Productiviteit en stabiliteit van bosecosystemen zijn sterk afhankelijk van de functionele diversiteit van plantengemeenschappen. Onderzoekers van de Universiteit van Zürich hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het meten en in kaart brengen van functionele diversiteit van bossen op verschillende schalen - van individuele bomen tot hele gemeenschappen - met behulp van teledetectie door vliegtuigen. Hun werk maakt de weg vrij voor toekomstige lucht- en satellietmissies om de wereldwijde functionele diversiteit van planten te monitoren.

Ecologische studies hebben positieve relaties aangetoond tussen plantendiversiteit en het functioneren van ecosystemen. Bossen met een hogere functionele diversiteit zijn over het algemeen productiever en stabieler over lange tijdschalen dan minder diverse bossen. Diverse plantengemeenschappen laten een toegenomen efficiëntie en gebruik van hulpbronnen zien, verbeterde ecosysteemproductiviteit en stabiliteit en kan beter omgaan met veranderende milieuomstandigheden - een verzekeringseffect van biodiversiteit. Ze zijn ook minder vatbaar voor ziekten, insecten aanvallen, vuur en stormen.

Nieuwe methode om hele bosecosystemen van bovenaf te bestuderen

Functionele diversiteit van planten kan direct worden gemeten door geselecteerde morfologische en fysiologische kenmerken van een bos van bovenaf in kaart te brengen. Vroeger, functionele eigenschappen van planten moesten worden gemeten door zeer arbeidsintensief veldwerk op de grond. Dit veldwerk was ofwel beperkt tot zeer weinig meetbare kenmerken op grotere percelen of veel kenmerken op zeer kleine percelen of enkele bomen. Onderzoekers van de UZH en het California Institute of Technology / NASA Jet Propulsion Laboratory hebben nu een nieuwe teledetectiemethode ontwikkeld om de functionele diversiteit van bossen van kleine tot grote schaal in kaart te brengen, onafhankelijk van vooraf gedefinieerde vegetatie-eenheden of soorteninformatie en zonder de noodzaak van kalibratie op de grond.

Het onderzoeksteam paste hun methoden toe op de Laegern-berg, een gematigd gemengd bosecosysteem in de buurt van Zürich, Zwitserland. "Met teledetectie, we hebben de unieke kans om hele bosecosystemen te bestuderen door hun functionele eigenschappen continu in kaart te brengen, kijkend van bovenaf op de bladeren van het bladerdak over zeer grote gebieden, ", zegt Michael Schaepman van de Remote Sensing Laboratories van het departement Geografie.

Functionele eigenschappen geven activiteit en gezondheidsstatus van bomen aan

Met laserscanning in de lucht, de wetenschappers maten de morfologische kenmerken van het bladerdak, zoals de hoogte van het bladerdak, blad- en takdichtheden. Deze metingen geven aan hoe het zonlicht door het bladerdak wordt opgenomen om koolstofdioxide uit de lucht op te nemen en de koolstof te gebruiken om te groeien. In een overkapping met een meer diverse structuur, licht kan zich beter verspreiden tussen verschillende verticale luifellagen en tussen individuele boomkronen, waardoor een efficiëntere vangst van licht mogelijk is. De onderzoekers karakteriseerden het bos ook met betrekking tot zijn biochemische eigenschappen met behulp van beeldvormingsspectroscopie in de lucht. Door te meten hoe bladeren het licht in veel spectrale banden weerkaatsen, konden ze fysiologische kenmerken afleiden, zoals het gehalte aan bladpigmenten (chlorofylen, carotenoïden) en het bladwatergehalte. "Deze fysiologische eigenschappen geven informatie over de activiteit en gezondheidsstatus van de bomen. We kunnen zien, bijvoorbeeld, als een boom waterstress heeft, en welke strategie voor het toewijzen van hulpbronnen een boom volgt of hoe deze zich aanpast aan de omgeving, ’, vult Schaepman aan.

Waargenomen diversiteitspatronen consistent met topografie en bodem

De onderzoekers valideerden hun methode door de resultaten te vergelijken met veldmetingen op bladniveau, Plotinventarisatiegegevens en databases op soortniveau die functionele eigenschapswaarden bieden. Met behulp van computermodellering, ze waren in staat om diversiteitspatronen van morfologische en fysiologische eigenschappen op een hele reeks schalen te beoordelen, van lokale diversiteit tussen individuele bomen tot grootschalige patronen van plantengemeenschappen die omgevingsgradiënten volgen. Het team vond een sterke relatie tussen de waargenomen functionele diversiteitspatronen en omgevingsfactoren zoals bodem en topografie, met een lagere diversiteit op de bergrug onder zwaardere omgevingsomstandigheden, waar de bomen zich aanpasten aan het droge, stijl, ondiepe en rotsachtige bodems.

Potentieel om functionele diversiteit vanuit de ruimte te beoordelen

"Met teledetectie, we kunnen nu de diversiteit van bossen meten en monitoren, waardoor we veranderingen op grote schaal kunnen observeren en ruimtelijke informatie kunnen verstrekken voor strategieën voor natuurbehoud en klimaatverandering, " benadrukt Michael Schaepman. Aangezien de methodiek alleen wordt beperkt door de beschikbaarheid van geavanceerde technologische sensoren, dit werk maakt de weg vrij voor toekomstige lucht- en satellietmissies die gericht zijn op het monitoren van de wereldwijde functionele diversiteit van planten vanuit de ruimte.