造林密度对6年生杉木幼林生长及林下光环境的影响

[目的]探究造林密度对6年生杉木幼林生长、冠层结构及林下植被生物量的影响,为杉木人工林高效培育提供依据。[方法]以不同造林密度(833、1667、2500、3333和6667株·hm^(-2))6年生杉木‘洋020’无性系幼林为研究对象,测定其生长情况、林分冠层结构及林下植被生物量,并进行相关性分析。[结果]杉木幼林平均胸径、树高及林下植被生物量随造林密度增大总体呈先升高后下降的趋势,3333株·hm^(-2)林分平均胸径、树高、冠幅最大,而1667株·hm^(-2)林分林下植被生物量则最大;随着造林密度增大,杉木幼林叶面积指数(LAI)逐渐增大、天空开度(DIFN)逐渐减小。相关性分析表明,杉木幼林造林密度与LAI呈极显著正相关(P<0.01),而与DIFN、林下植被生物量呈极显著负相关。[结论]造林密度为1667、2500、3333株·hm^(-2)时,6年生杉木幼林林分生长、林下光环境及林下植被生长综合状况较好。

不同马尾松林下光环境中油茶叶片和光合特征比较及其与主要环境因子的相关性

以光下无遮挡处为对照(光照强度1719μmol·m^(-2)·s^(-1)),对马尾松(Pinus massoniana Lamb.)林缘(光照强度859μmol·m^(-2)·s^(-1))和林内(光照强度181μmol·m^(-2)·s^(-1))10年生油茶(Camellia oleifera Abel)的叶片和光合特征进行研究,对3种林下光环境中气温、空气水汽压亏缺和光合有效辐射的日变化进行比较,并对油茶叶片和光合特征指标与上述3个主要环境因子的相关性进行分析。结果表明:林缘油茶叶片的面积、周长、厚度、比叶面积、气孔密度和叶绿素含量均最高,且基本上显著(P<0.05)高于林内和对照,但气孔面积却显著低于林内和对照。在光合有效辐射为300~1800μmol·m^(-2)·s^(-1)时,林缘油茶叶片的净光合速率也明显高于林内和对照。供试3种林下光环境中,油茶叶片的最大净光合速率、表观量子效率、光饱和点和暗呼吸速率均在林缘最高、在林内最低,而光补偿点则在对照最高、在林内最低,且这5个指标在不同林下光环境间差异显著。从油菜叶片光合参数的日变化看,林内油茶叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率在多数时刻最低,且3种林下光环境中这些指标的日变化趋势各异;3种林下光环境中油茶叶片胞间CO_(2)浓度和气孔限制值在不同时刻无明显规律,且其日变化趋势恰好相反。3种林下光环境中气温、空气水汽压亏缺和光合有效辐射的日变化总体上表现为先升高后降低的趋势。相关性分析结果表明:油茶叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔限制值与3个主要环境因子均呈显著或极显著正相关,其胞间CO_(2)浓度和水分利用效率基本上与3个主要环境因子呈显著或极显著负相关,另外,比叶面积和气孔面积与光合有效辐射呈极显著正相关。综上所述,马尾松林缘油茶的叶片生长较好且光合能力较强。

森林光环境对4种天然灌木的光合作用和形态的影响

以山西管涔山林区常见4种灌木三裂绣线菊、二色胡枝子、黄刺玫和虎榛子成年植株为材料,在10%～20%,30%～50%2种林下透光率和林外100%全光照3种光环境中,监测其光合特性、叶绿素含量等生理指标与比叶面积、叶面积比等形态以及生物量分配指标。结果表明:在林下10%～20%相对光强环境中,三裂绣线菊成年植株对低光环境的生理生态响应较小,其光合、叶绿素a含量、形态和大部分生物量分配特性与全光环境下生长的成年植株相同,且分配到茎的生物量减少,仅表观量子效率和叶绿素b含量显著高于中光(30%～50%)和全光环境植株。二色胡枝子成年植株对低光环境的的生理生态响应同样有限,其光合特性、叶面积比、叶重比和冠根比与全光下相同,且茎生物量分配减少,仅叶绿素b含量、比叶面积和根重比增加。与之相反,黄刺玫和虎榛子成年植株相对较强地响应了林下光环境,其最大净光合速率、光饱和点均在10%～20%光环境中下降,叶绿素a,b含量升高,根生物量分配减少,茎和地上部分生物量分配增加。另外黄刺玫的表观量子效率显著降低,而虎榛子的比叶面积和叶面积比显著增大。在表型可塑性上,黄刺玫和虎榛子的形态可塑性高于三裂绣线菊,但生理可塑性相似。这一结果支持形态可塑性与植物耐阴能力相关的假说,但不支持生理可塑性与高光环境适应性间的关系。这4种天然灌木成年植株在不同光环境下表现出的生理生态响应差异和表型可塑性特点将会显著影响它们在适生区域内不同森林群落中的地位,因此森林生态系统的恢复和保护实践中需要考虑灌木树种的光响应特征。

