博士GAYLON S. CAMPBELL坎贝尔

地球上所有能量的最终来源是太阳。大多数生物通过光合作用获得这种能量，即_CO2和_H2O转化为碳水化合物（储存能量）和_O2。光合作用发生时，光合作用器中的色素会吸收光子的能量，从而引发一连串的光化学和化学反应。这种能量和物质交换在哪里进行？在植物树冠中。在树冠中进行的光合作用的数量取决于树冠中叶片截获的光合有效辐射（PAR）的数量。

比你想象的要复杂得多

一片叶子进行光合作用的速率可以计算出来，但在树冠中，叶子是集体发挥作用的。从单个叶片推断整个树冠的光合作用是非常复杂的；叶片的数量及其在树冠结构中的排列可能会让人难以承受。叶片面积、倾斜度和方向都会影响树冠对光的捕捉和利用程度。

雨篷中的光照差异很大

树冠中的光照在空间和时间上都有很大的变化。随着叶面面积的增加，平均光照度在树冠中或多或少呈指数级向下递减。对于某些树冠，最大的叶面积出现在中心附近。因此，由于植物和生长形式的多样性，从单一植物到同一植物的林分或植物群落，树冠结构分析变得越来越复杂。

辐射的吸收和由此产生的光合作用取决于叶片的朝向、太阳在天空中的高度、光的光谱分布和多重反射以及叶片的排列。光照和阴影区域的模式可能很复杂，并随着太阳位置的变化而变化。此外，树叶的季节性会导致全年大部分时间树冠对 PAR 的拦截量相当小。植物的非光合部分（树皮、花朵等）也可能截取 PAR。

叶片排列影响光拦截

叶片的显示（角度方向）会影响光的截取。严格垂直或水平方向的叶片是极端情况，但角度范围很大。当太阳处于高角度时，垂直叶片吸收的辐射较少，而当太阳处于低角度时，垂直叶片吸收的辐射较多；反之亦然。从近乎垂直的叶片变为近乎水平的叶片，可以获得最大的光合作用能力。这种排列方式能有效地穿透光束，使光线分布更均匀。

Leaf area index (LAI）是树冠叶片的度量，是对辐射截获影响最大的树冠特性。LAI 通常在 1 到 12 之间。苜蓿等水平叶物种的典型 LAI 值为 3 至 4；禾本科和谷类等垂直叶物种或云杉等叶片高度丛生的植物的 LAI 值为 5 至 10。最高的 LAI 通常出现在针叶林中，因为针叶林的叶片世代重叠。由于单个针叶寿命长，这些森林具有光合作用优势。

间接方法可能存在问题

树冠中叶片分布的变化导致光照的巨大差异。要确定树冠任何高度的光照情况，必须在多个位置测量 PAR，然后求取平均值。直接测量方法包括使用水平线传感器，其输出是传感器长度上的空间平均值。合适的传感器长度或采样点数量取决于植物间距。METER 的 ACCUPAR LP-80的探头上有一个由 80 个光电二极管组成的阵列，可测量平均 PAR 或探头特定部分的 PAR。

测量树冠结构的间接方法依赖于树冠结构和太阳位置决定树冠内的辐射这一事实。由于很难测量树冠中树叶的三维分布，因此光拦截和树木生长模型通常假定整个树冠是随机分布的；然而，树叶通常是聚集或分组的。

为什么要测量光合作用或 PAR？

测量 PAR 的能力有助于了解不同植物显示光合表面的独特空间模式。由于有效利用 PAR 会影响植物产量，因此了解树冠结构的多样性有助于植物生产力的研究。结果之一是：研究人员可以利用不同植物拦截和利用 PAR 的能力信息，对树冠结构进行改造，从而显著提高作物产量。

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