青海大通典型林分冠层结构与林下植被物种多样性关系研究

为探究青海高寒山区典型林分冠层结构与林内光环境中维持林下植被物种多样性稳定的关键因素,该研究以青海大通县青海云杉林(Ⅰ)、青杨林(Ⅱ)、华北落叶松-青海云杉混交林(Ⅲ)、青杨-白桦混交林(Ⅳ)和白桦-青海云杉混交林(Ⅴ)5种典型人工林分为研究对象,运用冠层分析仪采集数据,并结合实地调查,研究冠层结构与林内光环境特征及其对林下植被的影响。结果表明:(1)林分Ⅰ、Ⅲ的林冠开度显著低于林分Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ(P0.05),各林分叶面积指数大小顺序为ⅢⅠⅡⅤⅣ,总体表现为阔叶林的林冠开度大于针叶林,但其叶面积指数小于针叶林;林分Ⅱ、Ⅳ的直射辐射、散射辐射及总辐射均显著高于林分Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ(P0.05),其中林下总辐射与散射辐射表现为ⅡⅣⅤⅠⅢ,直射辐射为ⅡⅣⅠⅢⅤ;林分Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ的消光系数均显著高于Ⅰ、Ⅲ,总体上均表现为阔叶林针叶林。(2)相关分析结果表明,林冠开度与林下光照指标呈极显著正相关关系(P0.01),叶面积指数与林下光照指标呈极显著负相关关系(P0.01),且其对林下散射辐射的控制能力最强;典型相关分析表明,纯林的林冠开度对冠层结构的贡献和解释能力较叶面积指数和平均叶倾角大,混交林的叶面积指数对林下光照的影响大于纯林。(3)混交林的林下物种多样性指数(H)及丰富度指数(P)均高于纯林;林下草本层物种多样性指数(H)及丰富度指数(P)与林冠开度及林下光辐射呈显著正相关关系,与叶面积指数呈显著负相关关系(P0.05);物种均匀度(J_(sw))与平均叶倾角呈极显著负相关关系(P0.01),与林下散射辐射呈显著正相关关系(P0.05)。研究认为,在人工纯林改造和结构调整中,对乔木层适当补植伴生树种,并逐步调整为多树种混交林,增加冠层结构和林下光照异质性,将更有利于林下植被物种多样性的维持。     

粤北山地常绿阔叶林自然干扰后冠层结构与林下光照动态

以粤北车八岭2008年受冰灾破坏的山地常绿阔叶林为研究对象,设置2 hm2固定样地开展连续3a(2008—2010年)的群落调查,并采用半球面影像技术(Hemispherical photography)获取冠层结构和林下光照指标,分析灾后森林演替过程中冠层结构和林下光照的动态。研究发现:1)灾后森林恢复过程中,样地林下光照(直射光、散射光和总光照)均随林冠开度的减少、叶面积指数的增加而减少;2)从2008到2010年,各年度冠层结构和林下光照的差异均极显著(P<0.0001),但年间差异程度有逐年减少的趋势;3)灾后森林恢复前3a,林下直射光对林下总光照的贡献大于散射光,其时空波动性也大于散射光;4)林冠开度对冠层结构的反映程度比叶面积指数高,冠层结构对林下散射光的影响比对直射光大。灾后林木先是迅速生长然后生长速度缓慢下来并逐渐稳定,随森林逐渐郁闭林下光照也随之减少,其中林冠开度用于评价冠层结构动态的效果更佳,林下直射光比散射光的时空变化更复杂。     

间伐对杨桦次生林冠层结构及林下光照的影响

自然或人为干扰产生的森林冠层结构和林下光照差异是造成林下环境异质性、物种多样性的主要原因,对森林生态系统的结构、过程与格局具有重要作用.以桃山林场2块50 m×50 m的杨桦次生林固定样地为研究对象,分别作为间伐和对照样地,于2012—2016年、2018年获取样地冠层影像,通过方差分析、马尔科夫模型等方法分析其冠层结构、林下光照动态及间伐后林冠的恢复规律.结果表明: 间伐措施能显著调整冠层结构和林下光照,并能持续较长的作用时间,但调整效果随时间逐渐降低;间伐后冠层结构及林下光照的变化速度随时间推移而降低,间伐后前3年林冠恢复速度较快,3年后恢复速度降低并趋于平缓;林下光照与林冠开度呈显著正相关,与叶面积指数呈显著负相关,其中林下散射辐射与冠层结构参数的相关性最大,且间伐样地冠层结构与林下光照的相关性大于对照样地;间伐后冠层的恢复速度与林冠开度大小有关,林冠开度越大,林冠恢复越快,向更小林冠开度转移的时间越早.马尔科夫模型能够模拟冠层结构分布的变化,可用来预测冠层结构动态.     

