摘要：天然草地牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的優(yōu)劣不僅影響家畜的生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)也影響畜產(chǎn)品的品質(zhì)，對(duì)草牧業(yè)的發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。高光譜遙感技術(shù)的飛速發(fā)展使深入研究天然草地牧草品質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化成為可能。本研究綜述了目前可利用的高光譜遙感數(shù)據(jù)以及天然草地牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)遙感反演的主要成果、常用方法和最新研究動(dòng)態(tài)，分析了我國(guó)在天然草地牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方面尚存在數(shù)據(jù)獲取困難、相關(guān)研究缺乏、軟硬件性能不足等問(wèn)題;在多種觀測(cè)平臺(tái)及相關(guān)技術(shù)不斷革新背景下，探索星載、機(jī)載和地面高光譜數(shù)據(jù)的有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)化高光譜遙感儀器性能，提高關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)成分的反演精度是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：天然草地;牧草營(yíng)養(yǎng);品質(zhì);高光譜遙感;進(jìn)展

　　我國(guó)天然草地資源分布廣泛，牧草種類豐富多樣[1]。牧草質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)涵蓋其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和飼用價(jià)值等方面。牧草中理化參量(如氮素、葉綠素等)是草地植被生長(zhǎng)狀況觀測(cè)、牧草飼用價(jià)值評(píng)價(jià)、草畜營(yíng)養(yǎng)平衡分析、全球氣候變化監(jiān)測(cè)和碳循環(huán)研究的關(guān)鍵指標(biāo)[2-4]。牧草常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分包括粗灰分、粗纖維、粗脂肪、粗蛋白、水分和無(wú)氮浸出物，其他常用的營(yíng)養(yǎng)成分有干物質(zhì)、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和礦物質(zhì)(氮、磷、鉀、鈣等)。蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)含量越高，粗纖維素含量越低，說(shuō)明牧草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值就越高，反之，牧草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值就越低[5-6]。

　　牧草品質(zhì)評(píng)價(jià)需要考慮其適口性、消化率、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等因素[2]。傳統(tǒng)的牧草品質(zhì)研究主要依賴于地面采樣的理化分析及相關(guān)數(shù)據(jù)的空間插值技術(shù)，通常存在耗時(shí)耗力、成本巨大、空間代表性較差等弊端，難以準(zhǔn)確反映大尺度上的牧草品質(zhì)時(shí)空動(dòng)態(tài)變化和分布情況。多光譜遙感由于受其有限的光譜通道及不連續(xù)的寬波段的制約，在天然草地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中，通常局限于草地生物量、蓋度及生長(zhǎng)狀況等方面的宏觀研究。高光譜遙感，歷經(jīng)30多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一項(xiàng)頗具特色的前沿技術(shù)，逐步使得人們可以通過(guò)遙感技術(shù)更為全面和細(xì)致的認(rèn)知事物。

　　目前，高光譜遙感已應(yīng)用到地球科學(xué)和生命科學(xué)的方方面面，在地質(zhì)找礦、環(huán)境監(jiān)測(cè)、森林和農(nóng)業(yè)調(diào)查(如森林火災(zāi)、作物品質(zhì)監(jiān)測(cè))、陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查(如生物入侵、植被生態(tài)、作物分類等)、化學(xué)與生物毒氣探測(cè)和海洋生物等領(lǐng)域發(fā)揮著愈加重要的作用[3-4，7-16]。特別是其在植被生化參數(shù)的探測(cè)和反演方面所取得的一些探索性的研究成果[17-20]，進(jìn)一步促進(jìn)了天然草地牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)的深入研究。我國(guó)天然草地畜牧業(yè)發(fā)展相當(dāng)迅速，牧草和飼料作物作為重要的生產(chǎn)資料，其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的高低直接影響畜產(chǎn)品的質(zhì)量和家畜的生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)草牧業(yè)的發(fā)展也有非常重要的貢獻(xiàn)[21]。為此，本研究綜述了目前國(guó)內(nèi)外可利用的高光譜遙感資料，并結(jié)合其在草地監(jiān)測(cè)方面的一些應(yīng)用，總結(jié)了牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)高光譜遙感監(jiān)測(cè)的常用方法，國(guó)內(nèi)外最新研究動(dòng)態(tài)，以及尚存的問(wèn)題和未來(lái)可能的發(fā)展趨勢(shì)，以期為天然草地牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和飼用價(jià)值評(píng)價(jià)、草畜營(yíng)養(yǎng)平衡等研究提供科學(xué)參考。