森林光环境对4种乔木幼树光合和光谱反射特性的影响

在林窗、林缘、林下3种自然光环境下,对吉林蛟河阔叶红松林常见树种拧筋槭、白牛槭、色木槭和红松的光合和光谱特性进行对比研究,以期从生理生态角度探讨它们对自然光环境的适应能力和响应机制。结果表明:4种乔木幼树叶片的光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)随着生长环境光强的下降而减小,林下各树种幼树LSP和LCP显著低于林窗内幼树(P<0.05);除白牛槭外林下其他树种最大净光合效率(P_(nmax))均显著小于林窗内幼树(P<0.05);不同树种幼树表观量子效率(AQY)和暗呼吸速率(R_(d))随光环境的变化并没有出现明显的变化规律,各环境间差异较小。除白牛槭外,其他树种幼树叶绿素归一化指数(Chl NDI)随环境光强的减少而增大,林下树种的光化学反射指数(PRI)普遍高于光条件更好环境下树种,说明林下幼树叶片叶绿素含量和光合速率大于其他光环境;各树种植物叶片水分指数(WI)在不同光环境之间存在显著差异,环境光强越大植物叶片WI越小,植物叶片水分浓度越小。林缘下3种槭属幼树结构不敏感植被光谱指数(SIPI)显著小于其他光环境(P<0.05),说明林缘下幼树受到相对较小的环境胁迫。林窗内,红松具有最高的LCP、LSP、P_(nmax)、R_(d)和PRI,说明红松具有较高的光合潜力,更加适应高光生长环境,3种槭属中,白牛槭拥有最高的Chl NDI和PRI值,表现出较好的适应性,说明红松和白牛槭能在林窗环境内较好更新并逐步占据林冠层。

光环境差异对杉木幼林林下植被多样性及根系种间竞争的影响

为了解光环境变化与林下植被多样性、根系竞争的相关关系,以5年生不同造林密度(833、2500、6667株/hm2)杉木幼林为研究对象,测定分析林内光环境、林下植被多样性变化和根系竞争关系,探究造林密度引起的光环境差异对林下植被组成及根系竞争的影响。结果表明:造林密度增大显著影响林内光环境,833、2500、6667株/hm^(2)密度冠下总辐射分别为77.82、31.94、14.03μmol/(m^(2)·s),林下总照度分别为5893.13、1130.7、761.5 Lx。草本层Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数随密度增加呈先增后降的规律;灌木层Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数随造林密度的增大而下降。随密度的增大,杉木细根生物量与杉木根系竞争指数均逐渐增加,而林下植被生物量及其根系竞争指数逐渐下降。光环境相关指标与灌木层Pielou均匀度指数、草本层Simpson优势度指数呈显著正相关,与杉木根系竞争指数呈显著负相关,与林下植被根系竞争呈极显著正相关。因此,造林密度变化显著影响林内光环境,光环境相关指标随着造林密度增加而降低,造成杉木幼林林下植被生物量降低并影响林下植被多样性变化,并增强了杉木的根系竞争能力。综合杉木的生长状况,2500株/hm2为杉木适宜的造林密度更适合构建优质杉木人工林。

