張?zhí)?朱玉杰 董希斌

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

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撫育間伐對大興安嶺天然用材林冠層結(jié)構(gòu)及光環(huán)境特征的影響1)

張?zhí)?朱玉杰 董希斌

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

以大興安嶺天然用材林為研究對象，利用冠層分析儀對不同撫育間伐后的冠層結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性進(jìn)行測定，分析冠層結(jié)構(gòu)各項指標(biāo)參數(shù)之間的相關(guān)性、撫育間伐后冠層結(jié)構(gòu)及光環(huán)境特征的變化情況，并運用主成分分析法對間伐后冠層結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了綜合評價。結(jié)果表明：大興安嶺天然用材林主要冠層指標(biāo)林隙分?jǐn)?shù)、開度、葉面積指數(shù)、總定點因子和冠下總光合有效輻射通量之間有顯著相關(guān)性(P<0.01)，并且這些指標(biāo)的相關(guān)性不受間伐強度的影響；隨著間伐強度的增加，葉面積指數(shù)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，其余冠層指標(biāo)林隙分?jǐn)?shù)、開度、直接定點因子、總定點因子和冠下直接光合有效輻射通量及冠下總光合有效輻射通量均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢；中等間伐強度能極大改善冠層結(jié)構(gòu)和光分布的合理性，間伐強度為19%時撫育效果最佳。

撫育間伐；天然用材林；森林冠層結(jié)構(gòu)；林內(nèi)光環(huán)境；大興安嶺

The forest canopy geometry and understory light characters were measured with the Winscanopy. The relationship between canopy structure parameters was studied the changes of forest canopy geometry and understory light after different tending intensity, and principal component analysis method was used to make the comprehensive evaluation of canopy geometry after the cutting. The gap fraction, openness and LAI had a significant relationships with the total site factors and the PPFD under canopy, and the correlation of these indicators was not affected by the cutting intensity. With the increase of cutting intensity, the LAI was increased and then decreased, the gap fraction, openness, direct site factor, total site factor, direct PPFD under per day and total PPFD under per day were decreased and then increased. The medium cutting strength could greatly improve the rationality of the canopy structure and light distribution, and the tending effect was the best when the cutting strength of 19%.

森林冠層結(jié)構(gòu)及組成影響著林木對降水、光輻射的截留能力，對林內(nèi)環(huán)境，比如地表植被、土壤等產(chǎn)生很大影響，進(jìn)而決定著林木的生長能力和質(zhì)量。國內(nèi)外對冠層的研究多側(cè)重于對冠層結(jié)構(gòu)與植物生產(chǎn)力關(guān)系研究[1-4]，對林下光環(huán)境及林下幼苗對光環(huán)境的響應(yīng)也有初步研究；但缺乏較大空間尺度上的研究。對于冠層結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究，主要集中在對林分葉面積指數(shù)的直接與間接測定方法[5]。在光環(huán)境研究上，張彥雷等人[6]在林分密度變化條件下，對山西省太岳山馬泉林場油松人工林林分冠層結(jié)構(gòu)與林內(nèi)光環(huán)境響應(yīng)進(jìn)行了研究。

目前，對撫育間伐條件下林分冠層結(jié)構(gòu)與林內(nèi)光環(huán)境響應(yīng)的研究較少。通過間伐，構(gòu)建合理的冠層結(jié)構(gòu)，使得林內(nèi)光分布趨于合理，提高光能利用率、林分生長率，促進(jìn)森林可持續(xù)發(fā)展，同時半球影像技術(shù)對分析冠層結(jié)構(gòu)具有較好的實用性[7-9]。本試驗運用魚眼照相技術(shù)(Winscanopy)對大興安嶺用材林撫育間伐后冠層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以期為用材林的生態(tài)經(jīng)營提供參考。

1 研究區(qū)概況

試驗地位于黑龍江省大興安嶺地區(qū)新林林業(yè)局的新林林場，地處黑龍江省西北部，大興安嶺伊勒呼里山的東北坡；地理座標(biāo)為北緯51°20′～52°10′、東經(jīng)123°41′～125°25′(見表1)。氣溫年較差和日較差都很大，屬于寒溫帶大陸性氣候。春季多旱風(fēng)，降水較少，季平均氣溫4.4 ℃；夏季短促而炎熱，太陽幅射較強，日照最長時間可達(dá)17 h，晝長夜短，日夜溫差較大，并且降雨豐富，平均氣溫15.7 ℃；秋季氣溫平均2.5 ℃，平均最高氣溫為10.2 ℃，平均最低氣溫-3.6 ℃；冬季嚴(yán)寒而漫長，晴燥少雪，常出現(xiàn)冰霧天氣，冬季平均氣溫-20 ℃，平均最低氣溫-27 ℃，平均最高氣溫-7 ℃。年降水量513.9 mm，且分布不均，主要降水多集中在7—8月份；無霜期為90 d左右。全年日照時間2 357 h，日照百分率為51%～56%。主要的災(zāi)害性天氣為春季的大風(fēng)和冬季的低溫。該地區(qū)土壤主要類型為山地棕色針葉林土；植被類型以喬木樹種興安落葉松(Larixgmelinii)為主體，還有少量的樟子松(Pinussylvestrisvar.mongholica)、云杉(Piceaasperata)、白樺(Populusdavidiana)、山楊(Populusdavidiana)。

表1 試驗樣地概況

注：L代表興安落葉松，B代表白樺，Y代表云杉，Z代表樟子松。

2 試驗方法

試驗儀器：采用的是WinSCANOPY Pro 2010a植物冠層分析系統(tǒng)，主要包括高分辨率數(shù)碼相機(Samsung NV3 Camera)、魚眼鏡頭、分析軟件(WinSCANOPY)、數(shù)據(jù)處理軟件(XLSanopy)等。

樣地設(shè)置：試驗地位于新林林場106、107、108、109林班內(nèi)，每個樣地面積為0.04 hm2，即20 m×20 m。根據(jù)不同的間伐強度設(shè)置20塊不同的樣地(見表1)。

于2015年7月中旬在新林林場試驗樣地進(jìn)行取樣，在每個樣地上選取2～3棵興安落葉松，找準(zhǔn)正北方向并調(diào)平儀器、測量儀器鏡頭離地距離，從3～4個不同方向進(jìn)行觀測，采集圖像。

數(shù)據(jù)處理：使用冠層分析儀(Winscanopy)處理獲取到的魚眼照片，得到初步的試驗數(shù)據(jù)；然后運用數(shù)據(jù)處理軟件(XLScanopy)對數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，得到冠層結(jié)構(gòu)的各項特性指標(biāo)，包括林隙分?jǐn)?shù)、開度、葉面積指數(shù)、平均葉角、定點因子、冠層輻射通量，運用Excel2010、spss20.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理。

在葉面積指數(shù)方法選取上，有研究運用葉面積指數(shù)反演方法對實測的結(jié)果與Winscanopy的分析結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)實測結(jié)果與LAI(2000)-log方法的相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)為0.8[10]。因此選取LAI(2000)-log方法測得的葉面積指數(shù)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 冠層結(jié)構(gòu)特性指標(biāo)相關(guān)性

運用冠層分析儀以及數(shù)據(jù)處理軟件得到冠層各項指標(biāo)值(見表2)。林隙分?jǐn)?shù)、開度能很好地反映冠層的透光率，同時開度是林隙分?jǐn)?shù)經(jīng)過補償計算剔除植被阻隔的影響得出的實際冠層林隙分?jǐn)?shù)[11]。由表3可見：林隙分?jǐn)?shù)與開度相關(guān)性極強，達(dá)到0.981，因此在冠層結(jié)構(gòu)中枝葉對林隙分?jǐn)?shù)的影響很小，可以不用考慮。林隙分?jǐn)?shù)，與葉面積指數(shù)呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性，與總定點因子、冠下直射輻射通量、冠下總輻射通量都呈現(xiàn)正相關(guān)性，即隨著林隙分?jǐn)?shù)的增加，冠層對光的截獲能力明顯下降，陽光透過冠層到達(dá)下方的入射輻射數(shù)量越多，透光率增加，總定點因子和冠下總光合輻射量增加，造成單位種植面積上的葉面積減小，所以葉面積指數(shù)下降。

葉面積指數(shù)決定了植被的生產(chǎn)能力，與林冠的蒸騰作用、光合作用等密切相關(guān)。由表3可見：葉面積指數(shù)，與總定點因子、冠下總輻射通量呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性，葉面積指數(shù)增加，意味著單位面積上葉片面積增加，葉片覆蓋率增加，植被對光的截獲能力提高，使得透過葉片進(jìn)入林內(nèi)的光照減少，透光率減小，總定點因子減小，冠下總太陽輻射量減小。

