森林冠层结构与功能及其时空变化研究进展
具有代表性的森林生态系统的结构与功能研究
具有代表性的森林生态系统的结构与功能研究森林生态系统是地球上最重要的生态系统之一，它与人类的生存与发展有着密切的联系和互动。
具有代表性的森林生态系统的结构与功能研究，有助于深入了解这些生态系统的特点和演化规律，为其保护和利用提供科学依据。
一、典型森林生态系统的结构典型森林生态系统由植物、土壤、水分、动物等多种因素组成。
其中，植物是森林生态系统的主体，其构成了生态系统的植被层次。
不同的森林类型其植物群落特征各异，但总体上可分为四层：冠层、亚冠层、灌木层和草本层。
1. 冠层：这是森林生态系统中最高的层次，在竖直空间上覆盖了80%以上的森林面积。
冠层由很多种大型树木组成，其高度一般在20米以上，具有形态各异、层次分明和寿命长等特点。
冠层对森林生态系统的影响最大，其树种的物种多样性、数量和分布等对森林生态系统的生物多样性、景观特征和生态功能有着至关重要的影响。
2. 亚冠层：这是指森林植被中高度在6-20米的小树和大乔木之间的一层。
它与冠层遮荫联合，抵抗非生物和生物因素对森林生态系统的优势。
亚冠层的树种种类较少，而且个体生长较慢，生命力不够强，它们主要起到了增加森林植被的立体层次，使森林看起来更加丰富的作用。
3. 灌木层：它由灌木、低矮乔木和藤本植物组成，高度通常在1-3米之间。
灌木层的分布范围比亚冠层更广，它对于森林生态系统的保水保土保肥等方面起着重要作用。
4. 草本层：草本层是地面的一层，由各类禾本科、菊科、金粟兰科、兰科等植物组成。
它为森林生态系统提供了一种纤维层次，增加了森林的层次感，同时也提供了一定的营养物质。
二、典型森林生态系统的功能森林生态系统具有多种生态功能，其中，气候调节、水土保持和生物资源维持是其最重要的三种功能。
1. 气候调节功能：森林生态系统通过吸收二氧化碳，释放氧气，抑制温室气体的增加，对气候和环境的调节作用非常重要。
此外，森林可阻挡风沙、限制沙漠的向外扩散，也对气候的变化发挥着重要作用。
近30年西双版纳热带雨林群落冠层组成与结构的动态变化
ng
1
1
2
1
(
1Co
l
l
egeof Fo
r
e
s
t
ry,
Sou
t
hwe
s
tFo
r
e
s
t
ry Un
i
ve
r
s
i
t
Kunmi
ng,
Yunnan 650224,
Ch
i
na;
y,
2In
s
t
i
t
u
t
eof Fo
r
e
s
tRe
s
our
c
eIn
o
rma
t
i
onTe
chn
i
s,
Ch
i
ne
s
eAcademyof Fo
功能 及 演 变,开 展 森 林 林 冠 层 研 究 对 预 测 森 林 的 演
变及揭示物种多样性形成机制等具有重要意义
。
[
1
2]
热带雨林是地球上生物多样性最丰富的生态系统类
型,西双版纳保 存 着 以 龙 脑 香 科 (
Di
t
e
r
o
c
a
r
c
e
a
e)
p
pa
乔木 望 天 树 (
Para
s
ho
r
each
i
i
t
edandnewl
t
e
r
eda
rbo
r
swe
r
er
a
r
espe
森林生态系统的结构与功能
森林生态系统的结构与功能森林生态系统是地球上最为复杂和多样化的生态系统之一，其结构和功能对于维持地球的生态平衡具有重要作用。
本文将探讨森林生态系统的结构和功能，并对其重要性进行阐述。
一、森林结构森林结构指的是森林内各种生物的组织和分布方式。
森林由不同的层次组成，包括森林冠层、亚冠层、灌木层和地被层。
1. 森林冠层：森林冠层由最高的树木组成，其主要作用是吸收光能和二氧化碳，进行光合作用。
冠层的树木通常具有高大的身材和密集的枝叶，形成了森林的天顶。
2. 森林亚冠层：亚冠层位于冠层之下，由较矮的树木和藤蔓植物组成。
亚冠层能够充分利用冠层透过来的光线，继续进行光合作用。
3. 森林灌木层：灌木层主要由灌木和低矮的树木组成，通常位于森林底层。
灌木层提供了森林生态系统的多样性，为多种动物提供了栖息地。
4. 森林地被层：地被层位于土壤表面，由蕨类、草本植物和苔藓等组成。
地被层能够保护土壤，减少水土流失，并且为森林提供了养分循环的重要环节。
二、森林功能森林不仅是地球上最重要的碳汇之一，还具有一系列其他的功能，包括气候调节、水源涵养、生物多样性保护和土壤保持。
1. 气候调节：森林通过吸收大量的二氧化碳，帮助减缓温室效应和气候变化。
森林的蒸腾作用还能够降低气温、增加降水量，并且减少洪水和干旱的发生。
2. 水源涵养：森林的植被和树木根系能够吸收降雨水分，并将其储存于土壤中。
这些储存的水分逐渐释放，维持了河流和水域的稳定水量，为人类提供了可靠的水资源。
3. 生物多样性保护：森林是众多植物和动物的栖息地，为生物多样性的保护起到了重要作用。
森林提供了丰富的食物链和生态链，维持了生物多样性的稳定。
4. 土壤保持：森林的植被和树木根系能够保持土壤的结构稳定，减少水土流失。
森林的凋落物能够降解为有机物，为土壤提供养分和保持其肥力。
三、森林生态系统的重要性森林生态系统的结构和功能对于地球生态平衡的维持至关重要。
森林通过吸收二氧化碳和释放氧气，对抗温室效应，减缓气候变化。
森林冠层结构的生态学研究现状与展望-林业与环境科学
森林冠层结构的生态学研究现状与展望3邱建丽 李意德 陈德祥 骆土寿(中国林业科学研究院热带林业研究所 广州 510520)摘要 林冠是树木光合作用的主要层次,林冠结构造成的林下光环境差异对于植物的生长和群落的更新演替有着重要的生态学意义。
冠层结构的重要作用已引起全球生态学家的高度重视,国际科学界已举行了三届国际冠层大会,认为合作并发展全球冠层研究计划是必须的。
文章较系统地介绍了国内外冠层结构、林内环境、林下植被组成及土壤环境之间的一系列相互关系的研究进展,并将近年来有关森林冠层结构最新研究方法作简单介绍,为今后的同类研究提供参考。
关键词 冠层结构 叶面积指数 天空开度 叶倾角 林下植被 土壤有机碳中图分类号:S718.5 文献标识码:A 文章编号:1006-4427(2008)01-0075-08The Resea r ch P r ogr ess an d the S i gn i f i canceof Canopy S tr uctur e i n For est EcologyQ iu J ianli L i Yide Chen D exiang Luo Tushou(R esea rch I nstitute of Tropical Fore stry,CAF,Guangzh ou,510520)Ab stra ct Light conditions a r e very i mportant deter m inant of f or e st understor y vegetati on pa tte r n.F orest canopy struc tur e is the m ain photosynthetic layer and deter m ined light status of the unde rst ory.I t is a consensus in for est ecol ogy tha t understor y light p lays a p r o m inent r ole in the gr owth of the p lant and affected the successi on of the f orest c ommunity.I nte r na tiona l scientists conside r ed it is nece ssary to devel op and co2operate the p