全 文 ：1848 － 1858
10 /2014
草 业 科 学
PＲATACULTUＲAL SCIENCE
31 卷 10 期
Vol． 31，No． 10
DOI:10． 11829 \ j． issn． 1001-0629． 2013-0225
退化伊犁绢蒿荒漠草地特征植物光谱特征
靳瑰丽1，何龙1，安沙舟1，范燕敏1，武鹏飞2
(1． 新疆农业大学草业与环境科学学院 新疆草地资源与生态重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830052;
2． 乌鲁木齐气象卫星地面站，新疆 乌鲁木齐 830011)
摘要:分别对退化伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地上 8 种特征植物长势较好时期的原始光谱、包络线
去除后光谱及一阶微分光谱曲线特征波段进行对比分析，发现在特定波段不同植物光谱反射率特征值与其他植
物有明显不同;760 － 930 nm植物光谱强反射带波段间 8 种特征植物的反射率值最大相差近 40%，反射率从大到
小依次为伊犁绢蒿 ＞萹蓄(Polygonum aviculare)＞骆驼蓬(Peganum harmala)＞画眉草(Eragrostis pilosa)＞地肤
(Kochia scoparia)＞弯果胡卢巴(Trigonella arcuata)＞角果藜(Ceratocarpus arenarius)＞叉毛蓬(Petrosimonia sibiri-
ca);1 400 nm附近水分吸收带光谱反射率值最大，相差近 27%，从大到小依次为伊犁绢蒿 ＞地肤 ＞角果藜 ＞画眉
草 ＞叉毛蓬 ＞萹蓄 ＞弯果胡卢巴 ＞骆驼蓬;从红边位置(P)、幅值(K)识别 8 种特征植物高光谱特征信息为:除萹
蓄 P为 708 nm外，其他 7 种特征植物 P值均集中在 718 nm处;伊犁绢蒿 K为 0． 925 4;叉毛蓬 K为 0． 188 5;萹蓄
K为 0． 685 4;骆驼蓬 K为 0． 799 8;地肤 K为 0． 183 9;弯果胡卢巴 K为 0． 538 7;画眉草 K为 0． 441 6;角果藜 K为
0． 132 7。包络线去除后的光谱红边及峰谷特征与原始光谱曲线相比显得更为清晰、明显。一阶微分对于精确提
取该类草地植物光谱特征的红边参数特征值有重要作用。
关键词:退化草地;伊犁绢蒿荒漠;特征植物;高光谱特征
中图分类号:S812． 8;Q945 文献标识码:A 文章编号:1001-0629(2014)10-1848-11*
Spectral features of eight desert range plants on degradation
Seriphidium transiliense desert grassland
JIN Gui-li1，HE Long1，AN Sha-zhou1，FAN Yan-min1，WU Peng-fei2
(1． College of Pratacultural and Environmental Sciences，Xinjiang Agricultural University;
Key Laboratory of Grassland Ｒesources and Ecology of Xinjiang，Urumqi 830052，China;
2． Urumqi Meteorological Satellite Ground Station，Urumqi 830011，China)
Abstract:The characteristics of original spectra，spectra without envelope and the first derivative spectra of 8 des-
ert range plants which growing well on the Seriphidium transiliense degradation desert were analysis and compared in
the present study． For spectral reflectance characteristics，there were significant differences among different plants
at a specific band with a maximum different value of 40% in reflectance between 760 nm and 930 nm． The reflec-
