基于多源遙感數據的物種多樣性及陸表植被恢復力監(jiān)測研究

武錦輝

1. 中國地質環(huán)境監(jiān)測院，北京 100081； 2. 北京師范大學地理科學學部遙感科學國家重點實驗室，北京 100875； 3. 牛津大學植物系，牛津 OX1 3RB

生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)恢復力是生態(tài)系統(tǒng)健康的關鍵因素和重要指標。物種多樣性指一定區(qū)域內物種數量的總和，物種多樣性監(jiān)測是生物多樣性監(jiān)測與保護的核心部分。作為生態(tài)系統(tǒng)恢復力的重要組成部分，植被恢復力是陸表生態(tài)系統(tǒng)服務和生態(tài)系統(tǒng)功能的重要指標，直接決定了陸表植被變化、陸表生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性等關鍵生態(tài)過程和生態(tài)參量。目前，受到觀測手段的限制，物種多樣性與陸表植被恢復力監(jiān)測普遍空間范圍小，時間范圍不連續(xù)，其中熱帶地區(qū)植物物種多樣性變化對植被影響效果爭議較大。論文基于長時間序列高精度遙感數據，從動物物種多樣性遙感監(jiān)測、植物物種多樣性變化對熱帶雨林影響的遙感評估、遙感植被恢復力監(jiān)測三方面出發(fā)開展相關工作。主要工作和成果包括：

(1) 利用回歸模型對基于衛(wèi)星遙感數據的環(huán)境指標(以下簡稱“遙感環(huán)境指標”)與哺乳類、鳥類和兩棲類動物物種豐富度分布的關系進行評估，結果顯示相關性比較高的指標集中在能量、生產力類。3種機器學習模型在構建集成多遙感環(huán)境指標的生物多樣性指標中，隨機森林模型(RF)效果最好。以動態(tài)棲息地指數年積累值(DHI-cum)等7個遙感環(huán)境指標，利用隨機森林模型(RF)構建集成生物多樣性指標。論文構建的生物多樣性指標與單個遙感環(huán)境指標相比，在全球尺度上與3類動物物種豐富度分布相關性高0.2。

(2) 選取大尺度，長期運行的沙巴生物多樣性試驗(SBE)為案例評估了利用高分辨率衛(wèi)星遙感數據監(jiān)測選擇性砍伐(SL)和不同補植策略對熱帶雨林影響的效果，確定了植物物種多樣性變化對熱帶雨林長勢的影響。選取遙感植被蓋度(VC)、葉面積指數(LAI)和生物量分析了選擇性砍伐區(qū)域和補植樣方(EP)、增強型切蔓樣方(ECC)、控制樣方間的差異，結果顯示大規(guī)模的選擇性砍伐后，Mulua森林保護區(qū)植被覆蓋度下降區(qū)域的面積占整個森林保護區(qū)面積的比例超過60%，沙巴生物多樣性試驗(SBE)區(qū)內植被覆蓋度呈現增長趨勢。在沙巴生物多樣性試驗(SBE)區(qū)內，補植和增加樣方內的植物物種多樣性對森林恢復有促進作用。

(3) 基于長時間序列衛(wèi)星遙感葉面積指數(LAI)產品，結合旱災、火災數據集，構建計算模型進行陸表植被恢復力(以下簡稱“恢復力”)監(jiān)測。結果顯示，在全球尺度上，常綠闊葉林地區(qū)的恢復力最高，落葉針葉林地區(qū)的恢復力最低。年降雨量在3000 mm以下時，年降雨量的增加對提高恢復力有正向促進作用，年平均氣溫的波動與恢復力變化的關系并不顯著。對于恢復力的動態(tài)變化，發(fā)現擾動頻率在1989年、1995年和2001年全球出現了3次顯著的上升，恢復力出現了對應的3次顯著下降。在區(qū)域尺度上，分析了不同土地覆被類型上的恢復力地理分布格局及動態(tài)變化。