【遥感应用】利用遥感进行森林功能多样性制图

2017年11月14日

该图表明叶片叶绿素、类胡萝卜素和含水量的生理特征空间组成。复合颜色显示每6×6米像素3个性状的相对丰度

　　生态研究已表明植物多样性与生态系统功能之间存在正相关关系。基于长时间时间尺度，功能多样性程度较高的森林通常比多样化程度较低的森林更多产、更稳定。

　　多样化植物群落显示出资源利用功效和利用率的提高，生态系统生产力和稳定性的增强能够更好地适应不断变化的环境条件——一种生物多样性的保险效应。它们同时对疾病、昆虫攻击、火灾和暴风雨侵袭等问题呈现出较低脆弱性状态。

　　植物的功能多样性可以通过从上方对选择的森林形态和生理特征进行直接测量。过去，植物的功能特性必须通过劳动密集型的地面野外工作进行测量。这种野外工作要么局限于在较大的地块上只能测很少可测特征，要么是在许多非常小的地块或单株植物上测量许多性状特征。

　　瑞士苏黎世大学（UZH）和美国加州理工学院（CIT）/美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）的研究人员已经开发一种新遥感方法，能够对从小到大尺度范围对森林功能多样性进行测量，不仅不受任何预先定义的植被单位或物种信息约束，而且不需要地面校准。

　　研究小组将这一方法应用于瑞士苏黎世附近Laegern山的温带混交林生态系统。

　　UZH地理系遥感实验室Michael Schaepman指出，利用遥感手段，能够从上方对覆盖非常大区域的森林树冠功能性状不断进行观测，为研究整个森林生态系统找到一个特别机会。

功能特征表明树木活动和健康状况

　　科学家们利用机载激光扫描，对林冠形态特征进行测量，如树冠高度、树叶和树枝密度。这些测量结果可以展示植物如何通过树冠吸收阳光，吸收空气中二氧化碳，利用碳进行生长的整个过程。

　　在一个具有更多样性结构的树冠层中，阳光可以更好地在不同垂直树冠层和单个树冠之间传播，从而可以更有效地捕捉光线。

　　研究人员还用机载成像光谱学手段对森林生化特性进行描述。通过对树叶在多个光谱波段中反射光线过程的测量，能够获得诸如叶片色素（叶绿素、类胡萝卜素）和叶片含水量等生理特性数据。

　　Schaepman补充，这些生理特征提供树木活动和健康状况的信息。例如，研究人员可以看到，一棵树是否承受缺水胁迫，资源分配策略对一棵树的影响或者它对环境的适应过程。

多样性形态观测结果与地形和土壤相一致

　　研究人员通过将结果与叶级地面测量、物种级别的森林调查库存数据和提供功能特征值的数据库进行比较，验证了他们的方法。

　　利用计算机模型，他们能够评估一系列尺度上的形态和生理特征的多样性模式，从单个树木的多样性到按照环境梯度分类的大规模植物群落。

　　研究团队发现，功能多样性模式观测结果和土壤与地形等环境因素间存在密切联系，山脊树木适应了干燥、陡峭、浅层和多岩石的土壤，在更严酷的环境条件下，呈现较低的多样性状态。

空间功能多样性评估潜力

　　Michael Schaepman强调，利用遥感，他们现在能够对森林多样性进行测量和监测，能够进行大尺度变化观测，为自然保护和气候变化减排策略提供空间信息。

　　由于这种方法仅受先进传感器技术存在的限制，所以为提高全球植物功能多样性空间监测水平，这项工作将为未来机载和星载任务铺平道路。

　　原文题目：Mapping functional diversity of forests with remote sensing

　　（王化编译，殷永元审核）

附件下载