Экологические исследования продемонстрировали положительную взаимосвязь между разнообразием растений и функционированием экосистемы. Леса с более высоким функциональным разнообразием, как правило, более продуктивны и стабильны в течение длительного времени, чем менее разнообразные леса. Разнообразные растительные сообщества демонстрируют повышенную эффективность использования и использования ресурсов, повышенную продуктивность и стабильность экосистем и могут лучше справляться с изменяющимися условиями окружающей среды, что является страховым эффектом биоразнообразия. Они также менее уязвимы к болезням, нападениям насекомых, пожарам и штормам.
Новый метод изучения целых лесных экосистем сверху
Функциональное разнообразие растений может быть напрямую измерено путем картирования выбранных морфологических и физиологических признаков леса сверху. В прошлом функциональные признаки растений приходилось измерять с помощью очень трудоемких полевых работ на земле. Эта полевая работа была либо ограничена очень немногими измеримыми признаками на больших участках, либо многими признаками на очень маленьких участках или отдельными деревьями. Исследователи из UZH и Калифорнийского технологического института / Лаборатории реактивного движения НАСА разработали новый метод дистанционного зондирования для картирования функционального разнообразия лесов от мелкого до крупномасштабного, независимо от каких-либо заранее определенных единиц растительности или информации о видах и без необходимости наземная калибровка.
Исследовательская группа применила свои методы на горе Лаегерн, экосистеме смешанного леса умеренного пояса, расположенной недалеко от Цюриха, Швейцария. «Благодаря дистанционному зондированию у нас есть уникальная возможность изучать целые лесные экосистемы, непрерывно картируя их функциональные признаки, глядя сверху на листву лесного полога на очень больших площадях», - говорит Майкл Шепман из Лаборатории дистанционного зондирования Департамента географии..
Функциональные признаки указывают на активность и состояние здоровья деревьев
С помощью бортового лазерного сканирования ученые измерили морфологические характеристики полога леса, такие как высота полога, плотность листвы и ветвей. Эти измерения показывают, как солнечный свет поглощается пологом, чтобы ассимилировать углекислый газ из воздуха и использовать углерод для роста. В кроне с более разнообразной структурой свет может лучше распространяться между различными вертикальными слоями кроны и между отдельными кронами деревьев, что позволяет более эффективно улавливать свет. Исследователи также охарактеризовали лес с точки зрения его биохимических свойств с помощью аэрофотоспектроскопии. Измеряя, как листья отражают свет во многих спектральных диапазонах, они смогли определить физиологические характеристики, такие как содержание пигментов листьев (хлорофиллы, каротиноиды) и содержание воды в листьях. «Эти физиологические признаки дают информацию об активности и состоянии здоровья деревьев. Например, мы можем увидеть, страдает ли дерево от водного стресса, какой стратегии распределения ресурсов придерживается дерево или как оно адаптируется к окружающей среде», - добавляет Шепман.
Наблюдаемые закономерности разнообразия, соответствующие топографии и почве
Исследователи подтвердили свой метод, сравнив результаты с полевыми измерениями на уровне листьев, данными инвентаризации участков на уровне видов и базами данных, предоставляющими значения функциональных признаков. Используя компьютерное моделирование, они смогли оценить модели разнообразия морфологических и физиологических признаков в целом ряде масштабов, от локального разнообразия между отдельными деревьями до крупномасштабных моделей растительных сообществ в соответствии с градиентами окружающей среды. Команда обнаружила сильную связь между наблюдаемыми моделями функционального разнообразия и факторами окружающей среды, такими как почва и топография, с меньшим разнообразием на горном хребте в более суровых условиях окружающей среды, где деревья адаптировались к сухим, крутым, неглубоким и каменистым почвам.
Потенциал для оценки функционального разнообразия из космоса
«Благодаря дистанционному зондированию мы теперь можем измерять и контролировать разнообразие лесов, что позволяет нам наблюдать за изменениями в больших масштабах и предоставлять пространственную информацию для стратегий сохранения природы и смягчения последствий изменения климата», - подчеркивает Майкл Шепман. Поскольку методология ограничена только наличием передовых технологических датчиков, эта работа прокладывает путь для будущих воздушных и спутниковых миссий, направленных на мониторинг глобального функционального разнообразия растений из космоса.