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草地植物多样性无人机调查的应用潜力
万凤鸣, 万华伟, 张志如, 高吉喜, 孙晨曦, 王永财
生物多样性    2024, 32 (3): 23381-.   DOI: 10.17520/biods.2023381
摘要   (612 HTML18 PDF(pc) (4630KB)(997)  

草地生物多样性对于维持其生态系统服务功能至关重要, 无人机遥感凭借机动灵活、高分辨率、高效率和低成本的优势, 近年来在草地物种调查与研究中受到关注。然而, 目前关于草地植物多样性无人机调查的研究仍然不够深入。本研究通过无人机航拍和人工地面调查对呼伦贝尔草甸草原区的植物多样性进行调查, 通过比较不同样方布设方式、不同拍摄方式下观测到的物种数量和调查所用时间, 探讨扩大调查面积对调查结果的影响以及利用无人机开展草地植物多样性调查的最佳拍摄参数和时间效率, 分析草地植物多样性无人机调查的应用潜力。结果表明: (1)开展草地植物多样性调查时, 物种数量随调查面积在一定范围内的增加而增多, 与人工调查有限个样方相比, 利用无人机进行大面积调查能够观测到更多的物种。(2)在半干旱地区草甸草原植物多样性调查中, 用于物种识别的无人机RGB影像空间分辨率应优于0.45 mm, 分辨率为0.45 mm时能识别67.16%的物种; 在观测角度方面, 采用两种方式进行拍摄为佳, 可在90°垂直拍摄基础上增加45°或60°倾斜拍摄。(3)采用无人机调查可大幅缩短物种调查所用时间, 但应配合高精度的物种智能识别模型以提高调查效率。本研究通过对比无人机与传统的人工地面调查观测到的物种数量, 进一步验证了无人机遥感用于草地植物多样性调查的可行性, 首次探讨了利用无人机获取可见光影像用于草地物种调查时的关键参数, 研究结果可推动无人机在草地监测、调查和保护工作中的应用。



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图2 样方与样线的相对位置(a)及嵌套样方(b)示意图。Q: 样方, 1 m × 1 m; L: 样线, 30 m × 1 m。
正文中引用本图/表的段落
有关研究表明, 样地和样方的单位面积、布设数量、布设方式(样方、样线或样圆)、分布离散程度等都会对植物多样性调查结果产生影响。无人机搭载的相机类型、飞行高度、拍摄角度等参数均会影响其所采集影像数据的质量, 进而也会影响调查结果。综合考虑上述影响因素和研究目的, 我们在研究区布设了5个30 m × 30 m的样地(图1), 在每个样地内采用5点“梅花型” (每个样地的4角和中央)布设5个1 m × 1 m的样方, 在样方之间布设4条30 m × 1 m的样线(图2a)。为了研究不同尺度调查的效果, 选择在其中3个样地内各布设1组由4种不同大小样方(1 m × 1 m、2 m × 2 m、3 m × 3 m、5 m × 5 m)形成的嵌套样方(图2b)。通过无人机航拍和人工地面调查同步采集植物物种数据, 基于地面调查数据探讨适用于研究区的调查方式, 通过解译无人机影像提取物种信息探讨前文所述的3个关键问题。
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