劉桂紅　李爽

摘 要：該研究通過對河北省承德市桃山林場楊樺次生林間伐后林下光照特征的測量調查，研究了間伐后林下光照特征與撫育間伐強度關系，結果表明：撫育間伐對于楊樺次生林林下光照有明顯的增加效果。隨著撫育間伐強度的增加，林下光照呈正相關性，但當撫育間伐強度過高時，該相關性不明顯。在撫育間伐后的楊樺次生林地內，較強撫育間伐強度的林下光照異質性較為明顯。多樣性指數的變化主要取決于物種豐富度。

關鍵詞：撫育間伐；楊樺次生林；林下光照；間伐強度

中圖分類號 S79 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）12-0117-04

Abstract：Through the survey of light features of polar-birch secondary forest after thinning in Taoshan forest farm of Chengde City of Hebei Province， this paper studied the relationship between light characteristics and thinning intensity. The results showed that thinning for birch secondary forest light has a significant increase. With the increase of thinning intensity， understory light was positively correlated， but when the thinning intensity is high， the correlation is not obvious. In polar-birch secondary forest after thinning， light heterogeneity is more obvious with stronger thinning intensity. The diversity index varies mainly depending on species richness.

Key words：Thinning；Polar-birch secondary forest；Understory light；Thinning intensity

1 引言

在我國，次生林作為森林資源的主體[1]，占據近一半的森林總面積[2]。楊樺林為山楊（Populus davidiana Dode.）純林、白樺（Betula platyphylla Suk.）純林和山楊白樺混交林的統(tǒng)稱，為地帶性森林群落，由闊葉紅松林在外因作用下發(fā)生次生演替形成，處不穩(wěn)定狀態(tài)[3]。楊樺次生林是冀北山區(qū)主要的林分類型之一。目前楊樺次生林存在林分生長狀況較差、生態(tài)功能低下、生物多樣性低、病蟲害嚴重等一系列問題，不能充分發(fā)揮森林的功能[4]。光照作為植物生長、發(fā)育的必要條件之一，在其中起到至關重要的作用，其分布也影響著林分結構。林分結構為森林重要組成部分，與森林功能的實現有著重要聯系。而研究地桃山林場又存在著楊樺次生林下植被被亂伐亂牧的現象，對于身處灤河上游，起著水源涵養(yǎng)、水土保持作用的它來講，該問題的突出性較高。

森林撫育采伐是森林生態(tài)系統(tǒng)經營中人類作用于森林的主要措施，通過撫育采伐調整林分密度，改善環(huán)境條件，可產生使林分動態(tài)發(fā)生關鍵性改變的林隙（窗），大大促進了林木生長[5-7]。研究森林撫育采伐對林下更新及其環(huán)境的影響，是科學確定森林撫育措施的重要依據[8]。林隙的出現使地表光照增加，而光是影響植物生長和生存的諸多環(huán)境因子中最重要的限制因子之一，通過對林隙/林冠下光照狀況的觀測，分析其時空變化規(guī)律，能更好地理解自然更新過程[9]。雖然對于林下光照的重要性在大部分森林研究中都有提到，但對于天然次生林的眾多研究中，對于單獨分析林下光照這一因素的研究較少?；谝陨弦蛩?，筆者在河北省桃山林場對楊樺次生林間伐后的林下光照特征進行了研究。

2 研究地概況

研究地點位于河北省承德市圍場滿族蒙古族自治縣木蘭國有林場所屬的桃山林場。位置為東經116°21′37″～118°14′30″，北緯41°35′04″～42°40′14″。研究地點屬燕山余脈與陰山、大興安嶺山脈交界處，地勢西北高東南低，平均海拔1400m。該地區(qū)氣候屬中溫帶向寒溫帶過渡、半干旱半濕潤的大陸性季風型高原山地氣候，冬長夏短，四季分明，有晝夜溫差大的特征，年平均氣溫-1.4～4.7℃，極端最高氣溫38.9℃，極端最低氣溫-42.9℃，年均降水量380～560mm，主要集中在7—9月，無霜期67～128d，日照充足，年積溫2300℃，，年均蒸發(fā)量1462.9～1556.8mm。主要土壤類型多為沙壤土。桃山林場總經營面積1.58hm2，森林覆蓋率達81.5%，優(yōu)勢樹種為樺樹、華北落葉松、柞樹，天然次生林主要有楊樺次生林與蒙古櫟次生林兩種。喬木樹種以白樺（Betula platyphylla）、山楊（Populus davidiana）為主，樹下有大葉小檗（Berberis amurensis）、金花忍冬（Lonicera chrysantha）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、毛榛（Corylus mandshurica Maxim.）等灌木。草本植物主要以披針苔草（Carex lanceolata）為主，其他的還有異花假繁縷（Pseudostellaria heterantha Pax）、紫斑風鈴草（Campanula punctata Lam.）、早熟禾（Nymphaea tetragona）、唐松草（Thalictrum aquilegifolium）等。

