《生态与环境前沿》杂志的特刊为将结构多样性作为生态学的新研究方向奠定了基础。本期还介绍了实现新研究方向的数字数据收集方法，以及这项工作在各种生态系统中的应用。

“结构多样性正在思考哪些元素占据了一个空间，以及它们在空间中的排列方式，”特刊的主编、普渡大学林业和自然资源教授、院长遥感费松林说。“我们希望我们提供一个框架，无论你在哪个系统中工作，从陆地到水生，都可以应用。

正如费和三位共同编辑在他们的概述中所写的那样，特刊的贡献“为结构多样性、生态理论的新应用和案例研究提供了一个新的框架”。

共同编辑是普渡大学的布雷迪·哈迪曼，普渡大学林业和自然资源系城市生态学副教授;德克萨斯大学埃尔帕索分校生物科学助理教授伊丽莎白·拉鲁;以及密歇根州立大学地理、环境和空间科学副教授凯拉·达林。

特刊的七位主要作者中有六位是早期职业科学家，他们正在开发3D技术的应用程序，这些技术可能会产生新的生态理论。这些技术包括光探测和测距(激光雷达)以及安装在无人机和卫星上的数据传感器。

“采用这些新兴的数字工具和技术将使下一代生态学家能够优雅地操作一组传感器来测量生态系统，并在由此产生的数据海洋中自由游泳，”编辑写道。

这些方法构成了普渡大学新的数字林业中心的基础，该中心由Fei领导。作为普渡大学下一步行动的五项战略投资之一，该中心利用数字技术和多学科专业知识来测量、监测和管理城市和农村森林，以最大限度地提高社会、经济和生态效益。

“过去，作为科学家，我们将地球测量为一个扁平的实体，”由Fei和Hardiman指导的前博士后研究员LaRue说。“这部分是因为我们没有好的技术来测量地球的3D方面。

这些方面包括高程差和精细比例特征，例如树木的分支模式。以前，研究人员必须手动进行此类测量。

“这项技术正在迅速发展。我们需要赶上这些3D技术所支持的科学和理论，“她说。

特刊指出，尽管林业领域已经开始了关键工作，但在湿地、草原和海洋生态系统等生态系统类型方面还需要做更多的工作。

“我们对不同生态系统类型的结构多样性的了解仍然非常有限，”LaRue说。

传统上，科学家试图通过计算物种数量和评估其遗传多样性来衡量生物多样性。

“这些现有的措施回到了这个基本问题：有多少可用的生态空间被不同的生物占据了?”哈迪曼说。“不同物种占据的生态空间越多，系统就越稳定，因为缺少一个物种不会导致系统的崩溃。

但是，借助新的3D数字技术，研究人员现在可以快速确定环境中物种的分层排列，以及它们的大小和数量。这种能力使土地管理者和研究人员受益。现在，管理人员通常可以更快、更低成本地收集更高质量的数据，以帮助他们做出决策。有时，他们可以简单地使用手机应用程序进行以前需要卷尺的测量。

特刊的编辑和作者强调了研究人员需要解决的四个挑战，以实现生态学中这种数字进步的全部潜力。

第一个挑战是生态学家和环境科学家与其他专业的同事进行更广泛的合作。所需的专业知识范围从航空技术，工程和计算机科学到平面设计，信息科学和社会科学。

第二个挑战是应用超级计算机、云计算、机器学习和人工智能来处理数字技术现在生成的大量3D数据集。

“我们使用的许多数据都是可公开访问和可用的，”费说。但研究人员有时缺乏利用它的专业知识。“他们没有计算能力或合适的工具来处理它，”他说。

第三个挑战是采用新方法来更好地评估3D数据集现在经常出现的生态系统结构中的数百个变量。编辑团队建议研究人员应该采取数据驱动的方法或将两者结合起来，而不是依赖于传统的假设测试。

最后，编辑们强调了在数字技术方面培训下一代生态学家的至关重要性。

他们写道：“新的面向数据的技能，如大型数据集的获取、可视化、分析和管理，必须成为生态训练的重要组成部分。