摘要：森林生态系统在全球碳循环、水源调节和生物多样性保护中扮演着核心角色。随着森林退化、病虫害频发和气候变化影响日益加剧，传统林地调查方法已难以满足对森林状态“快速、准确、定量”监测的需求。地物光谱仪作为高光谱遥感的核心地面工具，正在与林地调查深度融合，为森林监测提

森林生态系统在全球碳循环、水源调节和生物多样性保护中扮演着核心角色。随着森林退化、病虫害频发和气候变化影响日益加剧，传统林地调查方法已难以满足对森林状态“快速、准确、定量”监测的需求。地物光谱仪作为高光谱遥感的核心地面工具，正在与林地调查深度融合，为森林监测提供第一手的高精度数据支持。

一、森林调查为何需要地物光谱仪

传统森林调查方法依赖于人工测量，如树高、胸径、物种识别和样方调查等。这些方式虽然精准，但成本高、周期长、覆盖面有限。相较之下，地物光谱仪能够快速获取树种、叶片、水分、养分、病变等多个维度的信息，且具有可重复、可量化的优势，成为森林生态系统调查的重要补充和升级手段。

二、地物光谱仪在森林监测中的典型应用

1. 树种识别与分类建库

不同树种在可见光到近红外波段的反射率曲线存在明显差异。通过地物光谱仪在林地中采集主要树种的光谱特征，可建立高光谱“树种指纹库”。这一数据集不仅可用于无人机、卫星等遥感平台的训练样本，也可直接用于小尺度的种类分布调查，在混交林或次生林中特别有价值。

2. 森林生长状态评估

树木的生长状态直接影响其叶绿素含量、水分状态、冠层结构等，这些指标都会显著影响其光谱反射率曲线。通过监测典型波段(如红边、近红外)的变化，结合植被指数(如NDVI、NDRE、PRI等)，可以实现非破坏性、生长季内多时段的生长监测。这对于研究林分生长规律、评估森林经营效果具有重要意义。

3. 病虫害与早期病变识别

病害植被的光谱特征通常会在可见光区增强吸收、近红外区降低反射，甚至出现红边位移。通过高光谱数据的时序分析，地物光谱仪能够在肉眼可见前识别病虫害区域，实现早期预警。尤其是在针叶林受松材线虫、阔叶林受褐斑病影响时，这一手段表现出极强的灵敏性。

4. 碳储量与生物量估算

森林碳储量估算模型通常依赖树种、生长状态、叶面积指数等基础参数。地物光谱数据可以与样地调查数据结合，用于训练地面生物量反演模型，为碳汇监测提供参数支持。这一方法相较于单纯依赖激光雷达或NDVI具有更高的细节分辨力。

5. 林下生态系统变化跟踪

林下植被的种类组成、水分变化、季节演替等信息也可以通过地面光谱仪监测，特别是在进行自然保护区、恢复林地、湿地边缘林等特殊生态系统监测时，地面光谱数据可以提供极其细致的基底信息。

三、与遥感平台的协同使用

地物光谱仪的最大优势之一是为遥感平台(如多光谱无人机、高分辨率卫星等)提供“地面校正依据”和“模型训练样本”。在林地应用中，光谱仪常常与遥感影像搭配使用，用于：

校正遥感图像的辐射偏差，提升数据一致性

提供光谱真值，提高图像分类和参数反演的精度

为AI模型提供高质量标签，增强模型泛化能力

这种协同方式尤其适用于大面积森林调查、山地林区动态监测、自然保护区生态评估等。

四、典型应用案例

在云南西双版纳某热带雨林研究站，科研团队部署地物光谱仪对主要乔木和灌木树种进行长期光谱监测，并与无人机图像及实地样本调查数据联动。结果表明，通过光谱数据可有效识别物种分布、干季水分胁迫程度及叶片病害进程，提升了区域生态监测的时效性和精度。

在华北落叶阔叶林区，研究人员利用地面高光谱仪建立红边指数与叶绿素含量、树冠密度的相关模型，为林业部门在秋季落叶前进行健康评估提供量化依据。

五、结语

地物光谱仪正在将林地调查从经验性走向数据驱动。通过对地表反射特性的高精度捕捉，它不仅让森林生长“看得见”，更让病变隐患“提前识”。在森林资源管理、生态系统研究和碳汇监测等关键领域，这项技术的价值将持续释放。

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来源：莱森光学