干旱地区氮素遥感的实证方法可能导致对生态系统功能的不可靠解读

DOI:10.1109/TGRS.2018.2889318 期刊:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 出版年份:2019 更新时间:2026-01-09 18:45:14
摘要: 氮(N)与不同生态系统过程相关联,从遥感观测中获取这一重要叶片生化成分具有广泛研究价值。由于基于物理的辐射传输模型未明确表征氮元素,经验方法成为替代方案。经验方法校准过程中选取的光谱波段通常结合光-氮相互作用及生态系统功能进行解释。灌木稀疏的叶片分布与干旱区土壤明亮背景共同构成的环境,使得冠层结构与明亮土壤背景对总辐射收支具有重要影响。本文检验了"消除冠层结构与土壤影响能提升经验法氮反演精度"这一假设,发现不同经验方法在光谱波段选择上存在不一致性,且这些方法对研究尺度与波段变换具有敏感性。通过广义冠层光谱不变量理论发现:在冠层尺度,冠层结构与土壤共同主导总辐射;在样地尺度,土壤反射贡献率高达95%。校正这两个混杂因素后,两个尺度上氮含量与植被反射率均无相关性。结论表明:虽然交叉验证预测模型在统计上可行,但在氮-光相互作用与生态系统功能背景下解读结果时需谨慎。本方法可推广至具有多层冠层与下层植被的所有陆地生态系统。
作者: Hamid Dashti,Nancy F. Glenn,Susan Ustin,Jessica J. Mitchell,Yi Qi,Nayani T. Ilangakoon,Alejandro N. Flores,Jose Luis Silvan-Cardenas,Kaiguang Zhao,Lucas P. Spaete,Marie-Anne de Graaff
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研究概述 实验方案

研究假设:通过遥感经验方法去除冠层结构和土壤的影响将改善氮(N)反演效果,并报告不同经验方法在光谱波段选择上存在不一致性。

校正冠层结构和土壤因子后,氮素与植被反射率在冠层和样地尺度上均无相关性。虽然通过交叉验证建立的预测模型在统计学上可能成立,但在解释氮-光相互作用及生态系统功能相关结果时需谨慎。该方法可推广至具有多层冠层的其他陆地生态系统。

该研究仅限于冠层稀疏、土壤明亮的旱地生态系统;结果可能不适用于其他生态系统。实证方法对尺度和波段转换敏感,且对混杂因素(冠层结构和土壤)进行校正后,氮含量与反射率之间无相关性,表明在解释生态系统功能时可能存在不可靠性。

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