邱燕寧,任世鈺,王 鑫,楊鵬浩,李媛媛,李世寒,伍錫林,吳書(shū)翰,徐志偉,李國(guó)旗,黃 成,徐 馳,*

1 南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 南京 210023 2 南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院, 南京 210023 3 寧夏大學(xué)西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 銀川 750021

在氣候變化和人類活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下,全球范圍內(nèi)的干旱、半干旱地區(qū)出現(xiàn)了不同程度的土地退化[1]。我國(guó)是受荒漠化影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一[2]。截至2014年,全國(guó)荒漠化土地總面積超過(guò)260萬(wàn)km2,占國(guó)土面積的近30%?；哪瘜?dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題也嚴(yán)重影響了區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[3]。面對(duì)嚴(yán)峻的荒漠化問(wèn)題,我國(guó)從20世紀(jì)50年代起就開(kāi)展了三北防護(hù)林工程、黃土高原退耕還林工程、京津風(fēng)沙源治理工程等一系列大規(guī)模生態(tài)恢復(fù)工程[4- 7]。大量研究表明,這些生態(tài)恢復(fù)工程總體上有效遏制了土地退化,促進(jìn)了物種多樣性恢復(fù)、土壤改良、碳匯增加以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提升[8- 14]。

植物是干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組分。植被退化往往是導(dǎo)致土地發(fā)生荒漠化的直接原因和荒漠化的重要指標(biāo)。理解植物群落組成結(jié)構(gòu)的演化對(duì)于闡明荒漠化的過(guò)程與驅(qū)動(dòng)機(jī)制,開(kāi)展有效的干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)措施具有極為重要的價(jià)值。以往的大量研究關(guān)注荒漠化過(guò)程中植物群落的物種組成動(dòng)態(tài)[11,15-16],而近期研究發(fā)現(xiàn),植物群落的空間格局能夠提供用于揭示植物個(gè)體間以及植物與非生物環(huán)境間的相互作用以及生態(tài)系統(tǒng)演化的動(dòng)力學(xué)機(jī)制等的關(guān)鍵信息,從而有助于深入理解荒漠化和生態(tài)恢復(fù)的過(guò)程與機(jī)理[17- 20]。例如國(guó)內(nèi)外研究者發(fā)現(xiàn),隨著荒漠化程度加劇,生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生的重要變化表現(xiàn)為大型植被斑塊的破碎化和喪失,植被斑塊逐漸偏離冪律分布[21- 22]；此外,當(dāng)荒漠化進(jìn)程加劇至接近生態(tài)系統(tǒng)崩潰的臨界閾時(shí),植被斑塊大小的異質(zhì)性及其空間自相關(guān)程度相應(yīng)上升[17]。這些植被空間格局的變化特征可能是荒漠化進(jìn)程的有效指標(biāo),對(duì)于干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理具有潛在重要價(jià)值。目前對(duì)于植被恢復(fù)過(guò)程中的群落空間格局演化的研究尚不多見(jiàn),特別是植被恢復(fù)過(guò)程中的格局演化是否遵循退化過(guò)程的逆向軌跡尚不清楚。

傳統(tǒng)研究中,植被空間格局的調(diào)查多基于衛(wèi)星影像或地面調(diào)查[21,22],存在一定局限性：衛(wèi)星影像分辨率低,且影像采集時(shí)間及數(shù)量均存在限制；地面調(diào)查則獲取的多為植被斑塊一維數(shù)據(jù)(長(zhǎng)/寬或直徑),在精確獲取植被斑塊形狀,面積等形態(tài)數(shù)據(jù)方面存在技術(shù)限制。近年來(lái),低空無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)迅速發(fā)展,由于其具有飛行高度低,飛行控制簡(jiǎn)單,靈活高效,成像數(shù)據(jù)空間分辨率高等優(yōu)勢(shì),逐漸成為生態(tài)數(shù)據(jù)獲取的重要工具[23- 25]。特別是在植被制圖、生物多樣性調(diào)查、森林火災(zāi)監(jiān)控、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等方面,無(wú)人機(jī)成像技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用[26- 31]。對(duì)于干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)而言,其植物生長(zhǎng)通常較為稀疏,且植物個(gè)體較小,即使高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)也難以完全滿足準(zhǔn)確提取植物分布的研究需求。而低空無(wú)人機(jī)技術(shù)可以較好解決分辨率限制問(wèn)題,且操作靈活,從而為在精細(xì)尺度上研究荒漠化與生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中的植被空間格局提供重要技術(shù)支撐。