　　1可利用的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)

　　1983年，世界上第一臺(tái)成像光譜儀AIS-1(aeroimagingspectrometer-1)在美國(guó)研發(fā)成功，并成功地應(yīng)用于植被理化特征分析及礦物填圖等方面的研究中，初顯了高光譜遙感的魅力。隨后，加拿大的FLI(fluorescencelineimager)、CASI(compactairbornespectrographicimager)，美國(guó)的AVIRIS(airbornevisible/infraredimagingspectrometer)、DAIS(digitalairborneimagingspectrometer)，澳大利亞的HyMap等航空成像光譜儀研制成功。這些光譜儀在經(jīng)歷了試驗(yàn)和運(yùn)行后，廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)。

　　到20世紀(jì)90年代末期，航天高光譜遙感技術(shù)獲得了歷史性的發(fā)展變革。隨后，一系列搭載高光譜和多光譜成像光譜儀的衛(wèi)星相繼升空，為植被理化參量的估測(cè)提供了更多可利用的數(shù)據(jù)源。2000年11月21日美國(guó)地球觀測(cè)衛(wèi)星EO-1(earthobserving-1)攜帶高光譜成像儀Hyperion成功發(fā)射。Hyperion傳感器是第一臺(tái)星載高光譜圖譜測(cè)量?jī)x，共有242個(gè)波段，其光譜范圍為400～2500nm，光譜分辨率是10nm，空間分辨率30m。在運(yùn)行了16年后，EO-1衛(wèi)星于2017年1月25日正式退役，目前存檔數(shù)據(jù)可以利用，但在我國(guó)青藏高原地區(qū)僅有部分2015年之前的影像可供選擇。

　　在2001年10月22日，歐洲太空局發(fā)射的PROBA(projectforon-boardautonomy)搭載了一種緊湊式高分辨率成像分光計(jì)CHRIS(compacthighresolu-tionimagingspectrometer)，該傳感器成像光譜范圍為400～1050nm，光譜分辨率為5～12nm，地面分辨率為17/34m。CHRIS作為一種成像裝置，成像模式多，光譜范圍寬，分辨率高，同一地點(diǎn)可以5個(gè)不同角度成像。這些優(yōu)點(diǎn)不僅有利于生物量評(píng)估和生物健康狀況的監(jiān)測(cè)，而且對(duì)植被或森林的冠層結(jié)構(gòu)、密度、識(shí)別植被或林木種類等方面很有幫助。CHRIS自2002年10月1日開(kāi)始提供數(shù)據(jù)服務(wù)，目前在我國(guó)草原地區(qū)存檔數(shù)據(jù)較少，且數(shù)據(jù)預(yù)處理相對(duì)煩瑣。

　　之后，德國(guó)的RapidEye衛(wèi)星(一個(gè)由5顆地球觀測(cè)衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座)于2008年8月29日發(fā)射升空，任務(wù)壽命為7年，包括5個(gè)波段(藍(lán)光：440～510nm;綠光：520～590nm;紅光：630～685nm;紅邊：690～730nm;近紅外：760～850nm)，空間分辨率為5m，該衛(wèi)星自2009年2月1日開(kāi)始提供數(shù)據(jù)服務(wù)至今，其紅邊波段可以對(duì)植被分類、植被生長(zhǎng)評(píng)估、作物估產(chǎn)等提供更加有效的量化手段，使其在農(nóng)業(yè)和林業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，該衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)需要付費(fèi)購(gòu)買，價(jià)格約為12元·km-2。