lan of the canopy study in the world.The i mportance of the canopy study has attracted ecol ogist’s high attenti on.This pa pe r tries t o expatiate on the study of the correlation of the canopy str ucture,understory light,unde rst ory floristic compo2 siti on and s oil envir onment which have been m ade in this fie ld,and si mply intr oduces the late st study me thods on canopy,with the ai m of p r oviding inf or m ati on f or sa m e research.Key words f orest canopy structure,Leaf A rea I ndex,D iff use Non2interceptance,Mean Tilt Angle,un2 dergr owth,S OC森林是地球表面上生物量最为庞大的植被类型,林冠是树木的主要光合层次,是接受太阳能的主体,冠层结构的特征在一定程度上决定了森林生态系统的能流过程和强度[1]。
森林冠层高度的遥感估算：进展、挑战与未来方向
森林冠层高度的遥感估算：进展、挑战与未来方向在地球的陆地生态系统中，森林扮演着至关重要的角色。
森林冠层高度作为描述森林结构的关键参数之一，对于理解和监测森林生态系统的功能和健康状态至关重要。
近年来，随着遥感技术的发展，如何利用遥感数据高效、准确地获取森林冠层高度信息，已成为林业研究和森林管理中的热点问题。
遥感技术在森林监测中的应用遥感技术通过不同的传感器和平台，提供了一种大范围、快速获取森林信息的手段。
从早期的光学影像到现在的激光雷达（LiDAR）技术，遥感技术在森林监测中的应用不断深化。
光学影像由于受大气条件和季节变化的影响较大，往往难以获取森林的垂直结构信息。
而LiDAR技术能够穿透森林冠层，获取更为精确的森林高度和生物量信息。
LiDAR技术：穿透森林的“激光眼”LiDAR技术通过发射激光脉冲并接收其反射回来的信号，计算地面和植被的高度信息。
这项技术在森林垂直结构监测中显示出了巨大潜力。
然而，LiDAR数据的获取成本较高，且数据处理复杂，这限制了其在更大范围森林监测中的应用。
地理统计学：森林监测的得力助手为了克服LiDAR数据成本高和覆盖范围有限的问题，研究者们开始尝试将地理统计学方法与遥感数据相结合，以提高森林监测的效率和精度。
回归克里金（Regression Kriging, RK）技术就是其中一种有效的手段。
通过将遥感数据与地面实测数据相结合，RK技术能够在考虑空间自相关性的基础上，对森林冠层高度进行更为准确的估算。
森林冠层高度的不确定性量化在进行森林冠层高度估算时，不确定性的量化同样重要。
这不仅涉及到模型本身的精度，还包括数据采集、处理过程中的各种误差。
通过对不确定性的评估，可以更好地理解模型的可靠性，为森林管理提供更科学的决策支持。
未来展望：技术融合与智能化随着技术的不断进步，未来森林监测将朝着技术融合和智能化的方向发展。
无人机（UAV）搭载的小型化LiDAR设备、合成孔径雷达（SAR）以及更高分辨率的光学影像，将为森林监测提供更为丰富和精细的数据源。
林冠对森林培育效果的光合作用及生长特性研究
种子世界2024年第4期总第485期DOI:10.3969/j.issn.1000-8071.2024.04.066引言林冠是森林生态系统中最关键的组成部分，其结构和功能直接影响森林的光合作用和生长特性。
本研究旨在分析林冠对森林培育效果的影响机制，尤其关注光合作用过程和生长特性的变化。
通过深入分析林冠结构，本文旨在为森林管理和培育提供科学依据，以优化森林生态系统的健康和生产力。
1林冠结构林冠结构对森林培育效果的影响是一个复杂而关键的领域。
本节将深入探讨林冠结构的特征，包括林冠的密度与形态、枝叶布局特性以及物种多样性与林冠结构之间的关系。
1.1林冠密度与形态密度指的是林冠中树木的排列密度，而形态涉及树冠的形状和层次。
这两个因素直接影响了光照的分布和强度，进而影响了下层植被的生长和生态系统的功能。
密度较高的林冠会限制更多的光线穿过，使得下层植被接受到的光照较少。
这可能导致下层植被的竞争激烈，因为它们需要争夺有限的光能资源。
高密度的林冠还会减少土壤表面的蒸发和水分蒸散，导致水分供应不足，进而影响森林的水循环。
密度较高的林冠可能对森林生态系统的水分和光合作用产生负面影响；林冠的形态也对光照渗透产生影响。
不同形状和层次的树冠会以不同的方式捕获和分散光线[1]。
例如，圆形的树冠可能更均匀地分散光线，而高大的树冠可能在树冠层中形成较浓的阴影区域。
这些形态差异会导致下层植被的光照条件存在差异，进而影响它们的生长和竞争关系。
1.2枝叶布局特性枝叶的布局特性直接影响着光合作用的效率。
枝叶在林冠中的分布决定了阳光能否有效地被树木吸收和利用：林冠中的树叶通常分布在不同高度和方向上，以最大限度地捕获阳光。
这种分布方式有助于树木充分利用可用的光线资源，提高光合作用效率。
然而，如果树叶的分布不均匀，可能会导致光线透过树冠时出现明显的阴影区域，影响下层植被的光照条件；枝叶的形状和大小也会影响光线的分散和折射。
大叶子以及繁茂的枝叶可能会导致更多的光线被吸收和反射，小叶子及稀疏的枝叶可能会让更多的光线穿透树冠。
利用半球图像法提取植被冠层结构特征参数
利用半球图像法提取植被冠层结构特征参数彭焕华;赵传燕;冯兆东;许仲林【摘要】植被冠层结构深刻地影响着植物群落与环境的相互作用,对植被冠层结构的研究是深入理解植被生态系统格局、过程及其运作机制的重要基础.冠层结构特征参数的快速测量方法是植被冠层结构研究的前提,目前测量方法主要是基于实际测量的地面法,地面法一般费时费力,受人为因素影响较大,因此本文探索利用半球图像法获取植被冠层结构特征参数.通过对半球图像进行几何纠正并建立参数图层,与分类后的植被冠层图层进行运算提取植被冠层结构特征参数.将该方法应用于祁连山旺腰沟流域青海云杉冠层结构特征参数的提取,包括植被冠幅、冠层面积、冠层周长等,结果显示:半球图像法能够较好的提取植被冠层结构特征参数,该方法具有简单、客观、可重复等优点,也可作为植被冠层结构变化的监测方法.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2011(031)012【总页数】8页(P3376-3383)【关键词】半球图像;植被冠层;冠幅;冠层面积【作者】彭焕华;赵传燕;冯兆东;许仲林【作者单位】兰州大学西部环境教育部重点实验室,兰州,730000;兰州大学干旱与草地生态教育部重点实验室,兰州,730000;兰州大学西部环境教育部重点实验室,兰州,730000;兰州大学西部环境教育部重点实验室,兰州,730000【正文语种】中文植被冠层是植被与外界环境相互作用最直接和最活跃的界面层，对生态系统物质、能量交换，生物多样性，气候变化等具有重要的影响。
冠层结构是冠层研究的一个重要方面，对植被冠层结构的研究是理解植被生态系统格局、过程及其运作机制的重要基础［1］。
冠层结构是一个很直观的群落外观可视化指标，不仅影响植被截获太阳辐射的程度，还影响到诸如风速、空气温湿度、土壤蒸发量、土壤温度等气候特征，从而调节植物与环境的相互作用，影响动植物生存和生长［2-3］。
