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利用高光谱遥感技术能快速、无损、高效地获取草地地上生物量信息，对牧区牧草高效管理、草畜供求关系平衡以及放牧制度优化等方面具有重要意义。为了寻求估算生长旺盛期草地地上生物量最适宜的微分光谱阶数，本研究在内蒙古天然草场通过原位试验采集了高光谱反射率与地上生物量数据，对原始光谱反射率数据进行一至四阶微分处理，在全波段范围内挑选最佳波段构建简单比值植被指数（Simple ratio vegetation index, SRVI）、归一化植被指数（Normalized difference vegetation index, NDVI）、土壤调节植被指数（Soil adjusted vegetation index, SAVI）和增强型植被指数（Enhanced vegetation index, EVI） 4种高光谱植被指数，建立相应地上生物量估算模型并对比评价各模型精度。结果表明：对原始高光谱反射率进行微分处理，有助于提高敏感波段与地上生物量的相关性；红边波段与近红外波段是构建最佳植被指数的重要组成波段，占所有优选波段的82%;基于二阶微分光谱的最佳SRVI和NDVI模型精度最好，R~2分别为0.69和0.70,RMSE分别为196.60 g·m-2和196.65 g·m-2,过高的微分阶数反而会降低估算模型的精度。本研究能为利用不同阶微分高光谱估算草地地上生物量提供科学借鉴，为精准快速的牧区天然草场遥感监测提供技术和方法支持。