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紅樹林又稱“海岸衛士”、“消浪先鋒”、“生物凈化篩”, 是最具生命力的四大海洋自然生態系統。紅樹林生長在潮間帶, 且郁閉度高, 地面調查不僅需要投入大量的時間及人力, 而且空間范圍和時效性都具有極大的局限性, 無法滿足大范圍監測。2000年以來, 我們基于多源遙感從時空模式、結構參數、生理生化參數反演等多角度研究了紅樹林生態系統, 為科學監測和管理紅樹林提供了先進的技術手段和方法。《生物多樣性》2018年第8期發表的文章《基于多源遙感的紅樹林監測》詳細介紹了隨著遙感技術的發展我們課題組十幾年來在紅樹林開展的三個方面的研究成果。

圖1  部分研究區的紅樹林(作者實地拍攝)

2000年初,我們首創了基于像素和面向對象相結合的方法, 將IKONOS高分影像應用于紅樹林種間分類制圖, 也首次對IKONOS和QuickBird高分影像應用于紅樹林制圖效果進行了比較, 并將Worldview-3和ALOS影像進一步應用于紅樹林種間分類。2010年前后,應用面向對象和決策樹的分類方法對1973–2010年廣西紅樹林面積的變化進行了分析, 解決了紅樹林大范圍監測問題; 隨后, 又基于無人機多光譜和地面激光雷達遙感的紅樹林葉面積指數反演方法, 肯定了植被指數方法和無人機手段應用于海岸帶紅樹林葉面積指數反演的適用性, 并根據紅樹林本身茂密、低矮的特點(圖2), 提出了植被遮擋指數VOA (vegetation occlusion index)。隨著遙感高光譜的不斷精細化, 近5年來,我們又探索了遙感應用于紅樹林的生理生化參數反演: 其中, 首次評估了受潮汐作用的紅樹林光化學反射指數PRI (photochemical reflectance index)與光能利用率LUE (light use efficiency)的關系、天然紅樹植物白骨壤(Avicennia marina)林和桐花樹(Aegiceras corniculatum) PRI與LUE的關系以及受外來物種互花米草(Spartina alterniflor)入侵的紅樹林PRI與LUE的關系, 是未來評估紅樹林生態系統光合能力及生產力的重要基礎(圖3); 也根據紅樹林生長在潮間帶的特殊性, 基于Landsat-8影像探究了不同淹沒狀況下的紅樹林冠層葉綠素含量的變化結果(圖4)。

圖2 茂密、低矮的紅樹林(作者實地拍攝)

圖3  4種研究對象光化學反射指數(PRI)與光能利用率(LUE)的關系圖

圖4 基于種類和季節的不同淹沒狀況的紅樹林綠色葉綠素指數(GCI)分布箱體圖

十年如一日, 每年至少兩次全員野外工作, 酷暑寒冬, 帶著無人機、光合儀、GPS、葉綠素儀等從北京到廣西沿途30多個小時車旅的跋涉前往實驗基地——汕口紅樹林保護區。難以想象的野外工作環境(圖5),增加了我們對紅樹林的了解和熱愛。希望通過我們的工作讓更多的人熱愛和保護紅樹林, 最重要的是提供科學的認識和管理, 促進紅樹林生態系統生物多樣性的保育工作。

圖5  野外工作照片(作者實地拍攝)