張曄, 裴男才, 何碧紅, 史欣, 孫冰, 于彬, 尹小陽, 王子研, 唐賽男, 金一博, 劉曉天, 唐藝家, 朱穎芳, 孫倩

無人機技術在廣州南沙區(qū)河涌景觀特征生態(tài)調(diào)查中的應用研究進展

張曄1, 裴男才2,*, 何碧紅3, 史欣2, 孫冰2, 于彬2, 尹小陽2, 王子研4, 唐賽男5, 金一博6, 劉曉天2, 唐藝家2, 朱穎芳7, 孫倩8

1. 中山大學新華學院資源與城鄉(xiāng)規(guī)劃系, 廣州 510520 2. 中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所, 廣州 510520 3. 廣東省沙頭角林場, 深圳 518081 4. 國際竹藤中心, 北京 100102 5. 國家林業(yè)和草原局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設計院, 北京 100010 6. 中建三局第三建設工程有限責任公司, 武漢 430000 7. 中南林業(yè)科技大學理學院, 長沙 410004 8. 澳大利亞墨爾本皇家理工大學科學院地理空間科學系, 維多利亞州墨爾本市 VIC 3001

在城市化進程逐步加快、社會經(jīng)濟水平趨于高階的時代, 城市生態(tài)系統(tǒng)是當前開展交叉學科研究的重要對象, 融合了自然科學(如林學、生態(tài)學等)和社會科學(如管理學、人文地理學等)領域的思想體系和研究方法。作為一種新興技術, 無人機遙感已在生物學、地理學、信息科學等多個學科領域廣泛使用。主要從監(jiān)測、研究、評估和保護等四個方面簡要敘述了無人機技術在林業(yè)生態(tài)研究和管理中的應用情況, 并以廣州南沙區(qū)河涌景觀為例簡要分析了無人機技術在珠江三角洲地區(qū)城市森林景觀中的實際應用。試圖為我國城市區(qū)域的森林生態(tài)、生物多樣性與人居環(huán)境研究和管理工作提供參考。

無人機遙感技術; 粵港澳大灣區(qū); 森林城市群; 城市森林與綠地; 人居環(huán)境; 生態(tài)文明建設

0 前言

技術進步往往與科學發(fā)展相輔相成, 特別是在林業(yè)科學以及相關的生態(tài)學、保護生物學、城市管理學在內(nèi)的諸多領域, 近幾年興起和快速發(fā)展的無人機技術(unmanned aerial vehicle, UAV)得到了充分體現(xiàn)。由無人機和遙感技術相結合的無人機遙感技術(UAV remote sensing)具有高時效、高時空分辨率、云下低空飛行、高機動性等優(yōu)勢, 能短時間內(nèi)靈活地、較低成本地獲取高分辨率數(shù)據(jù), 可彌補有人駕駛飛機的人員不足或者衛(wèi)星遙感獲取通用數(shù)據(jù)的空缺[1-3]。無人機技術在現(xiàn)代林業(yè)研究和實踐等方面是否能成功實施, 主要依賴于無人機自身性能(如飛行規(guī)劃利用的靈活性、低成本、可靠性和自動性等)和快捷獲取高分辨率數(shù)據(jù)的能力[4, 5]。國內(nèi)外研究表明, 限制無人機技術更廣泛應用的因素主要有數(shù)據(jù)處理標準化、飛控政策成熟程度和硬件續(xù)航能力等方面, 而基于無人機研究的未來發(fā)展趨勢主要有機身小型化、平臺智能化、研究任務多樣化、服務目標多功能化、研發(fā)技術交流瞬時化等方面[6-11]。