tivity decreased in the following order:Seriphidium transiliense ＞ Polygonum aviculare ＞ Peganum harmala ＞ Er-
agrostis pilosa ＞ Petrosimonia sibirica ＞ Trigonella arcuata ＞ Ceratocarpus arenarius ＞ Petrosimonia sibirica． The
maximum moisture absorption spectral reflectance values was 27% near 1400 nm and the value decreased in the fol-
lowing order:S． transiliense ＞ K． scoparia ＞ C． arenarius ＞ E． pilosa ＞ P． aviculare ＞ T． arcuata ＞ P． harmala．
The red edge position (P)of P． aviculare was 708 nm and the values of the other seven plants were same as 718
nm． The amplitude (K)of S． transiliense，P． aviculare，P． harmala，E． pilosa，K． scoparia，T． arcuata，C．
* 收稿日期:2014-05-05 接受日期:2014-09-04
基金项目:新疆维吾尔自治区教育厅重点项目(XJEDU2011I21);国家自然科学基金项目(31360571)
第一作者:靳瑰丽(1979-)，女，河南兰考人，副教授，博士，主要从事草地资源与生态的教学和研究工作。E-mail:jguili@ 126． com
通信作者:安沙舟(1956-)，男，陕西富平人，教授，博导，博士，主要从事草地资源与生态教学与研究。E-mail:xjasz@ 126． com
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arenarius and P． sibirica was 0． 925 4，0． 685 4 ，0． 799 8，0． 441 6，0． 183 9，0． 538 7，0． 132 7 and 0． 188 5，
respectively． Spectral red edge and peak and valley characteristics without envelope were more clear and obvious
compared with the original spectral curves which suggest that the first derivative played an important role in accu-
rately extracting the Ｒed edge parameters of spectrum characteristics of grassland plants．
Key words:degraded grassland;Seriphidium transiliense desert;characteristic plant;spectral characteristics
Corresponding author:AN Sha-zhou E-mail:xjasz@ 126． com
我国仅分布于新疆的伊犁绢蒿(Seriphidi-
um transiliense)荒漠草地属于中亚气候型荒漠，是
新疆主要的春秋放牧场［1］。但近年来，该类草地因
气候变化和超载过牧而严重退化。针对该类草地，
已有从退化程度［2］、种子和幼苗［3］、植物生理［1］、牧
草营养［4］、植物多样性［5］、群落演替特征［6］、种群生
态位［7］、载畜力［8］等角度的研究。从遥感应用角度
来看，已有很多以遥感目视解译结合地面调查对退
化草地的研究［9-10］。然而，在利用植被指数对退化
草地进行等级划分时，时间段较窄，仅限于 7 ― 8
月，而利用高光谱数据进行模式识别分析，不仅在不
同季节鉴别精度可超过 90%［10］，而且高光谱数据
还可反映植物的盖度、生物量，并提供荒漠化监测中
所需的特征植物指标［11］以及改善对特征植物的识
别与分类精度［12］，在退化草地的监测、评价及特征
植物的识别与分类中有其他遥感信息源不可比拟的
优势。而对草地单物种进行高光谱特征的分析可为
利用高光谱遥感数据进行大面积草地物种识别与动
