中山長江庫區(qū)自然保護(hù)區(qū)植物群落葉面積指數(shù)與綠量

蔣謙才 黃潤霞 張毅 徐明鋒 賈小容

摘 要：以中山市長江庫區(qū)水源林市級(jí)自然保護(hù)區(qū)的針葉林、針闊混交林、常綠闊葉林、溝谷季雨林這4種典型森林類型為研究對(duì)象，運(yùn)用半球面影像技術(shù)獲取植物群落的葉面積指數(shù)，并以此估測(cè)該植物群落的綠量。研究結(jié)果顯示，不同林型以及同一林型的不同調(diào)查樣地的林分密度、平均胸徑、平均樹高和葉面積指數(shù)均存在差異，其中溝谷季雨林植物群落葉面積指數(shù)為所調(diào)查的4種林型中最大，而針葉林則最小。坡度和坡位對(duì)植物群落葉面積指數(shù)的影響均不顯著（P >0.05），坡向?qū)χ参锶郝淙~面積指數(shù)存在顯著影響（P<0.05），其中處于陰坡的植物群落葉面積指數(shù)最大。此研究為以攝影測(cè)量法獲取植物群落葉面積指數(shù)并作為綠量的替代指標(biāo)估測(cè)該地區(qū)植物群落的綠量提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：綠量 葉面積指數(shù) 半球面影像技術(shù)

中圖分類號(hào)：S76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）07（b）-0066-03

森林在調(diào)節(jié)氣候、凈化環(huán)境、保持水土、涵養(yǎng)水源、保護(hù)生物多樣性等方面具有重要的作用。其中，森林植被群落的葉面積指數(shù)和綠量與森林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和生態(tài)效益具有密切的關(guān)系[1]。葉面積指數(shù)可反映林分冠層結(jié)構(gòu)，通過影響林內(nèi)的微環(huán)境來調(diào)節(jié)植物與環(huán)境之間的相互作用關(guān)系，從而影響林分的光合效率[2，3]。綠量指單位面積所占據(jù)空間中所有葉片面積的總和，對(duì)評(píng)價(jià)森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能具有重要意義[4]。綠量的研究為森林生態(tài)效益的定量化研究提供了基礎(chǔ)手段，為綠地規(guī)劃提供重要的技術(shù)依據(jù)[5]。研究表明，可用葉面積指數(shù)作為綠量的測(cè)度單位，用以估算植物群落的綠量[6]。

對(duì)于植被葉面積指數(shù)的估算方法可采用以下兩種：第一，應(yīng)用3S技術(shù)估算植被葉面積指數(shù)，此法可在大尺度上測(cè)量森林植被的葉面積指數(shù)[4，7]；第二，基于圖像測(cè)量的方法獲取植被冠層的圖像，利用圖像處理軟件對(duì)其進(jìn)行分析，計(jì)算植被群落葉面積指數(shù)，此法簡便、直接，已被廣泛應(yīng)用于森林群落結(jié)構(gòu)的研究中[8， 9]。此文測(cè)量的葉面積指數(shù)采用最后一種方法。

文章以中山市長江庫區(qū)水源林市級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的針葉林、針闊混交林、常綠闊葉林、溝谷季雨林這4種典型森林類型為研究對(duì)象，利用半球面影像技術(shù)快速、無損地測(cè)量植物群落的葉面積指數(shù)，以此估測(cè)其綠量，為森林群落綠量的定量化研究提供參考。

1 研究地與研究方法

1.1 研究地概況

研究地為中山市長江庫區(qū)水源林市級(jí)自然保護(hù)區(qū)，位于廣東省中山市中南部的五桂山地區(qū)（22°24'53"～22°30'01" N，113°25'13"～113°29'25" E），屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤，光照充足，水熱條件優(yōu)越。年平均溫度21.8 ℃，極端高溫36.7 ℃，極端低溫 -1.3 ℃，年均降雨量1 747.4 mm。保護(hù)區(qū)內(nèi)的地貌類型主要以低山、丘陵為主，區(qū)內(nèi)最高海拔為531 m，土壤以山地赤紅壤為主，植被多為亞熱帶常綠闊葉林[10-11]。

1.2 樣地設(shè)置與植被調(diào)查

在保護(hù)區(qū)內(nèi)選取針葉林、針闊混交林、常綠闊葉林、溝谷季雨林這4種典型森林類型進(jìn)行樣地設(shè)置，設(shè)置了14個(gè)固定樣地，分別記錄樣地的經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向、坡位等基本信息。

對(duì)各個(gè)樣地內(nèi)胸徑大于3 cm的喬木進(jìn)行每木調(diào)查，記錄其胸徑、樹高、冠幅、枝下高等指標(biāo)。

1.3 影像的獲取與圖片處理

在每個(gè)固定樣地用Nikon CoolPix4500數(shù)碼相機(jī)外接Nikkor FC-E8魚眼鏡頭轉(zhuǎn)換器獲取林冠半球面影像照片3張。在離地面1.6 m處保持相機(jī)水平，鏡頭朝上，并用相機(jī)內(nèi)置的Fisheye1模式拍攝半球面影像。

用Gap Light Analyzer 2.0圖像處理軟件對(duì)所拍攝的半球面照片進(jìn)行分析，即可獲得樣方的葉面積指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

為探討不同的坡位、坡向和坡度對(duì)植物群落葉面積指數(shù)的影響，根據(jù)樣方調(diào)查的情況，將坡位分為上坡、中坡、中下坡和下坡4級(jí)；坡向采用4級(jí)坡向分法（陰坡：0°～45°，315°～360°；半陰坡：45°～90°，270°～315°；半陽坡：90°～135°，225°～273°；陽坡：135°～225°）；坡度分為6級(jí)：平坡（0°～5°）、緩坡（5°～15°）、斜坡（15°～25°）、陡坡（25°～35°）、急坡（35°～45°）、險(xiǎn)坡（>45°）[12]。

