基于Sentinel-2数据的草地植物功能多样性遥感反演及其与生产力的关系.pdf

植物生态学报 2022, 46 (10): 1234-1250 DOI: 10.17521/cjpe.2022.0104 Chinese Journal of Plant Ecology 基于Sentinel-2 数据的草地植物功能多样性遥感 反演及其与生产力的关系 1 1 3 2* 2* 赵晏平 王忠武 温都日根 赵玉金 白永飞 1 内蒙古农业大学草原与资源环境学院, 呼和浩特 010000; 2 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室, 北京 100093; 3正蓝旗草原工作 站, 内蒙古锡林浩特 027200 摘 要 生物多样性与生态系统功能的关系是当前生态学研究的焦点和难点。植物功能多样性是影响生态系统功能的重要指 标, 开展植物功能多样性的研究对了解生物多样性与生态系统功能之间的关系有着重要意义。传统的草地植物功能多样性研 究多以实地调查为主, 不仅费时费力, 而且由于受到时空的限制, 很难拓展到大尺度的研究中。遥感技术的发展为评估草地 功能多样性提供了一种经济、有效的手段。该研究选取内蒙古自治区锡林郭勒盟乌拉盖管理区草甸草原为研究区, 利用 Sentinel-2卫星影像和野外实测数据, 选取了波段及植被指数等46个特征变量, 探讨了逐步回归、偏最小二乘法(PLSR)和随机 森林(RFR)等3种不同方法对草地植物功能丰富度(FRic)、功能均匀度(FEve)和功能离散度(FDiv) 的反演精度, 并基于PLSR反 演草地地上生物量, 进一步分析了研究区功能多样性与生产力的关系。研究结果表明: (1)波段B11 、优化型土壤调节植被指 数(OSAVI)、水波段指数(WBI)对FRic解释度最高; 波段B6 、B10 、B12 、类胡萝卜素反射指数1 (CRI1)、双峰光学指数(D)、 归一化差值指数45 (NDI45)等6个特征变量对FEve解释度最高; 波段B5 、B9 、B10 、B11 、加权差分植被指数(WDVI)、凸包 面积等对FDiv解释度最高; (2)基于十折重复交叉验证, 利用逐步回归估算的FRic和FEve反演精度远高于其他两种回归方法, 2 2 2 R 分别为0.52和0.44; 而利用PLSR方法估算的FDiv反演精度最高(R = 0.61); (3)群落地上生物量反演精度为R = 0.61; FRic与 2 2 2 地上生产力的关系最好(R = 0.40), 其次为FDiv (R = 0.28)和FEve (R = 0.27) 。研究发现, 基于Sentinel-2卫星影像能较好地反 演草地功能多样性和生产力, 为下一步能在大尺度上进行草地功能多样性估算及其与生产力关系研究提供了参考和依据。 关键词 草地; 植物功能多样性; Sentinel-2; 功能多样性指数; 逐步回归; 偏最小二乘法(PLSR); 随机森林回归 赵晏平, 王忠武, 温都日根, 赵玉金, 白永飞 (2022). 基于Sentinel-2数据的草地植物功能多样性遥感反演及其与生产力的关系. 植物生态学报, 46, 1234-1250. DO