河岸帶生態(tài)系統(tǒng)是陸地和水域兩個系統(tǒng)的生態(tài)過渡區(qū)[12]。城市河涌這一特殊人工河岸帶生態(tài)系統(tǒng), 在全球化和快速城市化的大趨勢下其植被特征、景觀風貌及其影響因素正受到更多關注[13]。廣州南沙河涌由上個世界70年代集中建設形成, 在近海區(qū)域人們通過圈圍進行漁業(yè)養(yǎng)殖, 隨著南沙陸域斑塊的延伸, 人們不斷地將基圍填土形成陸域, 之前用作交通的水道被預留下來, 進而形成了河涌。受珠江徑流和海水的共同作用, 廣州市南沙區(qū)形成了交錯復雜的河涌水網(wǎng), 具有典型的珠三角地域特色, 其沿岸植被對河涌植物生態(tài)系統(tǒng)維持和景觀風貌塑造具有重要意義[14]。同時, 在珠三角地區(qū)城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的背景下, 人為活動(如沿岸居民對河涌沿岸土地的利用方式和具體工程建設等)在很大程度上影響著河涌沿岸植物生態(tài)系統(tǒng)結構和城市河涌生態(tài)健康[15]。無人機技術與地面調(diào)查相結合, 較好地滿足了河岸帶特殊生境類型景觀要素監(jiān)測的需要。本文簡要綜述了無人機技術在現(xiàn)代林業(yè)中的應用情況, 主要從監(jiān)測、研究、評估和保護等四方面展開敘述, 并以珠江三角洲地區(qū)代表城市(廣州市)為案例展示無人機技術在解析南沙區(qū)河涌景觀構建要素和組合方式中的應用, 以期為在城市化背景下開展林業(yè)生態(tài)研究和管理工作提供參考。

1 監(jiān)測: 無人機技術可實現(xiàn)點、線、面、體等多個層面的遙感監(jiān)測

1.1 城市森林資源與生物多樣性監(jiān)測

源自無人機系統(tǒng)高分辨率影像分類數(shù)據(jù)相當精確, 可很好地用于城市森林和濕地生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查與資源監(jiān)測[16-19]; 通過多時相無人機激光雷達和攝影測量相結合, 可以監(jiān)測人工修枝、擇伐、火災、病蟲害等引起的森林結構變化以及枝葉生長、落葉等物候變化; 對紅樹林生態(tài)系統(tǒng)進行繪圖時, 使用無人機的優(yōu)勢超過航空影像[20]。此外, 還可監(jiān)測和預警局域尺度上的入侵植物(如薇甘菊)擴散狀態(tài), 進而為入侵植物機制研究和精準防治等提供有力支撐[21]。

基于無人機平臺的高精度遙感信息, 能較好地反映生物多樣性變化并揭示其驅(qū)動機制, 但也存在一些限制, 如軟硬件結合匹配程度不夠、與傳統(tǒng)生物多樣性監(jiān)測手段結合較弱等問題[22]。利用無人機技術可以對動物發(fā)聲、遷徙等行為進行監(jiān)測, 如對回巢過程中蝙蝠的回聲定位功能和不同個體間時間頻率成形的變化監(jiān)測, 發(fā)現(xiàn)蝙蝠在復雜群組中進行感知時可能使用不同的發(fā)聲設計, 首次在蝙蝠自然生境中成功記錄到動物聲音, 體現(xiàn)出無人機是生物聲景監(jiān)測的有效工具[23]。這種監(jiān)測技術甚至還能在高空記錄鳥類等飛行動物的聲音和視頻[24]。與比地面計數(shù)方法相比, 使用無人機技術的精確更高, 如在族群鳥類計數(shù)其精確度甚至能高出一個數(shù)量級[25]。盡管存在一些技術問題或不足, 但作為一個新的有用工具, 無人機技術正在促進生物多樣性監(jiān)測工作。

