不同冠层结构下的植物生长型与生活型特征

为了探明森林群落冠层结构、光环境特性与林下植被生长型和生活型的关系,采用经典群落学调查方法和半球面影像技术,定量研究了在林下、林隙边缘和林隙中心这3种冠层结构下,植物生长型和生活型的数量特征及其对不同冠层结构参数的响应。结果表明:(1)不同冠层结构下,乔木和灌木的优势地位明显,草本与藤本在林下的生长优势最弱,而蕨类最适于在林隙边缘生长;不同冠层结构下的植物生活型均表现为先增后减,说明林隙边缘的生活环境更适合植物群落的生长。(2)Kruskal-Wallis分析表明,草本和灌木,以及小高位芽、矮高位芽和地上芽植物在不同冠层结构间存在显著差异(P0.05)。(3)CCA排序表明不同生长型和生活型植物对冠层结构参数的响应不一致。在林下和林隙中心,物种分布受到林冠开度、叶面积指数、林下直射光、散射光和总光照这5个冠层结构参数的影响;而在林隙边缘,物种分布只与林冠开度、叶面积指数和林下散射光有关。     

城市森林群落林冠结构与林下光环境的关系

城市森林群落是城市生态系统的重要组成部分,研究城乡梯度下城市森林群落林冠结构与林下光环境的关系对提高广州城市森林质量、创建珠三角国家森林城市群具有重要意义。采用经典群落学调查方法和半球面影像技术,定量研究了城市森林群落林冠结构对林下光环境的影响,并筛选出对林下光环境影响较强的林冠结构因子。结果表明:1)市区、近郊和远郊森林群落的林冠结构参数没有遵循同一变化模式。3个城市森林群落林冠层的胸径在不同区域间差异不显著(P 0.05),但树高、林冠开度与叶面积指数在不同区域间均呈极显著差异(P 0.001)。2)沿城乡梯度,3个城市森林群落林下直射光、林下散射光和林下总光照的差异性均达到极显著水平(P 0.001),林下散射光与林冠结构的关系更密切。近郊和远郊的冠层林下光环境特征相似,均与市区差异显著。3)沿城乡梯度,城市森林群落林冠结构对林下光环境的影响不一致。胸径和树高对林下光环境无影响,林冠开度的影响较小,但叶面积指数的影响较大。     

基于粗糙集的林木冠层结构和光分布对净光合速率影响研究

以广东省东莞市大岭山森林公园33个乡土树种为研究对象,使用半球面影像技术和Li-6400光合仪分别获取林木冠层结构、光分布和光合作用指标,用方差分析和粗糙集理论进行评价。结果表明,林冠开度、叶面积指数、林下直射光、林下散射光、透光率和净光合速率均在各树种间存在极显著差异(p<0.0001),各指标在树种间的变化幅度也各不相同,其中林冠开度、林下直射光、林下散射光和透光率的变化幅度均超过了20%,分别为29.95%、20.40%、23.77%和22.56%,而叶面积指数和净光合速率的变化幅度分别为3.24和7.80。林冠结构和光分布均对林木净光合速率有重要贡献,但其影响程度不同。其中林冠开度最大,重要值为1/11,其余几项指标对光合作用的重要性相同,为2/33,略小于林冠开度的重要性。在评价林木冠层结构和光分布对净光合速率的综合影响力中,林冠开度贡献的权重最大,为0.27,林下直射光、林下散射光和透光率贡献的权重均为0.18。冠层结构和光分布对林木净光合速率的综合影响力在一定程度可指示冠层结构和光分布的合理性,与林木净光合速率大小不存在线性正相关关系,它只表明冠层结构和光分布对林木净光合速率的影响程度。     

