An application of plot-scale NDVI in predicting carbon dioxide exchange and leaf area index in heterogeneous subarctic tundra

Abstract

Accurate predictions of carbon dioxide (CO₂) exchange in tundra regions are critical because of the impacts of climate change on carbon stored in permafrost. Examining the relationships between the normalized difference vegetation index (NDVI) and vegetation and CO₂ exchange can contribute to understanding how small-scale variation in vegetation community contributes to remotely sensed estimates of landscape characteristics. CO₂ fluxes were measured with a portable chamber in a range of tundra vegetation communities. Biomass and leaf area were measured with destructive harvest, and NDVI was derived using a hand-held infrared camera. NDVI was weakly correlated with leaf area index in only some vegetation communities and significantly correlated with biomass, including mosses. NDVI was significantly related to photosynthetic activity and net CO₂ uptake in all vegetation groups, but to ecosystem respiration only in wet sedge. These results suggest that at a plot scale, NDVI shows variable success in predicting ecosystem properties and CO₂ exchange in heterogeneous tundra vegetation.

Des estimations précises des échanges de dioxyde de carbone (CO₂) dans les régions de toundra sont essentielles en raison des impacts des changements climatiques sur le carbone emmagasiné dans le pergélisol. L'examen des relations entre, d'une part, l'indice NDVI (« normalized difference vegetation index ») et, d'autre part, la végétation et les échanges de CO₂ peut contribuer à une meilleure compréhension de la façon dont les variations à petite échelle dans les communautés végétales peuvent contribuer aux estimations par télédétection des caractéristiques du paysage. Les flux de CO₂ ont été mesurés à l'aide d'une chambre portable pour diverses communautés végétales de la toundra. La biomasse et la surface foliaire ont été mesurées au moyen d'une récolte destructive et l'indice NDVI a été calculé en utilisant une caméra infrarouge portative. Le NDVI était faiblement corrélé à l'indice de surface foliaire uniquement dans le cas de certaines communautés végétales et corrélé significativement à la biomasse, incluant les mousses. Le NDVI était significativement relié à l'activité photosynthétique et à l'assimilation nette de CO₂ dans tous les groupes de végétation, mais il était relié à la respiration des écosystèmes seulement dans les fens humides. Ces résultats suggèrent que, à l'échelle des parcelles, le NDVI affiche des résultats variables dans la prévision des propriétés des écosystèmes et des échanges de CO₂ dans la végétation hétérogène de toundra.[Traduit par la Rédaction]