在森林環(huán)境中，太陽輻射可以穿透整個群落，供給各層植物進(jìn)行光合作用，但是由于樹種組成、冠層結(jié)構(gòu)、枝葉分布狀況等因素的差異，太陽輻射透過林冠層后會發(fā)生很大變化，使群落不同空間位置接受的有效光照產(chǎn)生明顯差別[12-13]。由表2可見：冠層上方的輻射總量在不同試驗樣地中基本沒有差別，冠層上方直接輻射通量約為40.99 mol·m-2·d-1、冠層上方間接輻射通量為6.15 mol·m-2·d-1，說明冠層上方太陽輻射量并不能反映冠層的截獲能力。由表3可見：總定點因子與冠層下方總輻射通量、冠層下方直接輻射通量呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性，說明冠層下方的太陽輻射能主要來自于直射光。由表3、圖1～圖4可見：間接定點因子、冠下間接輻射，與總定點因子、冠下總輻射通量之間都沒有明顯的相關(guān)性，說明在光的輻射中反射、散射都對林內(nèi)光分布影響很小。

表2 冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)值

間伐強度/%冠上輻射通量/mol·m-2·d-1直射散射總輻射冠下輻射通量/mol·m-2·d-1直射散射總輻射0 40.99±0.316.15±0.0447.14±0.341.630±2.940.479±0.062.330±2.9034.3840.92±1.456.15±0.4647.07±1.851.186±3.230.301±0.421.597±3.646.2340.97±1.916.15±0.0947.12±2.011.430±3.110.423±0.262.191±3.1240.0140.89±1.986.15±0.9847.04±2.771.367±2.760.369±0.312.090±2.7820.8640.99±2.126.15±0.9947.14±1.531.021±3.160.400±0.421.274±3.5616.7540.92±2.226.15±0.7147.07±1.511.135±3.610.334±0.411.511±3.9812.5240.95±2.516.12±0.4747.07±2.961.243±5.100.397±0.191.740±5.1649.6340.98±1.846.15±0.5647.13±2.391.276±4.340.376±0.081.869±4.3213.7440.99±2.376.15±0.8547.14±2.511.284±4.440.273±0.141.907±4.4047.8740.99±1.946.15±0.9847.14±2.381.225±1.640.531±0.151.690±1.6656.5140.93±1.126.14±0.2647.07±1.061.514±5.680.769±0.162.276±5.773.4240.99±2.396.13±0.4747.12±2.261.555±2.510.550±0.152.230±2.5353.0940.95±2.116.14±0.2347.09±2.291.395±1.100.645±0.162.162±1.0459.9240.99±1.886.15±0.5447.14±2.201.692±9.980.600±1.012.492±10.9650.6240.99±2.696.15±0.3047.14±2.691.313±0.980.463±0.032.107±0.0225.4840.98±1.006.15±0.5147.13±1.351.047±8.040.343±0.701.322±8.7467.2540.96±3.586.15±0.2747.11±3.451.881±1.000.210±0.012.541±1.0027.8540.99±1.096.15±1.0147.14±0.951.121±3.020.457±0.571.445±3.5951.4840.99±1.136.15±1.3147.14±0.301.372±6.590.375±0.902.153±7.4119.0040.99±3.356.15±0.2547.14±3.281.102±1.870.230±0.051.340±1.90

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

表3 冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)性

注：** 表示達(dá)0.01顯著性水平。

圖1 間接定點因子與總定點因子擬合曲線

圖2 間接定點因子與冠下總輻射通量擬合曲線

圖3 冠下散射通量與總定點因子的擬合曲線

圖4 冠下散射通量與冠下總輻射通量的擬合曲線

3.2 撫育間伐后冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)變化

由表2可見：撫育間伐后，各個試驗樣地冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)變化情況不同。林隙分?jǐn)?shù)變化范圍