　　WorldView-2于2009年10月8日成功發(fā)射，它擁有8個(gè)多光譜波段，空間分辨率為2m，其紅邊波段(705～745nm)可以輔助分析有關(guān)植物生長(zhǎng)情況，能夠直接反映植物健康狀況有關(guān)信息。目前存檔數(shù)據(jù)較多，也可編程定制需要的數(shù)據(jù)。雖然該數(shù)據(jù)空間分辨率和精度較高，但是價(jià)格相對(duì)昂貴，適用于小范圍驗(yàn)證性應(yīng)用。在2015年6月23日，Sentinel-2的A星成功發(fā)射升空，隨后B星也于2017年3月7日發(fā)射，并成功組網(wǎng)運(yùn)行。Sentinel-2從可見(jiàn)光到短波紅外共有13個(gè)波段，分辨率為10/20/60m，重訪周期為5d，并且擁有4個(gè)紅邊波段。由于紅邊波段對(duì)植被生長(zhǎng)、葉綠素、氮素等比較敏感，所以該數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于植被生物或物理指標(biāo)的反演。而且該數(shù)據(jù)免費(fèi)開(kāi)源，可利用的存檔數(shù)據(jù)較多，相對(duì)其他衛(wèi)星，容易獲取，可以應(yīng)用于區(qū)域尺度的草地監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。但是，在草原地區(qū)，特別是我國(guó)青藏高原地區(qū)，由于光學(xué)衛(wèi)星易受天氣等因素的影響，影像云量較大，想要選擇與采樣時(shí)間和地點(diǎn)匹配性較高，而且云量較少的數(shù)據(jù)，仍然存在一些困難。

　　20世紀(jì)80年代初、中期，在國(guó)家“863”計(jì)劃和科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持下，我國(guó)也逐步開(kāi)展了高光譜成像技術(shù)的研發(fā)計(jì)劃。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的不斷發(fā)展，我國(guó)的航空高光譜技術(shù)取得了眾多卓越成就。2008年9月6日我國(guó)成功發(fā)射環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星，其上搭載有一臺(tái)高光譜成像儀(hyper-spectrumimager，HSI)，它在可見(jiàn)光到近紅外光譜波段范圍(450～950nm)具有115個(gè)波段，空間分辨率為100m，光譜分辨率優(yōu)于5nm，這標(biāo)志著我國(guó)衛(wèi)星高光譜遙感應(yīng)用時(shí)代的來(lái)臨。

　　目前，HSI數(shù)據(jù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的諸多領(lǐng)域，在草地植被理化成分的監(jiān)測(cè)方面也有出色的表現(xiàn)，不足的是，其100m的空間分辨率在更加精細(xì)的草地觀測(cè)中適用性不強(qiáng)。隨后，我國(guó)于2011年9月29日成功發(fā)射“天宮一號(hào)”空間站(Tiangong-1)，由實(shí)驗(yàn)艙和資源艙構(gòu)成，攜帶一個(gè)高光譜成像儀。繼天宮一號(hào)完成其使命后，2016年9月15日又發(fā)射了第二個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室“天宮二號(hào)”，并搭載了全新的空間應(yīng)用載荷設(shè)備。其寬波段成像儀包括18個(gè)通道(14個(gè)波段位于可見(jiàn)光-近紅外譜段，2個(gè)波段位于短波紅外譜段，2個(gè)波段位于熱紅外譜段)可以實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光、短波紅外和熱紅外多光譜大視場(chǎng)全推掃成像的組合集成功能，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、植被識(shí)別、土地覆蓋分類等方面均具有較大的應(yīng)用潛力。與此同時(shí)，隨著我國(guó)高分專項(xiàng)工程的不斷推進(jìn)，我國(guó)分別于2018年5月9日和2018年6月2日相繼發(fā)射了高分五號(hào)衛(wèi)星(世界上首顆實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣和陸地綜合觀測(cè)的全譜段高光譜衛(wèi)星)和高分六號(hào)衛(wèi)星(我國(guó)首顆精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)觀測(cè)的高分衛(wèi)星)，其中高分六號(hào)具有寬覆蓋、高分辨率、高效能成像、高質(zhì)量成像等特點(diǎn)，并首次增加了能夠有效反映作物生長(zhǎng)狀況的“紅邊”波段。

