生物多样性是人类社会可持续发展的基础。对其进行详细的监测与研究,是实现联合国《生物多样性公约》的必然要求,也是应对当前生物多样性快速丧失的科学保障。作为经典多样性调查的补充,基于高光谱图像的调查方法,为大幅提高生物多样性监测的效率和精度提供了新的希望。现有研究证明,室内简单场景下植物高光谱图像与生物多样性间存在紧密的联系。这为基于无人机冠层高光谱图像的生物多样性监测提供了理论基础。但在室外复杂光环境下,特别在具有较高冠层物种多样性的植物群落中,这种关系是否成立仍然未知。一定程度上限制了基于高光谱图像的生物多样性监测及其相关研究。为此,本研究以上海市辰山植物园东苗圃植物为研究对象,使用无人机高光谱成像系统,采集了121个树种的冠层高光谱图像。结合地面调查数据,研究较高植物物种多样性环境下,冠层光谱多样性与物种多样性、谱系多样性之间的关系,并探索通过物种识别方法来监测物种多样性的可能性。主要结论如下:（1）冠层光谱多样性对物种多样性的解释度可达68%（R2=0.68,P<0.01）,物种多样性随着光谱多样性增加而增加;（2）冠层光谱多样性与谱系多样性无显著相关性（R2=0.02,P=0.08）,冠层光谱距离对谱系距离解释度很低（R2=0.05,P<0.01）;（3）冠层高光谱图像结合多尺度三维深度卷积神经网络,可实现96%的总体物种分类准确率。说明即使在较高物种多样性的植物群落中,也可采用冠层高光谱图像进行高精度物种多样性监测。这些结果证实了在室外复杂光环境下,光谱多样性与物种多样性间仍存在较强的联系,为进一步发展基于高光谱图像的物种多样性监测提供了科学依据。同时也证明了将物种识别纳入生物多样性监测的可行性与优越性,为最终实现基于高光谱图像的亚热带常绿阔叶林生物多样性监测迈出了重要一步。