立地条件对勃氏甜龙竹冠层结构和林下光分布的影响

森林的冠层结构和林下光环境模拟是生态系统模型研究的热点。本文通过立地环境对勃氏甜龙竹林冠层结构和林下光辐射的影响研究,探讨丰产林分结构建立的新方法。结果表明:山顶与上坡地段(Ⅰ类立地)中,勃氏甜龙竹的生长状况较差,叶面积指数低,冠层透光率较大,林分开阔度、PPFD和光辐射立地系数高。中坡与下坡(Ⅱ类立地)的群落发育程度优于Ⅰ类立地,增加了树体对太阳辐射的截获量,群落透光率下降,林分郁闭度增大,林冠上层截获太阳辐射上升,消光系数较高。研究发现,CCA排序较好地解释了立地环境因子对冠层结构和林下光辐射的影响;立竹参数(除了丛数)与腐殖质层厚度有很好的一致性,腐殖质(养分)是立竹参数的根本;从CCA可以判断,Ⅱ类立地受到的腐殖质层厚度、林下盖度、立竹参数(除丛数)影响明显大于Ⅰ类立地。研究表明,选择中坡或者下坡栽培勃氏甜龙竹较为合适,建议在群落尺度上,勃氏甜龙竹林可以适当适量地栽种耐阴树种以增加群落的生境多样性和可占据生态位的多样性。     

广西猫儿山典型植被林冠结构比较研究

运用LAI-2000冠层分析仪对广西猫儿山3种典型森林植被进行叶面积指数测定,对比3种典型森林植被叶面积空间分布以及其水平空间分布的均匀性。结果表明,(1)杉木林、木荷林和毛竹林叶面积指数水平分布由内向外逐渐减小,叶面积指数与距林冠投影中心距离呈二次函数关系;(2)杉木林叶分布的最大值在树冠顶部,从上到下叶面积指数逐渐下降;而木荷林从上层到下层叶面积指数呈增加的趋势;(3)杉木林的冠层在水平空间分布的均匀性要好于其他2种林型,毛竹林分布均匀性最差。本研究对揭示不同林型叶面积在森林植被中的空间格局,探究林冠结构和水文过程的关系,具有重要的理论和实践意义。     

抚育间伐对栓皮栎人工林及其目标树光环境的影响

为了探讨抚育间伐对栓皮栎人工林及其目标树光环境的影响,在登封林场40a生栓皮栎人工林内设置了2块面积为1hm~2固定样地(分别为间伐和对照样地),采用半球面影像技术和植物冠层技术获取了全林及目标树冠层图像,比较分析了间伐和对照样地冠层结构和光环境指标差异规律。结果表明,间伐样地林冠开度和林下光照辐射显著低于对照样地(P0.05),而叶面积指数和光照消减率则显著高于对照样地(P0.05);林冠开度与林下光照呈极显著正相关关系(P0.01),叶面积指数与林冠开度、林下光照呈极显著负相关关系(P0.01);间伐样地径阶为14,16,18cm的目标树平均叶面积指数均显著低于对照样地相应数值(P0.05),但间伐样地径阶20cm的目标树平均叶倾角和漫射透射系数均显著高于对照样地相应数值(P0.05)。抚育间伐改善了林分的冠层结构,林下光照强度增强,目标树光合有效辐射增加,光合能力得到明显提升。研究结果对于栓皮栎人工林大径材培育和制定人工促进天然更新措施具有一定参考价值。     

