Kortlægning af funktionel mangfoldighed af skove med fjernmåling

Produktivitet og stabilitet i skovøkosystemer afhænger stærkt af plantesamfundenes funktionelle mangfoldighed. Universitetet i Zürich forskere har udviklet en ny metode til at måle og kortlægge funktionel mangfoldighed af skove i forskellige skalaer - fra individuelle træer til hele samfund - ved hjælp af fjernmåling med fly. Deres arbejde baner vej for fremtidige luftbårne og satellitmissioner til at overvåge den globale plantes funktionelle mangfoldighed.

Økologiske undersøgelser har vist positive forbindelser mellem plantemangfoldighed og økosystemfunktion. Skove med større funktionel mangfoldighed er generelt mere produktive og stabile over lange tidsskalaer end mindre forskelligartede skove. Forskellige plantesamfund viser øget ressourceforbrugseffektivitet og -udnyttelse, øget økosystemets produktivitet og stabilitet og bedre kan klare de ændrede miljøforhold - en forsikringseffekt af biodiversitet. De er også mindre sårbare over for sygdomme, insektangreb, ild og storme.

Ny metode til at studere hele skovøkosystemerne ovenfra

Plantefunktionel mangfoldighed kan direkte måles ved at kortlægge udvalgte morfologiske og fysiologiske træk ved en skov ovenfra. I fortiden, funktionelle egenskaber ved planter skulle måles ved meget arbejdskrævende feltarbejde på jorden. Dette feltarbejde var enten begrænset til meget få målbare egenskaber på større parceller eller mange egenskaber på meget små parceller eller enkelte træer. Forskere fra UZH og California Institute of Technology / NASA Jet Propulsion Laboratory har nu udviklet en ny fjernføler-metode til at kortlægge funktionel mangfoldighed af skove fra små til store skalaer, uafhængigt af foruddefinerede vegetationsenheder eller artinformation og uden behov for jordbaseret kalibrering.

Forskergruppen anvendte deres metoder på Laegern -bjerget, et tempereret blandet skovøkosystem beliggende nær Zürich, Schweiz. "Med fjernmåling, vi har den unikke mulighed for at studere hele skovøkosystemer ved løbende at kortlægge deres funktionelle træk set ovenfra på skovens blade over meget store områder, "siger Michael Schaepman fra Remote Sensing Laboratories i Geografisk Institut.

Funktionelle træk angiver træers aktivitet og sundhedstilstand

Med luftbåren laserscanning, forskerne målte morfologiske egenskaber ved skovhimlen såsom baldakinhøjde, løv og granntætheder. Disse målinger angiver, hvordan sollyset optages af baldakinen for at assimilere kuldioxid fra luften og bruge kulstoffet til at vokse. I en baldakin med en mere forskelligartet struktur, lys kan bedre sprede sig mellem forskellige lodrette baldakinlag og blandt individuelle trækroner, muliggør en mere effektiv optagelse af lys. Forskerne karakteriserede også skoven med hensyn til dens biokemiske egenskaber ved hjælp af luftbåren billeddannelsesspektroskopi. Ved at måle, hvordan blade reflekterer lyset i mange spektrale bånd, de var i stand til at udlede fysiologiske træk såsom indholdet af bladpigmenter (klorofyl, carotenoider) og bladvandindhold. "Disse fysiologiske træk giver information om træernes aktivitet og sundhedstilstand. Vi kan se, for eksempel, hvis et træ lider af vandstress, og hvilken ressourcefordelingsstrategi et træ følger, eller hvordan det tilpasser sig miljøet, "Tilføjer Schaepman.

Observerede mangfoldighedsmønstre i overensstemmelse med topografi og jord

Forskerne validerede deres metode ved at sammenligne resultaterne med feltmålinger på bladniveau, Arteniveau plotopgørelsesdata og databaser, der giver funktionelle egenskabsværdier. Ved hjælp af computermodellering, de var i stand til at vurdere mangfoldighedsmønstre af morfologiske og fysiologiske træk på en lang række skalaer, fra lokal mangfoldighed mellem individuelle træer til store mønstre af plantesamfund efter miljøgradienter. Teamet fandt et stærkt forhold mellem de observerede funktionelle mangfoldighedsmønstre og miljøfaktorer som jord og topografi, med lavere mangfoldighed på bjergryggen under hårdere miljøforhold, hvor træerne tilpassede sig det tørre, stejl, lav og stenet jord.

Mulighed for at vurdere funktionel mangfoldighed fra rummet

"Med fjernmåling, vi er nu i stand til at måle og overvåge skovens mangfoldighed, giver os mulighed for at observere ændringer i stor skala og levere rumlig information til strategier for bevarelse af natur og klimaændringer, "Understreger Michael Schaepman. Da metoden kun er begrænset af tilgængeligheden af ​​avancerede teknologiske sensorer, dette arbejde baner vej for fremtidige luftbårne og satellitmissioner, der sigter mod at overvåge den globale plantes funktionelle mangfoldighed fra rummet.