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科研动态 | 无人机遥感助力红树林保护成效评估

发布时间:2022-04-27

近日,实验室青年骨干、环境与生态学院朱旭东副教授最新研究以“Stronger conservation promotes mangrove biomass accumulation: Insights from spatially explicit assessments using UAV and Landsat data”为题,在线发表于国际期刊Remote Sensing in Ecology and Conservation上。该研究结合无人机三维重构与卫星遥感长时序观测的各自优势,提出一种可量化年轻红树林地上生物量累积速率的遥感评估方法,并以我国福建红树林主要分布区为例开展红树林保护成效评估,证实了近20年更严格的滨海湿地保护促进了红树林地上生物量的累积。

研究背景

作为典型的滨海蓝碳生态系统,红树林的生长与保护受到了很高的关注。地上生物量动态直接反映着红树林的生长状况,是红树林保护成效评估的重要指标。上世纪后半叶我国红树林面积锐减,到90年代初已有一半以上的红树林消失,此后我国政府加大了红树林保护与恢复力度,红树林面积在近20年开始逐渐增加。以往的遥感研究大多关注红树林的总面积变化,较少聚焦与保护恢复密切相关的年轻红树林的生长动态,因而无法准确评估红树林保护与恢复成效。与传统的实地调查相比,无人机与卫星遥感在获取大范围、长时序红树林数据方面具有成本与效率优势。冠层高度是红树林地上生物量估算的核心参数,但卫星遥感往往难以获取冠层高度信息,而无人机航拍结合三维重构技术可以有效地获取冠层高度等结构信息,同时比机载激光雷达应用更具成本效益,因此通过结合无人机三维重构与卫星遥感长时序观测的优势,可以在保证较高精度的条件下实现长时序的红树林地上生物量估算,开展十年尺度上的红树林保护与恢复成效评估。

研究成果

红树林冠层高度(CHM)与增强型植被指数(EVI)、地上生物量(AGB)均密切相关,因而CHM可作为从EVI估算AGB的桥梁。本研究结合无人机三维重构(UAV-SfM)反演CHM与Landsat卫星EVI长时序观测,提出了一种基于EVI-CHM-AGB经验方程的、可量化年轻红树林AGB累积速率的遥感评估方法,并以福建4个亚热带红树林湿地为例开展AGB时空演变分析与红树林保护成效评估。主要研究结果有:(1)利用低成本的UAV-SfM技术可以有效获取红树林CHM的空间异质性;(2)15岁以下的年轻红树林可采用指数方程形式的EVI-CHM关系来估算AGB,而不受光谱饱和效应的显著影响;(3)与2000年之前相比,近20年以来年轻红树林的AGB总体上呈现更快的累积速率。考虑到无人机与卫星遥感影像的易获取性,本研究提出的年轻红树林AGB累积速率遥感评估方法可适用于其他红树林湿地或大尺度的红树林保护成效评估。

图1  福建省主要的4个红树林湿地空间位置(a)、无人机影像(摄于2020或2021年)及其红树林年龄(2020年)的空间与概率分布:c:漳江口(ZJE);d:九龙江口(JRE);e:厦门湾(XMB);f:泉州湾(QZB)。b为通过机载激光雷达(ALS)获取的冠层高度(CHM)空间信息。

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图2 红树林年轻时期(15岁以下)的AGB年累积速率(Mg DW ha-1 y-1):(a)漳江口;(b)九龙江口;(c)厦门湾;(d)泉州湾。前两者分2000年之前(红色)与2000年之后(绿色)两个湿地保护阶段来计算红树林AGB年累积速率。

研究团队

文章第一作者为环境与生态学院2021级硕士研究生朱珠,通讯作者为朱旭东副教授,共同作者包括我院2020级硕士研究生黄敏敏、福建省环境保护设计院有限公司周泽友以及漳江口红树林国家级自然保护区管理局陈桂香。研究得到了国家科技基础资源调查专项(2021FY100704)、福建省自然科学基金项目(2020J01112079)、厦门市青年创新基金项目(3502Z20206038)、福州市科技局项目(2021-N-123)等资助。

论文链接:https://doi.org/10.1002/rse2.268.


文、图 | 朱旭东

责任编辑 | 诸姮

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