不同干扰背景下森林地表植被分布的多元分析

在4个不同干扰条件下的林分分别设置1 hm2样地(100 m×100 m)进行野外取样,对东莞市不同干扰背景下森林地表植被组成及其影响因子进行研究。结果表明,除趋势对应分析(DCA)可以明显地把4大类型分开,而典范对应分析(CCA)显示总光照立地因子、林冠开度、土壤pH值和土壤电导率对该地区地表植物群落及物种分布有着重要影响,在总光照立地因子较高、林冠开度较大、土壤pH值较高以及土壤电导率较低的地段,地表植物的多度也相对较高。土壤有机质对该地区地表植被的分布格局也有着重要影响。MRPP分析表明,地表植被物种组成与林分类型、林冠开度(OCO)、直射光立地因子(FDSF)、散射光立地因子(FISF)、叶面积指数(ILAI)、总光照立地因子(FTSF)、土壤pH值、土壤电导率(REC)、土壤有机质(mSOM)、土壤速效氮(mAvN)以及土壤速效钾(mAVK)等环境因子密切相关(p0.05)。指示种分析(ISA)表明,叶面积指数、林冠开度、林下光照因子的潜在指示种共有6种,2种为蕨类植物,1种为非禾本科草本植物,1种为禾本科草本,1种为草质藤本植物,1种为灌木。土壤因子共有15种潜在指示种,4种为蕨类植物,2种为非禾本科草本植物,1种为禾本科草本,4种为木质藤本植物,1种为草质藤本,2种为灌木。本研究探讨了影响地表植被组成和分布的多种因素及地表植被对这些环境因子的响应,找出了作为特定环境指示信号的指示植物,并提出了森林经营管理、生物多样性保育、退化生境恢复重建的对策。     

城市公园木本植物群落的叶面积指数与辐射消减效应

木本植物群落具有遮阴和辐射消减的功能,可以缓解城市夏季的热岛效应。为定量研究城市公园木本植物群落的辐射消减效应,选择江门市城区公园24个木本植物景观单元,采用半球面影像技术获取林冠影像,分析模拟城市公园植被冠层结构和林下光照条件。结果表明:1)江门城区公园木本植物景观单元的叶面积指数(ILAI)处于0.88~2.22之间,低于自然环境植被IN,LAI水平;2)冠层对光照的辐射消减率随ILAI的增加而增大,ILAI与直射光消减率和散射光消减率均呈极显著正相关;3)城区公园树木景观单元林冠下直射光的变异程度强于林下散射光,林冠对直射光的影响大于散射光;4)城市公园林冠对直射光和散射光的消减作用极显著,月际变化呈单峰分布,以6~8月消减量最大。     

惠州粉单竹林冠结构与林地植物多样性研究

对不同立地粉单竹林进行了群落调查,分析了不同立地竹林的林冠结构和林地植物物种多样性。其结果显示,3种不同立地条件粉单竹林林冠特征差异较大,林下植物多样性也存在较大差异,以水边的粉单竹林冠层的林冠开度最小,叶面积指数最大;以山坡的粉单竹林林下植物多样性最好。     

东莞银瓶山森林公园浙江润楠群落的基本特征

应用样方调查法研究了广东省东莞市银瓶山森林公园浙江润楠群落物种组成及优势种群的空间分布格局。结果表明:(1)浙江润楠群落以樟科、山矾科及茜草科等热带和亚热带植物类群为优势,浙江润楠是群落的优势种群;(2)群落垂直结构分为乔木层、灌木层和草本层,层间植物亦较丰富。从群落物种多样性上来分析,Simpson多样性指数以灌木层的最大,乔木层和草本层相当;Shannon-Wiener多样性指数和Margalef丰富度指数的大小顺序均为:灌木层﹥乔木层﹥草本层;Pielou均匀度指数的大小顺序则为:乔木层﹥灌木层﹥草本层;(3)种群中浙江润楠幼苗个体较少,中龄级立木较多,幼龄期个体呈聚集分布,成年期立木趋于随机分布。     

