2017年11月14日

該圖表明葉片葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素和含水量的生理特征空間組成。復(fù)合顏色顯示每6×6米像素3個(gè)性狀的相對(duì)豐度

　　生態(tài)研究已表明植物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能之間存在正相關(guān)關(guān)系。基于長(zhǎng)時(shí)間時(shí)間尺度，功能多樣性程度較高的森林通常比多樣化程度較低的森林更多產(chǎn)、更穩(wěn)定。

　　多樣化植物群落顯示出資源利用功效和利用率的提高，生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和穩(wěn)定性的增強(qiáng)能夠更好地適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件——一種生物多樣性的保險(xiǎn)效應(yīng)。它們同時(shí)對(duì)疾病、昆蟲(chóng)攻擊、火災(zāi)和暴風(fēng)雨侵襲等問(wèn)題呈現(xiàn)出較低脆弱性狀態(tài)。

　　植物的功能多樣性可以通過(guò)從上方對(duì)選擇的森林形態(tài)和生理特征進(jìn)行直接測(cè)量。過(guò)去，植物的功能特性必須通過(guò)勞動(dòng)密集型的地面野外工作進(jìn)行測(cè)量。這種野外工作要么局限于在較大的地塊上只能測(cè)很少可測(cè)特征，要么是在許多非常小的地塊或單株植物上測(cè)量許多性狀特征。

　　瑞士蘇黎世大學(xué)（UZH）和美國(guó)加州理工學(xué)院（CIT）/美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)一種新遙感方法，能夠?qū)男〉酱蟪叨确秶鷮?duì)森林功能多樣性進(jìn)行測(cè)量，不僅不受任何預(yù)先定義的植被單位或物種信息約束，而且不需要地面校準(zhǔn)。

　　研究小組將這一方法應(yīng)用于瑞士蘇黎世附近Laegern山的溫帶混交林生態(tài)系統(tǒng)。

　　UZH地理系遙感實(shí)驗(yàn)室Michael Schaepman指出，利用遙感手段，能夠從上方對(duì)覆蓋非常大區(qū)域的森林樹(shù)冠功能性狀不斷進(jìn)行觀測(cè)，為研究整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)找到一個(gè)特別機(jī)會(huì)。

功能特征表明樹(shù)木活動(dòng)和健康狀況

　　科學(xué)家們利用機(jī)載激光掃描，對(duì)林冠形態(tài)特征進(jìn)行測(cè)量，如樹(shù)冠高度、樹(shù)葉和樹(shù)枝密度。這些測(cè)量結(jié)果可以展示植物如何通過(guò)樹(shù)冠吸收陽(yáng)光，吸收空氣中二氧化碳，利用碳進(jìn)行生長(zhǎng)的整個(gè)過(guò)程。

　　在一個(gè)具有更多樣性結(jié)構(gòu)的樹(shù)冠層中，陽(yáng)光可以更好地在不同垂直樹(shù)冠層和單個(gè)樹(shù)冠之間傳播，從而可以更有效地捕捉光線。

　　研究人員還用機(jī)載成像光譜學(xué)手段對(duì)森林生化特性進(jìn)行描述。通過(guò)對(duì)樹(shù)葉在多個(gè)光譜波段中反射光線過(guò)程的測(cè)量，能夠獲得諸如葉片色素（葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素）和葉片含水量等生理特性數(shù)據(jù)。

　　Schaepman補(bǔ)充，這些生理特征提供樹(shù)木活動(dòng)和健康狀況的信息。例如，研究人員可以看到，一棵樹(shù)是否承受缺水脅迫，資源分配策略對(duì)一棵樹(shù)的影響或者它對(duì)環(huán)境的適應(yīng)過(guò)程。

多樣性形態(tài)觀測(cè)結(jié)果與地形和土壤相一致

　　研究人員通過(guò)將結(jié)果與葉級(jí)地面測(cè)量、物種級(jí)別的森林調(diào)查庫(kù)存數(shù)據(jù)和提供功能特征值的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了他們的方法。

　　利用計(jì)算機(jī)模型，他們能夠評(píng)估一系列尺度上的形態(tài)和生理特征的多樣性模式，從單個(gè)樹(shù)木的多樣性到按照環(huán)境梯度分類(lèi)的大規(guī)模植物群落。

　　研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，功能多樣性模式觀測(cè)結(jié)果和土壤與地形等環(huán)境因素間存在密切聯(lián)系，山脊樹(shù)木適應(yīng)了干燥、陡峭、淺層和多巖石的土壤，在更嚴(yán)酷的環(huán)境條件下，呈現(xiàn)較低的多樣性狀態(tài)。

空間功能多樣性評(píng)估潛力

　　Michael Schaepman強(qiáng)調(diào)，利用遙感，他們現(xiàn)在能夠?qū)ι侄鄻有赃M(jìn)行測(cè)量和監(jiān)測(cè)，能夠進(jìn)行大尺度變化觀測(cè)，為自然保護(hù)和氣候變化減排策略提供空間信息。

　　由于這種方法僅受先進(jìn)傳感器技術(shù)存在的限制，所以為提高全球植物功能多樣性空間監(jiān)測(cè)水平，這項(xiàng)工作將為未來(lái)機(jī)載和星載任務(wù)鋪平道路。

　　原文題目：Mapping functional diversity of forests with remote sensing

　　資料來(lái)源：http://www.geo.uzh.ch/en/events/news-archive/13-11-2017-Species-Diversity-of-forests-.html

　　（王化編譯，殷永元審核）