美国植物学会 莫顿植物园的实验性高草草原
这个正射影像是由近600幅重叠的无人机影像构成的
信用:莱恩舍尔
在过去的几十年里，遥感技术已经成为科学家监测全球土地利用、冰层覆盖和植被变化的重要工具
然而，卫星图像通常只能以粗略的分辨率获得，只能对大面积的大趋势进行分析
对于在生态和农业领域从事更精细工作的研究人员来说，遥控无人机越来越成为负担得起的替代方案，但用于估计植物生产力和生物量的激光技术，如光探测和测距(LiDAR)，仍然非常昂贵
在最近出版的《植物科学应用》杂志上发表的一项研究中，研究人员使用低成本遥感技术制作了多光谱植被指数和高草草原植被的三维照片，将生物量的航空估算与实地直接测量进行了比较
基于他们的结果，摄影测量是估计生物量、土地覆盖和生态系统生产力的可靠方法，对保护和农业科学具有若干潜在的成本节约意义
研究人员在伊利诺伊州利斯尔的莫顿植物园进行了一项高草草原恢复实验，进行了遥感数据收集
“恢复实验旨在确定系统发育多样性和功能多样性是否影响恢复结果，”高级作者安德鲁·希普说，他是莫顿植物园的植物系统学家和植物标本室主任
为了实现这一目标，希普和他的研究小组从总共127种草原物种中抽取，每种物种在4平方米的地块上作为单一栽培种植
这些物种还在相同大小的多物种图中以各种组合混合，从高、中、低系统发育多样性到高、低性状多样性
主要作者莱恩·舍尔是杜克大学的一名社区生态学家，他认为该实验的设计是一个独特的机会，可以测试基于摄影测量的单种和多种地块之间生物量估算的精度
研究人员使用了一架配备有标准摄像头和多光谱传感器的DJI Phantom 4无人机，该传感器允许他们计算各种植被指数——基于光波长比的指标，表明植物生态系统的相对健康和生产力
通过拼接近600幅重叠的图像，研究人员创建了一组研究地点的马赛克，使他们能够计算每个地块的植被高度
通过外推法，他们能够估算出高草物种的总生物量
航空测量和实地测量之间的分析比较表明，从摄影测量中得出的生物量估计值解释了多物种地块生物量变化的47%，这是一个相当重要的结果，显示了该方法的前景
舍尔说:“在我们使用的指标中，产量是生产率的最佳预测指标，这是个好消息，因为它也是衡量成本最低的指标。”
尽管研究人员使用多光谱传感器获得不同波长光的图像来计算植被指数，但他们的结果表明，可靠地估计生物量只需要一个简单的RGB相机
然而，这些方法可能不适用于单一培养
他们的模型的解释力，在多物种图中解释了47%的变异，在单物种图中下降到34%，这个趋势并不是团队完全没有预料到的
“在单一栽培中，你通常只有一层植被，”舍尔说
相同物种和品种的植物通常具有相同的生长形式，其结果是大多数叶子在一个拥挤的层中争夺空间
“然而，在多物种的地块上，植被可以在垂直方向上更加均匀地分布，”舍尔说
由于三维摄影测量计算的是土壤表面和植被顶层之间的所有体积，因此植物高度均匀分布的地块可能给出最准确的估计
虽然未来与类似激光雷达测量的比较将有助于进一步限制摄影测量的精度，以估计双目标，但本研究概述了一种简单、快速和经济的方法，以可靠地评估大研究区域内高分辨率下的植被生产力
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