态监测提供借鉴。本研究从光谱角度分别对该类退
化草地 8 种特征植物(包括减少种、增加种、侵入
种)长势较好时期的原始光谱、包络线去除后光谱
及一阶微分光谱曲线特征进行对比分析，以期为实
现该类退化草地高光谱遥感所需特征植物地面高光
谱特征的提取与分析提供参考依据。
1 材料与方法
1． 1 研究区域概况
研究区位于天山北坡中段昌吉市三工镇以南 2
km 处的山前倾斜冲积 － 洪积扇，地处87． 136 02°―
87． 142 16° E，43． 858 31°― 43． 870 11° N，海拔825 ～
897 m。具有中亚荒漠气候的特征，年降水量为180 ～
190 mm，年均温为 6． 5 ℃。土壤是灰漠土，成土母质
为黄土状物质，土层较厚。该研究区是伊犁绢蒿荒漠
草地的典型分布区，由于放牧过度而退化［13］。
1． 2 测定方法
基于 Dykterhuis 关于物种划分的草原生态学评
价方法［14］，从光谱角度分别对该类退化草地中减少
种、增加种、侵入种的原始、包络线去除及一阶微分
变换后光谱特征进行对比分析。2011 年 4、5 月下
旬，通过使用美国 SVC HＲ-768 便携式光谱仪(光谱
范围 350 － 2 500 nm)对伊犁绢蒿荒漠草地退化过程
中的减少种伊犁绢蒿，侵入种萹蓄(Polygonum avic-
ulare)和骆驼蓬(Peganum harmala)，增加种叉毛蓬
(Petrosimonia sibirica)、角果藜(Ceratocarpus arenari-
us)、画眉草(Eragrostis pilosa)、地肤(Kochia scopar-
ia)、弯果胡卢巴(Trigonella arcuata)共 8 种特征植
物冠层的地面高光谱反射率进行测定。选择在晴朗
无云的天气采集光谱，同时为减少不同太阳高度角
对反射率的影响，测定时间为北京时间 12:00 ―
14:00。在测定光谱反射率时，探头与地面始终保持
垂直，高度 1 m，在每个退化梯度选取各个典型特征
植物群落分布最集中部分进行 6 个重复的测定，以
确保所测光谱为单一植物，每个重复有 10 条光谱反
射率曲线。
1． 3 数据分析
利用白色参照板获取绝对反射率，计算出 8 种
特征植物相对反射特征值，并将每个重复测定的 10
条光谱反射率曲线作异常曲线去除后，取平均作为
特征植物的光谱反射率曲线;光谱反射率数据分别
以原始、包络线去除以及一阶微分变换后光谱曲线
3 种方法进行处理;利用包络线去除法对(350 －
1 800 nm)原始高光谱数据去噪处理，再将原始高光
谱反射率数据进行一阶微分的数学变换以后加以综
合对比分析;包络线去除的全过程在 ENVI 4． 5 中进
行，分析数据使用 Excel 2003，再利用 Sigma Plot 10．
0 软件制图。
2 结果与分析
2． 1 退化伊犁绢蒿荒漠草地减少种
伊犁绢蒿是蒿类荒漠草地植物组成中的典型代
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表种，它作为减少种其群落基本性状在该类草地退
化过程中有偏离顶级的迹象，退化严重时甚至会被
新的类型替代;以它为代表的半灌木类群在季节畜
牧业中有极为重要的作用。
伊犁绢蒿的光谱特征曲线有明显的“红边”效
应，红边位置在 678 － 760 nm(图 1A)。在可见光波
段(350 － 760 nm)，伊犁绢蒿的反射率较弱。在叶
绿素强吸收的 450 － 670 nm 波段内，502 － 580 nm
波段为伊犁绢蒿的一个明显叶绿素吸收峰。在近红
外波段(760 － 926 nm)，呈现出连续的强反射率
(58% ～61%) ;在 700 － 1 300 nm 植被强烈反射带
波段的 930 － 1 300 nm 波段，伊犁绢蒿的光谱特征
曲线都有两个明显的波峰和波谷，而且呈现出先升
高后下降的趋势，两峰中第 1 个波峰在 1 083 nm 处
反射率为 65． 71%，比 1 273 nm 处的第 2 峰高 3． 3
百分点。在 1 300 － 1 400 nm 波段附近为伊犁绢蒿
的水吸收带，在 1 448 nm 处反射率为 30． 52%。
经过包络线去除处理后伊犁绢蒿的红边位置显
示为 681 － 751 nm 波段，包络线去除后的光谱反射
曲线峰谷特点较为明显(图 1B)。在叶绿素强吸收
的 450 － 670 nm 波段内，伊犁绢蒿叶绿素吸收峰显
示在 536 nm 且峰值为 0． 666 8。
经过一阶微分变换后在 400 － 760 nm 波段间曲
线的差异明显变大，900 － 1 000 nm 波段附近波动剧