本文以寧夏中衛(wèi)沙坡頭草方格生態(tài)恢復(fù)工程區(qū)為對(duì)象,以低空無(wú)人機(jī)獲取的高分辨率航空影像為數(shù)據(jù)源,結(jié)合地面群落調(diào)查,分析植被恢復(fù)過(guò)程中群落空間格局的動(dòng)態(tài)過(guò)程,以期為荒漠化治理和干旱區(qū)生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)參考。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究的研究區(qū)地處騰格里沙漠東南緣的寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市沙坡頭地區(qū)(104°23′ E，37°31° N),年平均氣溫7.2 ℃,年均降水量180 mm,年均蒸發(fā)量1900 mm。該地區(qū)天然植物群落中的優(yōu)勢(shì)物種包括花棒(Hedysarumscoparium)、沙米(Agriophyllumsquarrosum)和百花蒿(Stilpnolepiscentiflora)等[32]。自1955年以來(lái),為保障包蘭鐵路沙漠段的順利通行,我國(guó)科研人員提出了一套無(wú)灌溉條件下的治沙模式：固沙體系的主體是大面積鋪設(shè)的半隱蔽式草方格沙障,即在流沙上扎設(shè)約1 m2大小的麥草方格,將沙面穩(wěn)定后人工栽植以沙米、花棒、檸條錦雞兒(Caraganakorshinskii)等旱生植物[33]。因其高效、低成本等優(yōu)點(diǎn),草方格生態(tài)恢復(fù)措施在我國(guó)寧夏、內(nèi)蒙古等嚴(yán)重荒漠化的地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。2013年起,中衛(wèi)市黃河?xùn)|岸再次開(kāi)展了大規(guī)模的基于草方格的生態(tài)恢復(fù)措施,至2018年已鋪設(shè)草方格約200 km2。本文即以該生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目區(qū)為研究對(duì)象(研究區(qū)典型植被狀況見(jiàn)圖1)。

圖1 研究區(qū)典型區(qū)域照片F(xiàn)ig.1 Photos of representative regions of the study sites

1.2 研究樣地與無(wú)人機(jī)影像獲取

在研究區(qū)內(nèi)選取不同生態(tài)恢復(fù)歷史(恢復(fù)時(shí)長(zhǎng))的典型群落設(shè)立研究樣地,包括2014年實(shí)施生態(tài)恢復(fù)工程的區(qū)域、2016年實(shí)施生態(tài)恢復(fù)工程的區(qū)域和未開(kāi)展恢復(fù)工程區(qū)域,在不同區(qū)域內(nèi)分別隨機(jī)選取8個(gè)樣方(共24個(gè)樣方)進(jìn)行取樣分析?？紤]到樣方面積過(guò)大可能導(dǎo)致植物分布的空間異質(zhì)性過(guò)大,而樣方面積過(guò)小則可能導(dǎo)致取樣代表性不足,最終設(shè)定的樣方面積為10 × 10 m2。在固定樣地上進(jìn)行定位觀測(cè)的確可提供生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)最直接的觀測(cè)資料,但由于生態(tài)恢復(fù)往往需要較長(zhǎng)時(shí)間,開(kāi)展定位觀測(cè)強(qiáng)烈受到人力物力時(shí)間等資源限制。大量國(guó)內(nèi)外生態(tài)系統(tǒng)研究廣泛采用“空間代替時(shí)間”的途徑來(lái)有效解決該問(wèn)題[34- 36],其關(guān)鍵在于保證樣地之間初始植被覆蓋狀況和立地條件的一致性。本文選取的研究樣地都是由裸露沙丘開(kāi)始進(jìn)行恢復(fù),在開(kāi)展恢復(fù)工程前的地貌、水文、基質(zhì)與生物群落等因子具有高度的一致性,可以很好保證演化分析的可對(duì)比性。

