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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   (613 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。


调查方式
Survey method
实际调查面积
Actual survey area (m2)
调查代表的区域面积
The area represented by the survey (m2)
物种数
No. of species
嵌套样方
Nested quadrats
1 - 19
4 - 26
9 - 33
25 - 39
不同数量样方
Different number of quadrats
1 900 20.8
3 900 33.6
5 900 39.4
不同数量样地
Different number of plots
125 250,000 49.6
250 250,000 62.7
375 250,000 69.3
500 250,000 74.0
625 250,000 77
增加样线
Add line transects
120 900 10.2
600 250,000 10
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表2 不同调查方式调查到的物种数
正文中引用本图/表的段落
陈巴尔虎旗位于内蒙古自治区呼伦贝尔市西北部(118°22′?121°10′ E, 48°43′?50°10′ N), 是我国北方草甸草原的代表性区域。气候属于中温带半干旱大陆性气候, 四季分异明显, 水热资源差异大。年平均气温?2至0℃, 全年超过10℃的积温为1,800?2,200℃, 无霜期90?110 d。年平均降水量230?380 mm, 年际变率较大, 地区分布极不均匀。在陈巴尔虎旗选定一处500 m × 500 m的草甸草原区域作为研究区, 研究区主要建群种为羊草(Leymus chinensis)、狼针草(Stipa baicalensis)、冰草(Agropyron cristatum)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、草地早熟禾(Poa pratensis)、寸草(Carex duriuscula)和黄囊薹草(C. korshinskyi)。优势种主要是羊草、狼针草和糙隐子草等。
不同调查方式下的物种数量见表2、图3。根据图表可知, 嵌套样方面积从小到大平均能够调查到19种、26种、33种、39种植物, 可见扩大单个样方面积可以调查到更多物种。在1个样地中布设1个2 m × 2 m样方可以调查到26种植物, 但若布设5个1 m × 1 m样方, 虽然调查面积与前者相近, 但是后者可以调查到近40种植物, 与布设1个5 m × 5 m样方调查到的物种数相当。
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