烈，723 nm 达到光谱一阶微分最大值即伊犁绢蒿的
红边所在位置为 718 nm，红边幅值为 0． 925 4(图
1C)。伊犁绢蒿原始光谱经过一阶微分变换后的叶
绿素吸收峰峰值出现在 524 nm，峰值为0． 191 6。
2． 2 退化伊犁绢蒿荒漠草地侵入种
一年生草本植物萹蓄与多年生草本植物骆驼蓬
是伊犁绢蒿荒漠草地的侵入种。随着该类草地长期
图 1 伊犁绢蒿高光谱特征
Fig． 1 Spectral features of Seriphidium transiliens
注:图中 A 为原始光谱曲线，B 为包络线去除后光谱曲线，C 为原始光谱经一阶微分变换后曲线。下同。
Note:A，the original spectrum graph，B，the spectral curve of the after the removal of the envelope，C，after the first derivative of the original spectrum
by the transformation curve ． The same below．
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处于退化状态，萹蓄、骆驼蓬逐渐成为该类草地常见
的植物。
2． 2． 1 萹蓄高光谱特征分析 萹蓄的光谱特征曲
线有明显的“红边”效应，红边位置在 680 － 760 nm
之间(图 2A)。在可见光波段(350 － 770 nm)，萹蓄
的反射率较弱。在叶绿素强吸收的 450 － 670 nm 波
段内，506 － 580 nm 波段有萹蓄的一个明显叶绿素
吸收峰。在近红外波段(760 － 960 nm)，呈现出强
反射;在 700 － 1 300 nm 植被强烈反射带波段的 960
－ 1 300 nm 波段，萹蓄的光谱特征曲线都有两个明
显的波峰和波谷，而且呈现出先升高后下降的趋势，
第 1 个波峰在 1 078． 68 nm 处达到 45． 97%的反射
率最大值。在 1 300 － 1 400 nm 波段附近为萹蓄的
水吸收带，在 1 445 nm 处反射率为 17． 53%。
经过包络线去除后的光谱反射曲线具有峰谷的
特点明显，经过包络线去除处理后萹蓄的红边位置
显示为更为清晰的 680 － 760 nm 波段(图 2B)。在
叶绿素强吸收的 450 － 670 nm 波段内，萹蓄叶绿素
吸收峰显示的更为清楚在 543 nm。
经过一阶微分变换后在 400 － 760 nm 波段间曲
线的差异明显变大，900 － 1 000 nm 波段附近波动剧
烈，708 nm 达到光谱一阶微分最大值即萹蓄的红边
所在位置为 708 nm，红边幅值为 0． 685 4(图 2C)。
萹蓄原始光谱经过一阶微分变换后的叶绿素吸收峰
峰值出现在 521 nm，峰值为 0． 142 0。
图 2 萹蓄高光谱特征
Fig． 2 Spectral features of Polygonum aviculare
2． 2． 2 骆驼蓬高光谱特征分析 骆驼蓬的光谱特
征曲线有明显的“红边”效应，红边位置在 680 － 760
nm(图 3A)。在可见光波段(350 － 760 nm)，骆驼蓬
的反射率较弱。在叶绿素强吸收的 450 － 670 nm 波
段内，512 － 588 nm 波段为骆驼蓬的 1 个明显叶绿
素吸收峰。在近红外波段(760 － 926 nm)呈现出连
续的强反射率;在 700 － 1 300 nm 植被强烈反射带
波段的 930 － 1 300 nm 波段，骆驼蓬的光谱特征曲
线都有两个明显的波峰和波谷，而且呈现出先升高
后下降的趋势，两峰中第 1 个波峰在 1 073 nm 处反
射率为 35． 56%，比 1 261 nm 处的第 2 峰高 10 个百
分点。在 1 300 － 1 400 nm 波段附近为骆驼蓬的水
吸收带，在 1 448 nm 处反射率为 3． 72%。
经过包络线去除后的光谱反射曲线峰谷特点较
为明显，经过包络线去除处理后骆驼蓬的红边位置
显示为 681 － 758 nm 波段(图 3B)。在叶绿素强吸
收的 450 － 670 nm 波段内，骆驼蓬叶绿素吸收峰显
示的更为清楚，在 549 nm 处峰值为 0． 303 7。
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经过一阶微分变换后在 400 － 760 nm 波段间曲
线的差异明显变大，900 － 1 000 nm 波段附近波动剧
烈，724 nm 达到光谱一阶微分最大值即骆驼蓬的红
