基于无人机遥感的天然草原鼠害发生面积调查方法研究

doi:10.11686/cyxb2022234

草业学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (5): 71-82.DOI: 10.11686/cyxb2022234

基于无人机遥感的天然草原鼠害发生面积调查方法研究

花蕊(), 包达尔罕, 董瑞, 唐庄生, 楚彬, 郝媛媛, 花立民()

甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，国家林业草原高寒草地鼠害防控工程技术研究中心，甘肃兰州 730070

收稿日期:2022-05-25 修回日期:2022-07-02 出版日期:2023-05-20 发布日期:2023-03-20
通讯作者: 花立民
作者简介:. E-mail： hualm@gsau.edu.cn
花蕊（1994-），女，甘肃临洮人，在读博士。E-mail： huarui_gsau@163.com
基金资助:
甘肃高寒草地鼠害非药物环境友好型防控技术与产品研发示范项目(2021CYZC-05);甘肃省教育厅优秀研究生“创新之星”项目(2021CXZX-343);甘肃省高等学校青年博士基金项目(2021QB-028);甘肃农业大学公招博士项目(GAU-KYQD-2020-19);甘肃农业大学伏羲青年英才项目“草地鼠害无人机监测技术研发”(GAUfx-04Y06)

Monitoring of rodent damage areas in grassland using unmanned aerial vehicle remote sensing technology

Rui HUA(), Daerhan BAO, Rui DONG, Zhuang-sheng TANG, Bin CHU, Yuan-yuan HAO, Li-min HUA()

College of Prataculture Science，Gansu Agricultural University，Key Laboratory of Grassland Ecosystem of the Ministry of Education，Engineering and Technology Research Center for Alpine Rodent Pest Control，National Forestry and Grassland Administration，Lanzhou 730070，China

Received:2022-05-25 Revised:2022-07-02 Online:2023-05-20 Published:2023-03-20
Contact: Li-min HUA

摘要/Abstract

摘要：

草原鼠害是目前我国为害面积最大、影响最为广泛的草原生物灾害。掌握草原鼠害发生面积是评估其为害程度和制定防治策略的重中之重。当前草原鼠害发生面积调查采用填图法或勾绘法，这两种方法均存在效率低、准确性差的问题，难以满足草原鼠害精准管理的要求。本研究以生态学和统计学理论为基础，采用无人机低空遥感技术，以青藏高原优势害鼠高原鼠兔为测试对象，以甘肃玛曲县4个乡镇为测试区域展开天然草地鼠害发生面积调查。1）首先确定被调查鼠种的一级调查区，即害鼠适生区；2）在一级调查区依据不同栖息地类型作为二级调查样地并划分为网格；3）在二级样地中随机抽样一定数量的样方，作为三级样方用于无人机调查；4）依据多个样方平均鼠害发生面积统计出二级样地的草原鼠害发生面积，汇总各二级样地发生面积获得调查区的鼠害发生总面积。结果显示，测试区域草原总面积4.6×10⁵ hm²，其中高原鼠兔适生区面积2.5×10⁵ hm²，经抽样调查得到研究区高原鼠兔为害发生面积为1.05×10⁴ hm²。本测试区域共有50个1 hm²样地，以调查1个样地为例，1人需 20 min左右完成内外业工作。相比填图法或勾绘法，本方法高效便捷、结果精度高，可为大尺度草原鼠害发生面积调查提供技术支持。

关键词: 草原鼠害, 发生面积, 无人机, 分层抽样

Abstract:

