland nutrients based on remote sensing data.

天然草地草畜营养平衡，是在以自然放牧为主的天然草地，为保持草地生态系统良性循环，使草地营养输出量与家畜营养需求量保持动态平衡。制定科学规划，有效地开展草畜营养平衡，对充分利用有限的草地资源，有效防止草地退化，提高草地利用有着十分重要的意义。草地营养物质输出量信息是科学制定草畜营养平衡的关键，如何快速获取草地营养动态输出量，准确预测未来草场的质量，是制定草畜营养平衡的难题，目前，基于遥感的方法缺乏对天然草地营养动态的探测。本项目旨在从草畜营养平衡对草地营养输出量数据的需求出发，开展天然草地营养遥感探测方法研究，建立草地营养动态探测模型。服务于模型对高时相高精度空间动态数据的需求，将开展多源数据融合及同化应用模型研究，服务于模型对不同营养成分探测精度的需求，将开展草地营养成分多源遥感与近红外/高光谱探测模型的综合研究，最终建立多源遥感反演的草地营养成分动态探测模型。

草地营养物质输出量信息是科学制定草畜营养平衡的关键，如何快速获取草地营养动态输出量，准确预测未来草场的质量，是制定草畜营养平衡的难题。项目基于多源遥感数据、草地实测生化指标数据以及家畜放牧等数据，针对草畜营养平衡研究对草地营养动态探测的需求，开展了草地生物量及草地粗蛋白遥感动态估算及预测方法研究，建立了草地生物量及草地粗蛋白指标遥感动态预测模型，并结合家畜放牧动态信息，进行数据验证分析。. 主要研究内容包括：1）开展了草地营养参数光谱特征研究。通过光谱分析技术，通过野外草地调查、生化参数测定分析及地面高光谱测定分析，研究了典型植被冠层的原始光谱、植被指数和草地营养参数的相关性，提取敏感的特征波段和植被指数，通过分析线性与非线性回归方法，建立了草地营养参数高光谱估算模型。2）开展了草地营养动态估算的遥感定量模型研究。通过遥感定量分析建模方法对比和筛选，构建了海晏县草地营养指标遥感定量反演模型，生成了海晏县草地全年（12月）草地干物质及粗蛋白时序数据集。3）开展了天然草地营养载畜量预测。基于生成的时间序列草地营养参数数据集，结合放牧家畜放牧制度，建立了基于放牧制度的天然草地载畜量动态预测模型，实现对海晏县草地载畜量的动态预测。4）开展了草畜营养平衡分析及预警研究。利用多源卫星时间序列数据，以及家畜放牧及营养需求动态，重点研究了各放牧小区营养平衡关系，结合营养平衡补饲，深入分析了放牧小区营养平衡预警动态。. 本项目的研究能为基于遥感技术的草畜营养平衡提供高时间频率的方法和数据，也为放牧管理实践中提供科学决策依据。