青城山低山植物群落冠層結構研究

曾曉陽

【摘 要】將冠層分析儀與分析軟件WinScanopy2005a For Hemispherical Image Analysis應用于青城山低山常綠闊葉林典型植物群落的冠層結構研究中，采集照片，處理數據，從而得出各樣地植物群落冠層結構中LAI、總空隙度、總開度等指標的變化規律。以上冠層結構指標數據的取得有助于青城山低山常綠闊葉林典型植物群落的空間結構的定量化觀測，奠定冠層結構量化研究的基礎。

【關鍵詞】冠層結構；低山植物群落；半球影像；青城山

中圖分類號： Q948.12 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）17-0139-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.069

【Abstract】The canopy analyzer and analysis software WinScanopy2005a for Hemispherical Image Analysis was applied to the canopy structure study of typical plant communities in the low mountain evergreen broad-leaved forest in Qingcheng Mountain. The photos were collected and the data were processed to obtain the canopy structure， LAI， total gap fraction and total openness， for each plant community. These canopy structure indexes would be helpful to quantize the spatial structure of typical plant communities in the low mountain evergreen broad-leaved forest in Qingcheng Mountain.

【Key words】Canopy structure； Plant communities in the low mountain； Hemispherical image； Qingcheng mountain

本研究運用冠層分析儀與分析軟件WinScanopy2005a For Hemispherical Image Analysis，定量研究青城山低山常綠闊葉林典型植物群落的冠層結構的生理生態特征，可為成都等亞熱帶城市綠地近自然植物群落模式的研究和建設提供科學依據。

1 研究區概況

研究區主要位于都江堰青城山核心區700-1200m的低山常綠闊葉林帶范圍內，氣候溫和濕潤，屬亞熱帶溫濕型氣候，年平均溫度15.2℃；平均相對濕度81%。植物區系組成以亞熱帶成分為主，低山區域分布的原生性植被群落優勢種是樟科的楠木和四川潤楠等，同時也有由山茶科的四川大頭茶和殼斗科的栲樹、江南石櫟為優勢的常綠闊葉林出現。

2 研究方法

2.1 植物群落選擇

根據植物群落類型及其分布，結合專家推薦和當地實際勘測調查的情況，在青城山海拔高度1200米以下的天然圖畫、天師洞、上清宮以及普照寺、都江堰的般若寺等處，選擇20個典型的低山植物群落樣地（每個樣地20m×20m）進行相關調查。

2.2 測定冠層結構的儀器和分析軟件

研究所用的冠層分析儀與分析軟件WinScanopy2005a For Hemispherical Image Analysis為加拿大Regent Instruments公司的產品。測定指標為葉面積指數、空隙度、開度、光合光量子通量密度、平均葉傾角。

2.3 冠層結構數據采集與處理

在每個植物群落樣地中，根據群落結構的異質性差異而隨機選擇6-10個拍攝點進行半球圖像采集。在植物生長旺季、葉面積值最大的8月進行數據采集，拍攝時間選擇在陰天、風很小的天氣里。拍攝高度2m，拍攝時間選在8：00-9：00或16：00-18：00。

獲得的林冠照片為半球面影像。這種半球面影像的數碼照片可通過專用軟件WinScanopy2005a林冠影像分析軟件進行分析，獲得林冠結構、林下光照條件等一系列參數。

3 結果與分析

3.1 葉面積指數

青城山栲樹群落的各個樣地LAI范圍為3.18-3.92，平均LAI為3.55，大平均值和小平均值分別為3.74和3.30，標準方差0.25，說明群落葉面積指數及其標準差變動幅度很小，葉面積指數值穩定，明顯趨同。

3.2 空隙度、開度和郁閉度

栲樹群落的各個樣地的總空隙度和總開度及其標準差變動幅度小。經比較，可以看出兩者相關性極強，且兩組值差別不大，空隙度值在5.88%-8.13%之間，平均為7.07%，大平均值和小平均值為7.56%和6.57%，標準差很小。開度值在6.27%-8.62%之間，平均為7.52%，大平均值和小平均值為7.87%和6.99%，標準差僅0.60。

栲樹林的郁閉度值在91.38%-93.73%之間，平均為92.48%，大平均值和小平均值為93.01%和92.09%，標準差僅0.60，說明青城山低山植物群落栲樹林的各個樣地郁閉度及其標準差變動幅度很小。

