基于无人机调查的崖壁植物空间分布特征研究

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崖壁上蕴藏着丰富而古老、独特而珍稀的植物。由于崖壁生境恶劣,其立面高、坡度陡、人类足迹难以到达等特点导致调查难度极高。目前关于崖壁植物多样性及其空间分布特征方面的研究极少,尤其缺乏大尺度且系统性的调查研究。开展崖壁植物研究对拓展人类对崖壁植物的认知和加强崖壁植物珍稀物种资源保护与管理具有重要意义。本文以张家界武陵源核心风景区的崖壁植物为研究对象,利用无人机遥感技术近距离采集崖壁植物高分辨率影像,植物分类学专家基于高清影像进行植物鉴定。最终基于调查的197座崖壁,共得到9200余条植物鉴定结果,使用Microsoft Excel、Python等软件统计崖壁植物数量及其科、属的分布区类型。同时采用物种数量S、Shannon-Weiner多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数分析崖壁植物的垂直和水平分布特征,以植物在崖壁阴、阳面的植物物种及个体数量差异等分析崖壁植物的阴、阳面分布特征。本文的主要研究成果如下:(1)武陵源风景名胜区共记录有崖壁植物267种,隶属于58科140属,其中裸子植物4科4属5种,被子植物54科136属262种。优势种主要以在武陵源生长历史悠久、抗瘠性优良、适应石英砂岩环境的乌冈栎、巴山松、满山红等物种为主,优势科以蔷薇科、杜鹃花科、壳斗科为主。单种属数量有79个,占比较高。在分布区类型上,崖壁植物表现为热带和温带亲缘属性,受温带影响较大。中国特有分布属仅有杉木属Cunninghamia、白豆杉属Pseudotaxus、大血藤属Sargentodoxa三种。(2)通过崖壁植物的空间分布特征分析,研究发现海拔、水文和太阳辐射差异对崖壁植物分布具有影响。崖壁植物多样性的海拔梯度分布模式整体呈非典型的“驼峰”模式。物种数量S随海拔的升高先增加后减少,在中海拔750m-800m段出现了物种峰值,随后又逐渐下降和上升,在高海拔处出现了一个次高峰;Shannon-Weiner和Simpson指数的最高值出现在最低海拔400m-450m,最低值则出现在较高海拔900m-950m,Pielou指数随海拔的升高先上升后下降,总体波动不大。崖壁植物多样性随着水平方向远离河流而降低,其中距离河流最近的崖壁群Group0的物种数量为131种,而依次远离河流Group1、Group2、Group3的物种数量依次降低到99种、78种、75种;其中Group0的Shannon-Weiner和Simpson指数随海拔变化整体呈下降趋势,而Group1~Group3的Shannon-Weiner指数随海拔变化整体呈现上升趋势;此外,距离河流最近的Group0和最远的Group3在Pielou均匀度指数随海拔变化具相似规律,即在物种数量最低的海拔段均匀度最高,而在物种数量最高的海拔段均匀度最低。在共197座崖壁中,随机受调查的崖壁阳面与阴面之比为1.21,其中崖壁阳面物种数为227种,阴面物种数为181种,其比率为1.25,两个壁面的物种多样性无较大差别。从阳面到阴面,特有物种数从86种降为40种,其中阳面与阴面的乔木、灌木、藤本型特有物种之比分别为3.00、2.21与1.10,乔木与灌木型特有种表现出明显的倾阳性,而藤本型则略倾向于生活在光照更少的崖壁阴面。乌冈栎、巴山松、满山红等物种则在崖壁阴、阳面均有出现,且均为阴、阳面的优势物种。(3)沿道路进行的地面补充调查共记录崖壁植物98种,隶属于58科82属,其中与无人机调查得到的数据库重复42种。结合两次调查得到的植物数据,共选择130种植物编入崖壁植物图册,结合高清彩色影像简要介绍崖壁植物。综上所述,本研究基于无人机近景摄影的实地调查得到了武陵源区第一份崖壁植物数据,基于此数据库进行的崖壁植物多样性及其空间分布特征研究,对于武陵源石英砂岩地貌或其他岩石地貌下的崖壁植物资源多样性研究乃至调查方法研究等方面具有启示意义。
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