地上生物量(AGB)的動態(tài)變化是影響森林碳循環(huán)的關鍵過程。然而,傳統(tǒng)的調查方法在監(jiān)測AGB動態(tài)時存在采樣面積小、空間分布不均和標準不統(tǒng)一等諸多不足。基于遙感技術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動態(tài)之間的關聯(lián)機制尚不明確:一方面,群落間光譜差異的驅動機制仍不清楚,這限制了對不同類型的生物多樣性在“光譜-功能關系”中作用的理解。另一方面,光譜特征與AGB動態(tài)的不同方面(如生長、增補和死亡)的聯(lián)系存在差異,但很少有研究能夠有效區(qū)分這些動態(tài)過程。理解這些關系對于提高對冠層光譜特征的生態(tài)理解以及探索AGB動態(tài)的驅動機制至關重要。
基于此,中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所天然林生態(tài)組,利用長白山25ha溫帶森林動態(tài)監(jiān)測樣地平臺,整合了森林清查數據、無人機機載高光譜和激光雷達數據、葉片性狀數據和環(huán)境數據等,測試了森林冠層光譜特征的驅動機制及其與AGB動態(tài)(以群落水平的AGB增益和損失量化)的機理聯(lián)系。
研究結果發(fā)現冠層光譜組成主要與樹木組成相關,而冠層光譜多樣性與功能多樣性和結構復雜性存在直接關聯(lián),并通過結構復雜性間接與系統(tǒng)發(fā)育多樣性相關。光譜組成與AGB動態(tài)存在顯著相關性,并在樹種組成與AGB動態(tài)之間發(fā)揮中介作用。相比之下,光譜多樣性對AGB動態(tài)的預測能力相對有限。此外,冠層光譜特征與AGB增益的關系比與AGB損失的關系更密切。
綜上所述,本研究闡明了冠層反射光譜與AGB動態(tài)之間的關聯(lián)機制,并強調了利用冠層光譜特征評估更大連續(xù)區(qū)域內生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能之間關系的潛力。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。中國科學院沈陽應用生態(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。本研究受到國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金項目、中國科學院(CAS)項目和遼寧省興遼人才計劃等項目的資助。
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動機制

圖2. 冠層光譜特征與地上生物量動態(tài)的機理聯(lián)系