间伐对红松Pinus koraiensis针阔混交林冠层结构及林下植被的影响

为揭示不同间伐强度对冠层结构、林下光环境及林下植被生长和更新的影响,以红松针阔混交林为研究对象,利用Winscanopy 2010a冠层分析仪对中度、强度间伐及对照林分的冠层结构及光学特性进行测定,同时采用典型样地调查法,对林下灌木层和草本层的更新及多样性进行调查,分析间伐后林分的冠层结构及光环境特征,运用相关分析法对冠层结构和林下植被多样性的相关性进行分析。结果表明:间伐显著改变了红松针阔混交林的冠层结构,改善了林下光环境,与对照相比,中度(38%)、强度(48%)间伐林分的叶面积指数分别为对照的65.11%和71.7%,开阔度分别比对照增加205%和249%,林下总辐射分别为对照的2倍和5倍。冠层结构对林下光环境的影响较大,林冠开阔度与林下直射光、散射光和林下总辐射量呈极显著正相关(p<0.01),叶面积指数与林下散射光、林下总辐射呈极显著(p<0.01)和显著(p<0.05)负相关;间伐有利于林下阔叶树种更新,中、强度间伐林下幼苗的个体密度、基径、树高显著高于对照(p<0.05),且表现为随着间伐强度的增强而增强的趋势;林下光环境对林下植被多样性影响较大,灌木层的物种多样性指数与林下总辐射呈显著负相关(p<0.05),草本层多样性指数、丰富度指数与冠层开阔度呈显著正相关(p<0.05)。间伐改善了红松针阔混交林的林下光环境,有利于林下阔叶树种的更新,对林下植被多样性具有较大的影响。

间伐对栓皮栎人工林林下荆条根茎叶主要功能性状的影响

【目的】研究间伐对栓皮栎Quercus variabilis人工林林下荆条Vitex negundo var. heterophylla根、茎、叶功能性状的影响,为人工林林分结构优化和林下幼苗更新保护提供理论基础。【方法】以间伐后3 a栓皮栎人工林灌木层荆条为研究对象,比较其叶面积、比叶面积、叶干物质质量分数、茎干物质质量分数、总根长、比根长等结构性状,以及植株各器官全氮、全磷、全钾和总有机碳质量分数等化学性状的差异性,研究植物功能性状与林下光环境及土壤理化特征的关系。【结果】间伐后荆条地上部分植物功能性状指标(叶总有机碳、叶面积、比叶面积、叶有机氮、茎总有机碳)和地下部分植物功能性状指标(总根长、根体积、根生物量、根总有机碳)均显著高于对照样地(P<0.05)。相关和逐步回归分析结果表明:林下散射辐射是影响荆条叶结构性状的主要因子,林下直射辐射通量、光合有效辐射和太阳总辐射时间是影响叶化学性状的关键因子,茎功能性状主要受林下直射辐射和散射辐射的共同作用。总根长、比根长和根有机碳与土壤非毛管孔隙度、土壤总孔隙度、土壤有机碳和土壤全氮存在显著相关(P<0.05),其中,土壤有机质是影响荆条根功能性状的关键因子。【结论】间伐能显著促进栓皮栎人工林下荆条叶和根功能性状的发育,对茎功能性状的影响较弱。

次生常绿阔叶林群落林冠结构对林下植被的影响

采用经典群落学调查方法和半球面影像技术,以珠江三角洲城郊次生常绿阔叶林群落为研究对象,运用聚类分析、非参数检验(Kruskal-Wallis test),指示种分析(ISA)和典范对应分析(CCA)等方法,定量研究次生常绿阔叶林群落林冠结构对林下植被的影响。主要结果如下:①次生常绿阔叶林林冠结构和林下光环境各参数沿林冠梯度变化表现不一。立木密度和平均胸径沿林冠梯度差异极显著(P<0.001),林下直射光、林下散射光和林下总光照沿林冠梯度差异显著(P<0.05)。②林下植被物种丰富,物种数、平均树高和总盖度沿林冠梯度差异显著(P<0.05)。林冠梯度2的林下植被物种最多,但群落平均高度和总盖度皆以林冠梯度3最大。③林下植物对不同林冠结构和林下光照参数的响应不一。水锦树Wendlandia uvariifolia和绿冬青Ilex viridis同为林下直射光和林下总光照的指示种。④典范对应分析(CCA)揭示,林冠结构以及林下光环境共同影响林下植被的物种分布,扇叶铁线蕨Adiantum flabellulatum,乌毛蕨Blechnum orientale,芒萁Dicranopteris dichotoma和狗脊Woodwardia japonica等蕨类植物均分布在林下光环境较弱的区域,油茶Camellia oleifera和锡叶藤Tetracera sarmentosa等喜阳植物则分布在林下光环境较强的区域,而木荷Schima superba和腺点紫金牛Ardisia lindleyana等中性植物受林冠层立木的高度和胸径的影响更大。不同林冠梯度下的林下植被物种组成因林下光照强弱而不同,对次生常绿阔叶林木本植物影响最大的林下光环境指标是林下总光照和林下散射光。