冠层结构和光环境的时空变化对紫耳箭竹种群特征的影响

选择金佛山国家自然保护区内落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林3种典型群落类型,研究冠层结构和光环境特征,以及林下优势种--紫耳箭竹的种群特征.结果表明: 随着落叶阔叶林→常绿落叶阔叶混交林→常绿阔叶林的演替,Shannon多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou指数呈增加趋势,表明群落趋于稳定发展的状态;冠层结构特征也发生了显著改变,冠层开度和平均叶倾角减小,叶面积指数增加,冠层的消光能力增强,林下光照水平降低.上层林冠是造成林型郁闭的主要原因,其中冠层厚度和冠层面积是2个主要的影响因素.冠层结构与林下光照指标显著相关,对林下散射光的影响最大.冠层开度、林下光照条件均随着生长季的到来而下降,而叶面积指数呈现增长的趋势,峰值出现在6、7月;平均叶倾角在春季达到最大值,在夏季为最小值.紫耳箭竹的生长与冠层结构和光环境密切相关,其在光照适中的常绿落叶阔叶混交林中生长得最好,分株粗壮、密度大(29.69±1.68株·m^-2),地下茎拓展能力强;落叶阔叶林中的强光环境可能造成土壤水分缺失,从而对其生长产生影响;而在常绿阔叶林的低光环境下紫耳箭竹分株矮小,密度小(5.80±1.16株·m^-2),克隆扩展能力降低.在森林结构演变的过程中,冠层结构发生了明显的改变,显著影响林下光环境,过度的低光环境对紫耳箭竹种群的更新和发展有限制作用.     

山西灵空山天然松栎混交林群落特征与冠层结构

以2011年建设的山西灵空山4 hm²天然松栎混交林森林动态监测样地为研究平台,以400个10 m×10 m样方为测量单元,于2016年进行群落特征研究,采用半球面影像法(DHP)分析冠层结构和林下光照特征.结果表明: 样地内共有乔木5558株,共计25种,分属于10科15属.冠层开阔度(CO)集中在15.0%～25.0%,叶面积指数(LAI)集中在1.5～2.5,林下光环境参数集中在10.0%～30.0%.建群种在样地内的分布对冠层结构和林下光环境影响显著;冠层结构对林下光环境所有参数的影响方向一致,其中采用叶面积指数评价冠层结构动态的效果更佳;冠层开阔度和叶面积指数对林下光环境产生相反的影响,且均对散射光入射率影响程度最大.温性松栎混交林的林冠层整体较为均匀,林下光分布较为集中,林分树种组成与冠层结构对林下光照影响显著.     

大明山常绿阔叶林冠层垂直结构与林下植物更新

2009—2011年,在广西大明山常绿阔叶林一个典型坡面的上坡、中坡和下坡分别建立24个20 m×20 m的固定样地,测定不同林冠层次(上层、中层和下层冠高分别为:>8、4～8和0～4 m)的覆盖度并监测林下植物的更新,研究林冠垂直结构的动态变化及其对林下植物更新的影响.结果表明: 随着2008年特大冰冻灾害后森林的恢复,林冠总覆盖度显著增加,从2009年的54.0%提高到2011年的67.4%,不同冠层覆盖度和恢复增长存在显著差异,上层林冠覆盖度显著高于中、下层,而中、下层林冠的恢复增长显著优于上层林冠.林下更新的木本植物共55种,优势科和优势种与现有群落的基本一致.同一年份不同坡位林下更新植物的物种多样性指数差异不显著,但同一坡位不同年份间存在显著差异.不同冠层的覆盖度与更新植物的物种丰富度和多度相关性不显著;中层、下层和林冠总覆盖度与林下更新植物的Shannon指数、Simpson指数和Pielou均匀度指数呈显著负相关,表明冠层覆盖度显著影响着林下更新,中、下层林冠对林下更新植物多样性的作用更明显.     