1.2 城市生態(tài)景觀與突發(fā)環(huán)境事件動態(tài)監(jiān)測

無人機遙感技術可在局域(中小)尺度對城市景觀-環(huán)境實時監(jiān)測, 彌補了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感的空間分辨率低、重訪周期長、云霧影響等方面的不足, 在城市植被制圖、城市森林地形繪圖等景觀空間生態(tài)學研究中受到越來越多的關注[26-29]。隨著城市化快速發(fā)展, 城市中心和近郊的原生生境破碎化程度較為嚴重。比如基建工程林區(qū)通公路后不久, 原有較穩(wěn)定的森林結構被破壞而變?yōu)殚_闊地帶, 較多陽性物種逐漸出現(xiàn)(如山烏桕), 特別是路旁有外來植物開始入侵且覆蓋范圍有逐漸擴大的趨勢(如薇甘菊)。因此, 在施工過程中需要引起高度注意, 盡量恢復和保護原生生境, 特別是防止入侵植物對本土植被結構造成嚴重破壞。在城市高度均質(zhì)化的行道林帶和市政景觀公園, 森林病蟲害也時有發(fā)生。通過無人機實時監(jiān)測, 掌握并劃分城市各區(qū)域發(fā)生病蟲害危害的等級, 評價城市森林健康狀況[30]。

使用遠程有人遙控飛機和無人機系統(tǒng)相結合的方法, 有望全天候進行有害物質(zhì)的監(jiān)測和管理、環(huán)境污染、黑臭水體篩查和監(jiān)管[31-33]。由于全球氣候變化等不可抗外力和人為劇烈活動等因素, 火災、地震和泥石流等突發(fā)事件在城市區(qū)域也時有發(fā)生, 基于無人機系統(tǒng)的實時和有效森林火災探測比固定監(jiān)測系統(tǒng)反映更大的區(qū)域, 進行地質(zhì)災害調(diào)查和評估[34,35]。日常管理過程中通過無人機動態(tài)監(jiān)測, 了解重點區(qū)域入侵植物和森林病蟲害的分布范圍, 掌握特殊生境發(fā)生突發(fā)環(huán)境事件的潛在動向, 為制定合理的防治方案提供重要依據(jù)。

2 研究: 無人機技術可協(xié)助格局、過程、成因等重要環(huán)節(jié)的實證研究

2.1 分布格局與特征研究

無人機技術將革新空間生態(tài)學研究, 特別是隨著無人機導航性能提升、測量技術小型化之后, 將大幅提高對生態(tài)格局的探測和對動態(tài)特征的推演能力。裝備了強大傳感器的無人機可根據(jù)終端使用者定義實時傳送高空間分辨率數(shù)據(jù)[36]。在生物多樣性其中一個重要方面——林冠空隙研究, 無人機遙感潛在地提供針對森林生物多樣性監(jiān)測變量(通常采集于森林清查樣地)的協(xié)變表面, 通過整合兩類數(shù)據(jù), 這些變量可被繪制于小的森林區(qū)域, 比僅僅基于野外森林清查更具有足夠精確水平、具有更高空間分辨率[37]。在精準林業(yè)清查方面, 源自無人機系統(tǒng)數(shù)字航空攝影點云的信息可產(chǎn)生空間上和時間上準確清查資料(樹高、蓄積量增加值等), 且潛在告知許多可持續(xù)林業(yè)管理活動[38, 39]。使用源自無人機系統(tǒng)影像的三維變量, 結合地面參考數(shù)據(jù)(如平均樹高、立木數(shù)量、胸高斷面積、樹干材積)優(yōu)化線性模型, 無人機系統(tǒng)影像的使用在局部尺度上能提供相對準確和及時的森林清查信息[17]。在精準農(nóng)林業(yè)研究領域, 無人機遙感可用于干旱脅迫、雜草與病害探測、營養(yǎng)狀況與生長活力評價、以及生物量預測[40]。

2.2 多樣性維持機制研究

無人機技術主要在空間尺度上豐富了人們對生物多樣性維持機制的認知, 引導研究人員從地面和林下層級逐步轉(zhuǎn)到林冠和近地遙感空間層級。無人機低空遙感系統(tǒng)能適用于物種、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)等尺度的研究和維持機制探討, 也能從物種形態(tài)和光譜特征庫的建立、物種自動識別、光譜數(shù)據(jù)與植物生理生態(tài)過程之間關系等維度挖掘森林生態(tài)系統(tǒng)不同要素的構建機制, 并與三維立體、多來源多尺度遙感數(shù)據(jù)融合進行綜合分析[41]。在野生動物研究中, 無人機作為一種轉(zhuǎn)型變革技術在當前和未來得以應用, 能完整、詳細地記錄野生動物多度、行為和生境等信息, 進而探討動物類群的多樣性維持機制[42]?？傊? 探討現(xiàn)存生物多樣性的維持機制, 依然是該領域?qū)W者的研究重要議題。無人機等技術的興起和廣泛應用, 在一定尺度上提供了更多的技術支撐, 也很大程度上拓展了生物多樣性研究內(nèi)涵和外延, 呈現(xiàn)出更加立體的研究思維和概念框架。

