冠层光谱变异性是植物α多样性的弱替代指标

《Journal of Ecology》：Canopy spectral variability is a weak proxy for plant alpha diversity

　　

摘要

1. 冠层光谱变异性被广泛用作植物α多样性的替代指标，但这种关系往往在不同植物群落和空间尺度上存在差异。这种不稳定性可能部分源于冠层光谱变异性不仅对物种丰富度和均匀度有响应，还对群落组成，包括物种身份差异和优势度结构差异，有响应。
2. 我们利用两个草本植物数据集研究了群落组成对冠层光谱变异性的影响：一是覆盖美国706个美国国家生态观测网络（NEON）草原样地的机载高光谱影像；二是来自中国东北沼泽（NECM）330个样方的无人机多光谱影像。对于每个数据集，我们使用反射率变异系数（Refl_CV）来量化冠层光谱变异性，并计算了α多样性指数和基于Bray–Curtis的群落组成梯度。然后我们评估了冠层光谱变异性沿群落组成梯度的变化情况，比较了群落组成梯度和α多样性对方差的贡献，并评估了在考虑群落组成后Refl_CV与α多样性之间的关系如何变化。
3. 冠层光谱变异性沿群落组成梯度显著变化，且在两个数据集中，群落组成对Refl_CV的方差解释量均大于α多样性。在考虑群落组成后，Refl_CV与α多样性之间的估计关系也发生了改变，但方向相反：这些关系在NECM中普遍减弱，而在NEON中则增强。这种截然不同的响应表明，群落组成可能会增强或掩盖冠层光谱变异性与α多样性之间表观关联，具体取决于底层组成背景。
4. 综合讨论。在草本群落中，冠层光谱变异性是依赖于情境且不完整的植物α多样性替代指标。因此，当利用冠层光谱变异性来推断不同植物群落中的植物α多样性时，明确考虑群落组成非常重要。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

同行评审

本文的同行评审历史可在以下链接获取：https://www.webofscience.com/api/gateway/wos/peer-review/10.1111/1365-2745.70472。

数据可用性声明

本研究所使用的NEON数据集可通过以下链接公开获取：植物存在及百分比覆盖度（DP1.10058.001），https://doi.org/10.48443/zp67-s364（NEON，2025a）；光谱仪正射校正表面方向反射率—镶嵌图（DP3.30006.001），https://doi.org/10.48443/49kq-8q12（NEON，2025b）；生态系统结构（DP3.30015.001），https://doi.org/10.48443/jqqd-1n30（NEON，2025c）；以及植被指数—光谱仪—镶嵌图（DP3.30026.001），https://doi.org/10.48443/h7v4-vr63（NEON，2025d）。支持本研究结果的NECM数据集和分析代码可在Figshare上获取：https://doi.org/10.6084/m9.figshare.34330572（Yi等，2026）。