边所在位置为 718 nm，红边幅值为 0． 799 8(图
3C)。骆驼蓬原始光谱经过一阶微分变换后的叶绿
素吸收峰峰值出现在 524 nm，峰值为 0． 111 9。
图 3 骆驼蓬高光谱特征
Fig． 3 Spectral features Peganum harmala
2． 3 退化伊犁绢蒿荒漠草地增加种
一年生长期营养期草本类群中禾草亚类的画眉
草，杂草亚类的地肤、叉毛蓬、角果藜，短生、类短生
中生植物弯果胡卢巴是退化伊犁绢蒿荒漠草地的增
加种。这两类植物类群对于荒漠草地而言都有重要
的饲用价值，对指示草地的退化也有重要作用。
2． 3． 1 叉毛蓬高光谱特征分析 叉毛蓬的光谱特
征曲线有明显的“红边”效应，红边位置在 690 － 750
nm(图 4A)。在可见光波段(350 － 760 nm)，叉毛蓬
的反射率较弱。在叶绿素强吸收的 450 － 670 nm 波
段内，叉毛蓬未见明显叶绿素吸收峰。在近红外波
段(760 － 1 276 nm)，保持了较高的反射强度;在
700 － 1 300 nm 植被强烈反射带波段的 960 － 1 300
nm 波段，叉毛蓬的光谱特征曲线出现了一个明显的
波谷，而且除一个波谷外呈现持续升高最后下降的
趋势。在 1 300 － 1 400 nm 波段附近为叉毛蓬的水
吸收带，在 1 430 nm 处反射率为18． 89%。
经过包络线去除后的光谱反射曲线峰谷特点明
显，经过包络线去除处理后叉毛蓬的红边位置显示
为更为清晰的 681 － 751 nm 波段(图 4B)。在叶绿
素强吸收的 450 － 670 nm 波段内，叉毛蓬叶绿素吸
收峰显示的更为清楚，在 546 nm 处峰值为 0． 884 9。
经过一阶微分变换后在 400 － 760 nm 波段间曲
线的差异明显变大，900 － 1 000 nm 波段附近波动剧
烈，718 nm 达到光谱一阶微分最大值即萹蓄的红边
所在位置为 718 nm，红边幅值为 0． 188 5(图 4C)。
叉毛蓬原始光谱经过一阶微分变换后的叶绿素吸收
峰峰值出现在 518 nm，峰值为 0． 057 7。
2． 3． 2 角果藜高光谱特征分析 角果藜的光谱特
征曲线有明显的“红边”效应，红边位置在 680 － 761
nm(图 5A)。在可见光波段(350 － 761 nm)，角果藜
的反射率较弱。在叶绿素强吸收的 450 － 670 nm 波
段内，537 － 580 nm、580 － 615 nm 波段有角果藜 4
个明显的叶绿素吸收峰。在近红外波段(761 －
1 300 nm)，呈现出强反射;在 700 － 1 300 nm 植被
强烈反射带波段的 960 － 1 300 nm 波段，角果藜的
光谱特征曲线有一个不太明显的波谷，而且呈现出
先下降后升高的趋势，在1 300 nm处达到29． 19%
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图 4 叉毛蓬高光谱特征
Fig． 4 Spectral features of Petrosimonia sibirica
的反射率值。在 1 300 － 1 400 nm 波段附近为角果
藜的水吸收带，在 1 445 nm 处反射率为 24． 43%。
角果藜的反射率最大值出现在 1 651 nm，为
29． 80%。
经过包络线去除后的光谱反射曲线峰谷特点较
不明显，经过包络线去除处理后角果藜的红边位置
显示为 684 － 751 nm 波段(图 5B)。在叶绿素强吸
收的 450 － 670 nm 波段内，角果藜叶绿素吸收峰显
示在 558 nm。
经过一阶微分变换后在 400 － 760 nm 波段间曲
线的差异明显变大，900 － 1 000 nm 波段附近波动剧
烈，718 nm 达到光谱一阶微分最大值即角果藜的红
边所在位置为 718 nm，红边幅值为 0． 132 7(图
5C)。角果藜原始光谱经过一阶微分变换后的叶绿
素吸收峰谷变化差异变大，4 个峰分别出现在 515、
549、586 和 626 nm，峰值分别为 0． 077 9、0． 129 1、
0． 125 6和 0． 122 0。
2． 3． 3 地肤高光谱特征分析 地肤的光谱特征曲
线有明显的“红边”效应，红边位置在 687 － 751 nm
(图 6A)。在可见光波段(350 － 760 nm)，地肤的反
射率较弱。在叶绿素强吸收的 450 － 670 nm 波段
内，地肤未见明显叶绿素吸收峰。在近红外波段
(751 － 1 350 nm)，保持了较高的反射强度;在700 －
1 300 nm 植被强烈反射带波段的 1 114 － 1 255 nm