　　這些高光譜儀器的研制成功和應(yīng)用，為我國(guó)高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展和革新提供了穩(wěn)固的技術(shù)支撐。可見(jiàn)光及短波紅外高光譜傳感器是高分五號(hào)衛(wèi)星上的主載荷之一，由中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研制，具有30m的地面分辨率和5～10nm的光譜分辨率，可以同時(shí)獲取地物在400～2500nm范圍共330個(gè)連續(xù)譜段的空間信息和光譜信息。而且該傳感器解決了遙感應(yīng)用中的許多關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。目前，高分五號(hào)、六號(hào)兩顆衛(wèi)星已正式投入使用。在草地的區(qū)域觀測(cè)、健康評(píng)價(jià)和參數(shù)反演等方面，充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，尤其是最新的高分五號(hào)、六號(hào)數(shù)據(jù)，必將大幅提高天然草地牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的研究進(jìn)程。

　　2天然草地牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)遙感反演方法

　　2.1傳統(tǒng)的多元統(tǒng)計(jì)分析方法

　　該類方法主要是利用逐步回歸、偏最小二乘法、主成分分析等光譜變量篩選方法，篩選出與某個(gè)理化參量密切相關(guān)的若干波段，在降低光譜波段維度的同時(shí)，盡可能保留有效信息構(gòu)建光譜變量與理化參量之間的回歸模型，并且基于此模型，利用未參與建模的樣本數(shù)據(jù)對(duì)模型精度、預(yù)測(cè)能力和泛化能力進(jìn)行評(píng)價(jià)[22]。這種方法具有簡(jiǎn)單、易行等優(yōu)點(diǎn)，通常都能獲得較為理想的估測(cè)精度。由于天然草地較高的物種豐富度和復(fù)雜的地形地貌，利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和野外地物光譜觀測(cè)資料進(jìn)行牧草理化參量的估測(cè)時(shí)，光譜波段的選擇易受數(shù)據(jù)本身局限性的影響，模型一般缺乏普適性和魯棒性[23-24]。

　　2.2基于光譜特征和光譜指數(shù)的分析方法

　　(1)特征變量法：該方法主要是提取光譜曲線上的一些吸收谷或反射峰特征，并將其參量化，再建立與某個(gè)理化參量之間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀１?列出了常用的光譜特征變量，其中在植被理化參量反演方面，應(yīng)用最為廣泛的光譜特征是綠色植被所特有的“紅邊”，與之相關(guān)的光譜變量包括紅邊位置、紅邊幅值和紅邊斜率等。相關(guān)研究已證明，綠色植被的葉綠素、氮素以及生物量等參數(shù)與上述紅邊參量之間具有很強(qiáng)的相關(guān)性[25-27]。除此之外，一些量化的光譜吸收特征，比如吸收位置、吸收深度、吸收寬度以及吸收對(duì)稱性等，也可以用于植被理化參量的反演[28]。

　　在不同的生態(tài)區(qū)域和生育時(shí)期，光譜變量對(duì)特定理化參量的敏感性也會(huì)發(fā)生變化，所以究竟哪些光譜變量對(duì)牧草營(yíng)養(yǎng)成分的反演更為有效，還需要結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況開(kāi)展研究。已有的研究表明，發(fā)展多變量的植被參量反演模型是可行的，可以克服草地時(shí)空異質(zhì)性和光譜變量的局限性。值得注意的是，在野外自然條件下，某些易受大氣水汽和植被葉片水分影響的波段的光譜吸收特征容易被水分吸收所淹沒(méi)，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量避免水分吸收帶來(lái)的影響。