中山市防火林带树种组成与冠层结构

防火林带的树种组成与冠层结构可影响林带的防火功能。为评价中山市防火林带的树种组成 和冠层结构,对中山市防火林带树种进行了调查,并在防火林带中选取了9 个典型林带类型,建立标准 地,对其树种组成与冠层结构进行了对比研究。结果表明：中山市13 个镇区的生物防火林带共应用了31 个树种,隶属17 科24 属,豆科、山茶科和樟科树种最多,数量最多的有荷木Schima superba、马尾松 Pinus massoniana、台湾相思Acacia confusa、柠檬桉Eucalyptus citriodora、米老排Mytilaria laosensis;以 针叶树为主的针叶林林冠开度最大,达38.07%,林下植物相对茂盛,分别以米老排和杨梅Myrica rubra 为主的阔叶混交林林冠开度最小,分别为12.36% 和13.88%。米老排与杨梅为主要树种的阔叶林林冠开 度比以马尾松为主的针叶林的林冠开度要小,阔叶林的冠层郁闭度较高;自然保护区核心区针阔混交林 的叶面积指数最大,达2.64,显著高于马尾松纯林和马占相思Acacia mangium、荷木和藜蒴Castanopsis fissa 等阔叶混交林,为0.99 和1.65;山脚的荷木林地、荷木与马尾松的混交林和以米老排为主的阔叶混 交林的林下光照较弱,林下植被稀少,冠层结构较为疏散,是较好的防火林带。对现有防火林带的林分 改造,如增加经济林木、果树等阔叶树种,可进一步提高防火林带的防火作用。     

林下小径竹类有助于乔木种子留存进而促进群落更新

<正>林冠层乔木种子的留存状况是影响森林群落更新过程中的一个重要因素。以往的研究认为,过度发育的林下植被,能够强烈地改变森林底部微环境,对林下乔木幼苗更新产生重要影响;林下小径竹类通过其强大的地下茎和快速克隆生长的能力,能够迅速占据林窗或林下的灌木层,成为优势种,甚至是单优种,形成过度发育的林下植被,对林下幼苗更新及整个森林群落的更新过程和动态产生负面影响。然而,很少有人关注林下小径竹类与冠层乔木     

喀纳斯泰加林群落火成演替中草本层与林冠层物种的连锁关系

【目的】检验喀纳斯泰加林群落火成演替中草本层与林冠层物种的连锁关系,并探索其形成机制。【方法】以新疆喀纳斯国家级自然保护区内未受人为干扰的可识别的泰加林火成演替群落为对象,基于369个森林样地及其历史火干扰时间和火烈度调查,以环境、火干扰和林分因子为解释变量,草本层和林冠层物种多样性指数为响应变量,分别进行典范对应分析(CCA),并对草本层和林冠层的CCA排序第一轴得分值进行相关分析,探讨不同烈度火干扰后草本层与林冠层物种的连锁关系和随演替阶段的变化及其原因。【结果】1)火成演替群落的草本层与林冠层CCA排序第一轴得分值之间的相关性,在弱烈度和中烈度火干扰后达到显著水平(P=0.0170.05,P=0.0430.05),在强烈度火干扰后未达到显著水平(P=0.093 0.05); 2)在强烈度火干扰后,火成演替群落的草本层与林冠层CCA排序第一轴得分值之间的相关性在演替前期达到显著水平(P=0.0440.05),在演替中期和后期达到极显著水平(P=0.0080.01,P=0.0060.01);中烈度火干扰后,相应得分值的相关性在演替前期达到显著水平(P=0.0430.05),在演替中期和后期达到极显著水平(P=0.0060.01,P=0.0040.01);弱烈度火干扰后,相应得分值的相关性在不同演替阶段均达到极显著水平(P=0.0060.01,P=0.0050.01,P=0.0020.01); 3)草本层和林冠层具有一致性响应且达到显著水平的因子,在强烈度火干扰后的演替前期、中期和后期分别有1、2和4个,在中烈度和弱烈度则均为3、4和5个。【结论】火干扰后,泰加林群落演替过程中的草本层与林冠层物种之间存在连锁关系,其原因可能是草本层和林冠层物种多样性格局对相同环境梯度的响应具有一致性。该连锁关系随火烈度增强而从强到弱,且随演替向前发展变得更加紧密。     