东灵山油松林和辽东栎林下土壤资源和光资源的空间特征

油松林和辽东栎林是中国暖温带具有代表性的森林植被林型。为揭示油松林和辽东栎林下土壤资源和光资源的空间特征,在东灵山相应植被下各设置一条100 m样线,利用HH 2高精度土壤水分仪(美国生产)沿样线每隔1 m测定土壤水分含量,并分析相应点土壤有机质含量;利用H em iV iew林冠分析系统每隔10 m测定森林的叶面积指数、林冠覆盖度、林冠均匀性、光资源状况;采用半方差方法分析土壤水分和有机质的空间异质性。(1)油松林与辽东栎林的叶面积指数、林冠覆盖度、辐射因子和林下光资源没有显著差异,但油松林林冠均匀性显著小于辽东栎林。(2)辽东栎林的间接辐射因子与林下总辐射呈显著正相关(R2=0.466,p=0.030),而油松林的间接辐射因子与总辐射无显著相关(R2=0.203,p=0.191)。(3)光资源的数量及其组成在油松林和辽东栎林下的变化非常相似,但光资源的组成与林冠特征的关系在两种森林间存在差异。(4)油松林下土壤水分和土壤有机质含量低于辽东栎林,但异质性恰好相反;油松林下这两种因子不具有显著的空间自相关性,而辽东栎林下具有显著的空间自相关性。(5)自然条件下,10 m尺度的林下辐射强弱与土壤水分之间并不存在显著负相关。     

黄土高原子午岭人工油松林冠层特性研究

用植物冠层半球影像系统分析测定了黄土高原腹地子下岭林区4个小同龄级油松林的,冠层特征和林下光立地系数,并应用α多样性指数对不同龄级人工油松林群落的生物多样性进行了初步研究。结果显示,该地区人工油松林叶面积指数(LAI)在林木生长20a以后达到稳定值;平均叶倾角(MLA)但40a内变化不大;冠型参数(ELADP)的数值作40a内呈U型波动;综合光立地系数(GSF)、直射光立地系数(DSF)、散射光直：地系数(ISF)等参数显示,该地区人工油松林在发育过程中,林下光照明显下降．40a林下光照条件各项指标仅约为10a林的1／3。群落内的生物多样性指数有随年份增长而降低的趋势。     

基于1公顷样地的上海崇明岛人工林草本植物多样性及其对林冠结构的响应

为了研究城市森林草本植物多样性及其与冠层结构的关系,本文对上海崇明岛人工林1公顷样地的草本植被结构进行了调查分析,结果表明:(1)样地内共有草本植物40种,分属20科39属,以菊科种为主。(2)不同群落林下草本植被组成有明显差异,各群落林下草本植被优势种不同,物种多样性指数也不一样。香樟群落林下草本植物多样性指数最大,重阳木群落林下草本植物多样性指数最低。各指数变化趋势一致,均表现为常绿阔叶林(香樟林)落叶针阔混交林(水杉-重阳木林)落叶阔叶林(梧桐林)落叶阔叶林(重阳木林)。(3)同一群落林下草本植被组成有差异,不同密度梯度以及不同郁闭度梯度下各草本植被物种多样性指数均呈先增大后减小的趋势。     