3 研究方法

3.1 標準地的設置及標準 2012年7月，于圍場縣木蘭國有林場桃山林場選取有代表性的楊樺次生林進行實地調查，樣地內的群落密度為1168株/hm2，林齡44a，郁閉度0.85，設置6塊標準地，都為50m×50m的標準地，其中1號地、3號地、5號地進行撫育間伐，而2號地、4號地、6號地為對照。對于3塊進行撫育間伐的樣地分別進行強度、中度與弱度的撫育間伐，另外三塊對照不做任何處理。撫育樣地采取的上層疏伐，對徑階10cm以上的喬木進行撫育間伐，強度撫育間伐為上層保留225株/hm2，中度撫育間伐為上層保留450株/hm2，弱度撫育間伐為上層保留675株/hm2。各標準地的情況如表1所示

3.2 樣地拍照 將每塊標準地分成若干個10m×10m的小樣方，并于各小樣方4個頂點處分別拍照，拍照所使用的是裝有魚眼鏡頭的數碼照相機，照相機鏡頭水平向上，機身上部向北以便照片處理時分辨方向，相機鏡頭高度與草本層層高平齊，拍攝2張光照狀況照片，拍攝天氣應選取光照不強的無云日、云朵厚度及分布皆均勻的天空或陰天無云日，以防嫩葉及白色樹干反光對分析產生的干擾；拍照同時需做好照片筆錄，以便后期處理。

3.3 照片處理及數據處理分析

3.3.1 照片處理 本次拍照共拍取914張照片，選取其中228張進行處理分析。由于所測區(qū)屬光照充足區(qū)域，用HemiView半球影像分析系統(tǒng)直接進行分析會產生誤差，所以在用HemiView半球影像分析系統(tǒng)進行分析之前用PhotoShop軟件對反光的葉片、地被植物及樹干部分進行色差校準：將當前照片大部分可見天空的顏色進行采取，用于對可見部分比遮蔽部分還要灰暗處的色差調整，以及將當前照片正常顯示遮蔽的葉片或樹干的顏色進行采取，用于對反光樹葉、反光樹干處的色差補償。處理完成后留于HemiView半球影像分析系統(tǒng)進行分析。本次在樣地所拍攝照片采用HemiView半球影像分析系統(tǒng)進行處理，通過HemiView半球影響分析系統(tǒng)對全天空照片進行分析，可以得到各高度的光照量、光照系數以及全年光照分布等。此方法較于人工單獨進行光照測量省時省力，同時分析較為準確，避免了人為大量測量可能帶來的誤差，可以提供更精準的所需數據。數據輸出時做好備注，以便進行比較分析。

3.3.2 數據處理分析 對于每張照片處理出來的TotBe（林冠下光照透射總量）值按照每500MJ·m-2·yr-1一個量級進行每塊地的單獨分類整理，即[0，500），[500，1000），[1000，1500），[1500，2000），[2000，2500），[2500，3000），[3000，3500），[3500，4000）幾個量級區(qū)間，通過以此對數據的分組，便于數據的更直觀理解光照在各個樣地內的分布情況。同時對于個樣地的可見天空比、散射輻射位置因子、直射輻射位置因子、總輻射位置因子、冠下直射光照、冠下散射光照、冠下總光照等參數進行求平均以及標準差的計算。

4 結果與分析

4.1 撫育間伐對林下光照影響 照片處理的結果與分類進行分析的數據如表2所示。如表2所示，無論是何等強度的撫育間伐，從各項光照指數上來看，都表現出撫育間伐對增加林下光照有顯著效果。林下全天空系數的增加的同時，林下的光照的直射通量、光照的散射通量以及光照的總通量也明顯升高。通過對多種指數的分析研究表明，GSF（總輻射位置因子）指數作為代表撫育間伐后林下的光照指數對后面進一步的研究分析有著較好的支持。

4.2 林下光照與撫育間伐強度的相關性 通過表2的數據顯示，光照指數隨著撫育間伐強度的增加而表現出正相關關系，同時如下表3數據所示光照的樹冠下散射量、樹冠下直射量及樹冠下光照總量表現出光照指數隨撫育間伐強度的正相關性，不過弱度撫育間伐與中度撫育間伐的光照量增量較為明顯，顯示出撫育間伐強度的差異，但強度撫育間伐與中度撫育間伐的光照量數值變化不大，很是接近，并不能很直觀的表現出光照與撫育強度間的明顯關系，其顯示關系很可能是因為當全天空指數達到一定值的時候，冠下光照量不再隨著其增加而增加，同時坡度的差異值也可能導致該現象的發(fā)生。