对冠层结构特征进行研究，一方面可以反映植物群落长期演变过程的变化特征，对理解植物许多生态过程是非常重要的［4］，另一方面冠层结构特征参数又是许多生物-大气过程模型的重要输入参数。
森林植被滞尘功能研究进展
森林植被滞尘功能研究进展单燕祥;冯万富;柳勇【摘要】森林植被吸滞粉尘、净化环境空气功能是当前城市大气污染防治研究的热点和难点问题之一.在广泛查阅文献资料的基础上,综述了国内外森林植被滞尘功能研究进展,分析了植物滞尘机理以及植物滞尘功能的调查和评价方法,并对森林植被滞尘功能应用前景进行了展望.对城市空气污染防治工作具有一定的指导意义.【期刊名称】《河南林业科技》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】4页(P35-38)【关键词】森林植被;滞尘功能;研究进展;机理分析【作者】单燕祥;冯万富;柳勇【作者单位】信阳市林业科学研究所,河南信阳464000;信阳市林业科学研究所,河南信阳464000;信阳市林业科学研究所,河南信阳464000【正文语种】中文【中图分类】S718.5随着中国经济的快速发展，城市化进程加快，城市环境污染已成为社会关注的热点问题，特别是大气颗粒物已成为许多城市空气的主要污染物。
大气颗粒物是悬浮在空气中的微小固体和液滴的混合物，是雾、烟和空气粉尘的主要成分。
这些灰尘积聚重金属，携带致癌物质和细菌病毒等有害物质，严重危害人体健康[1]。
减少空气污染物的主要途径，一是改变能源结构，控制污染源排放；二是植树，通过植物的吸收和阻滞等作用来净化空气。
植树造林防治空气污染被认为是当前最经济有效的手段，进而在城市空气污染防治中得到广泛应用。
森林植被能够增加地表面粗糙度并降低风速。
其净化大气主要途径：通过滞留、附着和粘附等方式进行滞尘；粉尘在植物叶片表面滞留一段时间后，再通过降水的淋洗，植物重新恢复吸附粉尘的能力，从而实现滞尘功能，其滞尘作用具有一定的“可塑性”[2]。
当携带粉尘的空气流过林木树冠时，部分粉尘被树叶阻挡而降落在地面，部分吸附在枝叶表面。
降雨期间，滞留在枝叶表面的部分粉尘被雨水冲走；起风时，有的粉尘会重回空气中。
不同植物的滞尘能力和积尘量也有差异，植物冠层表面积、叶片表面特性及湿润性决定植物的滞尘能力。
林木冠层结构量化干预研究
林木冠层结构量化干预研究林木冠层是森林生态系统的核心，林木冠层结构对森林生态系统的生物多样性、生产力、碳循环和生态系统稳定性等生态功能具有重要的影响。
因此，了解林木冠层结构特征、变化规律，并进行针对性的干预措施，对于森林生态系统的生态修复和管理具有极其重要的意义。
林木冠层结构的特征和变化规律主要与环境条件、物种特性和干扰因素等因素密切相关。
其中，环境条件包括气候、土壤、水分等因素，这些因素对林木生长的影响直接反映在林木冠层结构的形态、空间分布和层次结构等方面。
物种特性是林木间存在显著差异的另一个因素，不同物种的林木冠层结构具有不同的形态和空间分布。
干扰因素是影响林木冠层结构变化的另一个重要因素，包括人类活动、自然灾害、疾病和群落演替等因素。
针对林木冠层结构的变化规律和影响因素，开展针对性的干预措施是森林生态系统管理的必要手段之一。
干预措施包括理论研究和实践应用两个方面。
理论研究方面，开展林木冠层结构的数量级、形态和空间分布特征的定量研究，深入分析林木冠层结构特征与环境因素、物种特性和干扰因素的关系，以促进对林木冠层结构变化规律的深入理解。
同时，结合植被物理学、植物生理学等多学科交叉研究，确定林木冠层结构的模型并建立其模拟程序，加强对林木冠层结构数量化模拟和预测的能力。
实践应用方面，根据林木冠层结构变化规律和影响因素，开展针对性的干预措施，包括营养和生长调控、林下开荒、人工造林、群落抚育和重建等。
其中，营养和生长调控是改善林木冠层结构的有效手段之一，通过合理施肥、配合适量水分等手段，调控林木生长，达到优化林木冠层结构的效果。
林下开荒能够增加林木之间的空间距离，降低林木之间的竞争，利于林木的生长和发展；人工造林能够增加森林植被覆盖率和生物多样性，促进森林生态系统的恢复和发展；群落抚育和重建可以重塑森林生态系统，促进该生态系统的稳定性和生产力的提升。
综上所述，针对林木冠层结构的变化规律和影响因素开展数量化干预研究，是促进森林生态系统发展和管理的必要途径。
青海大通典型林分冠层结构与林下植被物种多样性关系研究
青海大通典型林分冠层结构与林下植被物种多样性关系研究王莉;林莎;李远航;陈梦飞;贺康宁【摘要】为探究青海高寒山区典型林分冠层结构与林内光环境中维持林下植被物种多样性稳定的关键因素,该研究以青海大通县青海云杉林(Ⅰ)、青杨林(Ⅱ)、华北落叶松-青海云杉混交林(Ⅲ)、青杨-白桦混交林(Ⅳ)和白桦-青海云杉混交林(Ⅴ)5种典型人工林分为研究对象,运用冠层分析仪采集数据,并结合实地调查,研究冠层结构与林内光环境特征及其对林下植被的影响.结果表明:(1)林分Ⅰ、Ⅲ的林冠开度显著低于林分Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ (P＜0.05),各林分叶面积指数大小顺序为Ⅲ＞Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅴ＞Ⅳ,总体表现为阔叶林的林冠开度大于针叶林,但其叶面积指数小于针叶林;林分Ⅱ、Ⅳ的直射辐射、散射辐射及总辐射均显著高于林分Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ (P＜0.05),其中林下总辐射与散射辐射表现为Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅴ＞Ⅰ＞Ⅲ,直射辐射为Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅴ;林分Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ的消光系数均显著高于Ⅰ、Ⅲ,总体上均表现为阔叶林＞针叶林.(2)相关分析结果表明,林冠开度与林下光照指标呈极显著正相关关系(P＜0.01),叶面积指数与林下光照指标呈极显著负相关关系(P＜0.01),且其对林下散射辐射的控制能力最强;典型相关分析表明,纯林的林冠开度对冠层结构的贡献和解释能力较叶面积指数和平均叶倾角大,混交林的叶面积指数对林下光照的影响大于纯林.(3)混交林的林下物种多样性指数(H)及丰富度指数(P)均高于纯林;林下草本层物种多样性指数(H)及丰富度指数(P)与林冠开度及林下光辐射呈显著正相关关系,与叶面积指数呈显著负相关关系(P＜0.05);物种均匀度(Jsw)与平均叶倾角呈极显著负相关关系(P＜0.01),与林下散射辐射呈显著正相关关系(P＜0.05).研究认为,在人工纯林改造和结构调整中,对乔木层适当补植伴生树种,并逐步调整为多树种混交林,增加冠层结构和林下光照异质性,将更有利于林下植被物种多样性的维持.【期刊名称】《西北植物学报》【年(卷),期】2019(039)003【总页数】10页(P524-533)【关键词】人工林;冠层结构;林内光环境;林下植被;物种多样性【作者】王莉;林莎;李远航;陈梦飞;贺康宁【作者单位】北京林业大学水土保持学院,国家林业局水土保持重点实验室,北京市水土保持工程技术研究中心,林业生态工程教育部工程研究中心,北京100083;北京林业大学水土保持学院,国家林业局水土保持重点实验室,北京市水土保持工程技术研究中心,林业生态工程教育部工程研究中心,北京100083;北京林业大学水土保持学院,国家林业局水土保持重点实验室,北京市水土保持工程技术研究中心,林业生态工程教育部工程研究中心,北京100083;北京林业大学水土保持学院,国家林业局水土保持重点实验室,北京市水土保持工程技术研究中心,林业生态工程教育部工程研究中心,北京100083;北京林业大学水土保持学院,国家林业局水土保持重点实验室,北京市水土保持工程技术研究中心,林业生态工程教育部工程研究中心,北京100083【正文语种】中文【中图分类】Q948.12;Q948.15+7林冠是森林与外界能量流动和物质交换的界面[1-2]。
