基于无人机3D摄影技术“退耕地-森林”生态交错带尺度推移研究

Mountainous landscape pattern and changes are affected by China’s Returning Farmland to Forest Program (RFFP). The dynamics of structure and composition of transition zones (called ecotone) between different landscape elements are key drivers of landscape change. However, ecotones have often been ignored or reduced to lines in the conventional paradigm "the patch-mosaic-model" for analyzing landscape structure. How to upscale the detail dynamical processes of econtones at community level into patterns at the landscape level is one of key questions need to be answered by ecologists. To answer this question, the Three Parallel Rivers of Yunnan Protected Areas World Natural Heritage Site, Weixi County, one of the counties involved in RFFP, will be selected as a case study area. In this study, we will focus on the dynamics of structure and composition of ecotones between abandoned agricultural land and forest. Firstly, the structure and composition of ecotones will be detected at community level by field survey plots. Then, the three dimensional (3D) variables (height percentiles, height standard deviation, and density etc.) of ecotone derived from unmanned aerial vehicles (UAV) imagery in combination with ground reference data will be to fit linear models. Thirdly, these linear models will be used to detection the ecotones at landscape level by integrating UAV imagery with high resolution satellite images. Finally, the dynamics of the ecotones both at community and landscape levels will also be addressed by doing the same work every year. Therefore, the gap between the ecotones detection at community level and at landscape level could be filled by using UAV photogrammetry techniques. It would help people better understand the relationship between landscape pattern and processes drove by RFFP. It will provide a case study of ecological process scaling as well.

退耕还林政策影响山地景观格局与变化，相邻景观单元生态交错带的群落结构和动态过程是引起景观格局变化的关键内在驱动因素。而传统“斑块镶嵌模型”的景观格局研究范式往往忽略了相邻景观单元间的生态交错带。如何将群落尺度上的生态交错带动态过程进行尺度推移到景观尺度上是景观生态学尚待回答的问题。本项目选取位于三江并流核心区和退耕还林重点县的云南省维西县为案例区。通过选取不同退耕年限和方式的“退耕地-森林”交错带为研究对象，开展野外群落样方调查，并与无人机航空影像的3D植物群落的结构建立关系模型，然后与卫星影像数据融合，将群落尺度上的生态交错带结构和动态变化推移到景观尺度上，分析其空间格局及动态变化过程。从而将群落与景观生态学之间的研究间隔联系起来，促进人们对退耕还林政策驱动下的景观格局与过程理解，为定量进行景观单元乃至保护区的核心区和边缘区划定提供科学依据和方法支持，以及为尺度转换研究奠定基础。

鉴于传统“斑块镶嵌模型”的景观格局研究范式往往忽略了相邻景观单元间的生态交错带。本项目重点关注如何将群落尺度上的生态交错带动态过程进行尺度推移到景观尺度上，并分析其对山地景观“格局—过程”的影响。选取不同退耕年限和方式的农林生态交错带为研究对象，开展野外群落样地调查，并与无人机航空影像结合，从景观尺度上提取“退耕地-森林”生态交错带，并分析退耕还林政策驱动下的山地景观格局变化。取得如下主要结果：.（1）利用无人机3D摄影技术和激光雷达遥感进行植物群落三维结构测定，并发展景观尺度上的过渡带精细提取。.（2）针对群落到景观尺度推移的问题，本研究尝试发展了将无人机影像识别与卫星遥感影像结合进行尺度推移方法，并且先应于石漠化评估。.（3）针对退耕还林政策的实施是否影响着“退耕地-森林”过渡带中主要物种的分布格局，本研究揭示出过渡带中种内竞争对云南松动态变化及分布格局的影响明显。.（4）本研究发现各样地林窗皆趋于向各自所处样地顶级群落发展演替，林窗空间格局特征指数如林窗形状复杂性指数、林窗面积都与林下植物多样性情况呈显著正相关关系。.（5）研究发现退耕还林工程可能并没有直接影响研究区景观格局和森林质量。当地的自然条件、社会经济环境、政策和农户生计共同作用于景观格局和森林质量的改变。.（6）退耕还林政策在村落水平实施的差异性，可能会导致植被覆盖的转变在不同空间尺度上存在不确定性。研究发现自然条件和社会经济层面的多重因素交互作用影响了退耕还林政策对研究区植被覆盖变化的多尺度效应。在大、中尺度上退耕还林政策显著促进了森林覆盖率的增加，在小尺度上海拔、地方官员的决策行为和农户生计成为主导因素。.（7）课题研究发表论文11篇，获得授权发明专利2个，培养研究生3名，本科生3名，参加国内外学术交流合作11次。.（8）课题组积累了一些样方、卫星遥感、无人机遥感数据