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(R2=0.87,p＜0.001,RMSE=30.50 g),切片凸包法(R2=0.89,p＜0.001,RMSE=28.01 g)与切片分割法(R2=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(R2=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(R2=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.

遥感; 地基激光雷达; 灌丛化; 小叶锦鸡儿; 生物量; 体积

Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences