青城山低山植物群落冠层结构研究

曾晓阳

【摘 要】将冠层分析仪与分析软件WinScanopy2005a For Hemispherical Image Analysis应用于青城山低山常绿阔叶林典型植物群落的冠层结构研究中，采集照片，处理数据，从而得出各样地植物群落冠层结构中LAI、总空隙度、总开度等指标的变化规律。以上冠层结构指标数据的取得有助于青城山低山常绿阔叶林典型植物群落的空间结构的定量化观测，奠定冠层结构量化研究的基础。

【关键词】冠层结构；低山植物群落；半球影像；青城山

中图分类号： Q948.12 文献标识码： A 文章编号： 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

本研究运用冠层分析仪与分析软件WinScanopy2005a For Hemispherical Image Analysis，定量研究青城山低山常绿阔叶林典型植物群落的冠层结构的生理生态特征，可为成都等亚热带城市绿地近自然植物群落模式的研究和建设提供科学依据。

1 研究区概况

研究区主要位于都江堰青城山核心区700-1200m的低山常绿阔叶林带范围内，气候温和湿润，属亚热带温湿型气候，年平均温度15.2℃；平均相对湿度81%。植物区系组成以亚热带成分为主，低山区域分布的原生性植被群落优势种是樟科的楠木和四川润楠等，同时也有由山茶科的四川大头茶和壳斗科的栲树、江南石栎为优势的常绿阔叶林出现。

2 研究方法

2.1 植物群落选择

根據植物群落类型及其分布，结合专家推荐和当地实际勘测调查的情况，在青城山海拔高度1200米以下的天然图画、天师洞、上清宫以及普照寺、都江堰的般若寺等处，选择20个典型的低山植物群落样地（每个样地20m×20m）进行相关调查。

2.2 测定冠层结构的仪器和分析软件

研究所用的冠层分析仪与分析软件WinScanopy2005a For Hemispherical Image Analysis为加拿大Regent Instruments公司的产品。测定指标为叶面积指数、空隙度、开度、光合光量子通量密度、平均叶倾角。

2.3 冠层结构数据采集与处理

在每个植物群落样地中，根据群落结构的异质性差异而随机选择6-10个拍摄点进行半球图像采集。在植物生长旺季、叶面积值最大的8月进行数据采集，拍摄时间选择在阴天、风很小的天气里。拍摄高度2m，拍摄时间选在8：00-9：00或16：00-18：00。

获得的林冠照片为半球面影像。这种半球面影像的数码照片可通过专用软件WinScanopy2005a林冠影像分析软件进行分析，获得林冠结构、林下光照条件等一系列参数。

3 结果与分析

3.1 叶面积指数

青城山栲树群落的各个样地LAI范围为3.18-3.92，平均LAI为3.55，大平均值和小平均值分别为3.74和3.30，标准方差0.25，说明群落叶面积指数及其标准差变动幅度很小，叶面积指数值稳定，明显趋同。

3.2 空隙度、开度和郁闭度

栲树群落的各个样地的总空隙度和总开度及其标准差变动幅度小。经比较，可以看出两者相关性极强，且两组值差别不大，空隙度值在5.88%-8.13%之间，平均为7.07%，大平均值和小平均值为7.56%和6.57%，标准差很小。开度值在6.27%-8.62%之间，平均为7.52%，大平均值和小平均值为7.87%和6.99%，标准差仅0.60。

栲树林的郁闭度值在91.38%-93.73%之间，平均为92.48%，大平均值和小平均值为93.01%和92.09%，标准差仅0.60，说明青城山低山植物群落栲树林的各个样地郁闭度及其标准差变动幅度很小。

研究表明，栲树群落的空隙度、开度很小，均不大于10%，而郁闭度值不低于91%；小空隙、小开度、高郁闭度直接决定栲树林内植物的光可获得量、太阳辐射较少，空隙形成的光斑等光环境对植物光合作用、林下幼苗萌发生长有显著影响，林下的灌丛和幼苗、草本植物以耐阴喜湿的油茶、格药柃、细齿柃、老鼠矢、蕨类等为主。

