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(chǎng)所。鹽沼植被地上生物量（AGB）的估算為監(jiān)測(cè)鹽沼生態(tài)系統(tǒng)時(shí)空穩(wěn)定性、生產(chǎn)力和地上碳儲(chǔ)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(diǎn)水平，且通?；趩我恢脖活愋?。與野外地面調(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(biāo)的空間估計(jì)方面更具優(yōu)勢(shì)。其中，UAV-LiDAR數(shù)據(jù)具有較高的時(shí)空分辨率，在濱海鹽沼三維結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)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(duì)植被群落空間分布及其生物量的影響， 來自復(fù)旦大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在上海崇明東灘濱海濕地（121°54′-121°55′E，31°27′-31°28′N）進(jìn)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(duì)鹽沼植物群落空間格局及其地上C儲(chǔ)量的影響。
作者于2019年9月基于DJI M600平臺(tái)，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(xué)圖像數(shù)據(jù)。于2019年10月和2020年10月收集植被樣品，測(cè)量其高度和地上生物量，同時(shí)收集土壤樣品，測(cè)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(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)回歸模型，包括廣義線性模型（GLM）、梯度提升機(jī)（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(jī)森林回歸（RFR） 建立預(yù)測(cè)模型。通過R2和RMSE評(píng)估模型性能。
研究區(qū)和采樣點(diǎn)位置。
【結(jié)果】
濱海鹽沼植被AGB實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值之間的關(guān)系。（a）MLR；（b）KRLS；（c）ANN；（d）GBM；（e）RFR；（f）GLM
不同鹽沼群落AGB的空間分布、驗(yàn)證和比較。（a）利用UAV-LiDAR數(shù)據(jù)和隨機(jī)森林模型進(jìn)行鹽沼植被AGB制圖。（b）不同鹽沼群落AGB平均值。（c）AGB實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值的回歸擬合。（d）AGB預(yù)測(cè)值的密度分布曲線。
與潮溝不同距離的鹽沼AGB的比較。（a）代表整個(gè)植被群落AGB變化趨勢(shì)；（b-e）分別代表PA，IC，CS和SM的AGB變化趨勢(shì)。D1：0-50 m；D2：50-100 m；D3：100-150 m；D4：150-200 m。
【結(jié)論】
基于UAV平臺(tái)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(huì)對(duì)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(shí)了UAV-LiDAR數(shù)據(jù)與隨機(jī)森林算法相耦合可簡便有效的檢測(cè)鹽沼AGB。綜上所述，該研究提供了一種估算鹽沼地上C儲(chǔ)量的有效方法，強(qiáng)調(diào)了精確估算在制定合理的科學(xué)測(cè)量進(jìn)行濱海生態(tài)系統(tǒng)管理和保護(hù)中發(fā)揮重要作用。
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