BEF監(jiān)測(cè)平臺(tái)精準(zhǔn)把脈寒溫帶森林

（來(lái)源：中國(guó)環(huán)境網(wǎng)）

轉(zhuǎn)自：中國(guó)環(huán)境網(wǎng)

近日，由大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司塔河林業(yè)局與東北林業(yè)大學(xué)聯(lián)合打造的全球最大寒溫帶森林生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能（BEF）監(jiān)測(cè)平臺(tái)正式建成。

該平臺(tái)將寒溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)的觀測(cè)研究從傳統(tǒng)群落尺度拓展至景觀尺度，標(biāo)志著我國(guó)在森林生態(tài)多維度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域邁入國(guó)際領(lǐng)先行列，為全球氣候變化背景下的森林保護(hù)與可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供了“中國(guó)方案”。

大興安嶺生態(tài)意義特殊

傳統(tǒng)BEF樣地多關(guān)注“群落尺度”，而這座基于5平方公里核心樣地建成的監(jiān)測(cè)平臺(tái)，將觀測(cè)范圍拓展至景觀尺度，覆蓋2公里×2公里的完整生態(tài)單元，能夠更全面地揭示生態(tài)格局與過(guò)程的內(nèi)在聯(lián)系。“尺度是生態(tài)學(xué)研究的關(guān)鍵變量，許多在小尺度上看似成立的生態(tài)關(guān)系，在更大范圍可能發(fā)生本質(zhì)變化。”東北林業(yè)大學(xué)生態(tài)學(xué)院教授何念鵬說(shuō)，景觀尺度的觀測(cè)將幫助科研人員發(fā)現(xiàn)此前可能被忽視的生態(tài)規(guī)律，為全球BEF研究提供全新視角。

“選擇大興安嶺建立全球最大BEF監(jiān)測(cè)平臺(tái)，絕非偶然，而是基于其獨(dú)特的生態(tài)區(qū)位與科學(xué)價(jià)值的雙重考量。”何念鵬介紹。作為我國(guó)唯一的寒溫帶明亮針葉林分布區(qū)，大興安嶺的生態(tài)特殊性為科研提供了天然優(yōu)勢(shì)。

這里是全球氣候變化響應(yīng)最為敏感的地帶之一，科研人員可以第一時(shí)間捕捉到森林對(duì)氣溫升高、凍土退化等環(huán)境變化的細(xì)微反應(yīng)。與熱帶雨林相比，寒溫帶明亮針葉林的喬木冠層相對(duì)稀疏，林下光照充足，形成了結(jié)構(gòu)清晰的喬灌草分層體系，既保留了生態(tài)系統(tǒng)的完整性，又避免了生物多樣性過(guò)于復(fù)雜帶來(lái)的調(diào)查難度。

“大興安嶺的森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、調(diào)查難度適中，便于開展多維聯(lián)動(dòng)研究，驗(yàn)證生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論。”何念鵬解釋道。同時(shí)，作為我國(guó)“三區(qū)四帶”生態(tài)安全屏障的核心區(qū)域，這里的生態(tài)變化還關(guān)系到國(guó)家生態(tài)安全大局，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)價(jià)值與應(yīng)用價(jià)值尤為突出。

可精準(zhǔn)記錄每株林木數(shù)據(jù)

走進(jìn)大興安嶺BEF監(jiān)測(cè)平臺(tái)核心區(qū)，1.6萬(wàn)余個(gè)高精度RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)）永久定位點(diǎn)如同大地的坐標(biāo)，可精準(zhǔn)定位20余萬(wàn)株林木。同時(shí)，上千株代表性林木佩戴了專屬“生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)器”，30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化遙感驗(yàn)證樣方均衡分布在林海中，構(gòu)成了一張覆蓋全生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式不同，大興安嶺BEF監(jiān)測(cè)平臺(tái)融合了先進(jìn)的多源遙感技術(shù)，構(gòu)建了“空天地一體化”綜合觀測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)了從單木生長(zhǎng)到景觀演變的全尺度監(jiān)測(cè)。

“我們既傳承了經(jīng)典生態(tài)學(xué)調(diào)查方法的嚴(yán)謹(jǐn)性，又融入了現(xiàn)代智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)的高效性。”何念鵬教授團(tuán)隊(duì)核心成員于海麗介紹，平臺(tái)整合了多源遙感數(shù)據(jù)與地面驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)，以期形成“天空—塔—地”的立體監(jiān)測(cè)格局。

天空中，無(wú)人機(jī)高光譜成像儀與無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的大范圍精細(xì)掃描，能夠快速捕捉植被覆蓋動(dòng)態(tài)、林冠結(jié)構(gòu)特征、植被生理生化指標(biāo)等信息；觀測(cè)塔則持續(xù)記錄氣象數(shù)據(jù)、地表通量等關(guān)鍵指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的全天候、不間斷監(jiān)測(cè)；地面上，地基激光雷達(dá)精準(zhǔn)測(cè)量林木三維結(jié)構(gòu)，結(jié)合科研人員定期開展群落結(jié)構(gòu)調(diào)查、功能性狀樣品采集、幼苗動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等工作，形成對(duì)地表生態(tài)過(guò)程的深入解析。