本文研究團(tuán)隊(duì)于2018年5月植物生長(zhǎng)狀況良好的時(shí)期進(jìn)行調(diào)查,野外調(diào)查內(nèi)容包括無(wú)人機(jī)航拍獲取樣方內(nèi)植被空間結(jié)構(gòu)特征信息,以及分別調(diào)查樣方內(nèi)的植物物種組成及數(shù)量。在有限的時(shí)段內(nèi)(4年期),部分恢復(fù)區(qū)的草方格開(kāi)始腐壞,而植物存活、發(fā)育并且生長(zhǎng)狀況良好,這表明草方格生態(tài)恢復(fù)工程對(duì)沙丘固定起到有效的作用。

無(wú)人機(jī)遙感影像預(yù)處理在Pix4d Mapper軟件中完成,植被提取在ArcGIS 10.1中完成。

1.3 數(shù)據(jù)分析

對(duì)利用無(wú)人機(jī)高分辨率影像提取的植被空間分布二值數(shù)據(jù)(植被/非植被,示例見(jiàn)圖2)結(jié)合地面調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,主要采用的分析方法包括：

圖2 10 m×10 m樣方無(wú)人機(jī)影像及植被數(shù)據(jù)提取結(jié)果示例Fig.2 Examples of aerial images and extracted vegetation patches in 10 m×10 m quadrats

(1)景觀格局指數(shù)(landscape metrics)分析。選取16個(gè)常用且具有明確生態(tài)意義的景觀指數(shù)(表1),對(duì)每個(gè)樣方內(nèi)的植被斑塊計(jì)算景觀指數(shù)(類型水平)。各景觀指數(shù)的意義及計(jì)算公式詳見(jiàn)[39- 40]。

(2)空間自相關(guān)分析。Moran′sI指數(shù)可用來(lái)反映空間鄰接或空間鄰近的區(qū)域單元屬性值的相似程度,其值域?yàn)閇-1, 1],其值趨于1表明總體上空間正相關(guān)程度較高,性質(zhì)相似的單元分布較為集中；指數(shù)的值趨于-1表明空間負(fù)相關(guān)程度較高,總體上鄰近單元間差異較大；Moran′sI指數(shù)的值接近0則表明總體空間自相關(guān)程度較低[41]。Geary′sC系數(shù)值域?yàn)閇0, 2],大于1時(shí)表示存在空間負(fù)相關(guān),而小于1表示存在空間正相關(guān)[42]。將每個(gè)樣方劃分為1 × 1 m2的網(wǎng)格單元,分別計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的植被覆蓋度,計(jì)算全局Moran′sI指數(shù)及全局Geary′sC系數(shù)。

景觀指數(shù)計(jì)算使用Patch Analyst 5.0及Fragstats 4.2完成,統(tǒng)計(jì)分析在R 3.4.2軟件中進(jìn)行,空間自相關(guān)指數(shù)計(jì)算利用R中的Ape包完成[43-44]。采用單因素方差分析及Tukey多重比較法檢驗(yàn)不同恢復(fù)區(qū)域格局與多樣性的差異。

表1 本研究所選用的景觀指數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 植被蓋度與物種多樣性

利用無(wú)人機(jī)高分辨率影像提取不同恢復(fù)年限樣地內(nèi)的植被分布發(fā)現(xiàn),相對(duì)于未實(shí)施恢復(fù)措施裸露沙丘區(qū)域,草方格生態(tài)恢復(fù)區(qū)內(nèi)植被蓋度以及植物物種多樣性均顯著升高,且隨恢復(fù)時(shí)間增加,植被蓋度和物種多樣性呈增加趨勢(shì)(圖2,3)。未實(shí)施生態(tài)恢復(fù)區(qū)域以裸露沙丘為主(植被蓋度低于5%),大多數(shù)樣方內(nèi)只有單個(gè)物種存活,主要包括芨芨草(Achnatherumsplendens)和沙米,平均物種豐富度約為1.2；實(shí)施草方格生態(tài)恢復(fù)工程4年后,植被蓋度增加至約15%,增幅達(dá)3倍；而平均物種豐富度增加至2.5,物種多樣性指數(shù)的增幅都超過(guò)1倍。就植物蓋度和物種多樣性指標(biāo)而言,研究區(qū)內(nèi)的草方格生態(tài)恢復(fù)工程實(shí)施4年后植被情況顯著改善,表明(至少在短期內(nèi))草方格生態(tài)恢復(fù)措施取得了良好效果。

