落葉松冠幅大小對林下光照強度的影響研究

蔡志偉

摘 ? 要：以吉林省蛟河市落葉松林為研究對象，采用2017年的樹冠冠幅數據，并通過冠層分析儀取得的林下冠層光分析數據，在此基礎上利用Arcgis軟件建立樹木空間分布數據庫，構建了上層林木冠幅空間變化數據和林下光環境變化趨勢數據，利用空間疊加分析功能分析了樹木冠幅變化與林下光環境變化的關系。

關鍵詞：長白落葉松;冠幅大小;光照強度;影響

樹冠結構是樹木進行光合作用的主要場所，是樹木生存的根本。通常情況下，在執行森林健康監測計劃時，會習慣性地把林冠列為一個重要的指標因素來加以監測和測量，以達到研究樹木的目的。

國內外林業工作者圍繞植物群體的冠層結構與光環境方面做了大量的研究，普遍圍繞分析冠層的幾個參數進行，如葉面積指數、散射光指數、直射光指數等。郭華等分析測定子午嶺林區的4個不同齡級油松林時，通過植物冠層半球影像系統獲取到了冠層特征和林下光立地系數，結果顯示，林木在即將達到穩定值之前還需要生長20年。劉志剛等研究了光對優勢木、平均木和被壓木的影響，對不同類型林木的冠層結構與光分布規律的關系作出精確的比較，得出了詳盡的結論。劉曉東等在研究了PAR的日、季變化特征的同時，根據Beer-Lambert方程，結合葉面積動態及葉面積指數，求出生長季內各天的消光系數和冠層內不同深度的光分布，并在此基礎上求出PAR的透過率、林分消光系數以及累積葉面積指數三者之間的相互關系。杏娥等闡述了森林樹冠參數提取與遙感技術的關系，分析了樹冠冠層和木材性質的潛在聯系，以及對林木的預測和產品評價。

德國最早在18世紀營造了大面積的人工針葉林，因此造成地力下降、生長量降低等，為此，德國林學家K.Gayer（1898-）提出建議營造針闊混交林的想法，結果表明，營造生態位多層次垂直結構的混交林可以改良土壤、增加產量等，因此備受青睞。蘇聯學者也提出了林冠下造林可以提高低疏密度的方法。

1 ? 研究目的與意義

1.1 ? 研究目的

本文通過研究不同大小冠幅對林下光環境的影響，為揭示冠幅與冠層覆蓋度（Gnd Cover）、散射光指數（ISF）、直射光指數（DSF）的關系提供依據。

1.2 ? 研究意義

林冠是樹木光合作用的關鍵，也是吸收太陽能的重要部位，更是森林與外界環境相互溝通最直接和最主要的交換層，所以冠層結構的特征決定了森林生態系統能量的多少、循環的過程以及強度的大小，并對林下植被的生長和群落的演替都具有獨特的意義。另外，光照是影響林下植物生長和存活的關鍵性環境因子，林隙的隨機性和無規律性，增強了森林內光照環境的空間異質性，由此林下光環境的空間異質性也得到了顯著提升。冠層結構的不同會導致林下直接輻射和間接輻射的不斷變化，而光輻射的變化也就導致了林下植物的更新，如對萌發、生長和生存等都具有重要的影響。因此，研究林冠下光環境變化對于確定森林撫育強度、主伐強度以及復層林營造均有重要意義。

2 ? 研究地點與方法

2.1 ? 研究地點

吉林省蛟河境內的平均海拔在600 m左右，地處長白山系張廣才嶺山脈內，屬于溫帶大陸季風性氣候，年平均氣溫3.6 ℃左右，最熱月為7月，其平均氣溫21.8 ℃左右，最冷月為1月，其平均氣溫-18.3 ℃左右。年平均降水量在690 mm以上，降水多集中在6—8月。土壤屬于標準的山地暗棕色森林土，厚度22～78 cm。該區域地勢復雜，坡度最大可達40°以上，植被屬于標準的長白山植物區系，一共有923種，分屬108科、404屬，主要林分類型為天然針闊混交林，這種林分類型物種多樣、資源豐富，盛產各種林副產品，例如優質種苗、山野菜、紅松籽、林蛙油等。

2.2 ? 研究方法

2.2.1 ? 研究思路

2.2.1.1 ?樣地設置

選取一片林齡為49年的長白落葉松（Larix olgensis）人工林，在林內設置4 hm2人工林冠下更新試驗樣地。要求該樣地上層以人工長白落葉松為主要樹種，林分平均胸徑為22.4 cm，平均高為19.6 m。于2014 年冬季在試驗地中分別設置寬為20 m、30 m的帶狀皆伐樣地（皆伐帶南北走向），在非皆伐帶不同區域設計蓄積擇伐強度為15%、25%、34%、40%的擇伐試驗地。

2.2.1.2 ?林木數據坐標采集方法

使用RTK測量樣地內樹木空間坐標，人工目測法測量冠幅的大小，將所得數據加載到GIS數據庫中，通過計算得出平均冠幅，以落葉松的空間位置為圓心、平均冠幅為半徑，建立一個理想的標準圓形樹冠。

2.2.1.3 ?冠層分析數據采集

在樣地內選用 Hemi-View 冠層分析儀，利用Nikon Coolpix 8 400 型數碼相機以及 FC-E9 魚眼鏡頭，拍攝待測樹木上方的天空，對上空的半球圖像進行獲取，拍攝時確定好方位，同時將相機拍照系統（相機和魚眼鏡頭）設置在三腳架上，在確保穩定的情況下拍照。拍攝時間應避開中午太陽直射，以避免太陽光斑影響圖像質量，選擇天空云層薄而均勻的上午或下午進行拍攝。

2.2.2 ? 數據處理方法

將已經加載到GIS數據庫的上層樹冠結構數據以模型構建的方式，建立一個樹冠冠幅的模型，在模型的基礎上添加2017年的下木光指標數據，然后將光指標數據與冠幅數據進行疊加分析。

3 ? 結論

通過冠層分析儀所得到的數據：冠層覆蓋度（Gnd Cover）、散射光指數（ISF）、直射光指數（DSF），與上層樹木冠幅數據進行分析，發現冠層覆蓋度與散射光指數負相關性很強，而直射光指數雖然也具有較高的相關性，但是還與其他因素相關。根據樣地的地型與林分結構分析，該樣地坡向為東坡，坡度較緩（小于10°），樣地的坡上（西向）為闊葉林，林分密度較大，太陽的直射光受到茂密林分及樹冠的遮擋，直射光通過率大大降低。因此樣地西南側雖然為30 m的皆伐帶，但是由于地形和周圍林分結構的影響，其直射光指數仍然較低。同樣在樣地中間的胡桃楸樹的冠幅，對其東側區域的直射光指數影響也較大。在樣地中以落葉松為主的區域中，雖然樹木密度較大，但由于其為近成熟林，林冠下層樹枝已經通過天然整枝而脫落，因此，該區域內的直射光指數較闊葉樹周圍的直射光指數較大。