特大冰冻干扰后大明山常绿阔叶林冠层结构空间异质性动态
特大冰冻干扰后大明山常绿阔叶林冠层结构空间异质性动态温远光;卢文科;周晓果;朱宏光;李晓琼;王磊【摘要】[目的]揭示大明山常绿阔叶林灾后恢复中冠层结构的空间变化规律及空间异质性动态,为监测灾后受损森林生态系统的恢复能力及灾后管理提供理论依据.[方法]对2008年特大冰冻干扰后大明山常绿阔叶林的林冠结构进行了连续4年的监测,采用半变异函数和Moran's I指数对其林冠开度(Canopy openness,CO)和叶面积指数(Leaf area index,LAI)进行空间异质性和空间自相关性分析.[结果]冰冻干扰后4年间,大明山常绿阔叶林林冠开度的均值先减小后微弱增加,叶面积指数的均值先增加后微弱减小,2011年林冠开度最小、叶面积指数最大.半变异函数的指数模型和球状模型可较好地描述各年度样地林冠开度和叶面积指数的空间异质性.2011年和2012年林冠开度的空间变异程度大幅增加,结构性因素引起的空间变异大于随机因素;2010年叶面积指数的空间异质性大幅度增加,但随后两年其空间异质性大幅度降低并趋于稳定,空间异质性尺度较小且主要由结构性因素引起.[结论]在灾后恢复的第3~4年间,大明山常绿阔叶林冠层结构已有较大恢复,但恢复程度在空间上的变异极大.随着恢复演替的进行,大明山常绿阔叶林林冠结构在空间上向着越来越不均匀的方向发展,而叶面积指数则逐渐趋于稳定.%[Objective]The objective of this study was to reveal the dynamics of spatial change and heterogeneity of canopy structure after an ice storm disturbance in evergreen broadleaved forest in Damingshan.[Methods]The spatial heterogeneity dynamics of canopy structure were successively investigated in evergreen broadleaved forest in Damingshan from 2008 to 2012 after a severe ice storm disturbance.Semivariogram function and Moran's I index were employed to analyze the spatial heterogeneity and autocorrelation ofcanopy openness (CO) and leaf area index (LAI).[Results]During the 4 years after the ice storm disturbance,canopy openness showed an initial decrease and a subsequent slightly increase,while LAI showed an initial increase and a subsequent slightly decrease.Canopy openness decreased to the lowest and LAI increased to the highest in 2011.Geostatistical analysis indicated that the semivariogram function of canopy openness fitted with exponent (from 2009 to 2011) and spherical (2012) models which demonstrated structure factors with high spatial autocorrelation at middle scale.The degrees of spatial variation of canopy openness significantly increased in 2011 and 2012 compared with that in 2009 and 2010.The semivariogram function of LAI fitted with spherical (2009 and 2010) and exponent (2011 and 2012) models which also significantly demonstrated structure factors with high spatial autocorrelation at small scale.The degrees of spatial variation of LAI markedly increased in 2010,but gradually decreased and plateaued thereafter.[Conclusion]The canopy structure of this evergreen broadleaved forest had recovered to some extent during the third to the fourth years after disturbance.However the recover degree exhibited great spatial heterogeneity.Consequently,the spatial distribution of canopy structure of the evergreen broadleaved forest in Damingshan could become more and more heterogeneous while LAI could tend to stabilize with the development of the restoring succession.【期刊名称】《广西科学》【年(卷),期】2017(024)002【总页数】9页(P150-158)【关键词】常绿阔叶林;林冠结构;林冠开度;叶面积指数;空间异质性【作者】温远光;卢文科;周晓果;朱宏光;李晓琼;王磊【作者单位】广西大学林学院,广西森林生态与保育重点实验室培育基地,广西南宁530004;广西大学林学院,亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室,广西南宁 530004;广西友谊关森林生态系统定位观测研究站,广西凭祥 532600;广西大学林学院,广西森林生态与保育重点实验室培育基地,广西南宁 530004;广西大学林学院,广西森林生态与保育重点实验室培育基地,广西南宁 530004;广西大学林学院,广西森林生态与保育重点实验室培育基地,广西南宁 530004;广西大学林学院,亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室,广西南宁 530004;广西友谊关森林生态系统定位观测研究站,广西凭祥 532600;广西大学林学院,广西森林生态与保育重点实验室培育基地,广西南宁 530004;广西大学林学院,亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室,广西南宁 530004;广西友谊关森林生态系统定位观测研究站,广西凭祥 532600;广西大学林学院,广西森林生态与保育重点实验室培育基地,广西南宁 530004;广西大学林学院,亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室,广西南宁 530004;广西友谊关森林生态系统定位观测研究站,广西凭祥 532600【正文语种】中文【中图分类】S718.5【研究意义】冠层结构是森林生态系统的主要组成部分，影响着森林生态系统的微气候、养分循环、分解过程、碳固持和生物多样性。