由于裸露沙丘的流動(dòng)性較強(qiáng),植物容易被掩埋而死亡。草方格的設(shè)置可促進(jìn)流沙的固定,從而增加荒漠植物的存活率[45]?；謴?fù)區(qū)的植被多樣性指數(shù)均出現(xiàn)上升,表明物種多樣性隨固沙年限增加表現(xiàn)出上升趨勢(shì)。這與過(guò)去一些基于長(zhǎng)時(shí)間尺度的草方格恢復(fù)措施的研究結(jié)果一致[11,15]。有研究表明,在草方格固沙區(qū),植被蓋度隨恢復(fù)年限增加而增加至穩(wěn)定,最高可至30%左右[46]。本研究樣地由于恢復(fù)時(shí)間較短,當(dāng)前植被蓋度較低,在氣候狀況保持基本穩(wěn)定的前提下未來(lái)植被蓋度可能將進(jìn)一步增加。

圖3 不同草方格恢復(fù)年限樣地內(nèi)的植物物種多樣性Fig.3 Plant diversity indices among different study sites***: P<0.001;**: P<0.01;*: P<0.05;·: P<0.1

2.2 景觀指數(shù)

進(jìn)一步分析植被恢復(fù)過(guò)程中植被斑塊的景觀指數(shù)數(shù)值變化,結(jié)果表明恢復(fù)過(guò)程中的植被空間格局特征發(fā)生顯著變化(圖4,表2)。隨恢復(fù)年限增加,植被的平均形狀指數(shù)、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)、平均斑塊分維數(shù)、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)呈下降趨勢(shì),其中平均形狀指數(shù)從1.36±0.04降至1.25±0.02,面積加權(quán)平均形狀指數(shù)由1.54±0.10降至1.31±0.03,平均斑塊分維數(shù)由1.14±0.01降至1.08±0.00,面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)由1.13±0.01降至1.06±0.00；而平均斑塊大小、斑塊大小標(biāo)準(zhǔn)差、最大斑塊指數(shù)、平均斑塊邊緣、平均歐氏最近鄰體距離等表現(xiàn)出先上升再下降趨勢(shì),其中平均斑塊面積由0.04±0.01升至0.25±0.05,再降至0.17±0.03,斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差由0.08±0.04升至0.48±0.13,再降至0.3±0.06,最大斑塊指數(shù)由0.64±0.38升至2.48±0.8,再降至1.84±0.47,平均斑塊邊緣由81.3±13.02升至190.06±23.06,再降至157.05±11.37,平均歐氏最近鄰體距離由27.68±7.56升至44.91±4.91,再降至33.19±1.57,但恢復(fù)區(qū)指數(shù)數(shù)值仍高于未恢復(fù)區(qū)?？傮w上,在植被恢復(fù)過(guò)程中,隨著植被蓋度的增加,植被斑塊表現(xiàn)出規(guī)模上升、破碎化程度下降、形狀復(fù)雜化等趨勢(shì)。

以往研究表明,在土地荒漠化過(guò)程中,植被斑塊趨于破碎化和喪失,特別是對(duì)于整體生態(tài)系統(tǒng)功能具有重要作用的大型植被斑塊的破碎化是系統(tǒng)退化的重要指標(biāo)[21]?；哪参锇邏K平均規(guī)模的增加,以及植物間的破碎化程度的下降(斑塊融合趨勢(shì))有利于形成大型植被斑塊。在本研究區(qū)域的極端干旱脅迫條件下,大型植被斑塊的存在可以有效促進(jìn)植物個(gè)體間彼此遮蔭從而減少蒸騰失水、促進(jìn)沉積物的截留,根系密度增加可以促進(jìn)沙丘固定、增加降水的入滲、以及增強(qiáng)根際微生物的活性,從而在整體上有助于改善局部微環(huán)境,進(jìn)一步促進(jìn)植物的存活和整體植被蓋度的增加[47-50]。這種正反饋機(jī)制是干旱脅迫生境中植被恢復(fù)的關(guān)鍵[51]。本研究中景觀指數(shù)的分析結(jié)果表明,在生態(tài)恢復(fù)過(guò)程中確實(shí)存在植物斑塊規(guī)模的增加和斑塊融合等趨勢(shì)。這種空間格局的變化過(guò)程可能是指示生態(tài)恢復(fù)措施有效性的重要證據(jù)。部分指數(shù)如平均斑塊大小等在四年恢復(fù)區(qū)出現(xiàn)數(shù)值下降,則可能與植被群落物種組成演替有關(guān),實(shí)地觀察可見(jiàn),在四年恢復(fù)區(qū),逐漸有一年生草本(例如：砂藍(lán)刺頭Echinopsgmelini，小畫(huà)眉草Eragrostisminor)開(kāi)始生長(zhǎng),沙蒿、沙米逐漸被其他如貓頭刺 (Oxytropisaciphylla)等斑塊較小的植物取代,與前人觀測(cè)結(jié)果一致[15]。

