林窗内光照强度的测量方法

林窗内光强存在复杂的时空变化,对植物更新和生长有着重要影响,因此,林窗光照强度的快速测量方法是生态学家十分关注的问题.目前,测量林窗光强的方法可分为3类:(1)直接测量法采用光量子探头等仪器直接测量光强,但测量林窗光强异质性时十分费时费力.(2)模型估测法通过几何计算可快速估测林窗任意位置光强,但模型估测法将林窗简化为圆柱体或椭圆柱体,并忽略了许多林窗光强的影响因素,这极大影响了它的测量精度.(3)相片法采用半球面影像等相片间接计算相片拍摄点的光强,但测量林窗光强异质性时需要在林窗内拍摄大量相片;相片法具有较高精度,可区分直射光和散射光,其中,基于半球面影像的林窗光指数(gap light index)精度最高,使用广泛;基于几何计算的林窗光指数不仅具有较高精度,且可以快速测量林窗任意位置光强,该方法适用于林窗光强水平分布格局、垂直结构以及光组成成分(直射光和散射光)特征研究.     

一种测量林窗面积的改良方法:等角椭圆扇形法

目前测量林窗面积较精确的方法为:测量从林窗中心沿8或16个罗盘方向到林窗林冠边缘的距离,再将林窗近似成等角8或16边形估测其面积(本文称这类方法为等角多边形法)。研究表明,等角8或16边形法均会低估林窗面积,本文提出一种改良方法:等角椭圆扇形法,野外测量与前者相同,计算时将相邻距离间的部分近似为椭圆扇形,以所有椭圆扇形面积之和估测林窗面积。用配对t检验对等角多边形法和等角椭圆扇形法的林窗面积进行比较,结果表明:(1)等角16边形法与等角8或4边形法存在极显著差异(P<0.001),比后两者,分别高10.96%和61.66%,这表明等角条边形法均会低估林窗面积;(2)等角椭圆扇形16分法比等角16边形法大10.16%,且二者之间存在极显著差异(P<0.001),因此,等角16边形法的测量值位于等角椭圆扇形16分法和等角8边形法之间;由(1)和(2)可推断等角椭圆扇形16分法比等角8边形法更准确;(3)等角椭圆扇形8分法与等角椭圆扇形16分法没有显著差异(P=0.715),但与等角8边形法存在显著差异(P<0.05),因此,等角椭圆扇形8分法比等角8边形法更准确。另外,本文的两个等角8边形法(基于两组不同罗盘方位的测量距离)求得的林窗面积之间存在极显著差异(P<0.01),而两个等角椭圆扇形8分法之间却没有差异(P=0.778),这表明等角椭圆扇形8分法的结果更稳定。     

西双版纳热带次生林林窗小气候要素的时空分布特征

利用西双版纳雾凉季和干热季热带次生林林窗的小气候垂直观测资料,探讨了昼间林窗区域树表温、气温、水汽压及相对湿度的时空分布和变化规律,指出在林窗区域,林窗边缘不仅具有显著的热力效应,同样具有明显的水汽效应。并由此构成了林窗区域立体空间的环境异质性,其结果对深入探讨林窗区域的热量、水汽传输,小气候的形成机制,生物多样性和更新等问题均具有重要意义。利用西双版纳雾凉季和干热季热带次生林林窗的小气候垂直观测资料,探讨了昼间林窗区域树表温、气温、水汽压及相对湿度的时空分布和变化规律,指出在林窗区域,林窗边缘不仅具有显著的热力效应,同样具有明显的水汽效应。并由此构成了林窗区域立体空间的环境异质性,其结果对深入探讨林窗区域的热量、水汽传输,小气候的形成机制,生物多样性和更新等问题均具有重要意义。     

林窗研究进展

本文从林窗的形成、林窗内微环境特点、林窗内树木更新、以及树轮分析与干扰重建,阐述了国内外在该领域的研究动态和取得的成果,以期推动和促进我国的林窗研究工作。根据欧美学者的研究报告,林窗的面积不仅与林冠和树径的大小成正比,而且与树木的倒伏方式有关;林窗的形成与特征主要受制造林窗树林的种类、树龄、海拔和气候带等因素的影响。林窗内微环境特点随林窗的大小、形状、纬度及所处位置的不同而变化。林窗是推动森林演替和更新的重要因素之一,林窗的形成、大小影响和控制着林内树种的组成和树木的更新。树轮分析可用于检测树木的生长释放,研究表明,在样本数量较大时,树木生长释放对重建过去的森林干扰是很有用的。     