3 評估: 無人機技術可用于歷史、現(xiàn)實、未來等情景模式的評價估算

3.1 生物多樣性與生態(tài)效益評估

符合成本效益的航片潛在適用于森林生物多樣性評價, 而林冠目標變量的關聯(lián)(如與植物或者動物多樣性有關的林窗)卻未被通過那些航片得以描述?；诤狡偷孛婧瞬閿?shù)據(jù)顯示, 詳細的、空間隱含的林窗形狀矩陣信息充分揭示了干擾格局與植物多樣性的強烈依賴關系[43]。在一個150公頃的熱帶森林冠層收集航空影像數(shù)據(jù), 通過表面解譯圖片評估14公頃藤本植物侵擾的程度; 結果顯示, 無人機獲得的評估與地面調(diào)查(個體和樣地水平)的結果強烈相關、在多個森林類型和空間分辨也同樣[44], 表明無人機為評估熱帶森林冠層藤本植物侵擾提供了一個新工具。在使用源自無人機影像的三維數(shù)據(jù)估算熱帶森林生物量方面, 基于不同方法和參數(shù)設置自動形成的數(shù)字地形模型所估算的生物量, 與107個樣地地面調(diào)查結果相比沒有顯著差異[45]。另外, 為了評估無人機應用于長期生態(tài)學研究中價值, 基于無人機的林冠層變量、詳細的地面樹干數(shù)據(jù)、地形和土壤變量, 在廣東鼎湖山20公頃的亞熱帶森林動態(tài)監(jiān)測樣地, 評估了這些變量在解釋局域尺度林分和物種測量中變異的相對重要性。結果發(fā)現(xiàn), 基于無人機的林冠層變量較好地解釋局域生物多樣性格局, 且更具體地支持構建所觀察到森林生物多樣性的林窗動態(tài)假說; 林分斷面積與林冠層封閉度正相關, 顯示保護老齡林作為碳匯的重要性; 地形和土壤變量的重要性也得以證明, 支持構建生物多樣性格局的生境差異性假說; 物種水平分析顯示, 喜光物種(與耐蔭物種相比)更強烈地與林冠層變量關聯(lián)[46]。

3.2 人居環(huán)境宜居性評價

基于社區(qū)的森林監(jiān)測小型無人機, 在熱帶區(qū)域的性能和潛力評價表明, 小型無人機的應用能促進基于社區(qū)的森林監(jiān)測; 如果能給社區(qū)提供外部協(xié)助和資金贊助, 這種監(jiān)測方法在熱帶地區(qū)許多地方是可行的[47]?；谶b感的無人機演化也能很好地解決當前的城市問題、確保城市區(qū)域的可持續(xù)性和恢復性[48]。從無人機遙感影像估算農(nóng)林牧系統(tǒng)人造林的位置和高度方面, 在松樹上是可靠的, 但對于橡樹的可靠性則依賴于樹木的尺寸; 更小的樹格外地存在疑難, 因為這些樹傾向于擁有不規(guī)則的樹冠外形, 進而導致更大的誤差[49]。目前, 政府主管部門和社會各界也意識到無人機使用過程中面臨的法律法規(guī)不完善、泄露個人隱私等問題[22]; 尤其在人口高度密集的城市化區(qū)域, 更應加強無人機飛行管理、保護公共安全。

