基于地面激光扫描数据的城市树种枝干生物量异速生长模型构建及其生态意义

这篇研究通过地面激光扫描（TLS）和定量结构模型（QSM）技术，开发了10种欧洲常见城市树种的枝干生物量异速生长方程，揭示了dbh（胸径）与树高（h）对枝干生物量的关键预测作用（R2 =0.69–0.93），并发现城市树木枝干生物量分配存在显著种间差异（如Robinia pseudoacacia标准化树高后枝干生物量最高）。研究为非破坏性评估城市树木碳汇功能提供了新方法，同时指出现有森林模型可能低估城市树木枝干生物量1–36%，凸显了城市环境特异性模型的重要性。

　　

引言：城市树木生物量估算的挑战

城市树木通过碳固存等生态系统服务助力气候变化适应，但枝干生物量的精确数据稀缺。传统破坏性采样方法在 urban 环境中实施困难，而异速生长模型（allometric models）依赖的森林树木参数可能不适用于城市树木独特的生长形态。地面激光扫描（TLS）和定量结构模型（QSM）技术的结合，为精准量化枝干生物量提供了非破坏性解决方案。

材料与方法：TLS数据驱动的模型构建

研究采用公开数据集TreeML-Data，包含慕尼黑3283棵城市树木的TLS点云及QSM数据。通过分离枝干与主干（以冠基高度hcb为界），计算圆柱体体积并乘以物种特异性木材密度（如Carpinus betulus密度达750 kg/m³
），转化为生物量。模型涵盖单变量（dbh、h、冠径cd）和双变量组合（如dbh+h），采用对数转换OLS回归和偏差校正因子（CF=exp(MSE²
/2)）优化预测。

结果：枝干生物量的种间差异与模型表现

• 生物量分布：Platanus×acerifolia单株总生物量最高（1496 kg C），而Corylus colurna最低（550 kg C）。枝干占比差异显著，Populus nigra 'Italica'达17.9%，Carpinus betulus仅3.4%。
• 预测因子效能：dbh为最强预测指标（r=0.69–0.91），树高补充提升模型精度（R²
  提升至0.93）。Robinia pseudoacacia在标准化树高时枝干生物量最高（175.3 kg C），而标准化dbh后Platanus×acerifolia居首（3.62 kg C/cm）。
• 模型对比：与森林模型相比，城市模型对Acer pseudoplatanus枝干生物量低估36%，但Tilia cordata估算接近（偏差~1%），反映城市环境对生长模式的显著影响。

讨论：技术优势与生态启示

TLS-QSM方法克服了传统测量的局限性，尤其对复杂城市冠层结构的解析能力突出。dbh和h的协同作用揭示了城市树木资源分配的种间策略差异，如高密度木材物种（如Robinia pseudoacacia）更倾向于枝干生物量积累。研究强调需开发城市特异性模型以优化碳汇评估，并为景观规划提供数据支持。

局限与展望

当前模型受限于细小枝条的QSM重建精度，且缺乏城市树木直接生物量验证数据。未来应扩大物种覆盖范围，整合环境变量（如土壤压实度），并探索树冠形态参数对模型的改进潜力，以全面提升城市森林管理的科学性。