光(guang)譜成像(xiang)技術(shu)應用於(yu)沙漠及生(sheng)物(wu)土(tu)壤(rang)結(jie)皮研(yan)究

    生(sheng)物(wu)結(jie)皮又(you)稱生(sheng)物(wu)土(tu)壤(rang)結(jie)皮（Biological soil crusts，BSCs），由(you)藍細菌(jun)、藻類(lei)、苔蘚、地(di)衣(yi)和真菌(jun)等及其(qi)菌(jun)絲(si)、分(fen)泌(mi)物(wu)與土壤(rang)砂礫粘結(jie)形(xing)成的復合(he)物(wu)，是沙漠生(sheng)態(tai)系(xi)統(tong)的重要(yao)組成部分(fen)，維(wei)持(chi)著(zhe)沙漠生(sheng)物(wu)循(xun)環(huan)和生(sheng)態(tai)系(xi)統(tong)的健康和可持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)。光譜成像(xiang)技術(shu)具有快(kuai)速(su)、、無損(sun)傷(shang)、高(gao)通(tong)量(liang)等優點，廣(guang)泛應用於生(sheng)物(wu)結(jie)皮的研(yan)究。

案(an)例壹(yi)：利(li)用(yong)Specim高(gao)光(guang)譜成像(xiang)研(yan)究生(sheng)物(wu)結(jie)皮與石英(ying)含量(liang)關系(xi)

    以色(se)列(lie)特(te)拉維(wei)夫(fu)大(da)學遙感(gan)實驗室(shi)的研(yan)究人(ren)員利(li)用(yong)Aisaowl長(chang)波(bo)紅外(wai)高(gao)光(guang)譜對(dui)以色(se)列(lie)-埃(ai)及(ji)邊(bian)境(jing)附近Nitzana區域BSCs覆蓋的沙丘(qiu)表面(mian)石(shi)英(ying)含量(liang)進(jin)行測量(liang)，研(yan)究表(biao)面石(shi)英含量(liang)與BSCs發(fa)育(yu)成熟度的關系(xi)。實(shi)驗對(dui)不(bu)同(tong)發(fa)育(yu)程(cheng)度(du)的BSCs、以及(ji)裸(luo)沙和沙漠盆地(di)進(jin)行高(gao)光(guang)譜成像(xiang)，同時(shi)采集表(biao)土(tu)樣品(pin)進(jin)行實驗室(shi)測量(liang)進(jin)行對(dui)比。

    左圖(tu)為(wei)Aisaowl長(chang)波(bo)紅外(wai)高(gao)光(guang)譜，右(you)圖為研(yan)究區域不(bu)同(tong)采樣點，S代(dai)表裸(luo)沙，DF-N代(dai)表北(bei)向(xiang)的斜坡，DF-S代(dai)表南向(xiang)的斜坡，DF-P代(dai)表沙漠盆地(di)。

    上(shang)圖（A）實驗室(shi)沙丘(qiu)表觀(guan)光(guang)譜圖，（B）實(shi)驗室(shi)石(shi)英(ying)光(guang)譜圖；下左圖(tu)為(wei)沙丘(qiu)的晝夜光譜圖，下右(you)圖為地(di)面(mian)和機載(zai)石(shi)英(ying)光譜特(te)征(zheng)曲(qu)線的比較(jiao)。高(gao)光(guang)譜Aisaowl LWIR圖像(xiang)能(neng)夠(gou)繪制表面(mian)石英含(han)量(liang)，並與實驗室(shi)測量(liang)良好匹配(pei)（R² = 0.88）。

    上(shang)圖為(wei)4種(zhong)不(bu)同(tong)樣品(pin)的光譜圖。高(gao)的為沙漠盆地(di)，其(qi)次(ci)是北向(xiang)的BSC，南向(xiang)的BSC，以及(ji)低(di)的裸沙。石英特(te)征(zheng)與BSCs表(biao)面(mian)覆蓋有(you)關(guan)：北向(xiang)發(fa)育(yu)良(liang)好成熟的BSC具有(you)較高(gao)的光(guang)譜特(te)征(zheng)，表(biao)面(mian)石英(ying)含量(liang)較低(di)；南向(xiang)BSC較(jiao)不(bu)發(fa)達(da)，對(dui)石英(ying)的覆蓋程(cheng)度(du)較低(di)，表(biao)面(mian)石英(ying)含量(liang)較高(gao)；裸(luo)沙在石英(ying)區的光(guang)譜低(di)，表現(xian)出非(fei)常強的石英(ying)特(te)征(zheng)。

案(an)例二(er)：利(li)用(yong)FluorCam葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)成像(xiang)與多光(guang)譜BNDVI圖像(xiang)研(yan)究生(sheng)物(wu)結(jie)皮光(guang)合(he)作(zuo)用