森林生态系统的结构与功能研究
森林生态系统的结构与功能研究森林是地球上最重要的生态系统之一，它不仅为动植物提供了生存和繁衍的环境，同时也为人类居住和生产提供了极大的帮助。
而森林生态系统的结构与功能研究，是许多生态学家一直关注和研究的课题。
森林生态系统的组成森林生态系统是由生物和非生物因素构成的复杂生态系统，其中包括树木、灌木、草本植物、苔藓植物、昆虫、鸟类、哺乳动物等生物群落，以及水、土壤、岩石等非生物因素。
根据植被类型、气候条件和地形地貌的不同，森林生态系统可以分为森林草原生态系统、针叶林生态系统、落叶林生态系统和热带雨林生态系统等。
森林生态系统的功能森林生态系统是地球上最重要的生态系统之一，具有很多重要的生态功能。
首先，森林能够吸收大量的二氧化碳，缓解全球气候变化。
由于森林树木和植物在光合作用过程中吸收二氧化碳，同时在呼吸和腐解过程中释放该气体，森林是二氧化碳的重要库。
其次，森林在水循环中发挥了重要作用。
森林中的树木、灌木和植被通过根系吸收土壤中的水分，同时蒸腾作用能够将水分释放到大气中，保持水环境的稳定性。
此外，森林还具有防风固沙、净化空气、保持土壤水分和防止土壤侵蚀等功能。
森林生态系统的结构森林生态系统的结构是指由生物和非生物因子组成的系统。
生物因子包括各种植物、动物、微生物等，而非生物因子包括水、土壤、岩石、气候等。
森林生态系统的结构可以分为四个层次：冠层、林下层、地表层和土壤层。
冠层是由主要是由大树构成的植被层，高度一般在20米以上；林下层则由低小乔木、灌木、草本植物和藤本植物等构成，高度在3-20米之间；地表层是由落叶、树皮、树枝、树叶等组成的覆盖层；土壤层则是森林生态系统中最重要的非生物因素，它包括有机质层和矿物质层，是森林生态系统中的重要生态系统服务。
森林生态系统的功能退化近年来，人类对森林的过度开发和采伐，导致森林生态系统的功能退化，如砍伐森林导致了森林减少、生物多样性下降和气候变化加剧，近年来，森林破坏不断加剧，造成了大量土地沙漠化、水土流失、洪涝灾害及生态环境的恶化。
森林生态系统的结构与功能
森林生态系统的生态平衡
生态平衡的定义：生态系统中各种生物和环境之间的动态平衡关系 生态平衡的重要性：维持生态系统的稳定和健康，保障生物多样性和生态服务的持续供 给 生态平衡的维持机制：负反馈调节、生态位分化、竞争与共生等
生态平衡的破坏原因：人类活动、气候变化、自然灾害等
生态平衡的恢复措施：保护生态环境、恢复植被、加强生态监测与研究等
分解者：微生物，如细菌、真 菌等，分解有机物质，释放营
养物质回到生态系统中
生产者：植物，如树木、草本 植物等，通过光合作用将太阳 能转化为化学能
营养循环：生产者、消费者 和分解者之间的营养物质流 动和转化，维持生态系统的
稳定和持续发展
2
森林生态系统的功能
森林生态系统的物质循环
光合作用：植物吸收二氧化碳， 释放氧气
气
呼吸作用：植物和动 物消耗有机物，释放
二氧化碳和水
食物链和食物网：植 物、动物和微生物之 间的能量传递和转化
物质循环：森林生态 系统中的物质循环， 如碳循环、氮循环等
森林生态系统的信息传递
信息传递的方式：化学信号、物理信号、生物信号
信息传递的作用：调节生态系统的稳定和发展
信息传递的例子：植物通过释放化学物质吸引昆虫授粉 信息传递的影响：影响生物种群的繁衍和生存，影响生态系统的稳定性和 生物多样性
营养循环：植物从土壤中吸收养 分，通过光合作用转化为有机物， 再通过呼吸作用释放回土壤
添加标题
添加标题
添加微生物消耗氧 气，产生二氧化碳
水分循环：植物通过蒸腾作用将 水分释放到大气中，再通过降雨 返回森林
森林生态系统的能量流动
光合作用：植物吸收 阳光，将二氧化碳和 水转化为有机物和氧
不同群落类型冠层结构及其光环境对紫耳箭竹（Fargesiadecurvata）种群特征的影响
单位代码 10635学 号 112015317001274硕士学位论文不同群落类型冠层结构及其光环境对紫耳箭竹（Fargesia decurvata ）种群特征的影响论文作者：黄慧敏指导教师：陶建平 教授学科专业：生态学研究方向：种群生态学提交论文日期：2018年 4 月 02 日论文答辩日期：2018年 5 月 20 日学位授予单位：西南大学中 国 重 庆2018年 5 月2018届理学硕士研究生学位论文不同群落类型冠层结构及其光环境对紫耳箭竹（Fargesiadecurvata）种群特征的影响Effect of different community canopy structures and light conditions on clonal population characteristics of Fargesiadecurvata基金项目：国家自然科学基金（31570612）黄慧敏导师：陶建平教授西南大学生命科学学院中国²重庆2018年 5 月目录摘要 (I)ABSTRACT (III)第1章文章综述 (1)1.1森林冠层结构研究进展 (1)1.1.1 冠层结构所形成的光环境 (2)1.1.2 冠层结构与光环境对林下植被的影响 (2)1.1.3 冠层结构和光环境与其它环境因子的关系 (3)1.2竹类种群生态学研究进展 (4)1.2.1 竹类无性系种群特征 (4)1.2.2 小径竹类种群生态学研究 (6)1.2.3 冠层环境与小径竹类的克隆生长 (6)1.3 选题依据 (7)1.4研究目的、内容、创新点及技术路线 (7)1.4.1研究目的 (7)1.4.2 研究内容 (7)1.4.3 研究创新点 (8)1.4.4 技术路线 (8)第2章冠层结构和光环境的时空变化对紫耳箭竹种群特征的影响 (9)2.1研究区域概况 (9)2.2材料与方法 (10)2.2.1 研究材料 (10)2.2.2 研究方法 (10)2.3数据处理 (12)2.4结果与分析 (12)2.4.1 不同群落类型冠层结构及光环境特征的关系 (12)2.4.2 不同群落类型冠层结构与林下光环境的月动态变化 (13)2.4.3 林下紫耳箭竹种群的分株高度和基径结构特征 (14)2.4.4 林下紫耳箭竹种群的数量特征 (15)2.4.5 冠层结构和光环境与林下紫耳箭竹的关系 (15)2.5结论与讨论 (16)第3章紫耳箭竹的克隆形态可塑性对不同冠层结构及光环境的响应 (19)3.1研究区域概况 (20)3.2材料与方法 (20)3.3数据处理 (20)3.4结果与分析 (21)3.4.1 紫耳箭竹分株种群的形态特征 (21)3.4.2 紫耳箭竹分株种群的生物量积累和生物量分配特征 (22)3.4.3 紫耳箭竹分株种群性状特征的可塑性指数 (23)3.5 结论与讨论 (24)第4章不同群落冠层环境下紫耳箭竹分株种群生长动态研究 (27)4.1 研究区域概况 (27)4.2 研究方法 (27)4.3 数据分析 (28)4.4 结果与分析 (28)4.4.1 不同群落冠层环境下紫耳箭竹出笋和退笋比较 (28)4.4.2 不同群落冠层环境下紫耳箭竹竹笋地径生长规律 (29)4.4.3 不同群落冠层环境下紫耳箭竹竹笋—幼竹高生长规律 (30)4.4.4 紫耳箭竹克隆繁殖与竹子密度的关系 (31)4.5 结论与讨论 (31)第5章结论与展望 (33)5.1结论 (33)5.2存在的问题与研究展望 (34)参考文献 (35)致谢 (45)硕士期间发表论文及参加课题项目 (47)不同群落类型冠层结构及其光环境对紫耳箭竹（Fargesia decurvata）种群特征的影响生态学专业硕士研究生：黄慧敏指导老师：陶建平教授摘要小径竹类是亚高山地带和亚热带山地阔叶林下的优势种，是影响森林更新的关键因子。
