斯里兰卡热带雨林冠层开阔度随海拔和方位角的变化：探索森林生态之光的奥秘

为探究热带森林冠层属性变化，研究人员对斯里兰卡热带雨林（TRFSLs）开展研究，测定其冠层开阔度随海拔和方位角的变化。结果发现冠层开阔度随海拔升高，部分方位角有差异，但未证实假设。该研究为森林生态研究提供新视角。

　　在广袤的热带雨林中，阳光如同生命的使者，驱动着森林的生长与繁荣。森林冠层作为阳光进入森林内部的第一道屏障，其结构和属性对森林生态系统至关重要。然而，目前对于热带森林冠层属性的研究仍存在诸多空白。一方面，虽然知道气候与海拔的变化会影响热带森林的物种组成、冠层结构等，但对于冠层开阔度（Canopy openness，指从地面观察时，透过森林冠层看到的无遮挡天空的比例）随海拔的具体变化情况，研究并不充分。另一方面，由于地形和朝向的差异，森林冠层接收的太阳辐射不同，可很少有研究量化冠层属性随方位角的变化，以及这种变化与辐射差异之间的关系。
为了解开这些谜团，来自国外的研究人员针对斯里兰卡热带雨林（Tropical Rainforests of Sri Lanka，TRFSLs）展开了深入研究。他们旨在量化 TRFSLs 冠层开阔度随海拔的变化，探究其随方位角的变化规律，并明确地形和朝向导致的辐射差异对冠层开阔度变化的影响。研究结果对于深入理解森林生态系统的结构和功能，以及森林资源的合理管理具有重要意义，该研究成果发表在《Acta Oecologica》上。
研究人员采用的主要关键技术方法为：在斯里兰卡沿海拔梯度选取十个 1 公顷的永久采样地块（Permanent Sampling Plots，PSPs），利用半球摄影技术获取冠层图像，再通过图像分析测定冠层半球 144 个扇区（由 18 个天顶角（Zenith angle，ZnA）×8 个方位角（Azimuth angle，AzA）划分）的可见天空比例（Visible sky fraction，V_sky），以此来量化冠层开阔度，同时测定叶面积指数（Leaf Area Index，LAI，指单位地面面积上的单侧叶面积 ）。

研究结果

1. 冠层开阔度（V_sky）和叶面积指数（LAI）在永久采样地块（PSPs）和测量轮次间的变化：对 V_sky和 LAI 数据集进行正态性检验发现，其显著偏离正态分布。即使去除一个明显异常值后，LAI 数据仍偏离正态。
2. 冠层开阔度与海拔的关系：研究发现，冠层开阔度（量化为整个半球的 V_sky）随海拔升高而增加。叶面积指数则随海拔升高呈线性下降，且与 V_sky呈负相关。
3. 冠层开阔度与方位角的关系：在十个地块中的八个地块，半球顶部三分之一（ZnA = 0°–30°）的冠层开阔度（V_{sky(0 - 30)}）在东侧（AzA = 90°）低于西侧（AzA = 270°），差异在 3% - 52% 之间。而在另外两个地块中，西侧的 V_{sky(0 - 30)}更低。通过估算太阳辐照度水平、投影阴影图以及选定地块的现场太阳辐照度测量表明，上午时段的辐射接收量大于下午时段。在西侧 V_{sky(0 - 30)}较低的两个地块，可能是由于地块东侧附近有山脉，上午时段遮挡了森林冠层东侧，导致上午太阳辐照度较高。但在南北方向（AzA = 0° 和 AzA = 180°）的冠层段，V_{sky(0 - 30)}没有一致差异。

研究结论和讨论

研究结果部分支持了森林冠层会将更多叶面积分配到接收更多太阳辐射一侧的假设，但由于南北方向冠层段 V_{sky(0 - 30)}没有一致差异，所以研究人员得出结论，目前的观察结果无法确凿证实森林冠层会将更多叶面积分配到接收更多太阳辐射的方位段这一假设。
这项研究意义重大，它首次对斯里兰卡热带雨林冠层开阔度随海拔和方位角的变化进行了量化研究，为理解热带森林冠层结构和功能提供了新的视角。尽管没有完全证实假设，但研究过程中发现的冠层开阔度与海拔、方位角之间的关系，以及辐射差异对冠层的影响，为后续研究奠定了基础，有助于推动森林生态领域对冠层属性变化机制的深入探索，为森林资源的保护和管理提供科学依据 。