瓦屋山中亚热带湿性常绿阔叶林的林窗形成特征

调查了瓦屋山原生和次生的中亚热带性常绿阔叶林的林窗形成特征,并对林窗形成特征,林窗制造者的死亡方式和原因进行了探讨,结果表明,次生常绿阔叶林林窗面积均＜10m^2,1hm^2仅9个,林下更新不明显,原生林林窗密度为1hm^215个,＜40m^2的林窗占56％,＞100m^2的林窗只有4个,林窗平均面积59m^2,扩展林窗平均面积105m^2,林窗和扩展林窗总面积占被调查林分的比例分别为11．1％和19．8％,林窗大小分布表现出负指数分布,即小林窗多,大林窗少,林窗形状的变异较大,大多数因边界木的多少而成不规则的多边形,大多数林窗是多个林木死亡事件的结果,因而大多数林窗有两个或两个以上的林窗制造者,各林窗年龄大多数在10a以上,最近形成的林窗极少,估计林窗表成率是0.01.a^-1,采用样地投影调查方法可提高测定精度,便于不同调查林分结果的有效比较,常绿阔叶林林窗形成原因较为复杂,小径木的死亡是竞争被压所致,而大径的较高冠层木的死亡则可能是树木生长发育以及与地形,风等自然因子相互作用的结果。     

天童常绿阔叶林林窗的地形分布格局

为探究多维地形因素对林窗分布的影响,以天童20 hm²常绿阔叶林动态监测样地内的林窗为对象,结合地理信息系统软件,分析了林窗空隙率、林窗密度以及林窗面积在海拔、坡度、坡向、坡形、坡位5种地形因子下的分布格局.结果表明: 该样地林窗空隙率为13.1%,林窗密度为9.5个·hm^-2,林窗平均面积为137.82 m²;因高海拔台风干扰的强度较大,高海拔段(≥500 m)林窗的空隙率和密度显著大于中低海拔段(<500 m);台风带来的强降雨极易引起小范围滑坡,使得沟谷的林窗空隙率和密度显著大于侧坡,林窗平均面积显著大于侧坡和山脊.台风及其带来的强降雨是造成林窗在海拔及坡位梯度上具有显著性差异的主要原因.     

天童常绿阔叶林林窗的地形分布格局

为探究多维地形因素对林窗分布的影响,以天童20 hm²常绿阔叶林动态监测样地内的林窗为对象,结合地理信息系统软件,分析了林窗空隙率、林窗密度以及林窗面积在海拔、坡度、坡向、坡形、坡位5种地形因子下的分布格局.结果表明: 该样地林窗空隙率为13.1%,林窗密度为9.5个·hm^-2,林窗平均面积为137.82 m²;因高海拔台风干扰的强度较大,高海拔段(≥500 m)林窗的空隙率和密度显著大于中低海拔段(<500 m);台风带来的强降雨极易引起小范围滑坡,使得沟谷的林窗空隙率和密度显著大于侧坡,林窗平均面积显著大于侧坡和山脊.台风及其带来的强降雨是造成林窗在海拔及坡位梯度上具有显著性差异的主要原因.     

川西亚高山针叶林林窗特征的研究

为探讨川西亚高山针叶林的林窗干扰特征 ,对王朗自然保护区的这一植被类型进行了调查 ,分析了该类型森林中林窗的数量、大小、形状及其成因 ;林窗形成木 (GM )的类型、数量和物种构成。结果表明 ,在川西亚高山原始针叶林林区 ,大多数形成木都是因树木达到一定年龄后衰老等原因引起其抗性下降而死亡的 ;由树木基折形成的林窗最为普遍 ,占 5 1 2 3% ,由干折形成的占 2 0 37% ;单株形成木林窗几乎达到所调查林窗的一半 (占总数的 4 6 99% ) ,平均每个林窗拥有 1 95株形成木。扩展林窗大小多在 10 0～ 4 0 0m2 ,10 0～ 2 0 0m2 所占的数量比例最大 ,占 2 6 5 1% ;而 30 0～ 4 0 0m2 所占的面积比例则最大 ,占 2 2 6 4 %。冠空隙的面积多在 2 0 0m2 以下 ,其中以 5 0～ 10 0m2 所占的数量比例和面积比例均为最大 ,分别为 32 5 3%、17 72 %。冠空隙、扩展林窗的平均面积为 71 6 8m2 、15 4 14m2 。     