多技術(shù)融合帶來(lái)了監(jiān)測(cè)精度和效率的飛躍。平臺(tái)集成的厘米級(jí)空間坐標(biāo)系統(tǒng)，讓每一株林木的位置、胸徑、生長(zhǎng)狀況等數(shù)據(jù)都能被精準(zhǔn)記錄。“以前測(cè)量一棵樹的高度，需要手持儀器控制距離，調(diào)整角度，用眼睛找準(zhǔn)樹梢，以這種方法調(diào)查整片森林每棵樹的高度幾乎是不可能的，現(xiàn)在結(jié)合激光雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)與地面部分調(diào)查資料，半天就可以采集1公頃森林中每棵樹的高度。同時(shí)，通過(guò)無(wú)人機(jī)高光譜動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，我們能夠追蹤植物葉片的生化參數(shù)（如葉綠素含量、水含量）的變化，提前預(yù)判林木健康狀況，為病蟲害防治提供科學(xué)依據(jù)。”于海麗舉例說(shuō)。

此外，科研團(tuán)隊(duì)還圍繞生物多樣性、植物功能性狀、生態(tài)系統(tǒng)功能、環(huán)境驅(qū)動(dòng)四大核心維度，建立了全面的觀測(cè)指標(biāo)體系。生物多樣性監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)物種組成、群落結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵信息；植物功能性狀監(jiān)測(cè)則深入到葉、枝、干、根的理化性質(zhì)，揭示植物適應(yīng)環(huán)境的內(nèi)在機(jī)制；生態(tài)系統(tǒng)功能監(jiān)測(cè)聚焦生產(chǎn)力、碳匯能力、養(yǎng)分循環(huán)等核心功能；環(huán)境驅(qū)動(dòng)監(jiān)測(cè)則包括地形、土壤、氣候等多種環(huán)境信息，以全面解析生態(tài)系統(tǒng)變化的驅(qū)動(dòng)因素。

何念鵬說(shuō)，通過(guò)多維度數(shù)據(jù)的綜合分析，科研人員能夠系統(tǒng)揭示生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能之間的耦合關(guān)系，為理解寒溫帶森林的生態(tài)韌性機(jī)制提供數(shù)據(jù)支撐。

推動(dòng)森林經(jīng)營(yíng)更精細(xì)化

“大興安嶺BEF監(jiān)測(cè)平臺(tái)的價(jià)值不僅在于產(chǎn)出科學(xué)成果，更在于為森林保護(hù)與經(jīng)營(yíng)提供切實(shí)可行的技術(shù)支撐。”大興安嶺林業(yè)集團(tuán)公司塔河林業(yè)局相關(guān)負(fù)責(zé)人說(shuō)，平臺(tái)建成后，將推動(dòng)林業(yè)管理從“經(jīng)驗(yàn)型”向“精準(zhǔn)型”轉(zhuǎn)變。

平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可為生物多樣性保護(hù)提供科學(xué)指導(dǎo)。通過(guò)揭示生物多樣性維持生態(tài)系統(tǒng)韌性的特殊機(jī)制，平臺(tái)能夠幫助林業(yè)部門識(shí)別生態(tài)保護(hù)核心區(qū)域，優(yōu)化保護(hù)地劃定方案。

“以前劃定保護(hù)區(qū)域主要依據(jù)林木覆蓋率，現(xiàn)在結(jié)合平臺(tái)監(jiān)測(cè)到的物種豐富度、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能等數(shù)據(jù)，能夠更精準(zhǔn)地識(shí)別出對(duì)維持生態(tài)平衡至關(guān)重要的區(qū)域。”塔河林業(yè)局生態(tài)保護(hù)科負(fù)責(zé)人介紹。

在森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)方面，平臺(tái)突破了傳統(tǒng)林業(yè)經(jīng)營(yíng)只關(guān)注林木本身的局限，通過(guò)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)喬灌草完整生態(tài)系統(tǒng)，為“多目標(biāo)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)”提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

例如，通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，平臺(tái)能夠精準(zhǔn)掌握大興安嶺林下藍(lán)莓、紅豆等林業(yè)資源的生長(zhǎng)節(jié)律、產(chǎn)量周期，以及它們的生長(zhǎng)狀況與林木郁閉度、土壤養(yǎng)分、凍土變化等環(huán)境因子的關(guān)系，從而推動(dòng)林業(yè)資源的可持續(xù)管理。

在森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升方面，平臺(tái)為林業(yè)管理提供了靶向性解決方案。于海麗說(shuō)，例如在氣候變化背景下，“我們期望通過(guò)該平臺(tái)，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)林木生長(zhǎng)數(shù)據(jù)、物候數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)，揭示凍土退化、生長(zhǎng)季延長(zhǎng)等氣候變化對(duì)森林生長(zhǎng)的影響，為林業(yè)部門提前調(diào)整撫育策略、優(yōu)化樹種結(jié)構(gòu)提供科學(xué)依據(jù)”。

“森林質(zhì)量提升不是簡(jiǎn)單增加木材蓄積量，而是要讓森林生態(tài)系統(tǒng)更健康、更穩(wěn)定，更好地發(fā)揮碳匯、水源涵養(yǎng)等生態(tài)功能。”何念鵬說(shuō)，希望平臺(tái)的監(jiān)測(cè)，可以幫助大興安嶺實(shí)現(xiàn)森林經(jīng)營(yíng)的精準(zhǔn)化、科學(xué)化，為寒溫帶森林應(yīng)對(duì)氣候變化提供切實(shí)可行的方案。