　　(2)光譜指數(shù)法：該方法主要將兩個(gè)或者多個(gè)特征波段按照線性或非線性的方式進(jìn)行組合，構(gòu)成對(duì)特定理化參量敏感的光譜指數(shù)，主要反映植被在可見(jiàn)光、近紅外波段的光譜反射率與土壤背景之間的差異。高光譜遙感數(shù)據(jù)具有大量的窄波段和較高的光譜分辨率，這為發(fā)展一個(gè)針對(duì)特定理化參數(shù)敏感而對(duì)于大氣、土壤等背景不敏感的植被指數(shù)提供了便利和優(yōu)勢(shì)。在植被理化參量反演方面，NDVI可消除部分大氣和太陽(yáng)高度角的影響，對(duì)土壤背景的變化也很敏感，可用于估算植被的生物量、色素含量、植被蓋度、氮素等理化參數(shù)，但是NDVI在草地盛草期存在飽和現(xiàn)象。

　　REP、NDVI705、mSR705和VOG等基于紅邊構(gòu)建的植被指數(shù)可以很好地反映綠色植被的紅邊信息，與植被葉片氮素、葉綠素等含量密切相關(guān)，通常用于植被缺素癥的診斷和氮素含量的空間分布制圖;SAVI和OSAVI可以在很大程度上避免土壤背景等因素的影響，從而對(duì)理化參數(shù)的反演提供更多有效的信息;SR、DVI和RDVI可以有效地響應(yīng)可見(jiàn)光與近紅外之間的差異，對(duì)草地地上部分生物量和群落蓋度有較好的敏感性;NDNI和NRI可以有效地估測(cè)植被冠層的氮素含量;PRI和SIPI對(duì)植被色素的變化非常敏感，尤其是在不同的生育時(shí)期。事實(shí)上，受植被高光譜遙感影響因子的復(fù)雜性和多樣化，不同植被指數(shù)對(duì)不同理化參量的敏感性也存在時(shí)空上的差異，要改進(jìn)或發(fā)展一個(gè)具有廣泛適用性的高光譜指數(shù)仍然是未來(lái)研究的一個(gè)熱點(diǎn)[29-31]。

　　2.3物理模型方法

　　應(yīng)用上述兩種方法構(gòu)建的理化參量統(tǒng)計(jì)模型均屬于經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停�雖然簡(jiǎn)單易用但缺乏普適性和可移植性。因此，基于輻射傳輸理論的物理模型反演方法也逐漸廣泛應(yīng)用于植被理化參數(shù)的反演[52-57]，該方法在植被生長(zhǎng)狀況信息的提取方面具有良好的應(yīng)用前景。通常來(lái)講，物理模型可分為冠層模型和葉片模型。葉片輻射傳輸模型如PROSPECT、LIBERTY和LEAFMOD等，主要是通過(guò)模擬光在葉片內(nèi)部傳輸和交互的規(guī)律，從而用于構(gòu)建葉片反射率和透射率的模型。

　　3牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的高光譜遙感研究動(dòng)態(tài)

　　3.1主要研究成果

　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多專家學(xué)者在草地牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方面的研究重點(diǎn)多集中在草地植被高光譜特征分析、牧草關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)成分時(shí)空反演和模擬制圖等方面，并取得如下初步研究成果：

　　(1)在牧草葉片及冠層水平上，發(fā)現(xiàn)了一些對(duì)牧草營(yíng)養(yǎng)成分高度敏感的基于光譜面積、光譜位置和植被指數(shù)的高光譜遙感監(jiān)測(cè)指標(biāo)[27，63-65]。例如，提出對(duì)牧草營(yíng)養(yǎng)成分含量、冠層結(jié)構(gòu)非常敏感的窄帶綠度指數(shù)(如紅邊位置指數(shù)、紅邊歸一化植被指數(shù)等)，發(fā)現(xiàn)可定量計(jì)算綠色植被在光合作用過(guò)程中對(duì)入射太陽(yáng)光利用效率的光利用率指數(shù)(如光化學(xué)植被指數(shù)、結(jié)構(gòu)不敏感色素指數(shù)和紅綠比值指數(shù))，構(gòu)建出可估算植被冠層中營(yíng)養(yǎng)成分相對(duì)含量的冠層營(yíng)養(yǎng)成分指數(shù)，如歸一化氮素指數(shù)等。