鼎湖山林窗形成特征及其对幼树组成和多样性的影响

在对鼎湖山自然保护区植物群落动态长期监测的基础上,研究了保护区内各林窗成因、大小和年龄等形成特征,以及地形位置、附近同种的成年乔木等其它相关因子,探讨其对幼树组成和多样性的影响。林窗主要由山体滑坡、暴风雨或雷击大树、虫害等原因形成。结果显示,幼树组成、密度和多样性随林窗形成方式而异,因耐荫能力的差异使出现在林窗的植物不尽相同。林窗大小、年龄和地形位置的变化,导致植物更新生态位的分化,使幼树在林窗内分布形成同源种团。     

林窗模型的几个基本问题的研究:I.模拟样地面积的效应

以中国东北长白山阔叶红松林为例,应用林窗模型NEWCOP探索了不同模拟样地面积对林窗模型输出结果的影响.结果表明,模拟样地面积大小变化可影响模拟出的森林群落的树种组成和模拟样地的林窗出现周期,通过应用这一特点确定了阔叶红松林的林窗面积为400～800m².     

Logging leaves a fingerprint on the number,size, spatial configuration and geometry of tropical forest canopy gaps

Recent advances in remote sensing such as airborne laser scanning have revolutionized our ability to accurately map forest canopy gaps, with huge implications for tracking forest dynamics at scale. However, few studies have explored how canopy gaps vary among forests at different successional stages following disturbances, such as those caused by logging. Moreover, most studies have focused exclusively on the size distribution of gaps, ignoring other key features such as their spatial distribution and shape. Here, we test a series of hypotheses about how the number, size, spatial configuration, and geometry of gaps vary across a logging disturbance gradient in Malaysian Borneo. As predicted, we found that recently logged forests had much higher gap fraction compared to old-growth forests, a result of having both a greater total number of gaps and a higher proportion of large gaps. Regrowing forests, on the other hand, fell at the opposite end of the spectrum, being characterized by both fewer and smaller gaps compared to nearby old-growth forests. Across all successional stages gaps were found to be spatially clustered. However, logging significantly diluted the degree of spatial aggregation and led to the formation of gaps with much more complex geometries. Our results showcase how logging and subsequent regrowth substantially alter not just the number and size of gaps in a forest, but also their spatial arrangement and shape. Linking these emergent patterns to their underlying processes is key to better understanding the impacts of human disturbance on the structure and function of tropical forests.     

林窗尺度对侧柏人工林土壤微生物量和功能多样性的影响

微生物活性是影响土壤碳循环等地下生态系统过程的重要因素。以徐州市侧柏(Platycladus orientalis(L.)Franco)人工林为研究对象,以未受干扰的侧柏林为对照(CK),设置半径分别为4、8、12m的3种尺度近圆形林窗,从林窗边缘(D1)到距林缘4m(D2)及8m处林下(D3)水平梯度上分析土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)和代谢功能多样性的变化。结果表明:1)与CK相比,林窗样地土壤MBC总体降低,MBN含量显著下降(P0.05),MBC/MBN显著上升(P0.05)。在3种尺度林窗中,MBC在大林窗偏小,MBN在小林窗偏小;MBC/MBN总体上随林窗尺度增大而减小。2)与CK相比,大中林窗降低了土壤微生物代谢活性(AWCD),小林窗变化不大。从D1到D3点,小林窗的AWCD先降后升,中林窗呈上升趋势,大林窗则相反。而且林窗降低了土壤微生物对各类碳源的利用,主要利用聚合物类和氨基酸类碳源,中林窗样点对碳水化合物和氨基酸类小分子碳源的利用最低。3)林窗总体提高了土壤微生物功能多样性,其中多样性(H')、丰富度(S)和均匀度(E)3个指数在各点之间均无显著差异,小林窗和CK的优势度指数(D_s)显著大于(P0.05)大林窗。侧柏林人工林窗对土壤微生物量和功能多样性的影响有着明显的尺度和位置梯度效应,林窗有望促进侧柏林土壤碳固持和大分子物质降解,提高其应对全球气候变化的能力,综合而言,中尺度林窗对侧柏林生态功能的发挥较为有利。