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Huanfa Sun1,2, Liming Yan1,2, Xingli Xia1,2, Yihang Fan1,2, Huizhu Li1,2, Kun Huang1,2, Xuhui Zhou1,3, Jianyang Xia1,2,*
摘要: 监测叶片物候对于理解森林生态系统动态至关重要。然而,传统监测方法受限于冠层遮蔽效应和空间覆盖范围不足,难以解析森林垂直层次的物候特征。为克服此局限性,本研究构建了一套集成无人机与地面固定相机的监测系统,实现了森林林冠层与林下层物候的协同监测。该系统于2017–2023年间在浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站部署,获取了分辨率达0.075 m × 0.075 m的无人机影像及小时尺度的地面相机影像数据,在群落与物种尺度上追踪了植物的物候变化。基于该系统提取的绿色坐标指数(GCC)与归一化植被指数(NDVI,r = 0.82)、增强型植被指数(EVI,r = 0.91)、总初级生产力(GPP,r = 0.95)以及叶面积指数(LAI,林冠层r = 0.79;林下层r = 0.92)均呈显著相关关系,验证了GCC作为亚热带森林物候监测指标的可用性。监测结果表明,相较于林冠层,林下层叶片成熟时间延迟16.23天,叶片凋落开始和结束的时间分别延迟61.19天与11.62天,揭示了林下层的“物候逃逸”现象。在林冠层衰老期间,这种物候错位可以维持林下层的碳吸收能力,有效缓冲森林生产力的季节性下降。本方法突破了基于卫星影像和固定观测塔监测物候的局限,为森林垂直结构研究提供了灵活、可扩展且高性价比的监测手段。通过量化垂直层间的相互作用,本研究将推动生态系统-气候耦合模型的优化,并为气候变化背景下的森林管理提供科学依据。