黄土高原区不同密度刺槐林冠层结构特征及月动态变化

为合理经营黄土高原区刺槐人工林,利用LAI-2200植物冠层分析仪,研究了不同密度刺槐人工林冠层结构特征及月变化。结果表明:密度对LAI(叶面积指数)有影响,随着密度的增加,林分叶面积指数趋于一致;在生长月份上,LAI为先增后降趋势,最大值出现在6月底。密度与冠层开度呈显著负相关,随着密度的增加,刺槐林DIFN明显降低,925～1 125株/hm2与其他3个密度林分有显著性差异;DIFN(无截取散射)随月份的变化均呈"V"字型变化,在6月底至8月初DIFN最低。密度与MTA(平均叶倾角)呈显著正相关,密度在925～1 125株/hm2范围的刺槐林分,叶片几乎处于水平状态,其他3种密度林分MTA均在40°～50°之间有最大分布频率,而月份对MTA影响不显著。对叶面积指数与冠层开度进行回归分析,发现两者之间呈指数回归关系(R2=0.998)。     

油松带状混交林冠层结构分析

该文采用win SCANOPY2009a冠层分析仪对辽西地区不同土层厚度3种带宽油松混交林的冠层结构进行了研究,结果表明:随着混交宽度的增加,中厚层土油松混交林的冠层开度、平均叶倾角、林冠下方总辐射逐渐降低,叶面积指数逐渐增大。薄层土10 m带宽混交林的冠层开度、平均叶倾角、林冠下方总辐射要小于20 m和6 m带宽油松混交林,而叶面积指数则呈相反规律。综合考虑不同带宽油松混交林的生长及冠层结构等指标认为:薄层土、中厚层土油松混交林的适宜带宽分别是10 m和20 m。     

基于无人机激光雷达的银杏人工林有效叶面积指数估测

【目的】精确估测银杏人工林有效叶面积指数(eLAI),以更好了解银杏人工林的生长和竞争、理解人工林生态系统的功能和生产力。【方法】基于多旋翼无人机激光雷达(LiDAR)系统获取的点云数据,结合45块地面实测样地数据,使用孔隙度模型法(通过计算点云的冠层穿透率,根据Beer-Lambert定律计算有效叶面积指数)和统计模型法(首先通过地面实测的有效叶面积指数和所提取的LiDAR特征变量建模,然后借助拟合的模型估测有效叶面积指数)对我国典型银杏人工林进行样地尺度的有效叶面积指数估测。【结果】1)使用统计模型法估测eLAI时,仅利用LiDAR高度特征变量估测精度为R2=0. 38(rRMSE=54%),引入其他特征变量(冠层密度特征、冠层容积比以及强度特征变量)后精度分别达到R2=0. 64(rRMSE=26%)、R2=0. 61(rRMSE=28%)、R2=0. 74(rRMSE=23%); 2)根据Cover将样地分组建模后发现,分组建模的精度优于不分组建模的精度;3)孔隙度模型法估测有效叶面积指数的精度为R2=0. 71(rRMSE=32. 0%)。【结论】结合多组LiDAR特征变量估测有效叶面积指数能够充分挖掘LiDAR数据包含的冠层结构特性,从而提升估测精度;同时,使用孔隙度模型法可以有效估测银杏人工林有效叶面积指数。无人机LiDAR点云在估测银杏人工林有效叶面积指数上具有较好的潜力。     

模拟林冠损伤对藜蒴栲群落林下植被生物多样性的影响

以2008年冰雪灾害对森林生态系统的破坏为背景,通过人工去除林冠层保留树干模拟森林的机械损伤,研究粤北小坑流域藜蒴栲群落林下植被的变化.结果表明:(1)试验1.5年后,去除林冠层、林下添加枯枝落叶的处理,林下灌木、草本科、种及乔木幼苗种的数量显著增加(P＜0.05);去除林冠层且地表枯落物层保持不变的处理,林下草本科、种数量增加显著,乔木幼苗及灌木科、种差异不显著(P＞0.05);林下添加枯枝落叶,林冠层不做处理,林下植被各生活型物种数有所减少,但差异不显著.(2)去除林冠层后,一些阳生种如野桐、山乌桕、山苍子、红紫珠、蕨状苔草、广东蛇葡萄等大量入侵并占据优势地位,林下植被盖度显著提高.(3)去除林冠层在短期内可显著增加林下植被生物多样性,添加枯落物对林下植被生物多样性影响不显著.     