4 保護: 無人機技術可支撐山水林田湖草生命共同體的綜合保護

4.1 保護生物多樣性資源與安全

無人機極大地提升了新形勢下生態(tài)學和保護生物學的技術支撐力度。無人機系統(tǒng)可用于記錄野生動物豐富度、行為和生境, 獲取野外監(jiān)測區(qū)的照片、音視頻數(shù)據(jù); 此外, 無人機技術還在促進生物多樣性保護等自然科學的發(fā)展[42, 50, 51]。專用于生物多樣性保護的低成本自動航空飛機, 其飛行距離可達25公里, 飛行時間可達50分鐘[52]。無人機能在異質(zhì)景觀中分辨和量化關鍵樹種, 掌握樹木健康狀況[53], 達到分辨高空中的物種, 促進形成針對高空的保護生物學關鍵技術。無人機在植物保護還有更多真實的案例和經(jīng)驗, 如從秘魯?shù)母呱礁珊抵脖坏郊永毡鹊母珊瞪? 以及到南非和巴西亞馬孫的濕潤森林, 4500多公里的野外飛行經(jīng)驗展示無人機技術如何用于繪圖、量化和監(jiān)測植物物種[54]。

4.2 保護生態(tài)文明價值觀與綠色生活方式

落實生態(tài)環(huán)境保護政策并維持長效保護機制, 是保護好全方位生態(tài)空間與最普惠生態(tài)屏障的重要手段。保護城市綠色基礎設施需要綜合考慮數(shù)量與質(zhì)量兩方面, 主要有城市森林、綠地、生態(tài)廊道、垂直綠化、河涌濕地等類型, 呼吁人們培養(yǎng)不塌紅線、嚴守底線的保護意識[55]。公眾對無人機的普及應用、以及如何更好地開展保護科學存在不同觀點或意見; 例如美國民眾對使用無人機開展生物多樣性保護表現(xiàn)出中等到強烈的支持力度, 但是對其他用途意見不一致, 特別強調(diào)主動向公眾保證正當使用無人機的重要性, 避免可能刺激下意識產(chǎn)生反對的對抗信息或者暗示[56]。無人機和遙感應用于墨西哥城市湖泊取樣, 從不同空間和時間角度測量都會顯著影響水體中藍藻細菌監(jiān)測結果, 且光譜分析確認銅綠微囊藻的存在和空間分布[57]; 通過最細微的藻類研究能真實地反映出當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量好與壞, 也一定程度上感知到民眾所具有的生態(tài)保護意識。當下, 人與自然和諧共處, 城市與鄉(xiāng)村協(xié)同發(fā)展是社會公共希冀, 新興科技手段的應用應該有機融合進來, 并發(fā)揮正面作用。

5 案例分析: 無人機技術助力南沙河涌景觀風貌帶特征研究

5.1 研究背景

廣州市南沙區(qū)河涌形態(tài)筆直, 并排分布, 這種受海潮影響獨具特色的河流形態(tài)為20世紀70年代人工圈圍填海所留下的水道, 當?shù)鼐用裱睾佑拷ㄔ旆课? 利用河涌開展水上交通, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等活動,進而形成獨具地域特色的河涌景觀風貌。河涌自北向南依照形成時間的先后順序依次分布, 按1涌—19涌依次命名。本案例野外工作開展于2016年7月, 自北向南依次選取第3、7、11、14以及18號共5條河涌為研究對象, 利用通用無人機技術進行河涌景觀風貌帶特征研究(圖1); 并采用“點、線、面、體”相結合的方法, 從植物、河流、建筑以及河岸帶整體景觀風貌等方面對河涌景觀特征進行了分析。景觀特征評估法將景觀視為一個整體, 以一定區(qū)域范圍為研究對象, 關注景觀的“特異性”而非“價值”, 能有效識別區(qū)域景觀典型特征要素, 把握景觀的發(fā)展演替規(guī)律, 是一種理解景觀內(nèi)涵、發(fā)現(xiàn)景觀問題、有效指導規(guī)劃建設實踐的有力工具。景觀特征評估法有固定的工作步驟, 可根據(jù)實際問題和研究目標的不同靈活采用各種方法, 應用到景觀管理實踐[58]。景觀特征評估的整個過程包括景觀的特征化與景觀的評估與決策兩個階段, 按照“劃定范圍—桌面研究—田間調(diào)查—特征分區(qū)與描述”的步驟依次進行, 景觀的評估與決策階段按照“選定方法—評估—決策”步驟依次進行。

