自然界大多数阔叶叶片具有异面特性，其正反两面在表面结构和内部结构上均存在明显差异。这种背腹不对称性会导致叶片正面（近轴面）与反面（远轴面）在反射特性上存在显著差异，从而影响叶片生化性状估算的准确性。特别是在高空间分辨率遥感应用中，受太阳-传感器几何关系变化、传感器自身视场角以及叶片朝向等因素影响，传感器接收的信号实质上是叶片正反两面多角度反射信息的综合响应。因此，消除异面叶的多角度反射不对称效应，对于提升叶片及冠层尺度生化性状的估算精度至关重要。

本研究提出了一种异面叶角度抗性光谱指数（Dorsiventral and Angular Resistant Spectral Indices, DARSIs），旨在去除异面叶多角度反射不对称效应对叶片生化性状估算的影响，同时保持对生化参数的高度敏感性。DARSIs的最优波段组合的确定参考了Gitelson等人提出的三步波段选择方法的部分理论，并基于叶片正反两面多角度反射光谱和物理模型的敏感性分析结果，对该方法进行了改进，使其适用于异面叶的特征波段选择。

研究结果表明，现有光谱指数在不同观测角度和叶片正反两面的估算精度存在较大差异。而DARSIs在叶片正面、反面及综合正反两面的多角度观测条件下均表现出最佳的估算性能，并在多种实验条件和植物物种的数据集中以最高的精度估算了叶绿素含量（RMSE=6.52 μg cm^-2）和等效水厚度（RMSE=0.0026 g cm^-2）。进一步基于近距离高光谱成像上升到植株冠层尺度时，DARSIs能够更准确地绘制叶绿素含量的空间分布图。综上所述，DARSIs能有效消除异面叶多角度反射不对称效应对叶片和植株冠层尺度生化性状估算的影响，为植物生理状态的监测提供了一种简便且有效的方法。

以上研究成果以“Dorsiventral and angular resistant spectral indices for estimating leaf biochemical traits: scaling from leaf to plant canopy levels”为题发表于New Phytologist 期刊。我院博士生冉东杰为第一作者，孙仲秋教授和卢珊教授为通讯作者，东京大学名誉教授Omasa Kenji为主要合作者。该研究得到了国家自然科学基金、吉林省科技发展计划项目、中国博士后科学基金和中央高校基本科研基金等项目的支持。

原文链接：

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70417

重要图表：

图1. DARSIs指数最优波段组合的三步波段选择过程示意图

图2. 不同观测天顶角以及叶面条件下光谱指数与叶片生化参数之间的R²热图 (a-c) 叶绿素含量；(d-f) 等效水厚度

图3.不同观测天顶角以及叶面条件下光谱指数与实测生化参数的散点图 (a-e) 叶绿素含量；(f-j) 等效水厚度

图4. Podocarpus nagi (Thunb.) Pilg.植物物种的真彩色合成图像 (a) 及利用不同光谱指数估算的叶绿素含量分布图 (b-g)