3.148%～7.755%，開度變化范圍3.52%～7.95%，林隙分?jǐn)?shù)最小值出現(xiàn)在間伐強度為20.86%，此時林隙分?jǐn)?shù)為3.148%。由圖5可見：隨著間伐強度的不斷增加，林隙分?jǐn)?shù)和開度均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢；通過單因素方差分析，不同間伐強度下的林隙分?jǐn)?shù)和開度存在顯著性差異，主要是在小間伐強度、中等間伐強度、高間伐強度之間差異性顯著。在低間伐強度0～13.74%時，林隙分?jǐn)?shù)、開度與對照樣地相比變化緩慢，即差異性不顯著；隨著間伐強度的不斷增加，林隙分?jǐn)?shù)下降迅速，在中等間伐強度19.00%～20.86%時，達(dá)到最??；此后，林隙分?jǐn)?shù)隨著間伐強度的增加逐漸升高，并且上升的幅度在間伐強度49.63%后逐漸放緩。與對照樣地相比，在中等間伐強度下，林隙分?jǐn)?shù)變化較為明顯；而低間伐強度和高間伐強度下，變化不太顯著。

建立林隙分?jǐn)?shù)與間伐強度的回歸模型，擬合各種模型后發(fā)現(xiàn)，兩者在建立多項式模型時擬合效果最好。

由表2可見：葉面積指數(shù)的變化范圍在4.92～7.42之間，最小值出現(xiàn)在間伐強度為59.92%，最大值出現(xiàn)在間伐強度為20.86%。由圖5可見：葉面積指數(shù)的變化，與林隙分?jǐn)?shù)的變化呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。隨著間伐強度的不斷增加，葉面積指數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，并且處于不同等級的間伐強度之間差異性顯著。在間伐強度為0～13.74%時，與對照樣地相比，葉面積指數(shù)變化緩慢，即差異性不顯著；隨著間伐強度的不斷增加，葉面積指數(shù)迅速增長，在間伐強度為20.86%時，達(dá)到最大；此后，隨著間伐強度的增加逐漸下降，并且下降的幅度在間伐強度49.63%后逐漸放緩；在高間伐強度56.51%、59.92%，葉面積指數(shù)急速下降。

建立葉面積指數(shù)與間伐強度的回歸模型，擬合各種模型后發(fā)現(xiàn)，兩者在建立多項式模型時擬合效果最好。

圖5 林隙分?jǐn)?shù)、葉面積指數(shù)與間伐強度的關(guān)系

由表2可見：各個間伐樣地的平均葉傾角約為14.76°。由表3可見：葉傾角與定點因子、光能輻射通量都不具有很強的相關(guān)性，且不同間伐強度下的葉傾角相差不大。說明葉傾角的變化主要受樹種遺傳因素影響較大，而與林分的疏密程度、林內(nèi)環(huán)境無明顯關(guān)系，對冠層光能截獲量影響不大。

冠層消光特性，是衡量林分分布合理性的重要依據(jù)[14]。它指光在冠層內(nèi)部被吸收、散射而降低的程度，能真正反映冠層中枝葉本身的受光情況及其光學(xué)性質(zhì)[15]。消光系數(shù)的變化主要由太陽高度角和冠層結(jié)構(gòu)引起的[16]，隨著林木生長，當(dāng)枝葉變得茂盛(即葉面積指數(shù)增加)時，冠層郁閉度增加，透光率減小，到達(dá)冠層下方的光減小，消光系數(shù)隨之增大。根據(jù)Beer-Lambert方程k=-ln(I0/Iz)/Ila[17](I0為冠層下方光能輻射通量、Iz為冠層上方光能輻射通量、Ila為葉面積指數(shù))計算，得到不同間伐強度下消光系數(shù)變化范圍0.48～0.60。針葉樹消光系數(shù)一般在0.4～0.65之間，說明各間伐樣地林分生長穩(wěn)定。

3.3 撫育間伐對光環(huán)境特征影響

由表2可見：冠層直接定點因子的變化范圍0.039～0.076，間接定點因子的變化范圍0.033～0.243，總定點因子的變化范圍0.078～0.178。隨著間伐強度的增加，直接定點因子和總定點因子均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，并且不同間伐強度間差異性顯著。在低間伐強度為0～13.74%時，與對照樣地相比，總定點因子變化緩慢；此后，隨著間伐強度的不斷增加，總定點因子迅速下降，在中等間伐強度19.00%～20.85%時達(dá)到最小；隨著間伐強度的增加逐漸升高，并且上升的幅度在間伐強度49.63%后逐漸放緩；在高間伐強度56.51%、59.92%，總定點因子上升幅度增加。

