典型草原植物功能多样性对放牧强度的响应：以近地面多源遥感协同地面调查的方法

Plant functional diversity determines ecosystem productivity and ecosystem stability. Grazing is one of the basic means of grassland management and is of great significance in maintaining the structure and function of ecosystems. Therefore, the response of plant functional diversity (PFD) to grazing intensity at the ecosystem scale has received increasing interest among the grassland research community. In this project we plan to design the study on large-scale different grazing intensity control experimental platform in the typical grassland of Inner Mongolia. We aim to integrate LiDAR data, hyperspectral images and high-resolution orthophoto, collected by UAV, with ground truth values, to achieve cross-scale transformation of PFD data and reveal the evolution of its patterns. Then, we will quantify the effects of grazing intensity coupled with terrain, and determine the reasonable grazing intensity of typical grasslands. The results of this project could improve our understanding of the response of PFD to grazing intensity at the ecosystem level, and promote the application of near-surface remote sensing technology to precise management of pasture areas.

植物功能多样性决定生态系统生产力和生态系统的稳定性。放牧是草地管理的基本手段之一，在维持生态系统结构和功能方面具有重要意义。因此，在生态系统尺度探讨植物功能多样性对放牧强度的响应是当前草地生态研究领域迫切需要关注的焦点问题。本项目拟以内蒙古典型草原为研究对象，依托大型不同放牧强度控制实验平台，将近地面激光雷达、高光谱、高分正射影像数据与地面测量真值高精度匹配，解决植物功能多样性的跨尺度信息转换，分析功能多样性格局沿牧压梯度的变化与发展，量化地形和放牧的影响效应，确定典型草原合理的放牧强度。本项目的实施有助于发展植物功能多样性在生态系统水平响应放牧干扰强度的认知，也有助于探讨近地面遥感技术应用于草地畜牧业的精准管理。

创新草原生态监测评估新机制是内蒙古自治区草原建设进入“生态优先功能定位”新时期的重点工作。近地面遥感技术在获取大尺度精细数据方面具有优势，构建以结构多样性和功能多样性为主导的草原评估指标对于实施有效的生物多样性保护行动、实现草地资源的可持续利用意义重大。本项目拟依托中国农业科学院草原研究所设立的放牧强度控制实验平台开展①植物功能性状和多样性指数的跨尺度近地面遥感定量反演②放牧强度对功能多样性空间格局分异的驱动效应定量分析以及③生态系统水平功能多样性与生产力关系沿放牧梯度的变化趋势3项研究内容。在此过程中，针对内蒙古典型草原以低矮杂乱交错为特点的不同类型复杂禾草群落作为实施近地面遥感新技术的应用对象，提出了生物多样性遥感调查的相关技术规程。我们认为空间分辨率相较于光谱分辨率是技术应用首要考虑的因素，多光谱传感器相较于高光谱传感器，应对草原复杂多变的天气状况更具有实际操控性和实施可行性。对于空-地协同反演典型草原的关键指标（高度、盖度、地上生物量、生物多样性指数）形成了数据处理流程模式并针对不同数据类型构建了反演模型。这为后续以空-天-地一体化方式在典型草原运用卫星遥感数据大范围、高精度定量评估草原健康状况及时预警草原生态安全奠定了技术方法。在研究选定的放牧控制试验平台以空-地协同方式积累了2014年（实施第一年）、2017年（实施第四年）和2021年（实施第八年）3期数据；特别是2021年获得了从牧草返青到生长盛期以致生长末期的生长季数据。我们有信心在接下来的工作中能够对典型草原植被在不同放牧强度下对于气候变化的耦合时空响应进行深入的分析。通过本项研究形成的近地面遥感数据信息获取全流程技术方案、结构多样性和功能多样性的尺度上推途径，反映放牧强度的敏感指标等研究结果，为利用现代信息化手段以“草”核定草畜平衡状态实现草原健康的精准管理提供技术解决方案和实际应用成效评估。