    德國研(yan)究人(ren)員利(li)用(yong)FluorCam葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)成像(xiang)與多光(guang)譜BNDVI圖像(xiang)研(yan)究以苔蘚和地(di)衣(yi)為(wei)主(zhu)的生(sheng)物(wu)土(tu)壤(rang)結(jie)皮光(guang)合(he)作(zuo)用熱點的空間(jian)格局(ju)。實驗選(xuan)擇(ze)5個生(sheng)物(wu)結(jie)皮樣品(pin)，代(dai)表5種(zhong)不(bu)同(tong)比(bi)例(li)的苔蘚，地(di)衣(yi)的生(sheng)物(wu)結(jie)皮類(lei)型(xing)。樣品(pin)BC-M和BC-SM以苔蘚為(wei)主，BC-M的苔蘚覆蓋率高(gao)達(da)近90％，BC-SM的表面(mian)覆蓋率為(wei)60％；BC-LM和BC-ML含有(you)苔蘚和地(di)衣(yi)，表(biao)面(mian)覆蓋率均(jun)接近95％；BC-L的表面(mian)*被地(di)衣(yi)覆蓋。

    下表為(wei)5種不(bu)同(tong)生(sheng)物(wu)結(jie)皮的多光(guang)譜BNDVI和葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)參數(shu)Fo、Fm、Fv/Fm數(shu)據。

    圖(tu)為5種不(bu)同(tong)生(sheng)物(wu)結(jie)皮的多光(guang)譜BNDVI和葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)成像(xiang)CFI的匹配(pei)圖(tu)，（A）RGB圖(tu)像(xiang)；（B）BNDVI圖(tu)像(xiang)（藍色(se)）；（C）Fo和Fm圖(tu)像(xiang)（紅色(se)）；（D）BNDVI和葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)的重疊(die)區域；（E）BNDVI和葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)（綠(lv)色(se)）的相互區域。“Low”表示(shi)低(di)葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)的標記(ji)區域Fo在25至(zhi)35的範(fan)圍(wei)內和Fm在25至(zhi)60範(fan)圍(wei)內的色調值(zhi)。“High”表示高(gao)葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)的標記(ji)區域Fo在35至(zhi)255範(fan)圍(wei)內和Fm在60至(zhi)255範(fan)圍(wei)內的色調值(zhi)。

    BC-M和BC-L具有(you)相似(si)的BNDVI值(zhi)，但是(shi)BNDVI的成像(xiang)圖和BNDVI與葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)的重疊(die)區域顯示(shi)，與地(di)衣(yi)相比，苔蘚的BNDVI更高(gao)。這(zhe)與地(di)衣(yi)的分(fen)層(ceng)結(jie)構有(you)關。同時(shi)，地(di)衣(yi)覆蓋層(ceng)減(jian)少(shao)葉(ye)綠(lv)素(su)對(dui)光的吸收(shou)。苔蘚主(zhu)導(dao)的生(sheng)物(wu)結(jie)皮的BNDVI具有(you)高(gao)覆蓋率，高(gao)於(yu)苔蘚地(di)衣(yi)主(zhu)導(dao)的生(sheng)物(wu)結(jie)皮。即使是(shi)較(jiao)高(gao)量(liang)的發(fa)育(yu)*的地(di)衣(yi)也(ye)沒有顯著(zhu)的BNDVI。雖(sui)然(ran)壹(yi)些(xie)地(di)衣(yi)在(zai)高(gao)Fm範(fan)圍(wei)內表(biao)現(xian)出光(guang)合(he)作(zuo)用，但是(shi)苔蘚的光合(he)作(zuo)用性(xing)能(neng)可以持(chi)續(xu)提高(gao)。

    光(guang)合(he)作(zuo)用的熱點以高(gao)BNDVI和高(gao)葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)為(wei)特(te)征(zheng)，反(fan)映(ying)了高(gao)光(guang)合(he)作(zuo)用。對(dui)於所(suo)有生(sheng)物(wu)結(jie)皮，BNDVI和Fv/Fm幾(ji)乎處(chu)於相似(si)的範(fan)圍(wei)，與空間(jian)格局(ju)分(fen)布關系(xi)不(bu)是(shi)很(hen)大(da)。然(ran)而(er)，與地(di)衣(yi)相比，BNDVI成像(xiang)顯示(shi)苔蘚的葉(ye)綠(lv)素(su)含量(liang)更高(gao)。此外(wai)，BNDVI圖像(xiang)與CFI匹配(pei)表(biao)明苔蘚的光合(he)作(zuo)用較高(gao)。因(yin)此，苔蘚代(dai)表了整個生(sheng)物(wu)結(jie)皮的光合(he)作(zuo)用的熱點。然(ran)而(er)，與光合(he)作(zuo)用活性(xing)低(di)的區域相比，這(zhe)些(xie)光合(he)作(zuo)用的熱點僅(jin)代(dai)表生(sheng)物(wu)結(jie)皮的壹(yi)小部(bu)分(fen)。

北(bei)京易科泰生(sheng)態(tai)技(ji)術(shu)公(gong)司(si)提供光譜成像(xiang)全(quan)面技(ji)術(shu)方(fang)案(an)：

FluorPen、FluorCam葉(ye)綠(lv)素(su)熒光(guang)/多(duo)光(guang)譜熒光(guang)技術(shu)

SpectraPen/PolyPen、Specim高(gao)光(guang)譜測量(liang)技術(shu)

Thermo-RGB紅外(wai)熱成像(xiang)技術(shu)

PlantScreen植物高(gao)通(tong)量(liang)表型(xing)成像(xiang)分(fen)析平(ping)臺(tai)

EcoDrone無人(ren)機遙感(gan)技術(shu)方(fang)案(an)