近期，云南大学/复旦大学李博教授团队在中国互花米草物候特征的地理变异研究中取得重要进展，研究成果于2021年11月23日以“Quantifying latitudinal variation in land surface phenology of Spartina alterniflora saltmarshes across coastal wetlands in China by Landsat 7/8 and Sentinel-2 images”为题发表在国际遥感科学著名期刊Remote Sensing of Environment上。该研究发现中国沿海互花米草随纬度增加整体上表现出生长季开始时间变晚、生长季长度变短的趋势，而生长季结束时间无明显趋势。

许多理论研究指出物候在生物入侵过程中扮演重要角色，入侵种与土著种之间的物候差异很大程度上决定外来种是否能成功入侵。作为入侵种，互花米草具有极强的环境适应性和繁殖能力，已广泛入侵中国海岸带盐沼湿地，从辽宁省到海南省沿海各地均有分布。互花米草物候的地理变异是阐明其在不同地理区域入侵动态的一个重要特征，但目前在景观水平上对互花米草物候的相关研究较少，且缺乏大尺度纬度梯度下互花米草物候的定量研究。

本研究基于Landsat 7/8和Sentinel-2时间序列数据（图1），将地面观测到的在种群水平上互花米草关键物候期与基于遥感影像数据提取的在景观水平上其地表物候相对应，结合3种物候提取算法（基于NDVI的统计阈值法、基于NDVI的双逻辑斯蒂模型法和基于LSWI的生物阈值法），获得了中国沿海互花米草生长季的开始（SOS）、结束（EOS）和生长季长度（LOS），从站点尺度和纬度梯度上分析了2018~2020年中国沿海互花米草物候特征及其变异，并结合互花米草物候与温度的关系探讨了物候提取的合理性。

图1 研究区位置及1985-2020年Landsat 7/8和Sentinel-2影像有效观测数量的空间分布

本研究通过合成Landsat 7/8和Sentinel-2数据，更多高质量观测数据可以被用于追踪互花米草的季节动态，有利于获得合理的物候提取结果。研究结果发现，互花米草的NDVI和LSWI在高、中、低纬度三个站点上具有明显不同的季节动态特征（图2）。3种物候提取算法均得到了合理的物候参数（SOS和EOS），与SOS和EOS相关的温度条件分别满足植物返青和衰老的生物温度要求（图3）。3种物候提取算法所得的互花米草物候参数虽然存在一定的差异，但整体上呈现出相似的规律：互花米草SOS日期在不同纬度间呈显著的线性变化趋势，温带区域的SOS与对应累积积温（AGDD）之间呈线性关系（图3）；互花米草EOS日期在不同纬度间无线性变化趋势（图4）。互花米草SOS与纬度呈显著正相关，LOS与纬度呈不显著负相关（图5）。该研究首次展示了Landsat 7/8和Sentinel-2量化互花米草地表物候的潜力，有助于追踪互花米草在中国沿海的时空动态，为互花米草的科学管理和滨海湿地生态系统的可持续发展提供支持。

图2 基于2018-2020年Landsat/Sentinel合成数据的3个站点互花米草植被指数（NDVI和LSWI）的季节动态

图3 基于3种物候提取算法得到的互花米草SOS日期与基于气温（a-c，AGDD_AirT）和地表温度（d-f，AGDD_LST）指示的累积积温间的关系

图4 基于3种物候提取算法（NDVI-ST（a-c）、NDVI-DLM（d-f）、LSWI-BT（g-i））得到的互花米草物候参数（SOS、EOS和LOS）的空间分布

图5 基于3种物候提取算法（NDVI-ST（a-c）、NDVI-DLM（d-f）、LSWI-BT（g-i））得到的互花米草物候参数在纬度梯度上的变化特征（0.5°格网尺度）

复旦大学生命科学学院博士研究生张茜为本文的第一作者，李博教授和美国俄克拉荷马大学萧向明教授为通讯作者，复旦大学邱士允博士、复旦大学徐晓博士、复旦大学王新新博士、美国印第安纳大学常清博士、以及复旦大学吴纪华教授为共同作者。本研究受到国家自然科学基金、美国自然科学基金和中国博士后科学基金等项目资助。