综合构成指数在森林生态系统健康评估中的应用

首次提出综合构成指数(IntegratedComposeIndex,ICI)模型ICI=ln∑B×∑IV×CAV。通过选取目前长白山阔叶红松林生态系统区主要林分类型(原始阔叶红松林,不同干扰模式造成的择伐林、次生白桦林和人工落叶松林等)共29块样地进行群落结构和生物量调查,以原始阔叶红松林作为健康基准,定量评估了各受损生态系统的健康现状及恢复趋势。结果表明综合构成指数是一种易操作的能定量描述受干扰系统健康差距的度量方法。利用分层[主林层(H≥18m)、亚主林层(18m>H≥10m)、演替层(10m>H≥2.5m)和更新层(H<2.5m)]的综合构成指数值可定量不同干扰模式造成的受损系统与健康基准之间的健康差距。健康基准是12.77,与之差距越大,表明受干扰破坏越大,系统健康程度越低。29块样地分为8个类型,6个受干扰类型依距离原始健康基准的远近排序为:结构转换型0.64<结构破坏型0.75<结构保留型0.85<严重干扰类型1.95<白桦林系列2.07<人工落叶松系列2.89。综合构成指数的上层(主林层和亚主林层)指数能表示群落结构现状和目前处于演替阶段的位置;下层(演替层和更新层)指数能表示群落向健康基准类型恢复的潜力,值越大,潜力越大。上下两层综合能说明群落受到干扰的强度和后果。上下两层差值D对于阔叶红松林生态系统来说,健康基准类型D位于0.28～0.35之间,如00.35说明群落主林层和亚主林层的阔叶树种受到干扰破坏,且红松更新困难或还没大量更新。D≤0说明群落遭受很大强度的干扰,如70%以上的生物存量被破坏取走,或直接导致裸地重新发育演替的白桦林、营造人工落叶松林等情况,差值D越大,红松的侵入程度越高,红松更新状况良好,该群落向顶级恢复的趋势良好。     

伏牛山自然保护区森林冠层结构对林下植被特征的影响

在伏牛山自然保护区典型地段设立样方,测定了森林生态系统内几种典型群落类型的冠层结构、光环境特征,调查了林下植被的特征,分析了它们之间的相互关系.结果显示:各群落的冠层结构和光环境有一定的差异,单因素方差分析表明,部分群落间的差异性达到显著水平;各群落灌木层物种丰富度、多样性和均匀度均高于草本层,而优势度正相反;线性拟合的结果表明,草本层的物种丰富度、多样性与冠下光合量子通量密度间呈极显著负相关,优势度与冠下光合量子通量密度间呈显著正相关,灌木层各参数与冠层结构特征间相关性不显著.研究表明,冠层结构的变化对草本层(包括更新幼苗)的影响显著高于灌木层.林隙/林窗或林中空地的出现可能对草本物种或其他阳性及先锋物种具有促进作用,而对优势种幼苗的萌发和定植产生负效应.推测在典型的落叶阔叶林生态系统演替进程中,林下光照强度可能不是最主要的限制因素,优势种种子的扩散、萌发和定植限制可能更重要.     

西双版纳热带雨林林窗空间分布格局及其特征数与林窗下植物多样性的相关性

林窗作为森林群落中一种重要的干扰方式, 对林下物种构成有着重要的影响。开展林窗空间格局及其特征指数与林下植物多样性关系研究对于探讨林窗对林下生物多样性的影响有重要意义, 有助于进一步了解群落动态, 在物种多样性保护方面也具有指导作用。本研究在西双版纳热带雨林地区随机选取3块大小为1 ha的热带雨林为研究样地, 采用轻小型六旋翼无人机搭载Sony ILCE-A7r可见光传感器, 分别获取各个样地的高清数字影像, 结合数字表面高程模型以及各个样地的地形数据用以确定各样区的林窗分布格局, 并进一步提取出各林窗的景观格局指数。结合地面样方基础调查数据, 对各样地各林窗下植物多样性情况进行统计, 旨在分析热带雨林林窗空间分布格局以及林窗下植物多样性对各林窗空间格局特征的响应情况。研究表明, 西双版纳州热带雨林林窗呈大而分散的空间分布, 林窗空间格局特征指数如林窗形状复杂性指数、林窗面积都与林下植物多样性呈显著正相关关系。在面积小的林窗下, 较之林窗形状复杂性因子, 林窗面积大小对林下植物多样性影响更显著; 在面积达到一定程度后, 相对于面积因子, 林窗形状复杂性指数对林下植物多样性影响更显著, 各样地林窗皆趋于向各自所处样地顶极群落发展。     