5.2 研究策略與方法

根據(jù)廣州南沙區(qū)土地利用與覆蓋資料和衛(wèi)星遙感影像, 同時比對衛(wèi)星遙感資料和無人機照片, 考慮區(qū)域地內(nèi)地形地貌、植被密度、建筑分布格局、水體形式等信息, 將河涌景觀風貌帶景觀分為聚落景觀、自然景觀、生產(chǎn)景觀、水體景觀等四種類型?；跓o人機遙感技術監(jiān)測了廣州市南沙區(qū)典型河涌的景觀要素地理位置, 初步研究了各要素空間分布格局(圖2)。本案例參考英國景觀特征評估法, 采用桌面研究、實地調(diào)研與訪談相結合的方法對5條河涌進行景觀特征評估, 采用桌面研究和實地調(diào)研相結合。第一步是劃定范圍: 基于影像衛(wèi)星影像、無人機照片、相關文獻, 參照實地的調(diào)研情況, 劃定廣州南沙區(qū)河涌主體及兩岸一定的區(qū)域為研究范圍, 確定河涌景觀風貌帶范圍, 從河涌區(qū)域尺度出發(fā)進行景觀特征評估。第二步是景觀特征分區(qū): 根據(jù)南沙河涌風貌帶范圍內(nèi)的自然特征和人為特征信息, 將各信息地圖進行疊加, 形成不同類別的景觀特征類型, 對河涌景觀風貌帶進行初步景觀特征分區(qū);在室內(nèi)分區(qū)基礎上, 在各特征區(qū)域內(nèi)均勻選取樣點進行外業(yè)調(diào)查, 結合現(xiàn)場對河涌景觀風貌帶典型景觀要素判讀, 歸納景觀組合方式, 詳細記錄在室內(nèi)無法獲得感知等方面的信息, 進行景觀特征分區(qū)細化, 形成最終的南沙河涌景觀風貌帶特征區(qū)域地圖, 并分區(qū)域進行景觀特征描述。第三步是景觀特征評估: 對各河涌景觀風貌帶進行景觀特征評估, 擬定景觀特征評估體系, 根據(jù)各特征區(qū)域?qū)嵉卣{(diào)研, 獲得各特征信息, 從水體、岸線、植被、鄉(xiāng)愁感知等方面出發(fā)進行河涌景觀風貌帶特征評估, 從各河涌風貌帶特征和各特征區(qū)域兩方面進行對比分析, 形成河涌景觀風貌帶特征評估報告。第四步是提出景觀建設策略: 在對河涌景觀風貌帶特征評估的基礎上, 對河涌沿線居民進行深入訪談, 了解河涌的演變歷史, 同時結合居民對河涌景觀風貌建設的評價和意見, 提出河涌景觀風貌帶建設策略。

注: 左圖的陰影區(qū)域為南沙區(qū)研究樣點范圍; 右圖的實線為5條河涌示意圖。

Figure 1 Location of the study area in Nansha District, Guangzhou City (adopted from Baidu Maps)

