近日，园林学院郑曦教授科研团队在城市森林三维结构与碳汇功能研究方面取得新进展，相关成果以“Urban forest canopy structural complexity is associated with carbon sequestration and optimization potential in Beijing”为题，发表于Nature旗下期刊《npj Urban Sustainability》（影响因子10.9）。研究揭示了城市森林冠层结构复杂性与碳汇能力的关联及其空间异质性，进一步评估了不同类型城市森林的碳汇优化潜力，为城市森林精细化管理与低碳导向的绿色空间规划提供了科学参考。
城市森林是城市生态系统的重要组成部分，在固碳增汇、气候调节与生物多样性保护等方面发挥着重要作用。现有城市绿地评估与规划管理主要关注绿地面积、植被覆盖度及树冠覆盖率等二维指标，而森林冠层的垂直分层与水平空间配置同样与其生态功能密切相关。冠层结构复杂性（Canopy Structural Complexity，CSC）能够综合表征森林冠层的三维空间组织特征，但其与城市森林碳汇能力的关联、环境影响因素及不同森林类型的潜在优化空间，仍有待进一步研究。
针对上述问题，研究团队以北京市为研究区域，融合星载激光雷达（GEDI）与地面三维激光扫描（TLS）数据，构建了30 m空间分辨率的城市森林冠层结构复杂性分布图，并结合生态系统生产力模型与机器学习方法，分析了冠层结构复杂性与碳汇能力的关联及其主要环境影响因素，进一步开展不同类型城市森林的结构优化情景模拟。
研究发现，北京市城市森林冠层结构复杂性存在显著空间分异，自然城市森林的冠层结构复杂性整体高于人工管理型城市森林。土壤有机碳和气候条件是解释冠层结构差异的重要环境因素，道路密度与景观破碎化程度则与冠层结构复杂性呈负相关关系。进一步分析表明，冠层结构复杂性与森林净初级生产力呈显著正相关关系，且这种关联在自然城市森林中更强，反映了不同管理类型城市森林在结构特征与生态功能关系上的差异。
图1 气候、土壤及人类活动因素与冠层结构复杂性的关联
图2 环境因素、冠层结构复杂性与森林生产力的关联路径
在此基础上，研究进一步评估了城市森林的结构优化潜力。情景模拟结果显示，通过改善冠层三维结构，研究范围内相关公园的碳吸收量具有21.2%的提升潜力，其中人工管理型城市森林的优化空间更大。研究表明，不同类型城市森林需要采取差异化的管理策略，自然城市森林应侧重生态保护与自然更新，人工管理型城市森林则可通过优化植物群落配置与冠层空间结构，进一步挖掘生态功能潜力。上述增幅为模型模拟的理论潜力，仍需通过长期监测和实践验证。
该研究将城市森林生态功能评价由传统二维覆盖特征拓展至三维冠层结构，揭示了冠层结构复杂性与碳汇能力之间的关联及不同管理类型的优化潜力，为城市森林碳汇功能评估、存量绿地提质增效及绿色空间精细化管理提供了科学参考。
园林学院博士毕业生周凯为论文第一作者，尹豪教授为共同作者，郑曦教授为通讯作者，OB体育（中国）官方网站-OBSPORTS为第一完成单位。
本研究得到国家自然科学基金项目（32401651、32371643）的资助。
