地上生物量(AGB)的動(dòng)態(tài)變化是影響森林碳循環(huán)的關(guān)鍵過(guò)程。然而,傳統(tǒng)的調(diào)查方法在監(jiān)測(cè)AGB動(dòng)態(tài)時(shí)存在采樣面積小、空間分布不均和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等諸多不足?;谶b感技術(shù)獲取的冠層光譜特征為這一難題提供了有效方案。然而,冠層光譜特征與AGB動(dòng)態(tài)之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制尚不明確:一方面,群落間光譜差異的驅(qū)動(dòng)機(jī)制仍不清楚,這限制了對(duì)不同類(lèi)型的生物多樣性在“光譜-功能關(guān)系”中作用的理解。另一方面,光譜特征與AGB動(dòng)態(tài)的不同方面(如生長(zhǎng)、增補(bǔ)和死亡)的聯(lián)系存在差異,但很少有研究能夠有效區(qū)分這些動(dòng)態(tài)過(guò)程。理解這些關(guān)系對(duì)于提高對(duì)冠層光譜特征的生態(tài)理解以及探索AGB動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制至關(guān)重要。
基于此,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所天然林生態(tài)組,利用長(zhǎng)白山25ha溫帶森林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)樣地平臺(tái),整合了森林清查數(shù)據(jù)、無(wú)人機(jī)機(jī)載高光譜和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)、葉片性狀數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)等,測(cè)試了森林冠層光譜特征的驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其與AGB動(dòng)態(tài)(以群落水平的AGB增益和損失量化)的機(jī)理聯(lián)系。
研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)冠層光譜組成主要與樹(shù)木組成相關(guān),而冠層光譜多樣性與功能多樣性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性存在直接關(guān)聯(lián),并通過(guò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性間接與系統(tǒng)發(fā)育多樣性相關(guān)。光譜組成與AGB動(dòng)態(tài)存在顯著相關(guān)性,并在樹(shù)種組成與AGB動(dòng)態(tài)之間發(fā)揮中介作用。相比之下,光譜多樣性對(duì)AGB動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)能力相對(duì)有限。此外,冠層光譜特征與AGB增益的關(guān)系比與AGB損失的關(guān)系更密切。
綜上所述,本研究闡明了冠層反射光譜與AGB動(dòng)態(tài)之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制,并強(qiáng)調(diào)了利用冠層光譜特征評(píng)估更大連續(xù)區(qū)域內(nèi)生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能之間關(guān)系的潛力。該研究以“Mechanisms driving spectral properties and their associations with above-ground biomass dynamics in a temperate forest”為題發(fā)表在Forest Ecology and Management期刊。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所博士研究生姜鵬程為第一作者,王緒高研究員為通訊作者。本研究受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院(CAS)項(xiàng)目和遼寧省興遼人才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.foreco.2025.123089

圖1. 溫帶森林冠層光譜特征驅(qū)動(dòng)機(jī)制

圖2. 冠層光譜特征與地上生物量動(dòng)態(tài)的機(jī)理聯(lián)系




