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基于无人机平台的浑善达克沙地植被生物量估算

10、干旱区环境与风沙科学 > 专题4：干旱区生态、水文前沿

浑善达克沙地位于内蒙古高原中部，是我国四大沙地之一，作为我国北方的重要生态屏障，承担着涵养水源、保护生物多样性、维系津京冀地区生态安全的作用。榆树疏林草原是是适应浑善达克沙地的典型植被类型，其独特的林-草结构能减少沙尘、改善土壤养分、遏止沙丘移动，因而了解榆树疏林植被特征、估算其生物量对精确评价浑善达克沙地环境质量、合理利用草地资源具有重要意义。
目前有关浑善达克沙地生物量的研究，多采用收获法测定样本植株的进而生物量估算草原生物量，或通过量取样本的结构参数拟合单物种异速生长方程，耗时耗力，且无法反映其植被动态，适应大尺度范围的估算需求。由无人机遥感影像提取植被结构参数是一种新兴的
生物量估算手段，该方法借助无人机遥感系统成本低、精度高、灵活便捷的优势，能快速获取不同尺度上的植被影像，通过图像处理软件高效地提取出植株结构参数，节省人力物力的同时，弥补传统生物量估算方法在区域尺度衔接上的不足，为荒漠植被生物量估算提供了一条新的有效途径。
本研究依托位于中国内蒙古自治区锡林郭勒盟正蓝旗桑根达来附近的浑善达克沙地榆树疏林草原长期定位监测大样地( 1 km×1 km，42°57'56″N，115°57'32″E，平均海拔 1300 m)，该区域是浑善达克沙地榆树疏林典型分布区，依据植被分布特征，将样地分为三种植被类型（以灌木为主、以乔木为主、以草本为主），分别设置大小为100m×100m的小样地，于2017年5月对其植被进行地面调查，收集所有植株的物种、位置、高度、胸径等信息，同年6月利用无人机遥感系统获取其植被高分辨率影像数据。通过Agisoft Photoscan 软件对获得的影像进行三维重建，得到小样地的植被冠层高度模型(canopy height model,CHM),利用地理信息处理软件（ArcGIS、QGIS）等提取出植被的结构数据（冠幅、树高、胸径、树冠投影面积），并以实测高度为参考验证所获数据精度，由此展开生物量估算。目前初步完成了小样地SP25的生物量计算工作，结果如下：1）样地内实测植株211棵，由无人机影像手动分割所得148棵；2）样地内实测植株高度平均值为1.399m,其中榆树的高度平均值为2.006m,灌木的平均值为0.471m,有无人机处理得出榆树平均高度为1.081m;3)影像结果估算出榆树种群的地上总生物量为2004.232g)由无人机影像提取出的植株高度与实测高度相比，准确度达到50.4%
本研究证明无人机遥感系统结合地理信息处理软件可快速、高效地获取植被结构特征，估算景观尺度上榆树疏林草原生物量，为浑善达克地区荒漠化防治、草地资源管理带去便利，也为荒漠化地区生物量研究提供一种新方法。