5.3 主要結果

從3涌至18涌, 河岸帶風貌自然度呈降低趨勢、景觀破碎度呈增加趨勢, 這可能河涌形成時間有關。河涌形成時間越晚, 其景觀風貌在形成過程中受城市化影響越大, 人們對景觀干擾程度更劇烈, 因此整體河岸帶景觀風貌自然度降低, 景觀破碎度增加。本案例將河岸帶景觀作為一個整體, 發(fā)現(xiàn)其沿岸村莊呈帶狀型分布, 呈散點狀鑲嵌式發(fā)展。此外, 根據(jù)河涌沿岸植物景觀要素與建筑、水體等景觀要素的空間關系, 將其分為風水林、庭院林、道路林、公共游憩林、水岸林, 并對各類植物景觀要素特征進行分析。結果表明, 水岸林是河岸帶植物景觀風貌的優(yōu)勢主體, 且在河涌景觀發(fā)展過程中沒有發(fā)生變化。結合實地調(diào)查發(fā)現(xiàn), 竹林叢生、果樹成群的植物景觀風貌是南沙區(qū)河岸帶植物景觀風貌的典型特征, 但是隨著時間的推移, 人們對河岸帶植物景觀風貌的影響在加強, 這種景觀特征正在逐漸減弱, 植物景觀風貌開始呈現(xiàn)出果樹化、自然生態(tài)化向觀賞化、城市化轉(zhuǎn)變的趨勢。城市化對河岸帶植物景觀特征具有影響, 如何維持和建設功能結構穩(wěn)定、地帶性風貌特征突出的河涌植物生態(tài)系統(tǒng)已成為當前生態(tài)系統(tǒng)建設的重要訴求?；谏鲜龇治鼋Y果, 對河涌植物景觀風貌建設提出了相應的建設策略: 建議在保留現(xiàn)有自然粗放的植物景觀風貌的基礎上, 延續(xù)現(xiàn)有喬木果樹景觀風貌, 適當增加生態(tài)性較強的地方鄉(xiāng)土樹種以加強其生態(tài)防護功能; 同時考慮增加觀賞性灌木以滿足居民審美需求。

圖2 城市化影響下廣州南沙區(qū)河涌景觀要素組合方式

Figure 2 Landscape components and configurations of river channels in the context of urbanization in Nansha district, Guangzhou city

南沙河涌主要構景要素為河涌水系(河涌、水塘)、竹林掩映的河岸帶、聯(lián)排河涌居民聚落、建筑外圍和水塘周圍的林果地以及水工構筑物(橋、水閘、碼頭)等。當?shù)鼐用褡≌?lián)排沿河涌分布, 河涌道路與跨河橋臺形成完整的交通系統(tǒng), 呈現(xiàn)出“鄰水而居”的聚落布局。河岸帶大片的叢生竹可綠化護坡, 也可作為房屋建筑、瓜果棚架用材; 龍眼、黃皮、楊桃、香蕉等植物除了在聚落道路、庭院等方面起綠化作用, 還可為當?shù)孛癖娞峁┦澄镅a充; 黃皮、龍眼、羅漢松、香樟等具有風水寓意的植物用于營造風水林; 九里香、雞蛋花等芳香植物栽種于房前屋后。這種多用途的植物綠化方案, 顯示出民眾對鄉(xiāng)土景觀文化的偏好與維持，可為嶺南地區(qū)高度城市化背景下河涌水系、林網(wǎng)綠化、鄉(xiāng)土景觀與生態(tài)環(huán)境的保護策略制定和可持續(xù)發(fā)展提供參考。

6 結論與啟示

國外內(nèi)許多研究都表明, 無人機技術已在各行各業(yè)有較好的實際應用。在城市化發(fā)展水平逐漸提高的時代, 以無人機為代表的新興技術會有更廣闊的發(fā)展空間, 也將促進林業(yè)、生態(tài)、環(huán)保、城市管理等更好發(fā)展。在珠三角地區(qū), 快速城市化使得鄉(xiāng)土景觀風貌發(fā)生巨大改變, 河涌作為當?shù)匾环N特殊的生態(tài)系統(tǒng)類型, 其現(xiàn)實存在與未來也面臨新的挑戰(zhàn)。在全球化和城市化大背景下, 植物同質(zhì)化和生境破碎化現(xiàn)象越來越明顯[59]。廣州南沙河涌沿岸具有較高的植物豐富度(達70科143屬159種)和景觀類型, 但其地帶性風貌特征和生態(tài)系統(tǒng)結構功能受到劇烈、頻繁的人為干擾, 未來該地區(qū)的河涌植物生態(tài)系統(tǒng)建設應注重保護與恢復重建鄉(xiāng)土景觀, 增加生態(tài)和景觀功能兼?zhèn)涞牡貛脏l(xiāng)土樹種, 如小葉榕、麻楝、蒲桃、假蘋婆、大葉相思、叢生竹等, 在保留現(xiàn)有自然粗放的植物景觀風貌基礎之上, 增加其生態(tài)防護功能, 凸顯其獨特的水岸植物風貌特征[15, 60]。已正式發(fā)布的《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》這個綱領性文件全面闡述了粵港澳大灣區(qū)的戰(zhàn)略定位、發(fā)展目標、空間布局等重大事項, 在推進粵港澳大灣區(qū)生態(tài)文明建設的具體工作中, 以無人機為代表的新興科技手段, 將極大助力美麗灣區(qū)建設, 進一步掌握并提升區(qū)域森林景觀與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量, 使大灣區(qū)早日實現(xiàn)天更藍、山更綠、水更清、環(huán)境更優(yōu)美的城市人居生態(tài)環(huán)境。

