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| 亞馬遜雨林。圖片來源：維基百科 |
雖然植物的葉子都是綠的，但不同的植物還是有不同的綠色：有些深一點、有些淺一點。葉片的顏色，除了葉綠素以外，還有其他的色素以及一些形形色色的化合物，這些都會影響葉片對光線的吸收與反射。
光是肉眼就可以看出不同的綠，用儀器去看應該會有更多不同吧！如果儀器夠敏感，是否能從植物反射的光就分辨出這是什麼植物呢？
加拿大的研究團隊最近發現，的確可以從所謂的「葉片光譜」（Foliar spectra）來辨認樹木的種類。
他們使用了由美國生產的HR-1024i 地面光譜儀，配有 DC-R/T 積分球。這套設備可以測量葉片的光譜反射率和透射率，適用於廣泛的光譜範圍，從 400 到 2500 nm。
研究團隊收集了3500多個葉片光譜測量數據，收集了東北美地區每個樹種從400–2400 nm之間的光譜並分析、探討了光譜數據、系統發生和葉功能性狀變異之間的關係。研究結果顯示，光譜反射率能夠準確地區分大部分樹種（κ = 0.736），葉片光譜顯示出強烈的系統發生信號，雖然在較高的分類層級上可能會出現錯誤，但這些錯誤主要是出現在近緣種之間。此外，功能和系統發生距離在一定程度上控制了光譜分類錯誤的發生和頻率。研究強調了葉片光譜多樣性與分類層次、系統發生和功能多樣性之間的聯繫，並突出了光譜學在遙感植物生物多樣性和對全球變化的植被反應中的潛力。
研究團隊發現，不同樹種間的葉片光譜反射率顯示出在某些特定光譜範圍內有較大的變異。特別是在 700–750 nm 附近的紅邊區域以及 2051–2400 nm的短波紅外範圍（SWIR）。
700–750 nm 附近的紅邊區域與植物葉綠素、氮和葉水含量變化敏感，對於分類來說非常重要。而短波紅外範圍（SWIR，2051–2400 nm ）則與細胞壁組成成分如纖維素、木質素和蛋白質的吸收相關。
這些區域的變異對於識別和分類樹種特別有用，因為它們反映了植物葉片在生物化學和生理上的差異。研究團隊利用這些區域進行樹種的精確分類。
研究團隊也發現同屬之間的樹種其葉片光譜通常會比較接近。這主要是因為同屬的樹種在演化上較為接近，共享較多的遺傳和功能性狀特徵，這些特徵反映在葉片的生物化學和結構組成上，從而在光譜反射率上表現出相似性。
研究團隊認為，葉片光譜可以用來從遙感平台（如衛星和飛機）非侵入性監測大範圍內植被和生物多樣性的方法，這對於無法進行現場調查的廣闊或難以到達的地區特別有用。不過，因為論文中的葉片光譜是直接在採集到的樹葉上進行測量，這些樹葉來自於剪下的枝條，所以要應用到遙感平台上，應該還需要許多調整。
參考文獻：
Blanchard, F., A. Bruneau, and E. Laliberté. 2024. Foliar spectra accurately distinguish most temperate tree species and show strong phylogenetic signal. American Journal of Botany. 111: e16314. https://doi.org/10.1002/ajb2.16314
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