Spectral characterization of Australian arid zone plants

Abstract

Visible ‐ near-infrared reflectance spectra were measured for a selection of common trees, shrubs, ephemerals, and grasses in the rangelands of the southeastern Australian arid zone. The plants varied in leaf structure, leaf coatings, woodiness, succulence, chlorophyll and other pigment content, and physiological status, and the spectra showed considerable variation within and between species. Factors contributing to their spectral variation, identified by principal components analysis, were albedo over the entire spectral range, followed by contrast between near-infrared and visible reflectance, and blue and red contrast. Visible ‐ near-infrared regions most important in variation within the spectral collection were the red edge, visible green, near infrared beyond 760 nm, blue, and red. Between 1000 and 1800 nm variation could be explained by albedo and the water absorption region near 1420‐1450 nm. Functional and taxonomic groups of plants were classified using discriminant analysis of the narrow-band visible ‐ near-infrared spectra. Spectral regions most influential in the discrimination were the chlorophyll absorption near 680 nm, the infrared beyond 720 nm, and the blue‐green and other visible wavelengths. Fair discrimination (κ = 0.48) was achieved with 70 wavebands spanning the visible ‐ near infrared but was slightly reduced with 16 selected narrow bands (κ = 0.44). Better discrimination was achieved with five rather than eight plant groups (κ = 0.53). Both principal components analysis and discriminant analysis pointed to broad spectral regions that were important in the arid plant spectral variation, rather than specific narrow bands.

Des spectres de réflectance visible ‐ proche infrarouge ont été mesurés pour une variété d'arbres communs, d'arbustes, d'éphémères et d'herbes sur les terrains de parcours dans la zone aride du sud est de l'Australie. Les plantes différaient au plan de la structure des feuilles, du revêtement des feuilles, du contenu ligneux, de la succulence, de la chlorophylle et du contenu en pigments de même qu'au niveau du statut physiologique et les spectres montraient des variations considérables à l'intérieur même et entre les espèces. Les facteurs contribuant à leur variation spectrale, identifiés au moyen d'une analyse en composante principale, étaient l'albédo à travers toute la gamme des spectres, suivi du contraste entre la réflectance dans le proche infrarouge et le visible et du contraste entre le bleu et le rouge. Les régions du visible ‐ proche infrarouge les plus importantes en terme de variation à l'intérieur de la collection de spectres étaient le point d'inflexion du rouge, le vert dans le visible, le proche infrarouge au-delà de 760 nm, le bleu et le rouge. Entre 1000 et 1800 nm, la variation pouvait s'expliquer par l'albédo et la région d'absorption de l'eau près de 1420‐1450 nm. Les groupes fonctionnels et taxonomiques de plantes ont été classifiés à l'aide de l'analyse discriminante des spectres du visible ‐ proche infrarouge en bande étroite. Les régions spectrales ayant le plus d'influence dans la discrimination étaient l'absorption de la chlorophylle près de 680 nm, l'infrarouge au-delà de 720 nm, suivi du bleu‐vert et des autres longueurs d'onde du visible. Une discrimination passable a été atteinte avec 70 bandes à travers le visible ‐ proche infrarouge, mais cette dernière était légèrement plus faible avec 16 bandes étroites choisies. Une meilleure discrimination a été atteinte avec cinq plutôt que huit groupes de plantes. L'analyse en composante principale et l'analyse discriminante démontraient toutes deux l'importance des régions spectrales larges dans la variation spectrale des plantes arides plutôt que des bandes étroites spécifiques.[Traduit par la Rédaction]