【中科院之聲】森林健康可評估 多源遙感顯神通
森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在保障陸地生態(tài)系統(tǒng)功能和緩解全球氣候變暖等方面發(fā)揮著不可替代的作用。然而，人類活動劇烈和氣候變化的大背景下，森林遭受著前所未有的巨大干擾。作為進行生態(tài)評估、森林科學管理和保護的重要基礎(chǔ)，森林健康也成為全球關(guān)注的熱點問題。
在不同尺度上，森林健康具有不同的內(nèi)涵、評判標準和方法：
作為一個獨立的個體，即立木尺度，健康通常指樹木沒有疾病，其評判標準包括枯木量、抗病性、遺傳變異性、是否有疾病、是否有損壞、生長量等，所采用的主要評判方式是以點和巡游形式的野外調(diào)查；
森林生態(tài)系統(tǒng)尺度上，森林健康的定義是指能夠提供正常的生態(tài)系統(tǒng)服務及對干擾具有一定的恢復力，其評判標準包括生境質(zhì)量、群落結(jié)構(gòu)、土壤肥力、木材產(chǎn)量、蟲害和葉面積等，所采用的評估方式主要依托樣方點的野外調(diào)查和遙感技術(shù)；
景觀尺度上，森林健康的內(nèi)涵則更為復雜，其評判標準包括演替多樣性、連接度、斑塊性、水質(zhì)、木材供應和美學價值等，所采用的評估方式也主要依托樣方點的野外調(diào)查和遙感技術(shù)；
就全球尺度而言，森林健康的評判標準包括了持續(xù)性、入侵性、滅絕性、碳儲存、能量流和物質(zhì)流等，所采用的評估方式主要依托遙感技術(shù)和通量塔等監(jiān)測網(wǎng)絡。
由此可見，多源遙感技術(shù)在各尺度森林健康評價中發(fā)揮著重要的支撐作用。衛(wèi)星遙感技術(shù)長時間序列、大面積重復對地觀測、主被動多傳感器等優(yōu)勢結(jié)合機器學習算法的廣泛應用，在多尺度、高精度的森林植被重要生態(tài)參數(shù)遙感反演方面取得了突破性成果，也為森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況遙感評價提供了有效途徑。
典型森林類型照片（注：2017年7月拍于長白山，從左到右、從上到下依次為長白落葉松、魚鱗云杉、紅松、紫椴和槭樹 ）
森林生態(tài)系統(tǒng)尺度的健康評價指標在各國各研究項目中各有不同，但多數(shù)都包含了群落結(jié)構(gòu)和功能等兩方面指標。就中國森林清查中小班調(diào)查而言，主要涉及的相關(guān)指標包括結(jié)構(gòu)層面的郁閉度、立木密度和林齡，和功能方面的蓄積量和土壤狀況（土壤厚度和類型）。結(jié)合全國小班調(diào)查中相關(guān)指標和多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，利用各類遙感模型實現(xiàn)高效的森林健康狀態(tài)評價，對森林可持續(xù)管理與保護，維護區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全等具有重要的科學價值和現(xiàn)實意義。
中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所地理景觀遙感學科組研究人員選取林齡、郁閉度、立木密度、蓄積量和土壤肥力等重要生態(tài)參數(shù)作為評價指標，基于ALOS-2 L波段雷達數(shù)據(jù)、Sentinel系列衛(wèi)星的C波段雷達和可見光影像、ALOS DSM數(shù)據(jù)和大量的野外調(diào)查數(shù)據(jù)，構(gòu)建了森林健康遙感評價方法體系，并以長白山國家級自然保護區(qū)為例進行了區(qū)域森林健康狀況評價與制圖。
該研究系統(tǒng)分析了遙感因子與各參數(shù)的關(guān)系，并通過統(tǒng)計回歸、隨機森林、隨機森林克里金等遙感建模方法，反演獲得長白山國家自然保護區(qū)林齡、郁閉度、立木密度、蓄積量和土壤肥力等參數(shù)的空間分布；在此基礎(chǔ)上，利用主成分分析法確定各參數(shù)權(quán)重，繪制了長白山國家自然保護區(qū)森林健康狀況空間分布，并對評價結(jié)果進行了不確定性分析。
（引自：Chen et al., 2019.）
研究發(fā)現(xiàn)，Sentinel-2影像的生物物理變量與森林郁閉度、立木密度具有較為顯著的廣義線性關(guān)系。L波段干涉雷達的地形因子和可見光的光譜指數(shù)在林齡和土壤肥力反演中貢獻較大。在雷達后向散射特征中，HV極化和VV極化對蓄積量、林齡和土壤肥力等參數(shù)空間變異信息更為敏感。高精度的遙感反演結(jié)果表明，長白山國家級自然保護區(qū)森林郁閉度、立木密度和林齡均呈現(xiàn)沿海拔梯度升高而降低的分異規(guī)律。由森林健康狀況空間評價結(jié)果可知，長白山國家級自然保護區(qū)森林健康狀況的空間差異主要受土壤肥力和蓄積量影響；不同功能區(qū)的森林質(zhì)量狀況有差異，核心區(qū)的森林質(zhì)量狀況變異系數(shù)最高。該研究提出了基于多源遙感數(shù)據(jù)的森林健康狀況評價技術(shù)路線與方法，研究結(jié)果可以為保護區(qū)制定科學有效的森林管理和保護措施提供重要參考。
（引自：Chen et al., 2019.）
該研究由東北地理所博士生陳琳、研究員任春穎、張柏、王宗明和美國羅德島大學教授王野喬等共同完成，成果發(fā)布在 Remote Sensing 期刊上。該研究由國家重點研發(fā)計劃子課題（2016YFC0500300）和中科院青促會項目（2017277、2012178）等資助完成。
論文信息：Chen, L., Ren, C.*, Zhang, B., Wang, Z., Wang, Y.*, 2019. Mapping spatial variations of structure and function parameters for forest condition assessment of the Changbai Mountain National Nature Reserve. Remote Sensing 11, 3004, doi.org/10.3390/rs11243004.
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