Plant Phenomics | 北京林業大學林業定量遙感團隊開展人工林精細尺度光合有效輻射吸收（APAR）量化研究

精確刻畫復雜林冠精細尺度光分布的時空變化對于評估樹木結構和光的關系、精準森林經營管理措施制定以及森林生態過程理解等均具有重要的意義。然而，傳統地面測量的方式難以獲取單木尺度的光分布數據，基于模型計算的方法則主要依賴于Beer-Lambert定律或理想假設的一維輻射傳輸模型，這些模型往往忽略了森林冠層的異質性而造成較大誤差。近年來，激光雷達和三維輻射傳輸模型的快速發展，為精細三維結構信息獲取和輻射信息模擬提供了便捷的工具。

2024年3月，Plant Phenomics在線發表了北京林業大學林業定量遙感團隊和北京師范大學三維森林建模團隊合作完成的題為Fine-scale Quantification of Absorbed Photosynthetically Active Radiation (APAR) in Plantation Forests with 3D Radiative Transfer Modeling and LiDAR Data的研究論文。

該研究以塞罕壩機械林場內一塊300×300米的落葉松人工林作為研究區。通過樣地掃描的地基和機載激光雷達數據重建了研究區內14個50×50米具有精細結構的三維落葉松人工林場景，并基于14個重建的落葉松森林場景結合先進的三維輻射傳輸模型LESS開展了一天時間內不同時刻（8:00-18:00）單木尺度的光合有效輻射吸收（APAR）模擬。在此基礎上，使用了偏最小二乘回歸（PLSR）模型建立了單木結構參數（樹高、冠幅、冠面積、冠長、冠比率、冠體積、葉面積指數以及評估樹木競爭的距離參數）和每木日尺度累積APAR的關系，并給出了不同樹結構因子對光攔截重要性因子VIP。研究結果表明樹冠體積對于單木尺度的光攔截最重要，在所有單木樹結構因子中具有最高的VIP=4.19。對于樹木空間分布，每木平均累積APAR隨著間隙率的增加呈現先增加后減少的趨勢。該研究結果證明了結合激光雷達和三維輻射傳輸模型能夠在單木尺度開展光和結構精準的刻畫，并能夠有效的開展光和結構關系的量化研究，進一步支撐精細化的森林經營管理，為優化森林結構、提高森林的光利用，理解樹木競爭等提供新的見解。
 

圖1 LiDAR重建的典型落葉松人工林樣地和一天內不同時刻單木瞬時APAR模擬結果

圖2 樹木空間結構參數和每木平均累積APAR的關系

北京林業大學林業定量遙感團隊博士研究生趙勛為第一作者，北京師范大學漆建波副教授和北京林業大學黃華國教授為共同通訊作者。研究得到國家自然科學基金（41930111、42130111、42001279）的資助。

論文鏈接：

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

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About Plant Phenomics

《植物表型組學》（Plant Phenomics）是由南京農業大學和美國科學促進會（AAAS）合作創辦的英文學術期刊，于2019年1月正式上線發行。采用開放獲取形式，刊載植物表型組學交叉學科熱點領域具有突破性科研進展的原創性研究論文、綜述、數據集和觀點。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術，基于圖像分析和機器學習的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農業實踐中的表型組學新應用，與植物表型相結合的分子生物學、植物生理學、統計學、作物模型和其他組學研究，表型組學相關的植物生物學等。期刊已被DOAJ、Scopus、PMC、EI和SCIE等數據庫收錄。科睿唯安JCR2021影響因子為6.5，位于農藝學、植物科學、遙感一區。2023年中科院期刊分區位于農林科學大類一區。2020年入選中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊項目。

說明：本文由《植物表型組學》編輯部負責組稿。
中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。
撰稿：趙勛、漆建波
排版：蘇梓鈺（南京農業大學）
審核：孔敏、王平