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刘美玲副教授团队在南方红壤侵蚀区森林生态系统稳定性评价研究方面取得进展

2021-10-13     发布:信息工程学院    点击:97

生态系统稳定性是指生态系统在遭受自然和人为因素的胁迫和干扰下,所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力。生态系统稳定性评价是当前地球科学和生态环境科学研究领域的热点问题,运用遥感技术开展生态系统稳定性评价面临着一系列挑战,如何准确监测生态系统干扰-恢复过程?从哪些维度监测生态系统的干扰与恢复?如何度量生态系统是否恢复?是本研究试图解答的三大科学问题。

针对上述科学问题,我院 “环境遥感团队”刘美玲、刘湘南、吴伶等老师联合开展了研究,选取了典型红壤区湖南省衡阳盆地为实验区,由于森林生态系统的干扰-恢复是一个缓慢长期、复杂的连续变化过程,选取了长时序稠密Landsat遥感数据,构建了基于时空莫兰指数的变化算法来监测森林生态系统的干扰-恢复过程,综合生态系统功能(NDVI)与空间格局(斑块数、斑块面积、斑块面积周长比和斑块聚集度)两个维度进行稳定性评价,并从以下三个指标揭示森林的恢复力状态:恢复速率、恢复程度(偏离未干扰前程度)和恢复趋势等。研究取得的新认识如下:

1. 相比经典的森林生态系统变化监测算法,基于时空莫兰指数的变化算法在识别森林生态系统干扰-恢复过程,融入了森林空间结构特征信息,有效减弱了森林物候和光谱噪声对生态系统变化检测的影响,具有较高的时间精度,能捕捉到年内短期的扰动变化(图1)。

2. 以表征植被绿度的NDVI作为森林扰动指数,计算各年扰动指数的残差(某年某时刻的值与多年平均值的差值),利用各时相数据的残差特征,可以突破等时间间隔遥感数据的限制,从而增加森林生态系统变化监测算法的适用范围。

3. 森林在功能与空间格局方面,其恢复力存在差异,即NDVI, 斑块面积周长比和聚集度指数抗干扰能力强, 而斑块数和斑块面积抗干扰能力弱(图2)。

4. 森林恢复力与森林扰动面积与扰动幅度具有相关性,当超过一定阈值,其森林恢复力较差(图3);在森林恢复模式中,约70%的森林覆盖区,NDVI呈现上升的趋势,而景观格局指数基本保持稳定或渐趋稳定(图4)。

生态系统稳定性是生态学关注的重要研究内容,该成果为评价生态系统响应扰动的内在自我维持和自我恢复能力提供一种有效方法,为区域水土保持措施、生态工程建设和区域环境质量评估提供重要科学依据。

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1 森林生态系统恢复的时间与速率

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2 森林生态系统各指标的恢复程度

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3 森林干扰与恢复的关系

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4 森林生态系统各指标的恢复趋势

上述研究成果发表在生态类国际权威刊物《Ecological Indicators2021》。

引用格式:Meiling Liu , Xiangnan Liu,  Ling Wu , Yibo Tang , Yu Li , Yaqi Zhang , Lu Ye , Biyao Zhang. Establishing forest resilience indicators in the hilly red soil region of southern China from vegetation greenness and landscape metrics using dense Landsat time series. Ecological Indicators 121 (2021) 106985. [IF 2020=4.650]

全文链接:https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106985