圖4 不同恢復(fù)區(qū)樣地景觀指數(shù)的變化情況Fig.4 The variation of selected landscape metrics among different study sites***: P<0.001；**: P<0.01；*: P<0.05；·: P<0.1;斑塊數(shù)量(NumP) Patch Number; 最大斑塊指數(shù)(LPI) Largest Patch Index; 景觀形狀指數(shù)(LSI) Landscape Shape Index; 面積加權(quán)平均形狀指數(shù)(AWMSI) Area-Weighted Mean Patch Fractal Dimension; 平均斑塊大小(MPS) Mean Patch Size; 總邊緣(TE) Total Edge; 平均形狀指數(shù)(MSI) Mean Shape Index; 平均臨近指數(shù)(MPI) Mean Proximity Index; 斑塊大小變異系數(shù)(Pscov) Patch Size Coefficient of Variation; 邊緣密度(ED) Edge Density; 面積加權(quán)平均形狀指數(shù)(AWMSI) Area-Weighted Mean Shape Index; 平均歐式最近鄰體距離(MENND) Mean Euclidean Nearest Neighbor Distance; 斑塊大小標(biāo)準(zhǔn)差(PSSD) Patch Size Standard Deviation; 平均斑塊邊緣(MPE) Mean Patch Edge; 平均斑塊分維數(shù)(MPFD) Mean Patch Fractal Dimension; 面積加權(quán)平均最近歐式臨近距離(AWMENND) Area-Weighted Mean Euclidean Nearest Neighbor Distance

2.3 空間自相關(guān)

Moran′sI與Geary′sC系數(shù)的計(jì)算結(jié)果表明,隨著恢復(fù)措施實(shí)施、恢復(fù)年限延長(zhǎng),當(dāng)?shù)刂脖豢臻g自相關(guān)強(qiáng)度出現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。諸多研究表明,干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)通常表現(xiàn)出多穩(wěn)態(tài)(alternative stable states,即植被和裸地兩種系統(tǒng)穩(wěn)態(tài))特征,由人為干擾、環(huán)境惡化等因素導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)崩潰在機(jī)理上可以通過(guò)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換(regime shift)來(lái)解釋[52- 53]。近年來(lái)大量研究致力于穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生的早期預(yù)警信號(hào)探索和驗(yàn)證,并發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的空間自相關(guān)上升是穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生前期的重要指標(biāo)之一。概言之,在植被退化過(guò)程中,多穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換理論預(yù)測(cè)植被斑塊的空間自相關(guān)程度將呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。從具體生態(tài)過(guò)程的角度而言,隨著干旱干擾等脅迫因子的作用增強(qiáng)(生態(tài)系統(tǒng)崩潰風(fēng)險(xiǎn)增加),植物的存活更加依賴于相鄰個(gè)體間的互利作用,在空間格局特征上主要表現(xiàn)為植物鄰體依賴的程度增加,即空間正關(guān)聯(lián)程度上升[17-18]。

對(duì)于本文研究區(qū)域,雖然難以觀測(cè)到植被退化中的這種變化軌跡,但通過(guò)對(duì)植被恢復(fù)過(guò)程的研究發(fā)現(xiàn)了相反的趨勢(shì)(即隨著植被恢復(fù),其空間自相關(guān)程度下降)。這表明研究區(qū)的植物存活對(duì)個(gè)體間互利作用依賴程度下降,即整體微環(huán)境的改善使得單獨(dú)生長(zhǎng)的植物個(gè)體易于存活。這可能表明生態(tài)系統(tǒng)正逐漸遠(yuǎn)離穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界點(diǎn)(即系統(tǒng)完全退化為裸地),從而進(jìn)一步證明了草方格生態(tài)恢復(fù)措施的有效性。