波段，地肤的光谱特征曲线出现了一个明显的波谷，
而且除一个波谷外呈现持续升高最后下降的趋势。
在 1 350 － 1 400 nm 波段附近为地肤的水吸收带，在
1 430 nm 处反射率为 29． 11%。
经过包络线去除后的光谱反射曲线峰谷特点明
显，经过包络线去除处理后地肤的红边位置在687 －
751 nm 波段显示的更为清晰(图 6B)。在叶绿素强
吸收的 450 － 670 nm 波段内，地肤叶绿素吸收峰显
示的更为清楚，在 564 nm 处峰值为 0． 999 5。
经过一阶微分变换后在 400 － 760 nm 波段间曲
线的差异明显变大，900 － 1 000 nm 波段附近波动剧
烈，718 nm 达到光谱一阶微分最大值即地肤的红边
所在位置为 718 nm，红边幅值为 0． 183 9(图 6C)。
地肤原始光谱经过一阶微分变换后的叶绿素吸收峰
峰值出现在 515 nm 处，峰值为 0． 096 7。
2． 3． 4 弯果胡卢巴高光谱特征分析 弯果胡卢巴
的光谱特征曲线有明显的“红边”效应，红边位置在
680 － 760 nm(图 7A)。在可见光波段(350 － 770
nm)，弯果胡卢巴的反射率较弱。在叶绿素强吸收
的 450 － 670 nm 波段内，500 － 580 nm 波段有弯果
胡卢巴的 1 个明显叶绿素吸收峰。在近红外波段
(760 － 930 nm)，呈现出强反射;在700 － 1 300 nm
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图 5 角果藜高光谱特征
Fig． 5 Spectral features of Ceratocarpus arenariuse
图 6 地肤高光谱特征
Fig． 6 Spectral features of Kochia prostrate
植被强烈反射带波段的 930 － 1 300 nm 波段，弯果
胡卢巴的光谱特征曲线都有两个明显的波峰和波
谷，而且呈现出先升高后下降的趋势，第 1 个波峰在
1 073 nm 处达到 31． 5% 的反射率最大值。在
1 300 － 1 400 nm 波段附近为弯果胡卢巴的水吸收
带，在 1 448 nm 处反射率为 11． 24%。
经过包络线去除后的光谱反射曲线峰谷特点明
显，经过包络线去除处理后弯果胡卢巴的红边位置
显示为更为清晰的 678 － 748 nm 波段(图 7B)。在
叶绿素强吸收的 450 － 670 nm 波段内，弯果胡卢巴
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叶绿素吸收峰显示的更为清楚，在 540 nm 处峰值为
0． 584 0。
经过一阶微分变换后在 400 － 760 nm 波段间曲
线的差异明显变大，900 － 1 000 nm 波段附近波动剧
烈，718 nm 达到光谱一阶微分最大值即弯果胡卢巴
的红边所在位置为 718 nm，红边幅值为 0． 538 7(图
7C)。弯果胡卢巴原始光谱经过一阶微分变换后的
叶绿素吸收峰峰值出现在 524 nm，峰值为 0． 109 2。
图 7 弯果胡卢巴高光谱特征
Fig． 7 Spectral features of Trigonella arcuata
2． 3． 5 画眉草高光谱特征分析 画眉草的光谱特
征曲线有明显的“红边”效应，红边位置在 681 － 761
nm(图 8A)。在可见光波段(350 － 761 nm)，画眉草
的反射率较弱。在叶绿素强吸收的 450 － 681 nm 波
段内，画眉草有一个明显叶绿素吸收峰位于 558 nm
处达到 12． 85%的反射率。在近红外波段(761 － 1
350 nm)，保持了较高的反射强度;在700 － 1 350 nm
植被强烈反射带波段的 936 － 1 350 nm 波段，画眉
草的光谱特征曲线出现了两个明显的波峰 － 波谷，
而且呈现先升高最后下降的趋势。在1 350 － 1 400
nm 波段附近为画眉草的水吸收带，在 1 454 nm 处
反射率为 22． 61%。
经过包络线去除后的光谱反射曲线峰谷特点明
显，经过包络线去除处理后画眉草的红边位置显示
为更为清晰的 678 － 751 nm 波段(图 8B)。在叶绿
素强吸收的 450 － 670 nm 波段内，画眉草叶绿素吸
收峰显示的更为清楚在 546 nm，且峰值为 0． 747 5。
经过一阶微分变换后在 400 － 760 nm 波段间曲
线的差异明显变大，900 － 1 000 nm 波段附近波动剧
烈，718 nm 达到光谱一阶微分最大值即画眉草的红
