光谱变异假说（SVH）认为，遥感光谱多样性可作为植物多样性的有效指示。然而，该假说在草地生态系统中的应用结果高度不一致，从显著正相关到弱相关甚至负相关均有报道。这主要是因为冠层光谱信号混杂了种内与种间变异、优势种与稀有种贡献、结构多样性及数据处理等诸多因素。厘清这些因素对光谱多样性-生物多样性关系的影响，是推动SVH实际应用的关键。
中国科学院植物研究所白永飞研究团队在内蒙古温带草原选取草甸草原、典型草原和灌丛化草原3种栖息地类型，整合了112个物种、37,672条叶片高光谱数据，通过蒙特卡洛模拟识别出10个诊断性光谱波段，系统比较了2种归一化方法（亮度归一化、逐波段归一化）和3种光谱多样性指标（CV、CHA、CHV）的预测性能。该工作的核心创新在于将光谱多样性分解为种间变异和种内变异，并进一步按优势种与稀有种拆分，结合独立测量的结构多样性（平均高度、高度变异系数、叶面积指数），定量评估各组分对物种丰富度、Shannon-Wiener指数、系统发育多样性等指标的贡献。
结果显示，种间变异是驱动光谱-生物多样性正向关系的主导因素，而种内变异主要表现为混淆因子，尤其优势种的种内变异会削弱预测能力。优势种的种间差异贡献了绝大部分预测能力，稀有种的种间变异在灌丛化草原中对系统发育多样性呈显著正相关。结构多样性起选择性调控作用，与光谱多样性联合可提升解释精度20%。归一化方式具有明显生境依赖性，典型草原在逐波段归一化下CV表现最优，草甸草原在亮度归一化下CHA/CHV最佳。混合效应模型证实，群落类型是光谱-生物多样性关系的主导调控因子。
该研究在剔除冠层结构混杂影响的前提下，系统解构了叶片光谱多样性-生物多样性关系，建立了“光谱分解-优势度分层-生境分异”分析框架，为SVH应用到冠层遥感监测提供了机制基础，也为草地生物多样性遥感评估指明了关键信号来源——优先捕捉优势种光谱特征，并结合生境类型与结构信息分层建模。
该成果于5月29日发表于国际学术期刊 Remote Sensing of Environment。中国科学院大学硕士研究生章怡为第一作者，植物所赵玉金副研究员为通讯作者，白永飞研究员为论文共同作者。研究得到了国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金和内蒙古重大科技专项的资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.rse.2026.115501
（植被与环境变化实验室供稿）
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