表2 不同恢復(fù)區(qū)樣地景觀指數(shù)的變化情況

*總邊緣、平均斑塊邊緣、平均歐式最近鄰體距離、面積加權(quán)平均最近歐式鄰體距離 單位：10-2m；平均斑塊大小、斑塊大小變異系數(shù)、斑塊大小標(biāo)準(zhǔn)差、最大斑塊指數(shù) 單位：10-4m2, 邊緣密度 單位：10-2m/塊;斑塊數(shù)量(NumP) Patch Number; 最大斑塊指數(shù)(LPI) Largest Patch Index; 景觀形狀指數(shù)(LSI) Landscape Shape Index; 面積加權(quán)平均形狀指數(shù)(AWMSI) Area-Weighted Mean Patch Fractal Dimension; 平均斑塊大小(MPS) Mean Patch Size; 總邊緣(TE) Total Edge; 平均形狀指數(shù)(MSI) Mean Shape Index; 平均臨近指數(shù)(MPI) Mean Proximity Index; 斑塊大小變異系數(shù)(Pscov) Patch Size Coefficient of Variation; 邊緣密度(ED) Edge Density; 面積加權(quán)平均形狀指數(shù)(AWMSI) Area-Weighted Mean Shape Index; 平均歐式最近鄰體距離(MENND) Mean Euclidean Nearest Neighbor Distance; 斑塊大小標(biāo)準(zhǔn)差(PSSD) Patch Size Standard Deviation; 平均斑塊邊緣(MPE) Mean Patch Edge; 平均斑塊分維數(shù)(MPFD) Mean Patch Fractal Dimension; 面積加權(quán)平均最近歐式臨近距離(AWMENND) Area-Weighted Mean Euclidean Nearest Neighbor Distance

圖5 不同恢復(fù)區(qū)空間自相關(guān)指數(shù)Fig.5 Spatial autocorrelation metrics among different study sites***: P<0.001;**: P<0.01;*: P<0.05

3 結(jié)論

本文利用低空無(wú)人機(jī)高分辨率(2 cm)遙感數(shù)據(jù)結(jié)合地面群落調(diào)查,在精細(xì)尺度上研究了寧夏沙坡頭草方格生態(tài)恢復(fù)區(qū)內(nèi)植物群落的空間格局變化。研究結(jié)果表明,沙坡頭地區(qū)草方格生態(tài)恢復(fù)工程的實(shí)施,相對(duì)于裸露沙丘區(qū)域,顯著提高了當(dāng)?shù)刂参镂锓N多樣性和植被蓋度?；謴?fù)工程實(shí)施4年后,平均植被蓋度增加3倍,物種豐富度增加1倍,且草方格腐壞過(guò)程并未導(dǎo)致植被的退化。在植被恢復(fù)過(guò)程中隨著植被蓋度的增加,植被斑塊表現(xiàn)出規(guī)模上升、破碎化程度下降、形狀復(fù)雜化、空間自相關(guān)減弱等格局特征變化。這些空間格局特征的變化表明大型植被斑塊趨于恢復(fù),整體微環(huán)境的改善有利于單獨(dú)生長(zhǎng)的植物個(gè)體存活,整體上生態(tài)系統(tǒng)退化為裸地的風(fēng)險(xiǎn)降低。本研究利用低空無(wú)人機(jī)遙感手段,對(duì)草方格生態(tài)恢復(fù)工程的植被恢復(fù)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)、高分辨率的空間格局調(diào)查及分析,結(jié)合地面群落調(diào)查,從多個(gè)方面證明了草方格生態(tài)恢復(fù)措施的有效性。本研究觀測(cè)的生態(tài)恢復(fù)工程時(shí)間段僅為4年,尚無(wú)法評(píng)估草方格生態(tài)恢復(fù)措施的長(zhǎng)期效益；但是短短四年植被恢復(fù)的情況和空間格局特征已表明這些生態(tài)措施開(kāi)始發(fā)揮了積極的作用?；跓o(wú)人機(jī)的系統(tǒng)空間格局研究,尤其是進(jìn)一步開(kāi)展連續(xù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),并結(jié)合地面生態(tài)系統(tǒng)功能調(diào)查,將有助于進(jìn)一步深入理解干旱區(qū)生態(tài)恢復(fù)機(jī)理，并基于此科學(xué)實(shí)施具體生態(tài)恢復(fù)措施。