用統(tǒng)計(jì)軟件Statistica 12.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物群落的冠層結(jié)構(gòu)

對(duì)調(diào)查的14個(gè)樣地冠層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析（見表1），不同林型以及同一林型的不同調(diào)查樣地的林分密度、平均胸徑、平均樹高和葉面積指數(shù)均存在差異。其中，溝谷季雨林樣地P014的林分密度最大，但其平均胸徑和平均樹高為所調(diào)查的14個(gè)樣地中最小的，且其變異系數(shù)也不大，另外其葉面積指數(shù)也較大，說明該樣地可能處于群落演替的前期，仍未被大喬木占據(jù)，但林木數(shù)量多，林分較郁閉。林型為常綠闊葉林的9個(gè)調(diào)查樣地的林分密度普遍為1 000 株·hm-2以上，平均胸徑介于（6.15±0.1）到（10.87±0.63）cm之間，其變異系數(shù)為0.23～0.57；平均樹高的最小值為（6.56±0.15）m，最大值為（12.21±0.92）m，變異系數(shù)介于0.20到0.74之間；葉面積指數(shù)介于1.49±0.22到2.34±0.21之間，變異系數(shù)介于1.05到25.15之間，差異較大。

2.2 保護(hù)區(qū)內(nèi)不同森林類型的葉面積指數(shù)

保護(hù)區(qū)內(nèi)4種森林類型的葉面積指數(shù)存在差異，但其差異不顯著（P >0.05）。其中溝谷季雨林的葉面積指數(shù)的均值為4種林型中最大，其次為常綠闊葉林，針葉林的葉面積指數(shù)最小。但溝谷季雨林葉面積指數(shù)的最大值卻遠(yuǎn)小于其他3種林型，且其最大值與最小值間的差異很小，常綠闊葉林的葉面積指數(shù)的最大值為4種林型中最大（見圖1）。

2.3 不同環(huán)境因素對(duì)葉面積指數(shù)的影響

坡度和坡位對(duì)植物群落葉面積指數(shù)均沒有顯著影響（P > 0.05），但坡向?qū)χ参锶郝淙~面積指數(shù)影響顯著（P < 0.05）。從坡度來看，處于急坡的植物群落葉面積指數(shù)最大，處于平坡的植物群落葉面積指數(shù)最小，其他坡度則介于兩者之間，依次為緩坡、險(xiǎn)坡、陡坡和斜坡。就坡位而言，處于下坡的植物群落葉面積指數(shù)最大，依次為中下坡、中坡和上坡。處于陰坡的植物群落葉面積指數(shù)的均值最大，其次為半陽坡，處于半陰坡的植物群落葉面積指數(shù)最?。ㄒ妶D2）。

3 結(jié)論與討論

不同群落類型間葉面積指數(shù)存在差異，但差異不顯著（P > 0.05），溝谷季雨林群落葉面積指數(shù)為4種林型中最大，可能是因?yàn)樵摿址炙幁h(huán)境的水熱條件較好，適合于植物生長，且林木的數(shù)量較多，另外其林分為天然起源，人為干擾較少，樹木生長較快，林分較郁閉，故其葉面積指數(shù)較高，因此溝谷季雨林群落的綠量也為這4種林型中最高；而林型為針葉林和針闊混交林群落的葉面積指數(shù)較小，該植物群落的綠量也較低，可能是因?yàn)獒樔~林和針闊混交林處于演替初期，群落物種組成單一，群落結(jié)構(gòu)簡單，林冠 結(jié)構(gòu)不夠郁閉，特別是P002和P004樣地馬尾松占據(jù)該群落的主要優(yōu)勢(shì)地位，而馬尾松在保護(hù)區(qū)內(nèi)生長呈衰退趨勢(shì)，因此其生長的林分冠層郁閉度低，葉面積指數(shù)也較低。

另外，坡度和坡位對(duì)植物群落葉面積指數(shù)的影響較?。≒ >0.05），而坡向?qū)ζ浯嬖陲@著影響（P<0.05），尤其是處于陰坡的植物群落葉面積指數(shù)最大，說明處于陰坡的植物群落綠量較高。造成這種結(jié)果的原因可能是處于陰坡的植物群落所接收到的太陽輻射較少，植物為了適應(yīng)蔭蔽的環(huán)境，滿足自身生長發(fā)育的需要，其枝葉相對(duì)繁茂，林冠較郁閉，從而增加對(duì)太陽輻射的接收面積，增強(qiáng)光合作用效率，故其葉面積指數(shù)較大，該植物群落的綠量也較高。而處于陽坡的植物群落則正好相反，光照不是限制其生長的主要因素，因此即使其葉面積指數(shù)較小，也能滿足其生長的需要。

該研究以中山市長江庫區(qū)自然保護(hù)區(qū)植物群落為研究對(duì)象，利用半球面影像技術(shù)估測(cè)其綠量，提供了一種在小尺度范圍內(nèi)快速、便捷地測(cè)量綠量的方法，對(duì)定量測(cè)定并評(píng)價(jià)森林綠量提供一種技術(shù)手段，為定量分析森林群落的生態(tài)效益以及更好地反映森林群落空間結(jié)構(gòu)方面的差異提供依據(jù)，對(duì)提高森林植物群落的物種配置以及指導(dǎo)森林群落的經(jīng)營管理等具有借鑒作用。

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