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精确刻画复杂林冠精细尺度光分布的时空变化对于评估树木结构和光的关系、精准森林经营管理措施制定以及森林生态过程理解等均具有重要的意义。然而，传统地面测量的方式难以获取单木尺度的光分布数据，基于模型计算的方法则主要依赖于Beer-Lambert定律或理想假设的一维辐射传输模型，这些模型往往忽略了森林冠层的异质性而造成较大误差。近年来，激光雷达和三维辐射传输模型的快速发展，为精细三维结构信息获取和辐射信息模拟提供了便捷的工具。

2024年3月，Plant Phenomics在线发表了北京林业大学林业定量遥感团队和北京师范大学三维森林建模团队合作完成的题为Fine-scale Quantification of Absorbed Photosynthetically Active Radiation (APAR) in Plantation Forests with 3D Radiative Transfer Modeling and LiDAR Data的研究论文。

该研究以塞罕坝机械林场内一块300×300米的落叶松人工林作为研究区。通过样地扫描的地基和机载激光雷达数据重建了研究区内14个50×50米具有精细结构的三维落叶松人工林场景，并基于14个重建的落叶松森林场景结合先进的三维辐射传输模型LESS开展了一天时间内不同时刻（8:00-18:00）单木尺度的光合有效辐射吸收（APAR）模拟。在此基础上，使用了偏最小二乘回归（PLSR）模型建立了单木结构参数（树高、冠幅、冠面积、冠长、冠比率、冠体积、叶面积指数以及评估树木竞争的距离参数）和每木日尺度累积APAR的关系，并给出了不同树结构因子对光拦截重要性因子VIP。研究结果表明树冠体积对于单木尺度的光拦截最重要，在所有单木树结构因子中具有最高的VIP=4.19。对于树木空间分布，每木平均累积APAR随着间隙率的增加呈现先增加后减少的趋势。该研究结果证明了结合激光雷达和三维辐射传输模型能够在单木尺度开展光和结构精准的刻画，并能够有效的开展光和结构关系的量化研究，进一步支撑精细化的森林经营管理，为优化森林结构、提高森林的光利用，理解树木竞争等提供新的见解。

图1 LiDAR重建的典型落叶松人工林样地和一天内不同时刻单木瞬时APAR模拟结果

图2 树木空间结构参数和每木平均累积APAR的关系

北京林业大学林业定量遥感团队博士研究生赵勋为第一作者，北京师范大学漆建波副教授和北京林业大学黄华国教授为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金（41930111、42130111、42001279）的资助。

论文链接：

http://spj.science.org/doi/10.34133/plantphenomics.0166

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