4.3 撫育間伐后的光照異質性 同過標準差的計算顯示各樣地的光照特征，TobBe（冠下總光照）標準差（表2）與GSF（總輻射位置因子）標準差（表1）及下列柱狀圖（圖1～圖6）顯示，3號地、5號地較之2號地、4號地、6號地雖然光照量級有所增加，但同2號地、4號地、6號地3塊未做處理的對照地一樣光照量級較為集中，即樣地內林下光照分布較為均勻，而1號地TobBe（冠下總光照）標準差為1018.21MJ·m-2·yr-1、GSF（總輻射位置因子）標準差為0.1233，皆遠高于其他5塊樣地的GSF（總輻射位置因子）標準差及TobBe（冠下總光照）標準差，1號地內光照量級分布呈現異質性表現，其量級分布呈現為雙峰式分布，且量級分布的閾值也較大，同時拍照時期處于8月份，由圖7可知，拍攝照片時日照充足，不屬于日照不足引起分析誤差。很可能屬于撫育間伐強度過強時，間伐空隙的光照量與保留木下的光照量差異較大導致的光照異質性。

5 結論與討論

根據圖片處理分析的結果顯示出，無論是什么強度的撫育間伐，對于楊樺次生林林下的光照都有明顯的增加光照的效果，光照指數的各項指標，無論是散射輻射位置因子、直射輻射位置因子、總輻射位置因子，還是全天空指數、冠下直射光照量、冠下散射光照量、冠下光照總量都有不同程度的增加，表現出明顯的正相關性。結合分析可推測出，對于楊樺次生林的撫育間伐對其林下光照量有顯著的提高。

通過對不同撫育間伐強度間光照各指數及林下光照量之間的比較可以發(fā)現，對于中度、弱度撫育間伐與對照相比，撫育間伐強度與林下光照量顯示出明顯的正相關性，中度撫育間伐較于弱度撫育間伐林下光照有明顯的增加，但強度撫育間伐較于中度撫育間伐的林下光照量增長不明顯，表現為基本無增加。對于強度撫育間伐對中度撫育間伐的林下光照量增長趨勢的趨于緩和，可能的影響因素有：強度撫育間伐處理的樣地較于中度撫育間伐的坡度較緩，且坡向向北，林冠層對于光照的攔截效果增加，影響撫育間伐后林下光照的程度較強。同時當撫育間伐強度達到某一強度后，撫育間伐強度的增加對于林下光照量的增加的影響基本消除，此時林下光照直射量、散射量及光照總量只受大氣等因素影響，而撫育間伐強度轉而變成次要因素。

而對于強度撫育間伐的1號地產生的異于其他樣地的林下光照異質性現象，根據對1號地各個照相分析點各自單獨的冠下光照總量比較分析，其林下光照量級分布表現出樣帶性，根據數據分析很可能育1號地坡下區(qū)域臨近居民放牧區(qū)，日常監(jiān)管的疏漏使放牧有可能影響坡下部分的灌木生長發(fā)育。

在黃傳響等對長白山云冷杉針闊混交林林隙夏季光照特征研究里表明小林隙受面積因素影響，其光照強度及異質性程度明顯低于大林隙[10]。而撫育間伐強度的增加就對林隙增大有直接的作用效果，因此此次調查結果也印證了撫育間伐強度增加的同時也會使林下光照異質性增加，但對于撫育間伐強度增加到某一強度時可能對林下光照的影響較小的情況，在玲繼華，王麗，張鴻景對木蘭林管局白樺次生林經營的建議里講到，白樺次生林作為木蘭林管局的主要林分類型，應在生態(tài)公益林和商品林基礎上，以發(fā)揮森林的生態(tài)防護功能為主，兼顧木材生產的原則，根據立地條件、主體功能和林分特點劃分適宜的經營類型，其中生態(tài)公益林以封育為主，商品林以低強度撫育為主[11]。由于研究的為楊樺次生林撫育間伐后單一因素的特征，而就林下光照特征這一單一因素來講，過高撫育間伐強度帶來的增益效果也并不明顯，但過高撫育間伐強度對其他林下因素的影響本次研究并未做出探討，顧目前結果來看不宜采取過高強度的撫育間伐，而應采取較為適中的撫育間伐強度。

森林的可持續(xù)經營管理需要科學的依據支持，應對各個因素應該逐個進行探討研究再進行綜合性研究，以提供更可靠的科學依據。本次研究雖對林下光照這一單一因素進行較為全面研究，但還是難以脫離來自其他因素的干擾影響，同時對于楊樺次生林的撫育間伐的連年監(jiān)測應該繼續(xù)，以提供更多更可靠的數據。

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