近日，性爱网 周靖靖课题组在光资源分布和冠层结构调控森林生产力机制研究方面取得新进展。相关成果以 “Canopy architecture drives productivity of subtropical Pinus massoniana mixed forests by modulating Solar Radiation using an integrated UAV and terrestrial LiDAR” 为题，发表在农林气象学领域TOP期刊“Agricultural and Forest Meteorology”。
在林业生产中，混交林常被认为比纯林更“高效”。不同树种在树高、生长节律和冠层空间占据方式上存在差异，能够更充分地利用光、水和空间资源，从而提升森林生产力和生态稳定性。然而，混交林并不简单地将不同树种栽种在一起。现实中，并非所有树种组合都能稳定增产，有些组合能够相互促进，有些组合则可能出现竞争甚至抑制。因此，“混交林为什么能增产？”“哪些树种搭配更合适？”“森林冠层结构如何影响光资源利用从而影响林分生产力？”等问题，仍是人工林经营中亟待回答的关键科学问题。
研究团队以湖北省京山市太子山林场亚热带人工林为研究对象，聚焦我国南方重要的造林和生态恢复树种——马尾松开展系统研究。团队综合利用无人机激光雷达（UAV-LS）与手持移动激光雷达（HMLS），从林冠顶部到林下空间获取高精度三维点云数据，相当于为森林建立了一个“立体数字模型”。在此基础上，结合基于激光雷达的太阳辐射衰减模型，进一步模拟太阳辐射进入林冠后的传播、遮挡和截获过程，从而定量分析不同林分类型的冠层结构、林内光照分布及其对生产力的影响。
图 1 基于激光雷达的太阳辐射衰减模型
研究发现，马尾松—枫香混交林和马尾松—女贞混交林相较于对应纯林均表现出超产效应，其主要原因在于，混交林形成了更加复杂的多层冠层结构，使不同高度、不同空间位置的枝叶能够更充分地截获太阳辐射，从而提高了林分整体的光资源利用效率。同时，不同混交组合之间也存在明显差异。其中，马尾松—女贞混交林呈现出更清晰的垂直分层特征和更强的种间互补效应：马尾松和女贞在冠层空间中更易于“各占其位”，减少直接竞争，提高整体空间利用效率，因此是更具优势的树种组合。相比之下，马尾松—枫香混交林虽然促进了枫香的生长，但对马尾松存在一定抑制作用，表明该组合中树种间竞争关系更为明显，整体增产效应相对有限。
图 2 模拟的不同时刻太阳辐射空间分布
进一步分析表明，冠层结构复杂性是影响光资源利用和林分生产力的重要驱动因素。结构方程模型（SEM）显示，冠层结构性状能够解释91.8%的辐射截获变化和68.6%的生产力变化。其中，冠层熵作为表征冠层内部空间异质性和层次结构的重要指标，是连接冠层结构复杂性、太阳辐射利用效率和林分生产力的重要变量。
图 3 结构方程模型（SEM）林冠结构复杂性—太阳辐射分配—林分年生产力
该研究从“三维冠层结构—太阳辐射分配—林分生产力”的角度，揭示了亚热带马尾松混交林生产力提升的结构生态学机制。研究表明，合理的树种配置不仅能够改变森林的外观和组成，更能够通过优化冠层垂直分层、增强光资源截获和提升光利用效率，最终促进林分生产力提高。这一发现为亚热带人工林树种配置优化、混交林经营调控以及高生产力人工林培育提供了重要理论依据和技术支撑。
性爱网 周靖靖课题组已毕业硕士生李达岁和在读硕士生陈羽中为论文共同第一作者，周靖靖副教授为本文通讯作者，在读硕士生万俊泽和朱雨洁参与研究工作，佃袁勇教授参与研究指导。该研究由国家自然科学基金项目资助。
论文链接：//doi.org/10.1016/J.AGRFORMET.2026.111223.
文图：陈羽中
审核：周靖靖
