热带森林恢复过程中冠层结构与地上碳储量的仪器监测与传统评估方法比较研究

针对热带森林恢复过程中碳积累与结构发育监测方法耗时费力的问题，研究人员对比了LiDAR衍生的植被面积指数(VAI)、冠层分析仪测定的叶面积指数(LAI)、半球摄影(CC_HP)与测冠仪(CC_D)四种仪器指标与传统方法(AGC、TSD、BA)的效能。研究发现CC_D在冠层闭合前监测效果最佳，而冠层闭合后仍需依赖AGC评估碳储量，为森林恢复监测提供了成本效益最优方案。

　　

随着全球热带地区森林恢复规模扩大，如何高效监测碳积累与结构恢复成为关键科学问题。传统依赖人工测量树高、胸径(DBH)推算地上碳储量(AGC)的方法，不仅需要大规模团队作业导致幼苗踩踏风险，更无法直接评估光合作用核心载体——冠层叶片的空间分布。针对这一技术瓶颈，泰国清迈大学森林恢复研究组(FORRU-CMU)在《Trees, Forests and People》发表研究，系统比较了四种仪器监测指标与传统方法的效能差异。

研究团队选取泰国北部Mon Cham地区四个典型样地：未修复对照地(CT)、1.5年(R22)与11.5年(R12)框架物种法(FSM)修复林，以及原始参照林(RF)。通过32个半径5m圆形样方的对比分析，揭示了仪器指标在森林恢复不同阶段的适用性边界。

关键技术方法包括：(1)采用FARO Focus Core LiDAR扫描仪获取植被面积指数(VAI)，通过5点位扫描合并点云；(2)使用Li-Cor LAI 2200c冠层分析仪测定叶面积指数(LAI)；(3)半球摄影(CC_HP)与测冠仪(CC_D)同步测量冠层覆盖度；(4)传统方法测量胸径(DBH)、树高(H)计算地上碳储量(AGC)、树木密度(TSD)和基底面积(BA)。

3. 结果
3.1 阶段性差异识别
所有仪器指标(VAI、LAI、CC_D)均能显著区分CT、R22与R12样地(P<0.05)，其中CC_D在1.5年修复林中的数值比对照地激增1171%。但CC_HP在CT样地异常高值(52.1%)，源于陡坡地形导致边缘树木误判。

3.2 冠层闭合后的监测瓶颈
11.5年修复林(R12)的仪器指标值已达参照林(RF)的89.6-97.7%，但AGC仅为RF的47.9%(65.9 vs 137.4 tC/ha)。这表明冠层闭合后，仪器无法反映碳储量的持续积累，VAI在RF样地因枝叶遮挡出现显著低估。

3.3 指标相关性分析
跨样地合并数据时，CC_HP与BA相关性最强(r=0.75)，LAI与TSD达r=0.80。但分样地分析显示，随林分发育相关性普遍减弱，RF样地中CC_HP与BA仅维持r=0.42。

4. 讨论
4.1 技术适用性边界
测冠仪(CC_D)以不足300美元的成本，在冠层闭合前监测中展现出与高端设备相当的灵敏度，且单人即可操作。而LiDAR虽能三维重建冠层结构，但多重扫描导致的幼苗踩踏与设备成本(3-10万美元)限制其推广。

4.2 碳积累滞后现象
11.5年修复林的碳储量仅为参照林49%，但结构指标(TSD、BA)已接近参照水平，证实碳分配存在时间延迟。这一发现与清迈Mae Sa地区同类研究高度吻合，暗示FSM修复存在普适性规律。

该研究为热带森林恢复监测建立了分级技术方案：冠层闭合前采用CC_D快速评估，后期转向AGC精确计量碳汇。未来需结合无人机遥感技术，开发非破坏性的全周期监测体系。论文通过严谨的对比实验，不仅解决了监测技术选择难题，更为《联合国生态系统恢复十年》计划提供了可操作的评估框架。