3种不同林型下蕨类多样性和林冠开阔度的关系

光照和水分对林下植物的分布具有重要作用,浅根系的地生蕨类植物对光照和水分比较敏感,可以作为林下生境变化的指针。研究选取热带雨林、喀斯特森林以及人工橡胶林3种不同的林型,研究林冠开阔度对地生蕨类生物多样性的影响。采用2.5 m×1 m的样方,每个样方10 m的间距比较地生蕨类生物多样性。结果显示,热带雨林和喀斯特森林具有类似的地生蕨类多样性(2.52±1.68,2.47±0.68),两者的多样性指数明显高于人工橡胶林(1.47±0.72,P<0.000 1)。但是热带雨林具有更多的个体总数(2 769)和更高的物种丰富度(3.29±0.04),而同样指标喀斯特森林(319,2.94±0.05)和人工橡胶林(175,2.39±0.09)则相对较低。另外,随着林冠开阔度增加,地生蕨类多样性和丰富度急剧降低。地生蕨类的分布状态取决于上层的林冠开阔度,光照对地生蕨类的生物多样性具有决定性的影响,相对较弱的地表根系缺乏足够的吸水能力,不足以应付强光照带来的蒸腾损失。因此绝大多数的地生蕨类植物在林下空地间采取了避退策略。由于相对较低的林冠开阔度,使得喀斯特森林保存了相对较高的林下生物多样性,它具有重要的生态价值而必须加以保护。     

与林内小气候舒适度相关的城市森林冠层结构指数选择

【目的】选择与林内小气候舒适度相关的城市森林冠层结构指数,为进一步优化城市森林结构、改善城市森林热环境提供参考。【方法】以与城市森林降温效应相关度较高的一维度冠层结构指标(包括叶面积指数、平均叶倾角、冠层厚度、枝下高、冠高比和冠层通透度)为基础,从林内外空气流动和能量交换的角度,构建多维度城市森林冠层结构指数,通过相关分析筛选对小气候舒适度解释度较高的城市森林冠层结构指数。【结果】一维度冠层结构指标与林内舒适度(S)、舒适度相对变化(Sd)呈弱度相关关系,对S的解释力为0～30. 5%,对Sd的解释力为0～53. 5%;多维度冠层结构指数对S和Sd的解释程度明显提升,对S的解释力为0～37. 5%,对Sd的解释力为30. 9%～55. 1%;热垂直扩散结构指数和热水平扩散结构指数的协同作用对S的解释程度相对较高(43. 5%);垂直冠层指数和树冠垂直均匀指数的协同作用对Sd的解释程度最高(63. 9%)。【结论】城市森林舒适度和舒适度相对变化受多个冠层结构指标和指数共同影响,所构建的多维度冠层结构指数(包括热垂直扩散结构指数、热水平扩散结构指数、综合热扩散结构指数、垂直冠层指数、树冠均匀指数、树冠垂直均匀指数和冠层综合指数)与林内小气候舒适度及其相对变化相关性较高。     

数字图像处理在森林冠层生长研究中的应用

森林冠层半球图像的孔隙度是研究植物群体和群落生长分析的重要参数。本项研究针对森林冠层半球图像,运用数字图像处理的方法进行了单色通道提取、分割和特征提取。结果表明,本项研究采用的改进OTSU算法,结合Matlab应用软件,可以有效地提取出森林冠层半球图像的孔隙度。所提方法与Winscanopy软件相比,具有更好的相关性和更小的误差,为森林生长状况分析提供了有效的依据,为叶面积指数的研究开辟了新途径。