紫耳箭竹克隆形态可塑性对典型冠层结构及光环境的响应

在重庆金佛山国家自然保护内,选择了3种典型群落类型(落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林和常绿阔叶林),使用Hemiview数字植物冠层分析系统量化群落冠层结构和光环境特征,并对林下紫耳箭竹(Fargesia decurvata)的形态可塑性特征进行调查,分析冠层结构和光环境特征改变下紫耳箭竹形态可塑性的差异,并探讨它们之间的相互关系。结果表明:(1)随着落叶阔叶林"常绿落叶阔叶混交林"常绿阔叶林演替的进行,群落的冠层开度降低,叶面积指数增加,平均叶倾角变小,趋于水平化,冠层对光的截获能力提高,林下光照的强度降低(P0.05)。(2)随着光照强度的降低,紫耳箭竹分株矮小化,叶片变窄,生物量积累降低,但通过增大比茎长、叶面积率和比叶面积提高对光的利用效率,并增大分枝角度和比隔长有效适应弱光环境。(3)在光照条件差的常绿阔叶林下,紫耳箭竹降低对地下茎的投资,将较多的生物量用于秆的增高增长和叶片的生长;而在光照条件好的落叶阔叶林环境下,紫耳箭竹降低对枝、叶生物量的分配,则加大对地下茎的投资,可认为是克隆植物对水分资源所表现的一种觅食行为。研究表明,紫耳箭竹种群随着冠层结构的改变发生了明显的可塑性变化,这些可塑性变化是种群对冠层结构和光环境差异的适应性反应的结果,有利于增强种群对异质生境中光资源的获取和利用;群落内部可以通过调控冠层结构的改变协调和控制小径竹种群的发展。     

Study on the Adaptation of Certain Species to Light Condition Under the Deciduous Broad-leaved Forests in Southern Germany?aTaking the Forest Communities in Kra ichtal,Germany as an Example

This study was conducted at the Kraichtal, southern Germany. Through the measurements of the relative illuminance under canopy and the coverage of many undergrowing species in 13 plots of forest communities, the correlation between the relative illuminance and the coverage of the species was calculated. The adaptation of 12 undergrowing species to light condition was determined based on the above calculation. Combining the indicator values of the species to ecological factors like light, humidity, temperature, acidity and nitrogen content in the soil with the constancy values of species in communities, the ranking order of undergrowing species in the communities was also examined. The results show: 1) In determining the light distribution in a forest community, scattered light condition is preferable because the interference from the drifting of light spots under the tree canopy can be reduced, and thus relatively stable distribution of light radiation can be obtained. 2) The distribution of 9 species, out of 12 species studied, was linearly correlated with the light condition under the canopy. For 7 of the 9 species, the correlation between the coverage of species and the relative illuminance was positive, and negative for 2 of them. For the other 3 species under the canopy the coverage was not correlated with the relative illuminance. 3) Compared with the light indicator values of species, the quantitative analysis of the relationships between species coverage and relative illuminance is more effective to reflect the adaptation of the species to light conditions under canopy and to reveal the ecological range of illuminance level of the species. 4) The relative adaptability of different species to light conditions directly affects the inter-specific relationships of the undergrowing species and may determine their ranking order in a community. The species with euphotic ecological range of illuminance level were easier to adapt to different light conditions under tree canopy and thus were able to exist in most forest community types with high constancy values.     

德国南部落叶阔叶林下常见植物的光适应性研究：—以德国Kraichtal地区落叶阔叶林为例

通过在13个样地中测定林下相对照度和多个植物物种的盖度指标,建立了林下相对照度与林下植盖度变化的相关关系,对德国南部落阔叶林下12种植物的光适应性进行了分析。结合植物的生态因子指示值和种在群落中的恒有度等生态指标,探讨了林下植物群落地位的形成原因。结果表明：1）在散射光条件下进行森林群落中的光照分布特征测定,能够降低光斑造成的干扰,获得相对稳定的光分布;2）在被研究的12个物种中,有9种植物在林下的分布与光照条件相关显,其中7种植物的盖度与相对照度之间具有正相关关系;2种植物具有负相关关系。其科3种植物的盖度与相对照度之间无显的线性相关;3）与光指示值相比,盖度与照度之间关系的定量分析能够更清楚地反映林下植被的光适应性,揭示植物的光生态幅特征;4）光适应性直接影响着林下植物的种间关系,也影响着物种的群落地位和作用。光生态幅广的植物,在群落中具有较强的适应能力,因此能够在多种群落类型中出现,表现出较高的恒有度值。