建立總定點因子與間伐強度的回歸模型，擬合各種模型后發(fā)現(xiàn)，兩者在建立多項式模型時擬合效果最佳。

由表2可見，冠層下方直接輻射通量變化范圍1.021～1.881 mol·m-2·d-1、冠下間接輻射通量變化范圍0.210～0.76 mol·m-2·d-1、冠下總輻射通量變化范圍1.322～2.541 mol·m-2·d-1。不同間伐強度間冠下光輻射通量存在顯著性差異，隨著間伐強度的增加，冠層下方直接輻射通量和冠下總輻射通量均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。在低間伐強度為0～13.74%時，與對照樣地相比，冠下總輻射通量變化緩慢；此后，隨著間伐強度的不斷增加，冠下總輻射通量迅速下降；在中等間伐強度為20.86%時達(dá)到最小值；隨著間伐強度的增加逐漸升高，在間伐強度為49.63%后上升的幅度逐漸放緩；在高間伐強度56.51%、59.92%，冠下總輻射通量上升幅度增加。

建立冠下總輻射通量與間伐強度的回歸模型，擬合各種模型后發(fā)現(xiàn)，兩者在建立多項式模型擬合效果最佳。

圖6 總定點因子與間伐強度的關(guān)系

圖7 冠下總輻射通量與間伐強度的關(guān)系

3.4 撫育間伐對冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)綜合影響

適度的間伐改良了林內(nèi)環(huán)境，促進(jìn)林木葉片生長，從而增加了林分密度，林分間隙也隨之減少[18]。葉面積指數(shù)增加，林隙分?jǐn)?shù)和開度減小，所以葉面積指數(shù)屬于正向指標(biāo)，林隙分?jǐn)?shù)和開度屬于逆向指標(biāo)。在光分布上，隨著林隙分?jǐn)?shù)和開度的減小，林地透光率減小，冠層對太陽光的截獲量增加，到達(dá)地面的太陽輻射通量減小，因而定點因子也隨之減少；一般冠上總太陽輻射通量不隨間伐強度的變化而變化，所以冠下輻射通量和定點因子屬于逆向指標(biāo)。在冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)的其他指標(biāo)中，因為葉傾角和冠上太陽輻射通量受間伐的影響很小，所以在主成分分析時，不予考慮。在運用主成分分析時，選用的冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)參數(shù)，包括林隙分?jǐn)?shù)、開度、葉面積指數(shù)、直接定點因子、間接定點因子、總定點因子、冠下直接輻射通量、冠下間接輻射通量、冠下總輻射通量。

利用spss 20.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到主成分因子的特征值和貢獻(xiàn)率，主成分1特征值6.769、貢獻(xiàn)率75.148%、累計貢獻(xiàn)率75.148%，主成分2特征值1.896、貢獻(xiàn)率21.071%、累計貢獻(xiàn)率96.220%；2個主成分特征值大于1，并且累計貢獻(xiàn)率達(dá)到了96.22%。由表4可見：林隙分?jǐn)?shù)、開度、葉面積指數(shù)、直接定點因子、總定點因子、冠下直接輻射、冠下總輻射通量，在第1主成分有很高的載荷，說明第1主成分基本反映了這些指標(biāo)的信息；間接定點因子、冠下間接輻射通量，在第2主成分中占有很大的載荷，說明第2主成分反映了這2個指標(biāo)的信息。所以，提取2個主成分是可以基本反映全部指標(biāo)的信息。

運用主成分分析法對冠層結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合評價時，得到綜合模型，模型中的各項系數(shù)即為各項指標(biāo)最終所占的權(quán)重，分別為0.289、0.284、0.278、0.293、0.196、0.282、0.265、0.237、0.293。根據(jù)各因子得分得到最終的綜合得分以及排名(見表5)。由表6可見：中等間伐強度為19.00%時綜合得分最高，其次為間伐強度20.86%、25.48%、27.85%、16.75%，低間伐強度3.42%、6.23%分別排在第17、第15，高間伐強度53.09%、56.51%、59.92%、67.25%分別排在第16、第18、第20、第13。

從綜合得分和排名可見：除了間伐強度59.92%，綜合得分低于對照樣地，其余均高于對照樣地，說明間伐極大地改善了冠層結(jié)構(gòu)和光分布合理性；中等間伐強度主成分分析的綜合得分都比較高，說明中等強度間伐后，林內(nèi)冠層結(jié)構(gòu)趨于合理，極大促進(jìn)了林分生長。