　　(2)構(gòu)建了天然草地牧草部分營(yíng)養(yǎng)成分(如氮、磷、碳及纖維素等)的高光譜遙感反演模型，在部分地區(qū)開(kāi)展了牧草營(yíng)養(yǎng)成分在時(shí)空尺度上的變化模擬與制圖研究[18-19，66-69]。由于氮素含量在很大程度上決定著草地的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，通常是草食動(dòng)物采食最受限制的養(yǎng)分之一。因此，在牧草礦物質(zhì)元素含量的高光譜研究方面，有關(guān)葉片及冠層氮素含量的研究較為深入，相關(guān)研究報(bào)道較多[70-72]。

　　3.2牧草常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分高光譜遙感

　　水分是植物細(xì)胞原生質(zhì)的主要組分，在植物的生理活動(dòng)中有著重要的作用。高光譜反演技術(shù)憑借其快速、高效和無(wú)損的優(yōu)勢(shì)，已成為評(píng)估植物含水量的重要方法。基于高光譜遙感數(shù)據(jù)，建立植物水分含量與反射率光譜之間的回歸模型是準(zhǔn)確估算植被水分含量的前提[73]。1971年，Thomas等[74]初步探討了光譜反射率與葉片含水率之間的關(guān)系，結(jié)果表明葉片的相對(duì)含水率與1450和1930nm處的反射率顯著相關(guān)。Curran[75]研究發(fā)現(xiàn)，葉片水分的吸收作用可以用1450nm附近的光譜吸收來(lái)表示。

　　Carter[76]和Dobrowski等[77]的研究結(jié)果表明，利用近紅外波段的弱吸收峰(950～970nm)可以有效地監(jiān)測(cè)植物水分含量，尤其是690和740nm處的光譜反射率可以反映植被的水分脅迫狀態(tài)。在其他種類植物試驗(yàn)中，研究發(fā)現(xiàn)在1450nm附近的波段，其光譜反射率與葉片含水量之間也具有較高的相關(guān)性[78-80]。劉良云等[81]利用基于輻射傳輸理論的PROSPECT葉片光學(xué)模型，探討了葉片含水量與光譜反射率之間的相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)975、1200、1450和1950nm等處的光譜反射率是影響葉片含水量變化的主要因子。雖然PROSPECT模型可以表征葉片內(nèi)部理化物質(zhì)吸收對(duì)光譜的影響，但是尚不能用其定量表述葉片表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化對(duì)葉片水分含量變化的響應(yīng)。

　　4亟待解決的問(wèn)題

　　經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，高光譜遙感技術(shù)雖然在牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)研究方面取得了顯著進(jìn)展，但從實(shí)際應(yīng)用角度看，在天然草地牧草營(yíng)養(yǎng)成分監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方面，尚存在如下問(wèn)題：

　　(1)長(zhǎng)期以來(lái)高光譜遙感數(shù)據(jù)，特別是航空高光譜遙感數(shù)據(jù)，由于受成像時(shí)間短、覆蓋范圍小、數(shù)據(jù)獲取權(quán)限、研究區(qū)天氣狀況等眾多因素的影響，在較大尺度草地監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的相關(guān)研究還十分有限。目前在軌運(yùn)行的搭載高光譜成像傳感器和含紅邊的多光譜傳感器的衛(wèi)星數(shù)量仍然較少，雖然部分?jǐn)?shù)據(jù)可以免費(fèi)獲取(如HJ-1AHSI，Sentinel-2和Hyperion等)，但是高分辨的衛(wèi)星數(shù)據(jù)(如WorldView-2、RapidEye和高分五號(hào)等)仍然需要巨大的經(jīng)濟(jì)投入，所以降低數(shù)據(jù)成本是促進(jìn)草地營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)在區(qū)域尺度上監(jiān)測(cè)的重要途徑。