林木生态系统结构与功能
林木生态系统结构与功能林木生态系统是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一，其结构和功能对于维持地球生态系统平衡和提供人类生存所需的资源至关重要。
本文旨在探讨林木生态系统的结构和功能，并强调其重要性。
一、林木生态系统结构林木生态系统的结构包括四个主要组成部分：林冠层、林下植被、土壤和林下动物。
这些组成部分相互作用，共同构成了一个复杂的生态系统。
1. 林冠层林冠层是由林木主干和树冠组成的，是林木生态系统的最上层。
林冠层的高度和树木的密度对生态系统的结构和功能有着重要影响。
较高的林冠可以提供充足的光线和温度，促进光合作用和植物的生长，对空气质量及水循环有着重要影响。
2. 林下植被林下植被主要指生长在林冠层下方的低矮植物，如灌木和草本植物。
林下植被对于保持土壤湿度、减少土壤侵蚀、提供栖息地和食物来源等方面具有重要作用。
同时，林下植被也是林木生态系统中重要的碳汇和氮循环的一部分。
3. 土壤土壤作为林木生态系统中的重要组成部分，承载着植物的生长和提供养分。
林木通过根系与土壤进行物质交换，同时土壤也影响着水分的吸收和保持。
不同类型的土壤对植物生长和生态系统结构都有重要影响。
4. 林下动物林下动物包括昆虫、鸟类、兽类等。
它们与林木生态系统的其他组成部分相互依赖，构成了一个复杂的食物链和生态网络。
林下动物通过控制害虫数量、传播花粉和种子的方式，对于维持生态平衡和植物繁衍具有重要作用。
二、林木生态系统功能林木生态系统具有多种功能，直接或间接影响着地球的生态系统和人类的生存。
1. 生物多样性保护林木生态系统作为地球上最为丰富的生态系统之一，承载着大量的生物多样性。
保护和维持林木生态系统的完整性，对于保护地球上的物种多样性和生态平衡至关重要。
2. 气候调节林木生态系统通过光合作用吸收二氧化碳，并释放出氧气。
林木的存在可以减少温室气体的排放，维持地球气候的稳定。
林木也可以调节地表温度，减少土地的干燥和侵蚀，保护环境。
3. 水资源保护林木的根系可以吸收并保持土壤中的水分，减少水源的流失。
森林冠层结构与光环境及其对林下植被生长和格局的影响
Ｊ ｕ １ ． ２ ０ １ ５
文 章编号 ：１ ０ ０ ７ — ９ ８ ３ １（ ２ ０ １ ５ ）０ ７ — ０ ０ ５ ７ — ０ ６
森林 冠层 结构与光环境及其对林下
植 被 生 长 和格 局 的影 响
杨建宇 ，刘 晓娟 ，杨 晓杰
（ １ ． 齐 齐哈尔 大学 生命科 学 与农林 学 院 ，黑 龙江 齐 齐 哈尔 １ ６ １ ０ ０ ６ ；２ ．中国科学 院植 物研 究所 植 被与 环境 变化 国家 重点 实验 室 ，北京 １ ０ ０ ０ ９ ３）
森林 是地 球上储 存 生物 量最 大 的生 态 系统 ，林冠 是树 木 的主要 光合 层 ，是接受 太 阳能 的主体 ，是 森林 与外 界环 境相 互作 用最 直接 和最 活跃 的界 面．冠 层结 构 的特征 在一 定程度 上决 定 了森林 生态 系 统能量 循环
的过程和强度 ， 并对林下植被的生长和群落演替具有重要意义 ．不 同的冠层结构其叶面积指数和叶倾角 不 同 ，光合 作用 的面积 和效能 不 同 ，从 而形 成 了森林 生产力 的异 同．林冠 层通 过对 冠层 上方 光 照的截 获 、
空 气 和土壤 的温 湿度 等林 内 的小气 候 特征 以及林 下与 外界 环境 之 间的能量 交换 也 与冠 层 有关 ．此外 ，冠层 还 制约 着林下 植 物 的光 合作 用效率 及 其它生 物种 群 （ 如动 物和 微生 物 ）的构成 ，甚 至也影 响着该 区域森林
系统的食物链结构Ⅲ ” ，进而在很大程度上影 响了林下植物 的生长状况和分布格局．森林冠层结构也是植物 用 以适应 环境 和提 高群体 光合 效能 所采 取 的一种 生态对 策 ，是群 落长 期演 变过程 中的生理 生态特 征 加 ．
热带森林生态系统的结构与功能
热带森林生态系统的结构与功能热带森林被誉为地球上最具代表性的生态系统之一，它不仅拥有丰富的生物多样性，还扮演着维护全球气候稳定和水循环的重要角色。
而这个庞大而复杂的生态系统里，又是如何构成的呢？本文将深入探讨热带森林生态系统的结构与功能。
一、森林的组成热带森林的结构复杂，不同层次的植被互相关联，共同构成了森林的生态系统。
通常，热带森林可以分为四层：冠层、次冠层、灌木层和草本层。
冠层是热带森林中最高大的层次，通常有超过20米的高度。
这一层中的植物伸展高大，争夺上方的阳光和空气，同时竞争激烈也意味着高物种多样性。
代表性的植物包括巨木、树蕨和藤本植物等。
次冠层通常位于6-20米高度之间，是森林中宽度最大的层次。
这一层次的植物通常采取竞争和合作的策略，以获得最大限度的阳光和营养。
代表性的植物包括棕榈树和野生芒果树等。
灌木层绝大多数植物的高度都不超过2-6米。
灌木层往往分布在第二和第三层之间。
它承受着冠层和次冠层的落叶和灌木丛的废弃物等，为浅层根系提供了足够的水分和养分。
代表性的植物包括草地和低矮植物。
草本层是最低矮的地层，通常未超过1.5米高度。
这一层次的植物对夏季等极端条件具有适应性和保护性，提供了土壤润湿和营养补充。
代表性的植物包括竹子、沼泽植物和草本植物等。
二、森林的功能热带森林的功能十分重要，对全球的生态与环境产生着重要的影响。
以下是几个重要的功能：1. 生物多样性丰富热带森林是地球上生物多样性最为丰富的生态系统之一。
其中，动植物种类多达数百万种以上，它们共同呈现出生物的多样性和生态的复杂性。
每一层次的植物和动物都有自己的特殊适应性，共同构成了生态系统的优美图景。
2. 碳排放抑制和氧气产生热带森林中的生物不仅会进行呼吸作用，还会释放氧气，成为地球上重要的氧气来源。
同时，森林植被会吸收和锁定大量的二氧化碳，抑制碳排放，缓解和防止全球变暖的影响，维护全球气候稳定。
3. 水资源的调节和维持热带森林中的植物和土壤通过吸收和贮存雨水，缓解和调节了全球水循环，维护了水资源的平衡和稳定性。
温带森林生态系统结构与功能研究
温带森林生态系统结构与功能研究温带森林是地球上最重要的生态系统之一，其丰富的植被和多样的动植物种类对维持地球生态平衡具有重要意义。
温带森林生态系统内包含了多种生物和非生物要素，它们之间相互作用，形成了一个复杂的生态网络。
一、温带森林的生态系统结构1. 植被层次结构温带森林的植被层次结构可以分为四层：森林冠层、亚冠层、灌木层和草本层。
森林冠层由高大的乔木组成，高度超过20米，并形成森林的天空线。
亚冠层由较矮的乔木或灌木构成，高度在10-20米之间。
灌木层由生长在森林冠层下部的灌木组成，高度一般在1-10米之间。
草本层由一些矮小的植物，如草本植物和藤蔓植物组成，高度大多不超过1米。
2. 动物多样性温带森林是许多动物栖息地和食物来源，因此动物多样性非常丰富。
温带森林中常见的动物包括鸟类、哺乳动物、爬行动物和两栖动物。
一些鸟类在温带森林中筑巢繁衍后代，如鹰、鸽子和斑点鸕鹭。
哺乳动物的种类也很丰富，有野兽如熊、狼等，还有一些小型哺乳动物如松鼠、浣熊等。