表4 因子載荷

表5 各試驗樣地綜合得分

4 結(jié)論與討論

通過不同強度的撫育間伐后，對大興安嶺地區(qū)興安落葉松林冠層結(jié)構(gòu)的分析，可以得到冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)中，林隙分?jǐn)?shù)變化范圍為3.148%～7.755%、開度變化范圍為3.52%～7.95%、葉面積指數(shù)變化范圍為4.92～7.42、直接定點因子變化范圍為0.039～0.076、間接定點因子的變化范圍為0.033～0.243、總定點因子變化范圍為0.078～0.178、冠下直接輻射通量變化范圍為1.021～1.881 mol·m-2·d-1、冠下間接輻射通量變化范圍為0.210～0.76 mol·m-2·d-1、冠下總輻射通量變化范圍為1.322～2.541 mol·m-2·d-1、平均葉傾角約為14.76°、冠層上方直接輻射通量約為40.99 mol·m-2·d-1、冠層上方間接輻射通量為6.15 mol·m-2·d-1、冠層上方總輻射通量約為47.14 mol·m-2·d-1。

在冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)中，林隙分?jǐn)?shù)與開度存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，與葉面積指數(shù)存在顯著的負(fù)相關(guān)性；林隙分?jǐn)?shù)與總定點因子以及冠下總輻射通量均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性，并且其相關(guān)程度不受間伐作業(yè)的干擾；說明間伐后林隙分?jǐn)?shù)的變化會引起其他冠層結(jié)構(gòu)指標(biāo)的變化，影響著冠層的光截獲能力。隨著間伐強度的增加，林分林隙分?jǐn)?shù)、開度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，葉面積指數(shù)變化趨勢為先增大后減小，并且不同間伐強度間差異性顯著。上述研究結(jié)果與高登濤[10]、李祥[19]的研究成果一致。在光環(huán)境特征上，不同間伐樣地間冠上光輻射通量沒有差別，說明間伐并不對冠層上方太陽輻射量產(chǎn)生影響；總定點因子，與冠層下方總輻射通量、冠層下方直接輻射通量呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性，而與間接定點因子、冠下間接輻射通量沒有顯著相關(guān)性，說明冠層下方接受到的光輻射主要為直射光。這一結(jié)果，與劉立鑫[20]對天然次生林冠層結(jié)構(gòu)及光照分布的研究成果一致。隨著間伐強度的增加，直接定點因子、總定點因子、冠下直接輻射通量、冠下總輻射通量，均呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢，并且不同間伐強度間存在顯著性差異。通過對間伐后平均葉傾角的分析，得出不同間伐強度下的葉傾角相差不大，并且其對冠層光截獲能力無明顯影響，原因主要是由于葉傾角的變化受樹種遺傳因素影響較大。在對消光特性的研究中，計算得到不同間伐強度下消光系數(shù)變化范圍為0.48～0.60，說明各間伐樣地林分生長穩(wěn)定。

應(yīng)用主成分分析對冠層結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，表明：中等間伐強度后冠層結(jié)構(gòu)和光分布更趨于合理化，19.00%間伐強度下?lián)嵊Ч罴?。其原因：適度的間伐使得林內(nèi)空間結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)分布趨于合理，郁閉度減小，透過上層林冠達(dá)到中下層的光合輻射量增加，促進(jìn)了林冠中下層葉片的生長，導(dǎo)致葉面積指數(shù)增加；這樣增加了林分密度，林分間隙也隨之減少，此時到達(dá)地面的太陽輻射通量減小，林隙分?jǐn)?shù)、開度、總定點因子、冠下總輻射通量都達(dá)到最小。隨著間伐強度的持續(xù)增大，林分變得稀疏，間伐后林木生長量遠(yuǎn)不及間伐時失去的生物量，因此林隙分?jǐn)?shù)和開度逐漸增加；此時中下層林冠所受光合照射達(dá)到飽和，冠層光截獲能力下降，更多的光輻射照射到林地中，總定點因子和冠下總輻射通量迅速增加，促進(jìn)了灌木層植物的生長[19]；養(yǎng)分的缺失以及不適宜的環(huán)境都會抑制葉片的生長，葉面積指數(shù)下降。

