热带稀树草原冠层异速生长偏离理论模型的驱动因素：竞争、降水和温度的交互影响

本研究通过整合赞比亚国家森林资源清查数据，采用贝叶斯层次模型揭示了热带干旱林（miombo woodlands）树木冠层异速生长关系偏离代谢理论（MST）、几何相似性（GS）和恒定应力相似性（CSS）理论预测的机制，发现竞争（BA）、降水（MAP）和温度（MAT）共同调控冠层结构，为改进生物量估算和遥感校准提供了关键参数。

　　

冠层异速生长在热带干旱林中的理论偏离与生态驱动

理论模型与实证数据的鸿沟

热带稀树草原（miombo woodlands）的树木冠层异速生长关系（包括树高H、胸径D、冠幅半径C_rad和冠层深度C_dep）显著偏离代谢理论（MST）、几何相似性（GS）和恒定应力相似性（CSS）的预测。MST假设H、C_rad和C_dep应以D的2/3次方（β=0.67）缩放，但实际观测显示H-D的β值仅0.40，C_rad-D为0.81，而C_dep-D低至0.33。这种差异源于理论模型未考虑物种性状和环境异质性，尤其在季节性干旱生态系统中。

气候与竞争的协同调控

通过贝叶斯层次模型分析32,804株树木数据发现：

1. 1.

   竞争主导高度生长：树木在低竞争（低BA）环境中更矮胖（H-D斜率降低），而高BA导致树高增加21.9%（D=30 cm时差异达2.6 m），表明光竞争驱动垂直伸展。

2. 2.

   温度扩大冠层体积：高温（>24°C）使C_rad和C_dep分别增加6.3%和32.4%，可能与光合最适温度及木质密度（如Brachystegia spiciformis干区密度0.671 g cm^-3）相关。

3. 3.

   降水作用有限：与预期相反，降水对H-D无显著影响，但湿暖环境促进冠层加深（C_dep增加17.7%），反映水力安全与空间占据的权衡。

物种特异性响应与生态意义

优势种如Brachystegia longifolia（H-D β=0.43）和短冠层种Diplorhynchus condylocarpon（β=0.36）的异速生长差异凸显功能性状分异。开放冠层促进侧向扩展（C_rad-H β=0.60），而火灾和放牧压力可能进一步塑造冠层架构。研究为热带干旱林生物量模型优化和遥感反演（如LiDAR校准）提供了关键参数，强调多因子协同作用超越传统水分限制范式。

（注：全文数据来源包括赞比亚国家森林清查及28个1公顷样地实测，覆盖626–1678 mm年降水和18.1–24.7°C温度梯度。）