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LR1601 | 評估潮溝對濱海鹽沼植被空間分布及其地上生物量的影響

來源:北京理加聯(lián)合科技有限公司   2022年12月06日 14:05  

LR1601 | 評估潮溝對濱海鹽沼植被空間分布及其地上生物量的影響

鹽沼是地表過濕或季節(jié)性積水、土壤鹽漬化并長有鹽生植物的地段。濱海鹽沼以草本植物為主,沿潮間帶延伸,可忍受高鹽條件和因漲潮引起的周期性淹水。鹽沼植被生產(chǎn)力高,可為許多物種提供繁殖、覓食和越冬的場所。鹽沼植被地上生物量(AGB)的估算為監(jiān)測鹽沼生態(tài)系統(tǒng)時空穩(wěn)定性、生產(chǎn)力和地上碳儲量提供了有用信息。然而,以往關(guān)于AGB的估算研究主要局限于站點水平,且通?;趩我恢脖活愋汀Ec野外地面調(diào)查方法相比,遙感(RS)衛(wèi)星成本低、速度快、范圍廣,在鹽沼植被結(jié)構(gòu)和生物物理指標的空間估計方面更具優(yōu)勢。其中,UAV-LiDAR數(shù)據(jù)具有較高的時空分辨率,在濱海鹽沼三維結(jié)構(gòu)監(jiān)測中具有很大潛力。然后目前,利用UAV-LiDAR數(shù)據(jù)估算鹽沼植被AGB的研究有限。

為了確定濱海鹽沼潮溝對植被群落空間分布及其生物量的影響, 來自復旦大學的研究團隊在上海崇明東灘濱海濕地(121°54′-121°55′E,31°27′-31°28′N)進行了研究,主要目的為:(1)探索UAV-LiDAR數(shù)據(jù)估算鹽沼植物AGB的潛力;(2)研究潮溝對鹽沼植物群落空間格局及其地上C儲量的影響。

作者于2019年9月基于DJI M600平臺,利用LR1601-IRIS LiDAR傳感器(北京理加聯(lián)合科技有限公司,北京依銳思)收集UAV-LiDAR數(shù)據(jù)。于2019年9月27日和28日獲取光學圖像數(shù)據(jù)。于2019年10月和2020年10月收集植被樣品,測量其高度和地上生物量,同時收集土壤樣品,測量其土壤含水量和土壤鹽分。基于鹽沼植被群落所有樣本,利用線性回歸模型(多元線性回歸,MLR)和5個機器學習回歸模型,包括廣義線性模型(GLM)、梯度提升機(GBM)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)、基于核正則化最小二乘(KRLS)和隨機森林回歸(RFR) 建立預測模型。通過R2和RMSE評估模型性能。

LR1601 | 評估潮溝對濱海鹽沼植被空間分布及其地上生物量的影響

研究區(qū)和采樣點位置。

結(jié)果

LR1601 | 評估潮溝對濱海鹽沼植被空間分布及其地上生物量的影響

濱海鹽沼植被AGB實測值和預測值之間的關(guān)系。(a)MLR;(b)KRLS;(c)ANN;(d)GBM;(e)RFR;(f)GLM

LR1601 | 評估潮溝對濱海鹽沼植被空間分布及其地上生物量的影響

不同鹽沼群落AGB的空間分布、驗證和比較。(a)利用UAV-LiDAR數(shù)據(jù)和隨機森林模型進行鹽沼植被AGB制圖。(b)不同鹽沼群落AGB平均值。(c)AGB實測值和預測值的回歸擬合。(d)AGB預測值的密度分布曲線。

LR1601 | 評估潮溝對濱海鹽沼植被空間分布及其地上生物量的影響

與潮溝不同距離的鹽沼AGB的比較。(a)代表整個植被群落AGB變化趨勢;(b-e)分別代表PA,IC,CS和SM的AGB變化趨勢。D1:0-50 m;D2:50-100 m;D3:100-150 m;D4:150-200 m。

【結(jié)論】

基于UAV平臺收集的高分辨率圖像和LiDAR數(shù)據(jù),估算了鹽沼群落的空間分布和AGB。研究表明,通過改變土壤鹽分和水分條件,與潮溝的距離會對群落空間格局和鹽沼植被AGB具有重要影響。研究結(jié)果證實了UAV-LiDAR數(shù)據(jù)與隨機森林算法相耦合可簡便有效的檢測鹽沼AGB。綜上所述,該研究提供了一種估算鹽沼地上C儲量的有效方法,強調(diào)了精確估算在制定合理的科學測量進行濱海生態(tài)系統(tǒng)管理和保護中發(fā)揮重要作用。


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