边所在位置为 718 nm，红边幅值为 0． 441 6(图
8C)。画眉草原始光谱经过一阶微分变换后的叶绿
素吸收峰峰值出现在 515 nm 处，峰值为 0． 159 4。
2． 4 伊犁绢蒿荒漠草地特征植物高光谱曲线综合
分析
350 － 1 800 nm 波段间伊犁绢蒿荒漠草地 8 种
特征植物都呈现出绿色植物高光谱曲线所具备的明
显特征(图 9)。伊犁绢蒿、萹蓄、弯果胡卢巴、骆驼
蓬在 500 － 600 nm 波段间比其他植物表现出更明显
的叶绿素吸收峰，峰值从大到小依次为伊犁绢蒿 ＞
萹蓄 ＞弯果胡卢巴 ＞骆驼蓬。植被强烈反射带中的
760 － 930 nm 波段间 8 种特征植物的反射率值最大
达 60%，最小约为 20%，反射率从大到小依次为伊
犁绢蒿 ＞萹蓄 ＞骆驼蓬 ＞画眉草 ＞地肤 ＞弯果胡卢
巴 ＞角果藜 ＞叉毛蓬。1 400 nm 附近水分吸收带光
谱反射率值最大 30． 52%最小 3． 72%，从大到小依
次为伊犁绢蒿 ＞地肤 ＞角果藜 ＞画眉草 ＞叉毛蓬 ＞
萹蓄 ＞弯果胡卢巴 ＞骆驼蓬。
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图 8 画眉草高光谱特征
Fig． 8 Spectral features of Eragrostis pilosa
图 9 8 种特征植物原始高光谱曲线综合分析图
Fig． 9 Original spectral features of 8 characteristic species
3 讨论与结论
绿色植物光谱曲线一般都会呈现明显的“峰和
谷”特征［15-16］，而其反射光谱特征规律性都比较明
显、独特，本研究结果与之一致。绿色植物光谱曲线
在(400 － 760 nm)的可见光波段有一个小的反射
峰，两侧有两个吸收带，即在 450 nm(蓝)与 670 nm
(红)波段为低谷，原因是叶绿素对蓝光和红光吸收
作用强，而对绿光的反射作用强［17］，这与本研究中
特征植物所具有的叶绿素反射峰的特征相吻合。植
被光谱反射率曲线在 680 － 760 nm 波段间，近红外
波段有一反射的“陡坡”称为红边［18］，再至 1 100 nm
附近有一峰值，形成植被的独有特征，本研究中特征
植物所具备的红边位置所在范围与其基本一致。植
被的“红边”效应可以用于估测植被生物参数［19-23］
和反映植被生长状况［24-25］。由于叶子内部液态水
分的强烈吸收作用，在 1 400 nm 附近有明显的低
谷，在 1 600 nm 处有反射峰。
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本研究分析结果所选对应光谱数据的时间是在
特征植物长势较好时期，并不能绝对代表特征植物
各个生长期的光谱特征。对 8 种特征植物原始光谱
的采集是在自然条件下进行的，由于自然因素的影
响，光谱数据不可避免的会有一些噪声，所以需要对
原始光谱数据进行去噪处理。光谱数据噪音消除的
方法有很多，包括有中值、移动平均法、静态平均、傅
立叶级数近似、Savitzky Golay、低通滤波、小波去噪、
Gaussian 滤波、去包络线等［26］。本研究去除包络线
后的光谱曲线能有效地抑制噪音，更加突出特征植
物光谱的特征信息。定量描述植被光谱红边特征的
红边参数包括，1)红边幅值:红光范围(680 － 760
nm)内一阶导数光谱的最大值;2)红边位置:红光范
围(680 － 760 nm)内反射光谱一阶导数(即一阶导
数光谱)最大值所对应的波长。本研究还用光谱归
一化微分分析技术，对反射光谱进行一阶微分［27］。
从一阶微分光谱数值中精确提取了 8 种特征植物的
光谱曲线中的红边幅值以及红边位置［28］等有效信
息。有研究表明［29］，结合地面光谱测定和对退化草
地物种特征微弱光谱差异的定量分析，可为草地退
化监测及其治理提供群落演替过程及其态势的重要
指标，为草地退化监测提供新的遥感技术方法。
通过分析包络线去除后的光谱曲线，发现包络
线去除后的光谱红边特征与原始光谱曲线相比显得
更为清晰，原始光谱曲线中一些不明显的峰谷特征
变得明显化。对于经过一阶微分变换后的光谱曲线
进行分析，发现一阶微分对于精确提取该类草地植
物光谱特征的红边参数特征值有着重要作用。这两
种对原始光谱曲线的处理，都为该类退化草地上 8
种特征植物光谱曲线特征的微弱光谱差异定量分析
奠定了基础。
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(责任编辑 王芳
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