植物功能性状反映植物如何获取和利用资源、响应环境变化并维持生存，是理解森林生态系统功能和环境适应的重要基础。基于性状的生态学借助全球性状数据库，将复杂的性状变异提炼为若干以经典“叶片经济谱”为代表的功能维度，拓展了植物功能变异和适应策略的多维认识。尽管这些研究揭示了植物跨物种、跨地区功能变异的总体规律，但不同森林类型内部及森林之间的功能变异如何进行组织仍不清楚。
针对这一问题，中国科学院植物研究所植被结构与功能研究团队利用无人机全波段成像光谱技术，开发并评估了一个用于在温带、亚热带和热带森林类型映射16个冠层性状的可扩展框架，明确测试了光谱模型跨站点的普适性、从叶片到冠层的升尺度能力以及不同光谱域配置的预测性能。研究实现了不同森林冠层性状的单株尺度连续映射，并较好恢复了观测到的多变量协调关系。不同性状在不同森林间表现出显著差异，森林内部的树冠间变异幅度与森林间差异相当。进一步分析表明，树冠功能性状变异可概括为一个叶片经济谱维度和两个可能与水热调节和防御/代谢相关的生化维度，三者共解释80%总体变异。通过对这三个树冠功能维度进行RGB合成映射，揭示了三个森林类型在多维功能空间中独特的群落整体位置和功能组织特征，森林内部仍保留显著的物种和个体树冠差异，其中三个主要功能维度均以种间差异为主要变异来源。
研究表明，环境过滤并非简单地使森林群落内的植物功能性状趋同，而更可能塑造其在多维功能空间的整体位置，使不同森林表现出与当地环境相协调的总体功能模式；在这一背景下，共存物种和不同个体仍可保持不同的性状表达和功能策略，从而维持森林内部的功能多样性。这一结果支持环境过滤与生态位分化共同塑造森林功能组织的观点，并将传统基于离散性状样本的研究拓展到空间显式的功能维度分析，为理解全球变化下森林功能响应和群落构建提供了新的证据。
研究成果于9月4日在线发表于国际学术期刊Ecology Letters。植物所博士研究生吴沣槭为第一作者，严正兵研究员为通讯作者。该研究联合了来自美国哈佛大学和威斯康星大学麦迪逊分校、瑞士苏黎世联邦理工学院、中国香港大学等国内外多所大学和科研机构的科研人员共同完成。研究得到国家自然科学基金和植被结构功能与建造全国重点实验室开放课题等的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1111/ele.70452
研究工作流程与假设的概念图