爬行动物和两栖动物则以蛇、青蛙等为代表。
二、温带森林的生态系统功能1. 碳循环温带森林对碳的吸收和储存起着重要作用。
通过光合作用，植物从大气中吸收二氧化碳，将其转化为有机物，并释放出氧气。
森林中的植物、土壤和枯落物能够储存大量的生物碳。
此外，植物和土壤所释放的有机物也会通过呼吸作用将部分碳释放回大气中，形成碳循环的闭合循环。
2. 水循环温带森林的厚重林冠能够拦截大气中的雨水，减少水分的蒸发和蒸腾，增加降雨的持续时间和强度。
此外，森林中的植物通过根系吸收和蓄存地下水，并将过剩的水分释放回大气中，维持了水循环的平衡。
森林土壤则起到水分过滤和保水能力，减少水土流失。
3. 保护土壤温带森林具有很强的保护土壤的功能。
森林的植被能够减缓降雨的冲击力，保持土壤的结构和稳定性，减少水土流失和侵蚀。
森林枯落物的分解也能为土壤提供有机物质，促进土壤的肥沃度。
4. 维持物种多样性温带森林是许多植物和动物的栖息地和生活场所，对维持物种多样性具有重要作用。
石门台亚热带森林不同演替阶段冠层结构与林下光照特征
石门台亚热带森林不同演替阶段冠层结构与林下光照特征解丹丹;苏志尧【摘要】以时空替代法在广东石门台自然保护区选择3种分别处于演替前期、中期、后期的森林群落为研究对象,探讨了亚热带森林群落在不同演替阶段的冠层结构与林下光照特征.结果显示:亚热带森林不同演替阶段冠层结构与林下光照差异均极显著(P ＜0.0001),且随演替进展,其林冠开度和林下光照显著减少、叶面积指数显著增加(P＜0.01).相关分析表明,林下光照因子与林冠开度呈显著正相关(P＜0.01),与叶面积指数呈显著负相关(P＜0.05).典型相关分析进一步表明,林冠开度对冠层结构的反映程度比叶面积指数高,冠层结构对林下散射光的影响比对直射光大.综合分析表明,随着演替进展,亚热带森林群落冠层逐渐郁闭,林下光照也随之减少,采用林冠开度评价冠层结构演替动态效果最佳,林下直射光比散射光变化更复杂.【期刊名称】《许昌学院学报》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】5页(P10-14)【关键词】林冠开度;叶面积指数;林下直射光;林下散射光;森林群落演替【作者】解丹丹;苏志尧【作者单位】许昌学院城乡规划与园林学院,河南许昌461000;华南农业大学林学与风景园林学院,广东广州510642【正文语种】中文【中图分类】S718.5冠层结构和林冠造成的林下光环境对于植物的生长和更新有着重要的作用和意义[1].研究表明，森林冠层结构可以由叶面积指数和林冠开度来反映[2]，且林冠开度和叶面积指数之间关系密切，均可用于评价林冠结构的变化动态[3] .广东石门台自然保护区森林资源丰富，基本能反映亚热带森林生态系统的特点，因此，选取该区域研究亚热带森林生态系统的冠层结构和林下光照是适宜的[4].本研究以广东石门台自然保护区森林群落为研究对象，以空间变化代替时间的原则选择和设置样地，对广东石门台自然保护区3种不同演替阶段森林群落冠层结构特征和林下光照环境进行了研究，并进一步揭示林下光照与冠层结构的相关性及其随群落进展演替的变化规律.研究成果可以为丰富亚热带森林冠层结构动态变化资料，以及为该类型森林的恢复与重建等提供科学依据.1 研究区概况广东石门台自然保护区(24°23′49″～24°28′04″N，113°16′07″～113°20′18″ E)位于广东省英德市北部.该地区多为低山和丘陵，海拔为100-1 587 m，气候属亚热带季风气候，干湿季明显.年平均气温20.8 ℃，最热月7月，最冷月1月，极端最高气温38.6 ℃，极端最低气温-3.6 ℃，年降雨量2 000 mm以上，4-10月为主要降雨季节，11月至翌年3月为少雨季节，年平均相对湿度79%.土壤类型为红壤、山地黄壤和赤红壤.在石门台自然保护区非石灰岩土山区域，选择不同演替阶段的3种森林群落类型，分别为马尾松+木荷林、木荷+紫花杜鹃林(以小树及中树为主)以及木荷+腺叶山矾林(以大树为主).综合各种因素推算出3个样地依次分别是：1955、1975和1995年的林分，分别记为群落I、群落II和群落III.2 研究方法2.1 获取冠层半球面影像在以上3个林型的样地内用半球面影像测定林隙光照条件，具体做法是用尼康Coolpix 4500相机接尼康FC-E8鱼眼镜头(正投影，183°广角)[3]，于每个20m×20 m样方对角线的中心及1/4和3/4处各拍一张半球面林冠影像，照片最后保存为JPEG格式，分辨率选用1 600×1 200，按低压缩比率1:4进行保存，每个样方最后保存5张冠层半球面照片[5].2.2 冠层结构和林下光照参数用Gap Light Analyzer(GLA version 2.0)专用软件分析冠层照片，得到一系列冠层结构和林下光照参数[3]：冠层结构参数有林冠开度、叶面积指数；林下光照参数包括林下直射光、林下散射光、林下总光照.2.3 数据统计分析用STATISTICA 8.0对冠层结构和林下光照参数进行单因素方差分析，采用Duncan氏法进行比较[3]；同时采用简单相关分析和典型相关分析[6]研究林下光照与冠层结构因子的简单相关关系和多元相关关系.3 结果与分析3.1 冠层结构与林下光照特征石门台自然保护区森林群落不同演替阶段冠层结构参数和林下光照条件差异均极显著(P<0.000 1).随着演替进展，林冠开度、林下直射光、林下散射光和林下总光照最终减小，而叶面积指数最终增加.其中从群落II至群落III林冠开度、叶面积指数的变幅均比从群落I至群落II的变幅小(图1).图1 石门台亚热带森林不同演替阶段冠层结构与林下光照特征3.2 林下光照与冠层结构的相关分析如图2所示，不同演替阶段，林下光照因子与冠层结构参数均呈显著相关；总体趋势是，林下光照因子均随林冠开度的增加而增加，而随叶面积指数的增加而减少.不同演替阶段森林群落林下直射光的量均比散射光多，表明前者对林下总光照的贡献较大一些[3].不同演替阶段林下光照因子与林冠开度均呈正相关且显著(P<0.01)(除群落II林下直射光与林冠开度相关性不显著外)，其中，林下散射光与林冠开度的正相关关系最强，且其相关性在不同演替阶段之间的差异最小；总光照次之；林下直射光最弱，其相关性在不同演替阶段之间的变化最大(表1).图2 石门台亚热带森林不同演替阶段林下光照因子与冠层结构参数的关系林下光照与叶面积指数均呈负相关且显著(P<0.05)，林下散射光与叶面积指数的负相关关系最强，且其相关性在群落间的变化最小；总光照次之；直射光与林冠开度的负相关关系最弱，相关性在群落间的变化最大(表1).表1 石门台亚热带森林不同演替阶段林下光照因子与冠层结构参数的相关分析林下光照冠层结构群落相关系数rP值直射光林冠开度I0.609<0.001II0.104>0.05III0.414<0.001散射光I0.963<0.001II0.890<0.001III0.868<0.001总光照I0.795<0.001II0.395<0.001III0.652<0.001直射光叶面积指数I-0.645<0.001II-0.273<0.01III-0.417<0.001散射光I-0.926<0.001II-0.844<0.001III-0.790<0.001总光照I-0.804<0.001II-0.522<0.001III-0.621<0.0013.3 林下光照与冠层结构的典型相关分析如表2所示，经典型相关分析的卡方检验，石门台亚热带森林不同演替阶段林下光照因子与冠层结构参数两组变量之间呈极显著正相关(P<0.000 1)[3].