致謝: 部分內(nèi)容源自作者第二屆“無人機遙感在生態(tài)學地理學中的應用研討會”上的報告發(fā)言。感謝唐洪輝團隊在外業(yè)中提供的無人機技術支持, 楊龍和孫中宇博士在成稿過程提供的寶貴意見。

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Review on applications of unmanned aerial vehicles in landscape configurations of river channels in Nansha district, Guangzhou city

ZHANG Ye1, PEI Nancai2,*, HE Bihong3, SHI Xin2, SUN Bing2, YU Bin2, YING Xiaoyang2, WANG Ziyan4, TANG Sainan5, JIN Yibo6, LIU Xiaotian2, TANG Yija2, ZHU Yingfang7, SUN Qian8

1. Department of Resources and the Urban Planning, Xinhua College of Sun Yat-sen University, Guangzhou 510520, China 2. Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, China 3. Guangdong Provincial Sha Tau Kok Forest Farm, Shenzhen 518081, China 4. International Center for Bamboo and Rattan, Beijing 100102, China 5. Planning and Design Institute of Forest Products Industry, National Forestry and Grassland Administration, Beijing 100010, China 6. The Third Construction Co., Ltd of China Construction Third Engineering Bureau, Wuhan 430000, China 7. School of Science, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, China 8. Geospatial Sciences, School of Science, GPO Box 2476, RMIT University, Melbourne VIC 3001, Australia

Urban ecosystem is developing towards a hit in the field of interdisciplinary science, incorporating theoretical frameworks and research approaches from natural sciences (e.g., forestry and ecology) and social sciences (e.g., management science and human geography), particularly in the era of rapid urbanization and advanced society. As an emerging technology, UAV remote sensing has been commonly used in many disciplines including biology, geography, information science, etc. The present paper briefly summarized the applications of UAV in forest research and management, mainly from the perspective of monitoring, research, evaluation and conservation. Furthermore, the paper analyzed landscape components and configurations of river flood in Nansha District, Guangzhou City, which was illustrated as a case study for practical use of UAV in China’s urban forestry. This paper tended to shed new light on the research and management on forest ecology, biodiversity and human habitat in urbanized regions.

drone remote sensing; Guangdong-HongKong-Macao Greater Bay Area; forest city agglomeration; urban forest and green spaces; human habitat; ecological civilization construction

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.03.029

S157.2

A

1008-8873(2020)03-231-10

2019-07-01;

2019-09-02

中國林科院中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項資金青年人才項目(CAFYBB2017QB002), 中山大學新華學院博研計劃, 中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項資助(CAFYBB2018GB001)。

張曄(1987.08—), 女, 江西人, 講師, 碩士, 主要從事園林景觀設計等方面的教學和研究工作, E-mail: zhangye87.86@163.com

裴男才(1984.09—), 男, 江西人, 副研究員, 博士, 碩士生導師, 主要從事森林生物學、城市林業(yè)等方面的研究工作, E-mail: nancai.pei@gmail.com

張曄, 裴男才, 何碧紅, 等. 無人機技術在廣州南沙區(qū)河涌景觀特征生態(tài)調(diào)查中的應用研究進展[J]. 生態(tài)科學, 2020, 39(3): 231–240.

ZHANG Ye, PEI Nancai, HE Bihong, et al. Review on applications of unmanned aerial vehicles in landscape configurations of river channels in Nansha district, Guangzhou city[J]. Ecological Science, 2020, 39(3): 231–240.