　　(2)缺乏與高光譜衛(wèi)星遙感研究的有機(jī)結(jié)合，很難形成覆蓋較大時(shí)空范圍而且可以用于生產(chǎn)實(shí)踐的研究成果。目前的研究多集中在局部區(qū)域的試驗(yàn)性研究，在實(shí)際應(yīng)用中還存在諸多困難。開(kāi)發(fā)局部地區(qū)成熟的可以直接利用的數(shù)據(jù)產(chǎn)品(如養(yǎng)分空間分布、品質(zhì)分級(jí)等)，可以對(duì)草地的管理和利用提供更科學(xué)、更便捷的幫助。

　　(3)增強(qiáng)高光譜遙感儀器性能，開(kāi)展近地表、航空及航天高光譜遙感綜合研究，加強(qiáng)高光譜遙感圖像處理系統(tǒng)的功能是高光譜遙感技術(shù)系統(tǒng)研究的永恒主題。我國(guó)在高光譜遙感研究的軟硬件方面還有待加強(qiáng)，需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高光譜數(shù)據(jù)處理軟件，并形成商業(yè)化的運(yùn)作[4]。

　　(4)我國(guó)在農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)方面的研究日漸成熟，但是在草原方面的相關(guān)研究還十分有限，目前仍然處于起步階段。草地高光譜遙感研究主要依賴地物光譜儀，多限于地物光譜特征分析，研究領(lǐng)域較廣[4，92-93]，涉及天然草地類型及植物的反射光譜分析、草地優(yōu)勢(shì)植物物種光譜特征分析[94-95]、草地植物花期獨(dú)有光譜特征研究[96]、退化草地光譜響應(yīng)分析[97]、草地土壤養(yǎng)分監(jiān)測(cè)[98]、毒雜草光譜特征分析[99]和草地生物量評(píng)估[100-102]等方面。由于受樣品理化成分分析成本、采樣區(qū)域天氣、遙感成像時(shí)空特征等因素的制約，現(xiàn)有的高光譜數(shù)據(jù)并未得到充分的挖掘和利用。

　　5展望

　　綜觀國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)和已取得的一些初步研究成果，高光譜遙感經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，在相關(guān)技術(shù)體系研發(fā)、理論研究和實(shí)踐應(yīng)用等方面不斷取得重要進(jìn)展。就天然草地牧草營(yíng)養(yǎng)成分和飼用價(jià)值高光譜遙感而言，需要繼續(xù)在已有研究的基礎(chǔ)上開(kāi)展多尺度、多平臺(tái)及多樣化的研究，未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)可總結(jié)如下：

　　(1)利用近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用的無(wú)人機(jī)(unmannedaerialvehicle，UAV)技術(shù)和航空高光譜成像設(shè)備，更加靈活機(jī)動(dòng)地獲取不同草地類型的高光譜遙感數(shù)據(jù)，可以為地域分布廣闊、種類復(fù)雜多樣的天然草地牧草營(yíng)養(yǎng)成分的研究提供更加豐富多樣的數(shù)據(jù)源，是航空高光譜遙感未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之一。

　　(2)采用地面、機(jī)載和星載高光譜數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，克服空間尺度效應(yīng)，全面研究不同類型草地牧草的光譜特征，探索涵蓋主要牧草營(yíng)養(yǎng)成分的高光譜遙感敏感指數(shù)、診斷方法及其監(jiān)測(cè)模型。此外，光學(xué)遙感衛(wèi)星易受到云的影響，開(kāi)發(fā)可靠的高光譜影像去云算法，勢(shì)在必行。

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