间伐强度对长白落叶松人工林冠层结构和草本物种多样性的影响

以吉林省临江林业局长白落叶松人工林为研究对象,分析不同林分蓄积、间伐强度、冠层结构和林下光环境对草本物种组成及物种多样性的影响。结果表明:随着间伐强度的增加,叶面积指数显著降低,冠层开度显著升高。各处理与对照相比,草本植物重要值大于1%的物种分别增多了12.50%、56.25%和50.00%,35%间伐强度的处理草本物种多样性最高。林下光辐射指标与叶面积指数呈显著负相关(P<0.05),与冠层开度呈显著正相关(P<0.05);Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数与叶面积指数呈显著负相关(P<0.05)。间伐能明显增加长白落叶松人工林下草本物种多样性,建议间伐强度不宜超过35%。

不同冠层结构下的植物生长型与生活型特征

为了探明森林群落冠层结构、光环境特性与林下植被生长型和生活型的关系,采用经典群落学调查方法和半球面影像技术,定量研究了在林下、林隙边缘和林隙中心这3种冠层结构下,植物生长型和生活型的数量特征及其对不同冠层结构参数的响应。结果表明:(1)不同冠层结构下,乔木和灌木的优势地位明显,草本与藤本在林下的生长优势最弱,而蕨类最适于在林隙边缘生长;不同冠层结构下的植物生活型均表现为先增后减,说明林隙边缘的生活环境更适合植物群落的生长。(2)Kruskal-Wallis分析表明,草本和灌木,以及小高位芽、矮高位芽和地上芽植物在不同冠层结构间存在显著差异(P<0.05)。(3)CCA排序表明不同生长型和生活型植物对冠层结构参数的响应不一致。在林下和林隙中心,物种分布受到林冠开度、叶面积指数、林下直射光、散射光和总光照这5个冠层结构参数的影响;而在林隙边缘,物种分布只与林冠开度、叶面积指数和林下散射光有关。

华北落叶松人工林不同林隙径高比下冠层特征及其对幼苗幼树生长的影响

为明确关帝山华北落叶松人工林林隙径高比现状,探究不同等级林隙径高比的冠层结构、光照因子及其对林隙下更新的幼苗幼树生长的影响,本研究划分I(0.1~0.4)、II(0.4~0.7)、III(0.7~1.0)、IV(1.0~1.3)和V(1.3~1.6)5个林隙等级,分析不同林隙等级下冠层结构和光照因子的变化规律、冠层结构与光照因子之间的相关性、对幼苗幼树更新密度和生长指标的影响以及冠层结构和光照因子对幼苗幼树的相关性。结果表明:华北落叶松林隙径高比结构范围大致分布在0.17~1.52,在0.4~0.7范围内林隙数量最多;林冠开阔度(CO)、直接辐射(Ttdr)、散射辐射(Ttdf)和总辐射(Ttot)随林隙径高比等级的增大呈现逐渐升高的趋势,而叶面积指数(LAI)随林隙等级增大呈现逐渐下降的趋势,在相同径高比等级下服从总辐射>散射辐射>直接辐射的规律;华北落叶松幼苗在I级生长指标最大(平均地径为2.40 cm、平均高为2.69 m),幼树在林内(CK)时生长指标最大(平均地径为4.15 cm、平均树高为5.04 m),在V级时次之(平均地径为3.41 cm、平均高为3.34 m);云杉幼苗幼树在IV级生长指标最大(幼苗平均地径为1.31 cm、平均高为0.47 m;幼树平均地径为4.03 cm、平均高为2.89 m)。研究表明,林隙径高比结构处于V级时冠层结构及光照环境条件最好,处于I、V和IV级能够为华北落叶松林隙下幼苗幼树的建立营造良好的生存环境。