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林分冠层降雨截留功能的揭示,对改善南方土壤流失区具有重要作用。林木冠层的疏透度是定量描述林木冠层空间形态的重要指标,基于遥感手段研究林木冠层疏透度,揭示不同降雨强度下冠层的垂直空间疏透情况与林木冠层降雨截留功能的内在关系,为实现有效量化、表达林木冠层降雨截留功能,精准水土流失治理提供理论依据。研究以福建农林大学内香樟和杜仲为研究对象,通过布设雨量桶收集林内降雨数据,利用三维激光扫描仪(TLS)获取数据,重建林木冠层三维结构,选取并量化用于表达冠层疏透度的指标因子,构建不同分层模式下林木冠层疏透情况综合指数,探讨揭示基于疏透度林木冠层降雨截留功能。主要结论如下:(1)研究共收集33场有效降雨,降雨总量范围为4.14-261mm;依据每场降水总量(12h内)≤4.9mm为小雨,5.0-14.9mm为中雨,15.0-29.9mm为大雨,≥30.0mm为暴雨为标准划分降雨等级。降雨次数为3、17、9、4,降雨频率为9.09%、51.52%、24.24%、15.15%。香樟和杜仲的截留率分别为小雨:57.86%、61.75%,中雨:39.92%、41.71%,大雨:33.82%、30.19%,暴雨:26.92%、32.74%。降雨量与截留量呈显著的线性关系;降雨强度与截留率均呈显著的指数相关。香樟的平均截留率为31.24%,杜仲平均截留率为34.09%。(2)冠层疏透度直接决定林内穿透雨量,影响林木冠层截留功能。为刻画叶片密度、分布和聚集情况对拦截雨水的影响,选定LAD、孔隙率作为叶片茂密程度描述参数,选定景观格局指数中香农多样性(SHDI)、景观形状指数(LSI)等6个因子作为叶片空间分布的描述参数,共8个因子作为构建疏透度的指标。其中LAD基于体元冠层分析法,通过统计不同体素边长点云接触频率进行提取:杜仲LAD的最佳模型体素边长为76mm,RMSE与TA分别为0.7101 m2/m2、80.30%;香樟LAD的最佳模型体素边长为65mm,RMSE与TA分别为1.216m2/m2、67.44%。孔隙率基于冠层点云模型进行提取,香樟和杜仲孔隙率的最佳模型体素边长为70mm,RMSE与TA分别为0.0991 m2/m2、90.86%。体素化边长为70mm的点云模型作为各景观格局指数的量化冠层模型。(3)考虑到冠层形态差异及冠层高度对林木冠层疏透度均有影响,采用三等均分和五等均分两种模式探讨不同均等分模式下对冠层垂直结构疏透度的影响,结合因子分析法实现林木冠层综合疏透度指数的构建。结果表明:香樟及杜仲三等均分模式下单层疏透度的最大值为:1.385、1.338,最小值为:1.147、1.089,平均值为:1.266、1.204,变异系数为:0.040、0.050。五等均分模式下单层疏透度的最大值为:1.163、1.324,最小值为:0.86、1.009,平均值为:0.999、1.028,变异系数为:0.086、0.107。香樟的疏透度模型为:FQI(三等均分)=0.2399×fLAD+0.3249×fLSI+0.1883×fSH+0.2852×fPAF+0.3781×fCON+0.3711×fSHDI+0.3621×fAI+0.3504×fKXDFQI(五等均分)=0.2466×fLAD+0.3245×fLSI+0.1826×fSH+0.327×fPAF+0.363×fCON+0.3574×fSHDI+0.3519×fAI+0.3424×fKXD杜仲的疏透度模型为:FQI(三等均分)=0.3545×fLAD+0.1808×fLSI+0.2982×fSH+0.3698×fPAF+0.3434×fCON+0.3549×fSHDI+0.3549×fAI+0.27×fKXDFQI(五等均分)=0.2644×fLAD+0.3313×fLSI+0.1852×fSH+0.3306×fPAF+0.3621×fCON+0.3509×fSHDI+0.3529×fAI+0.3403×fKXD(4)依据冠层分层疏透度构建降雨截留模型,结果表明:总降雨量≥15mm时,香樟两种分层模式对揭示截留规律均无效,总降雨量≥30mm时,杜仲两种分层模式对揭示截留规律均无效.降雨等级为小雨、中雨和大雨时,冠层三等均分模式下揭示杜仲疏透度-截留率规律最佳,模型分别为:y(28)0.131x1+0.36x2-0.993x3+1.216,y(28)0.23x1(10)0.118x2-0.1.56x3(10)1.794,y=0.443x1+0.099x2-1.427x3+1.442,R2分别为0.668、0.521、0.521;当降雨强度小雨和大雨时,冠层分别在三等均分模式及五等均分模式下揭示香樟疏透度-截留率规律最佳,模型为:y=0.43x1+0.079x2-1.432x3+0.488,y=-0.128x1-0.824x2-1.734x3-1.262x4-0.617x5+5.312,R2为0.512、0.664(其中xi代表第i层疏透度,其中x1为冠层下层疏透度)。五种降雨截留模型总体精度均在70%以上,模拟结果说明以上模型均可有效揭示香樟和杜仲降雨截留功能,且第三层林冠疏透度对降雨截留功能贡献率较大,截留率随疏透度增大而减小。