3.3 光合光量子通量密度

青城山栲树林典型群落中的冠层上方总PPFD和冠层下方总PPFD及其标准差的比较，表明冠层上方总PPFD值在55.95Mol/m2day-51.72Mol/m2day范围变化，平均值为54.08Mol/m2day，大平均值和小平均值为54.62Mol/m2day和52.09Mol/m2day，标准差1.20；冠层下方总PPFD值在1.60Mol/m2day-6.72Mol/m2day之间，平均为4.46Mol/m2day，大平均值和小平均值为5.73Mol/m2day和3.19Mol/m2day，标准差为1.54。由此可知青城山栲树群落的各个样地冠层上方总PPFD、林下总PPFD及其标准差变动幅度较小。冠层上方的总PPFD与冠层下方的总PPFD之差即为冠层的光截获密度，栲树林的平均光截获密度为49.62Mol/m2day，标准差为1.50。到达底部的光合光量子通量密度值越小，表明冠层的光截获能力越强，该结构对林内光辐射及其相互作用对森林植物的更新、种类组成等具有重要作用，低光强、短光照使得耐阴、喜湿植物或幼苗如油茶、格药柃、细齿柃等山茶科植物和低山蕨类植物占据林下优势，形成低山植物群落的典型结构。

3.4 平均叶倾角

栲树林的各个样地MLA 及其标准差变动幅度小，MLA的范围在14.76°-17.77°之间，平均为16.01°，大平均值和小平均值为16.98°和15.04°，标准差为1.1。由于青城山低山常绿阔叶林的栲树林总空隙度、总开度低而郁闭度高，林下总的PPFD很低，光强、光照弱，使得林中植物以小于18°的锐角、接近水平叶的性质截获辐射较弱的阳光，符合理论上在群落中随光强弱MLA小的规律；同时，MLA 的近水平状态，使得林中叶片对太阳光的截获和光能利用更加有效和充分，也是总空隙度、总开度低而郁闭度高、林下总的PPFD低产生的原因之一。

3.5 林冠的均匀性分析

青城山栲树林各个样地的各指数变异系数在9%以下，分布呈现显著均匀状态，不存在样地的异质性，栲树林冠层的各研究指标均相对稳定，冠层結构稳定，变异很小；只有林下PPFD出现一定的异质性分布（CV=34.53%），且较不均匀，但并未影响栲树群落林冠对光的截获能力，冠层的光截获密度分布仍然显著均匀分布。

4 结语与讨论

4.1 结语

通过比较分析，研究区内的典型园林植物群落类型的冠层结构可知，栲树林叶面积指数在3.18-3.92之间变化，平均叶倾角以近水平叶分布，并能充分利用水平叶面进行光合作用。栲树林的总空隙度和总开度低于8.20%，林冠更加葱郁密闭且具有很高的光截获能力，使得林下PPFD不高于6.72Mol/m2day。通过对各指标平均值的标准差和变异系数的统计，研究发现区内植物群落林冠结构各指标值的稳定性和均匀性较高。

综上，城市园林的近自然植物群落配置必须遵循自然顶极植物群落的林冠结构，模拟其在LAI、Gap fraction、Openness、Closure、PPFD、MLA的均匀分布和稳定结构，结合景观服务、生态服务、以人为本等多元功能和理念，在人工植物群落中再现自然森林不同群落林冠结构的和谐和统一。

4.2 讨论

在今后的研究过程中，要加大人力和实验设备的投入，最好是在每个样地分别布置实验人员和仪器，获得每个样地的更多指标的详尽数据，进一步提高小气候条件调查数据的准确性和完整性。

应该长期坚持使用冠层分析仪对自然顶极植物群落的林冠结构特征进行野外调查，充分获取顶极植物群落LAI、Gap fraction、Openness、PPFD、MLA各项指标的详尽量化数据，以此指导和规范城市园林的近自然植物群落的构建和对结构不合理的人工植物群落的近自然化改造。