1. 研究背景
泥炭地是一种陆地湿地生态系统，覆盖了地球陆地面积的3.8%，发挥着重要的碳汇作用。这种独特的生态系统主要分布在北半球高纬度地区，支持丰富的生物多样性，并在全球碳循环中扮演着关键角色。仅北方泥炭地累积的碳储量就达474至621千亿吨（Gt），超过了全球活立木生物量的碳储量，并占据全球土壤碳储量的近三分之一。这一大量的碳储存在一层部分分解的植物残体中，称为泥炭层。在北方泥炭地中，泥炭层主要由泥炭藓苔藓形成。
泥炭藓苔藓是泥炭地生物量和碳汇的重要贡献者，其生长高度依赖于水分的供应。研究表明，最佳含水量的泥炭藓种类可提高CO2的吸收速率，并减少向大气中排放的CH4，从而产生长期的气候降温效应。然而，北半球纬度地区的气候变暖导致温度和降水趋势的变化，从而使北方泥炭地行为发生改变。这些趋势可能对泥炭藓的功能产生负面影响，并使泥炭地从碳汇转变为碳源。因此，监测泥炭藓的含水量对了解泥炭地状况及其碳汇功能具有重要意义。
2.创新之处
在本文中，我们比较了使用高光谱和多光谱遥感数据估算北方泥炭藓苔藓含水量的方法，并基于目前已知最大的泥炭藓种类开放光谱库进行研究。我们利用高光谱数据，对七种基于SWIR和NIR的含水量指数与更高效的方法（OPTRAM和CWT）进行了比较，以监测九种泥炭藓的含水量。为了评估多光谱卫星传感器在监测泥炭地含水量方面的潜力，我们还使用多光谱数据评估了水分胁迫指数（MSI）和OPTRAM的表现。具体而言，我们研究目的是：（1）哪种方法对基于高光谱数据的泥炭藓含水量估算最为准确？以及（2）从高光谱数据分析获得的结果与多光谱数据的结果相比有何不同？
3. 关键图表
图1 研究流程图
图2 LMM的结果按物种分离 (a) MSI, (b) MMSI, (c) RDI, (d) NMDI, (e) WI, (f) fWBI980, (g) fWBI1200, (h) OPTRAM, (i)指数OPTRAM, 和(j) CWT的简单线性回归。
图3 （a）所有物种、（b）中营养物种和（c）雨养物种的相关性图。
4. 主要结论
在本研究中，我们评估了使用七种光谱含水量指数、OPTRAM和CWT估算泥炭藓含水量的适用性。包含九种泥炭藓物种的数据集使我们能够全面分析这些方法的表现，并揭示它们在不同物种和生境中的适用性。此外，研究结果反映了每种方法的优劣势，有助于理解其在检测泥炭藓含水量中的适用性。总体而言，研究结果表明，通过多光谱和高光谱数据均可估算泥炭藓的含水量。然而，最有效的估算方法取决于生境类型。结合所有泥炭藓物种时，CWT优于其他方法，但对于中营养组，指数OPTRAM提供了更优异的结果且不依赖于物种，而雨养物种则更适合MMSI。这些结果表明，监测方法应根据所研究的具体泥炭藓物种生境进行调整。
5. 发表信息
Karlqvist S, Burdun I, Salko S S, et al. Retrieval of moisture content of common Sphagnum peat moss species from hyperspectral and multispectral data[J]. Remote Sensing of Environment, 2024, 315: 114415.
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