基于地面激光扫描的细叶桉异速生长新模型揭示大树碳储量被低估

本研究针对传统异速生长模型(Allometric models)在估算细叶桉(Eucalyptus tereticornis)地上生物量(AGB)时存在的采样偏差问题，采用地面激光扫描(TLS)技术对澳大利亚EucFACE实验站的116棵树木进行三维重建，开发出AGB-DBH和AGB-(CA×H)双模型。新模型显示大树AGB增量被原模型低估达51%，为全球变化背景下森林碳汇评估提供了更精准的量化工具。

　　

在全球气候变化背景下，大气CO₂浓度预计将在2050年突破550 ppm，森林作为重要的碳汇生态系统，其碳储存能力的准确评估成为气候预测的关键。然而传统异速生长模型面临两大困境：一是依赖破坏性采样导致数据有限，二是跨区域应用的模型存在显著偏差。这一问题在澳大利亚EucFACE（自由大气CO₂富集）实验中尤为突出——该实验站80年树龄的细叶桉林长期使用基于年轻树木（9-16年）建立的异速模型，可能严重低估成熟林的碳储存能力。

针对这一科学难题，Ghent University（比利时根特大学）联合澳大利亚西部悉尼大学等机构的研究团队创新性地采用地面激光扫描技术（Terrestrial Laser Scanning, TLS），对实验站116棵细叶桉进行毫米级三维建模。通过定量结构模型（Quantitative Structure Model, QSM）算法将点云数据转化为生物量估算，突破了传统破坏性采样的局限。研究团队特别开发了适用于航空激光扫描（ALS）的AGB-(冠面积×树高)复合参数模型，为区域尺度碳储量评估提供了新范式。

关键技术路线包含：1）采用多站式TLS扫描获取亚厘米级树木点云；2）通过QSM算法重建树干枝杈的圆柱体几何模型；3）结合木材密度参数将几何体积转化为生物量；4）使用贝叶斯方法建立AGB-DBH与AGB-(CA×H)双模型；5）通过平均绝对百分比误差（MSA）和符号百分比偏差（SSPB）验证模型精度。

【TLS-based AGB:DBH模型】
基于116棵样本树的扫描数据，团队建立的幂函数模型AGB=0.12×DBH^2.51显示：相比Paul等2013年模型，新模型对20cm胸径树AGB估值提高41%，60cm大树提高51%。这种差异主要源于原模型样本中>30cm树木仅占10%，而TLS技术完整捕获了实验站大尺寸树木的真实结构。

【AGB:(CA×H)模型创新】
针对航空遥感应用场景开发的AGB-(冠面积×树高)模型，虽然不确定性增至27%，但解决了航空激光难以测量胸径的技术瓶颈。该模型通过冠层体积参数实现非接触式大范围监测，为EucFACE实验站历史数据重新校准提供了新工具。

【讨论与展望】
这项发表于《Agricultural and Forest Meteorology》的研究具有三重意义：首先，证实成熟桉树林碳储存能力被现有模型系统性低估，提示全球碳汇评估可能需要重大修正；其次，建立的CA×H参数模型为卫星遥感反演森林碳储量提供了可推广的代理指标；最后，TLS-QSM技术路线为珍稀古树等不可破坏样本的生物量研究树立了新标准。研究团队特别指出，虽然新模型未改变EucFACE关于CO₂施肥效应的总体结论，但强调未来需重新计算净初级生产力（NPP）和碳分配比例，这对完善地球系统模型中的植被反馈参数具有重要价值。