Estimating microbial mat biomass in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica using satellite imagery and ground surveys
Estimating microbial mat biomass in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica using satellite imagery and ground surveys
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利用卫星图像和地面调查估算南极洲麦克默多干谷的微生物垫生物量
DOI：
10.1007/s00300-020-02742-y
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
1.7
通讯作者：
Barrett, J. E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Power, Sarah N.;Salvatore, Mark R.;Sokol, Eric R.;Stanish, Lee F.;Barrett, J. E.
蓝藻垫子群落是南极洲麦克默多干燥山谷初级生产力的主要驱动力。这些微生物群落在靠近冰川融化的溪流、池塘和湖泊的沙漠路面上形成了层状垫子。这些群落的低密度性质及其零星分布使得对分布、生物量和生产力的评估具有挑战性。我们使用卫星图像，结合现场测量、成像和采样，系统地估计了南极洲泰勒谷选定湿地地区的微生物垫生物量。2018年1月19日，WorldView-2多光谱卫星获取了我们研究区域的图像，在那里我们调查和采样了7块100平方米的微生物垫，以测定其盖度、无灰干质量(AFDM)和色素含量(叶绿素-a、类胡萝卜素和镰刀菜素)。多光谱分析表明，光谱特征与光合作用活动一致(近红外波长反射较强，可见光波长吸收较强)，平均归一化植被指数(NDVI)值在0.09至0.28之间。微生物垫层(R2= 0.84)、生物量(R2= 0.74)、叶绿素a含量(R2= 0.65)、镰刀菌素含量(R2= 0.98)与Logit变换NDVI值的相关性很强，说明卫星影像既能检测微生物垫层的存在，又能探测微生物垫层的主要生物学特性。利用我们建立的植被指数-生物量相关性，我们估算了加拿大南极冰川特别保护区的碳(C)储量为21,715千克(14.7微克C m−2)，其上限和下限分别为74,871和6312千克。
Cyanobacterial mat communities are the main drivers of primary productivity in the McMurdo Dry Valleys, Antarctica. These microbial communities form laminar mats on desert pavement surfaces adjacent to glacial meltwater streams, ponds, and lakes. The low-density nature of these communities and their patchy distribution make assessments of distribution, biomass, and productivity challenging. We used satellite imagery coupled with in situ surveying, imaging, and sampling to systematically estimate microbial mat biomass in selected wetland regions in Taylor Valley, Antarctica. On January 19th, 2018, the WorldView-2 multispectral satellite acquired an image of our study areas, where we surveyed and sampled seven 100 m2plots of microbial mats for percent ground cover, ash-free dry mass (AFDM), and pigment content (chlorophyll-a, carotenoids, and scytonemin). Multispectral analyses revealed spectral signatures consistent with photosynthetic activity (relatively strong reflection at near-infrared wavelengths and relatively strong absorption at visible wavelengths), with average normalized difference vegetation index (NDVI) values of 0.09 to 0.28. Strong correlations of microbial mat ground cover (R2= 0.84), biomass (R2= 0.74), chlorophyll-a content (R2= 0.65), and scytonemin content (R2= 0.98) with logit transformed NDVI values demonstrate that satellite imagery can detect both the presence of microbial mats and their key biological properties. Using the NDVI—biomass correlation we developed, we estimate carbon (C) stocks of 21,715 kg (14.7 g C m−2) in the Canada Glacier Antarctic Specially Protected Area, with an upper and lower limit of 74,871 and 6312 kg of C, respectively.
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