冠層的分析還只是進(jìn)行單一的結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究，對于冠層對林下植被、土壤等的影響的研究還是很少。有研究結(jié)果表明：采用強度為21%左右的中等強度撫育方式，對林地生物多樣性、土壤肥力、土壤呼吸情況均有促進(jìn)作用，有利于林分的生長[21]，將這些指標(biāo)與冠層相結(jié)合，分析冠層與林內(nèi)環(huán)境的相互影響，這將是今后研究的重點。

[1] 邱建麗，李意德，陳德祥，等.森林冠層結(jié)構(gòu)的生態(tài)學(xué)研究現(xiàn)狀與展望[J].廣東林業(yè)科技，2008，24(1)：75-82.

[2] FABIO P， ALESSANDRO P. A comparative analysis of image processing softwares to indirect estimation of leaf area index in forest ecosystems[J]. Folia Oecologica，2013，40(2)：225-236.

[3] 趙瑾.鮮黃梨3種不同樹形樹冠結(jié)構(gòu)特征與光照分布的研究[D].雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[4] HARDIMAN B S， BOHRER G， GOUGH C M， et al. The role of canopy structural complexity in wood net primary production of a maturing northern deciduous forest[J]. Ecology，2011，92(9)：1818-1827.

[5] OLIVAS P C， OBERBAUER S F， CLARK D B， et al. Comparison of direct and indirect methods for assessing leaf area index across a tropical rain forest landscape[J]. Agricultural and Forest Meteorology，2013，177：110-116.

[6] 張彥雷，康峰峰，韓海榮，等.太岳山油松人工林冠下光環(huán)境特征與冠層結(jié)構(gòu)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014，38(2)：169-174.

[8] KUPTZ D， GRAMS T E E， GüNTER S. Light acclimation of four native tree species in felling gaps within a tropical mountain rainforest[J]. Trees，2010，24(1)：117-127.

[9] 宋子煒，郭小平，代巍.公路綠化毛白楊群落光環(huán)境特征分析[J].水土保持通報，2008，28(4)：38-42.

[10] 高登濤，韓明玉，李丙智，等.冠層分析儀在蘋果樹冠結(jié)構(gòu)光學(xué)特性方面的研究[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2006，15(3)：166-170.

[11] 劉德文，馮志欣，李秋梅.大興安嶺地區(qū)四種典型土壤類型的養(yǎng)份分析[J].森林工程，2000，16(6)：9-10.

[12] BRIENEN R J W， ZUIDEMA P A， MARTINEZ-RAMOS M. Attaining the canopy in dry and moist tropical forests： strong differences in tree growth trajectories reflect variation in growing conditions[J]. Oecologia，2010，163(2)：485-496.

[14] 陳婷婷，賀康寧.黃土半干旱區(qū)不同密度人工白榆林消光特性研究[J].水土保持研究，2008，15(1)：209-211，215.

[15] 焦樹仁.科爾沁沙地針葉樹造林技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古林業(yè)科技，2001(3)：31-36.

[16] 祁紅彥，周廣勝，李榮平，等.玉米群體消光系數(shù)的動態(tài)變化及其模擬[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(29)：17826-17829.

[17] 劉曉東，朱春全，雷靜品，等.楊樹人工林冠層光合輻射分布的研究[J].林業(yè)科學(xué)，2000，36(3)：2-7.

[18] 李祥.撫育強度對興安落葉松林生長及光合作用的影響[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2015.

[19] 李祥，朱玉杰，董希斌.撫育采伐后興安落葉松的冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2015，43(2)：1-5.

[20] 劉立鑫.應(yīng)用冠層分析儀對天然次生林冠層結(jié)構(gòu)及光照分布的研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2009.

[21] 高明.基于撫育強度的大興安嶺用材林生態(tài)經(jīng)營模式研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2014.

Canopy Structure and Light Characters after Tending Felling in Daxing’an Mountains//

Zhang Tian, Zhu Yujie, Dong Xibin

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(10)：1-7.

Tending felling; Natural timber forest; Forest canopy structure； Forest light environment; Daxing’an Mountains

張?zhí)?，女?993年1月生，東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，博士研究生。E-mail：346168733@qq.com。

董希斌，東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，教授。E-mail：xibindong@sina.com。

2016年6月8日。

S753.7

1)林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201204509)。

責(zé)任編輯：張 玉。