基于地面激光扫描的树种组成对幼龄人工林温度缓冲效应的影响机制研究

为探究全球变暖背景下森林冠层结构对微气候的调控机制，比利时研究团队通过地面激光扫描（TLS）技术，在39个不同树种组成的幼龄人工林样地中，量化了冠层结构（如叶面积指数PAI、冠层开放度）与温度缓冲效应的关系。研究发现松树比例主导夏季降温（最大降温11°C），而冬季增温与高叶高多样性（FHD）相关，为早期森林管理提供了树种配置优化依据。

　　

论文解读

随着全球地表温度持续升高，生物多样性正面临严峻威胁。森林作为陆地生态系统的主体，其冠层结构通过调节辐射吸收与反射，形成独特的林下微气候，成为物种应对气候变化的"避难所"。然而，现有研究多关注成熟林，对早期人工林的温度缓冲机制认知不足，且传统冠层测量方法（如目测估测）难以精确捕捉三维结构特征。比利时Zedelgem的FORBIO实验基地为此开展了创新性研究，通过地面激光扫描（Terrestrial Laser Scanning, TLS）技术，首次在幼龄人工林中系统解析了树种组成、冠层结构与温度缓冲的复杂关系，成果发表于《Agricultural and Forest Meteorology》。

研究团队在20种不同树种配置（从纯林到四物种混交）的39个样地中，使用TLS获取156个扫描点的垂直植物剖面数据，提取叶面积指数（PAI）、冠层高度（CH）、叶高多样性（FHD）和冠层开放度等关键指标，结合微气候监测数据，采用线性回归和结构方程模型（SEM）进行多尺度分析。

主要结果

1. 季节差异显著：夏季林下最大降温达11°C（平均-5.4±1.83°C），冬季最大增温4°C（平均1.2±0.68°C），松树纯林表现出最强的温度缓冲能力。
2. 冠层结构驱动：夏季降温与低冠层开放度相关（R²=0.32），冬季增温则受高FHD和低开放度共同影响（R²=0.28），证实结构复杂性对微气候的双向调控。
3. 树种性状效应：群落加权比叶面积（SLA）与夏季降温显著正相关（p<0.01），暗示高SLA树种通过增强蒸腾作用促进冷却。

讨论与意义
该研究揭示了幼龄林已具备显著的微气候调节功能，其中松树因其快速冠层封闭特性，在早期阶段贡献突出。随着林分发育，混交林的高结构复杂性（如多层级叶分布）可能逐渐显现优势。TLS技术的应用突破了传统测量的局限，为精准量化冠层三维结构提供了新范式。研究建议在人工林经营中，初期可优先选择松树等速生树种快速形成冠层，中长期则通过混交提升结构多样性，这对应对极端气候事件下的生态系统服务优化具有重要指导价值。