地基激光雷达灌丛化草原小叶锦鸡儿生物量估算

作者：刘晓亮,隋立春,白永飞,赵旦,赵玉金,刘艳书,翟秋萍

摘要：小叶锦鸡儿是内蒙古灌丛化草原中最具代表性的景观植物,准确估算小叶锦鸡儿灌丛的地上生物量对研究灌丛化草原生态系统、监测草原灌丛化程度具有重要意义。地基激光雷达TLS(Terrestrial Laser Scanning)可通过获取高密度点云数据准确估算灌木体积,被广泛应用于反演灌木生物量,但在灌丛化草原中尚未得到有效应用。本研究首先在中国科学院灌丛化草地植被恢复试验区获取了5个样方(10 m×10 m)共42株灌丛的TLS点云数据及实测生物量信息;然后分别使用整体凸包法、切片凸包法、切片分割法、体积表面差分法、体素法5种方法计算灌丛体积并与实测生物量进行回归分析;最后,通过留一交叉验证对5种方法建立的生物量估算模型精度进行对比分析。结果表明:TLS可在不破坏植被的情况下实现快速、准确地小叶锦鸡儿灌丛生物量反演,是传统野外调查方法的可靠替代技术。研究中采用的5种方法均能较好地估算灌丛生物量,其中:(1)相比于整体凸包法(R^2=0.87,p<0.001,RMSE=30.50 g),切片凸包法(R^2=0.89,p<0.001,RMSE=28.01 g)与切片分割法(R^2=0.88,p<0.001,RMSE=29.03 g)可有效减弱离群点造成的体积高估,生物量估算精度有所提升;(2)格网大小为3 cm、高度统计变量选取标准差时,体积表面差分法计算的体积与实测生物量拟合度最好(R^2=0.89,p<0.001,RMSE=28.89 g),表明高度标准差是估算小叶锦鸡儿灌丛生物量的强预测因子;(3)体素法解释了生物量估计值90%的变化(R^2=0.90,p<0.001,RMSE=26.28 g),是适合小叶锦鸡儿灌丛生物量反演的最优模型。

发文机构：长安大学地质工程与测绘学院 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室 中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室 中国林业科学研究院荒漠化研究所

关键词：遥感地基激光雷达灌丛化小叶锦鸡儿生物量体积remote sensingterrestrial laser scanningshrub encroachmentCaragana microphyllabiomassvolume

分类号： Q94[生物学—植物学]