Rodent pests are the greatest and most widespread biological problem affecting pastoral land in China and their impact can reach ‘disaster’ level. Obtaining accurate data for rodent-damaged areas in grassland is a priority for evaluating the degree of pest damage and for devising pest management strategies. At present， survey grid and mapping methods are the main methods used to identify rodent-damaged areas in grassland. However， both of those methods have problems in terms of low efficiency and poor accuracy， so they do not meet the requirements for precise management of grassland pests. According to the principles of ecology and statistics， we used unmanned aerial vehicle （UAV） remote sensing technology and a stratified sampling method to detect damage areas from plateau pika， a dominant rodent pest on the Qinghai-Tibetan Plateau. These trials were conducted at four townships in Maqu County in Gansu Province. First， we selected the primary investigation area according to its suitability for rodents. Then， the first survey area was divided according to different habitat types into secondary survey plots， and each plot was divided into a grid. A certain number of quadrats in the secondary sample plots was randomly sampled， each as a three-level sample with a UAV survey. According to the average area of rodent pest damage across multiple quadrats， the damaged area in each secondary plot was calculated. The areas of damage in all the secondary plots were added to obtain the total pest-damaged area in the primary investigation area. The total area of grassland in the test area was 4.6×10⁵ ha， the area suitable for plateau pika was 2.5×10⁵ ha， and the area of plateau pika damage in the test area was 1.05×10⁴ ha. There were 50 sampling sites in total， and each site had an area of 1 ha. Taking one site as a sample， it takes one person 20 min to complete the work in terms of UAV flying and image interpretation. Compared with the grid survey method and mapping method， this new method can detect areas of rodent damage in grassland on a larger scale because it is more efficient， accurate， and cost-effective.

Key words: rodent pest on grassland, damaged grassland area, unmanned aerial vehicle （UAV）, stratified sampling

花蕊, 包达尔罕, 董瑞, 唐庄生, 楚彬, 郝媛媛, 花立民. 基于无人机遥感的天然草原鼠害发生面积调查方法研究[J]. 草业学报, 2023, 32(5): 71-82.

Rui HUA, Daerhan BAO, Rui DONG, Zhuang-sheng TANG, Bin CHU, Yuan-yuan HAO, Li-min HUA. Monitoring of rodent damage areas in grassland using unmanned aerial vehicle remote sensing technology[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(5): 71-82.

图/表 8

图1 测试区域高原鼠兔分布调查点

Fig.1 Distribution points of plateau pikas in the test area

图2 特征曲线

Fig.2 Characteristic curve

图3 无人机影像解译结果A1、B1为无人机航拍图，图中红色部分为软件自动识别的秃斑块 A2及鼠洞 B2。A1， B1 for UAV aerial photographs， the red part of the photograph is bare land A2 and pika holes B2 automatically identified by software.

Fig.3 UAV image interpretation results

图4 实测值与解译值相关性A为植被实测盖度与解译盖度相关性，B为实测鼠洞数量与解译鼠洞数量相关性；样地大小为100 m×100 m。A is the correlation between the measured coverage of vegetation and the coverage of interpretation； B is the correlation between the number of measured holes and the number of interpreted holes； The sample area is 100 m×100 m.

Fig.4 Correlation between measured values and interpretation values

图5 高原鼠兔潜在分布区

Fig.5 Potential distribution area of plateau pika

图6 测试区网格化及抽样点选择

Fig.6 Gridding and sampling point selection in the test area

图7 秃斑比与有效洞口数汇总左图为调查区秃斑比与有效洞口数汇总统计，右图A：高鼠洞密度低秃斑比，右图B：低鼠洞密度高秃斑比。The left graph shows the summary statistics of bald patch proportion and effective hole numbers in the survey area， the right graph A： High effective holes density and low proportion of bald patch， the right graph B： Low effective holes density and high proportion of bald patch.

Fig.7 Summary of bald patch proportion and effective hole numbers

表1 调查区鼠害发生面积

Table 1 Area of hazard in survey area

区域 Area	抽样率 Sample rate （%）	鼠害发生率 Incidence of rodent pest damage （%）	样地草原面积 Grassland area of the sample plot （hm²）	样地鼠害发生面积 Area of rodent damage in sample plots （hm²）	平均总洞口数 Average total number of holes （No.·hm^-2）	平均有效洞口数 Average number of effective holes （No.·hm^-2）
尼玛Nima	27.5	5.6	62000	3454.28	1168.4	418.29
欧拉Oula	21.4	5.1	64800	3324.24	496.3	177.68
阿万仓Awancang	20.5	2.2	75000	1612.50	820.8	293.85
曼日玛Manrima	18.4	4.1	52600	2147.83	1319.0	472.20
合计Total	87.8	1.7	254400	10538.85	3804.5	1362.02

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基于无人机遥感的天然草原鼠害发生面积调查方法研究

Monitoring of rodent damage areas in grassland using unmanned aerial vehicle remote sensing technology

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