研究表明，栲樹群落的空隙度、開度很小，均不大于10%，而郁閉度值不低于91%；小空隙、小開度、高郁閉度直接決定栲樹林內植物的光可獲得量、太陽輻射較少，空隙形成的光斑等光環境對植物光合作用、林下幼苗萌發生長有顯著影響，林下的灌叢和幼苗、草本植物以耐陰喜濕的油茶、格藥柃、細齒柃、老鼠矢、蕨類等為主。

3.3 光合光量子通量密度

青城山栲樹林典型群落中的冠層上方總PPFD和冠層下方總PPFD及其標準差的比較，表明冠層上方總PPFD值在55.95Mol/m2day-51.72Mol/m2day范圍變化，平均值為54.08Mol/m2day，大平均值和小平均值為54.62Mol/m2day和52.09Mol/m2day，標準差1.20；冠層下方總PPFD值在1.60Mol/m2day-6.72Mol/m2day之間，平均為4.46Mol/m2day，大平均值和小平均值為5.73Mol/m2day和3.19Mol/m2day，標準差為1.54。由此可知青城山栲樹群落的各個樣地冠層上方總PPFD、林下總PPFD及其標準差變動幅度較小。冠層上方的總PPFD與冠層下方的總PPFD之差即為冠層的光截獲密度，栲樹林的平均光截獲密度為49.62Mol/m2day，標準差為1.50。到達底部的光合光量子通量密度值越小，表明冠層的光截獲能力越強，該結構對林內光輻射及其相互作用對森林植物的更新、種類組成等具有重要作用，低光強、短光照使得耐陰、喜濕植物或幼苗如油茶、格藥柃、細齒柃等山茶科植物和低山蕨類植物占據林下優勢，形成低山植物群落的典型結構。

3.4 平均葉傾角

栲樹林的各個樣地MLA 及其標準差變動幅度小，MLA的范圍在14.76°-17.77°之間，平均為16.01°，大平均值和小平均值為16.98°和15.04°，標準差為1.1。由于青城山低山常綠闊葉林的栲樹林總空隙度、總開度低而郁閉度高，林下總的PPFD很低，光強、光照弱，使得林中植物以小于18°的銳角、接近水平葉的性質截獲輻射較弱的陽光，符合理論上在群落中隨光強弱MLA小的規律；同時，MLA 的近水平狀態，使得林中葉片對太陽光的截獲和光能利用更加有效和充分，也是總空隙度、總開度低而郁閉度高、林下總的PPFD低產生的原因之一。

3.5 林冠的均勻性分析

青城山栲樹林各個樣地的各指數變異系數在9%以下，分布呈現顯著均勻狀態，不存在樣地的異質性，栲樹林冠層的各研究指標均相對穩定，冠層結構穩定，變異很小；只有林下PPFD出現一定的異質性分布（CV=34.53%），且較不均勻，但并未影響栲樹群落林冠對光的截獲能力，冠層的光截獲密度分布仍然顯著均勻分布。

4 結語與討論

4.1 結語

通過比較分析，研究區內的典型園林植物群落類型的冠層結構可知，栲樹林葉面積指數在3.18-3.92之間變化，平均葉傾角以近水平葉分布，并能充分利用水平葉面進行光合作用。栲樹林的總空隙度和總開度低于8.20%，林冠更加蔥郁密閉且具有很高的光截獲能力，使得林下PPFD不高于6.72Mol/m2day。通過對各指標平均值的標準差和變異系數的統計，研究發現區內植物群落林冠結構各指標值的穩定性和均勻性較高。

綜上，城市園林的近自然植物群落配置必須遵循自然頂極植物群落的林冠結構，模擬其在LAI、Gap fraction、Openness、Closure、PPFD、MLA的均勻分布和穩定結構，結合景觀服務、生態服務、以人為本等多元功能和理念，在人工植物群落中再現自然森林不同群落林冠結構的和諧和統一。

4.2 討論

在今后的研究過程中，要加大人力和實驗設備的投入，最好是在每個樣地分別布置實驗人員和儀器，獲得每個樣地的更多指標的詳盡數據，進一步提高小氣候條件調查數據的準確性和完整性。

應該長期堅持使用冠層分析儀對自然頂極植物群落的林冠結構特征進行野外調查，充分獲取頂極植物群落LAI、Gap fraction、Openness、PPFD、MLA各項指標的詳盡量化數據，以此指導和規范城市園林的近自然植物群落的構建和對結構不合理的人工植物群落的近自然化改造。