经典型相关进一步分析，表明石门台亚热带森林不同演替阶段(演替前期、演替中期、演替后期)冠层结构因子能分别解释林下光照因子67.1%、41.0%、47.6%的变异，而林下光照因子却能分别解释冠层结构因子90.4%、99.7%、69.9%的变异，表明随着演替进展，冠层结构因子对林下光照条件的影响和控制程度最终呈减小趋势.表2 林下光照和冠层结构典型相关分析的卡方检验和特征值典型根典型相关系数R卡方P值不能解释的变异百分比特征值群落I10.974367.3020.00000.0480.94920.2427.2850.026 20.9420.058群落II10.929249.3850.000 00.1270.86320.2709.1250.010 40.9270.073群落III10.891192.5840.000 00.2040.79320.1261.9320.380 50.9840.016表3 林下光照和冠层结构的相互关系及典型变量参数群落ⅠⅡⅢ相关系数r林冠开度与叶面积指数-0.932-0.764-0.792直射光与散射光0.7300.2790.585直射光与总光照0.9610.9440.941散射光与总光照0.8900.5810.826典型权重林冠开度-0.867-0.674-0.747叶面积指数0.1410.3850.298直射光6.114-1.8787.306散射光2.465-1.8253.241总光照-8.8952.330-10.304从群落I至群落III林冠开度与叶面积指数的相关关系呈减弱趋势，但总体来说，不同演替阶段，林冠开度与叶面积指数的负相关性均较强(表3).不同演替阶段林下直射光与散射光、直射光与总光照、散射光与总光照均呈正相关(除群落II中直射光与散射光相关性不显著外)，随着演替进展，林下光照各因子之间相关关系最终呈减弱趋势.其中，相关系数降幅最大的是直射光与散射光，降幅最小的是直射光与总光照；相关关系最强的是直射光与总光照，散射光与总光照相关关系次之. 从典型权重系数看，不同演替阶段林冠开度因子在冠层结构变量组中起主要作用，林下光照变量组中起主要作用的是总光照，不同演替阶段林冠开度是影响总光照的主要冠层结构因子.4 结论与讨论研究表明，不同演替阶段森林群落冠层结构参数与林下光照条件差异均极显著.随着演替进展，群落林冠开度和林下光照显著减小，叶面积指数显著增加.相关研究表明，林冠孔隙度随群落演替的进展而降低，叶面积指数随演替的进展而呈增加趋势[7]，这些均与本研究结果相符.随着演替进展，林下光照因子随林冠开度的增加而增加，随叶面积指数的增加而减少.不同演替阶段，林下直射光都大于散射光.相关研究表明，林冠孔隙的大小、形状以及分布均会影响冠层对光的截获[8]，而随着演替进展，森林群落林冠变得越来越郁闭和复杂，会直接或间接影响林下直射光与散射光的大小与变化方式.同时，林下直射光受林冠孔隙大小、林冠高度、太阳方位角、地形等因素的影响显著[9]，因此，林下直射光的变化较散射光更为复杂.这些均与本研究结果相符.随着演替进展，冠层结构参数对林下光照因子的解释能力降低，表明在演替前期(森林群落林冠开度较大，叶面积指数较小)，冠层结构参数是林下光照因子的主导影响因素；而到了演替后期(林冠开度较小，叶面积指数较大)，冠层结构参数对林下光照因子的主导作用显著减弱，可能其他因素对林下光照的控制逐渐增强.无论是演替前期，还是演替后期，林冠开度对冠层结构的解释和贡献能力均较叶面积指数高，表明在评价冠层结构动态时选用林冠开度作指标更优.参考文献：【相关文献】[1] 区余端,苏志尧,解丹丹,等.雪灾后粤北山地常绿阔叶林优势树种幼苗更新动态[J].生态学报,2011,31(10):2 708-2 715.[2] 丁圣彦,卢训令,李昊民.天童国家森林公园常绿阔叶林不同演替阶段群落光环境特征比较[J].生态学报,2005,25(11):2 826-2 867.[3] 区余端,苏志尧.粤北山地常绿阔叶林自然干扰后冠层结构与林下光照动态[J].生态学报,2012,32(18):5 637-5 645.[4] 解丹丹,苏志尧.石门台自然保护区不同森林群落类型结构组成及物种多样性[J].中南林业科技大学学报,2013,33(11):53-57.[5] 李佩瑗,胡砚秋,张璐,等.城市公园木本植物群落的叶面积指数与辐射消减效应[J].中南林业科技大学学报,2015,35(3):78-83.[6] 陈平,谷建才,曹立颜,等.小五台山森林群落物种多样性与土壤养分的典型相关[J].东北林业大学学报,2010,38(8):34-35.[7] 宋豫秦,常磊,杨晓靖,等.群落结构和叶面积指数在具茨山植被次生演替中的变化[J].生态学杂志,2010,29(4):643-648.[8] 李根柱,王贺新,朱教君.辽东山区长白落叶松叶面积指数和林冠开阔度的月动态[J].东北林业大学学报,2009,37(7):20-22.[9] Brang P,von Felten S,Wagner S. Morning, noon, or afternoon: does timing of direct radiation influence the growth of Picea abies seedlings in mountain forests [J]. Annals of Forest Science, 2005, 62(7): 697-705.。
林木冠层结构量化干预研究
林木冠层结构量化干预研究林木冠层结构是指由林木树冠构成的空间结构，包括林木的高度、树冠密度、树冠覆盖率、树冠形状等多种要素。
林木冠层结构对于森林生态系统的稳定性和功能起着重要的作用，同时也对生态环境的改善和保护具有重要意义。
对于林木冠层结构的量化干预研究具有重要的理论和实践价值。
近年来，随着对生态环境保护的重视和对林木冠层结构影响的认识逐渐加深，人们对于林木冠层结构的量化干预研究越来越关注和重视。
量化干预研究是指通过一定的方法和手段，对于林木冠层结构进行科学的测量、分析和干预，以达到保护生态环境、提高林木生长质量和促进森林生态系统平衡的目的。
一、林木冠层结构的量化测量方法1. 高度测量林木冠层结构的高度是指林木树冠的主干高度，也就是从树冠顶部到地面的距离。
测量林木冠层结构的高度可以采用激光测距仪、测距仪等现代科学仪器，也可以采用传统的测绳、测杆等工具进行测量。
2. 树冠密度测量树冠密度是指单位面积内林木树冠所占的比例。
测量树冠密度可以采用样地调查法，选取一定面积的样地，对其中的林木进行调查和测量，从而得到树冠密度的具体数据。
3. 树冠覆盖率测量树冠覆盖率是指在一定面积内，林木树冠所占的比例。
测量树冠覆盖率可以采用遥感技术，通过卫星影像、航空摄影等手段对林地进行遥感测量，也可以在地面进行实地测量。
4. 树冠形状测量树冠形状是指林木树冠的整体形状特征，如扁平、尖锐、丰满等。
测量树冠形状可以采用测绘仪器、航空摄影等技术进行测量和分析。
以上就是对于林木冠层结构的量化测量方法，这些方法为后续的干预研究提供了准确的数据支持。
1. 林木密度调整根据林木密度的测量数据，针对密度过大或过小的林木进行调整，保持合理的林木密度，增加林木之间的间隔，有利于光照和通风，促进林木生长和更新。
2. 树冠修剪针对树冠密度较大的林木，可以进行适当的树冠修剪，剪除枯枝和病虫害部分，使得树冠空间更加通风透光，有利于林木的生长和健康。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
森林冠层结构与功能及其时空变化研究进展*李德志1 臧润国2(1华东师范大学环境科学系,上海200062;2中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,北京100091)摘要 林冠是森林与外界环境相互作用最直接和最活跃的界面层,同时,它本身又承载了森林生物多样性的主体部分。
森林冠层研究的方法和技术在近些年取得了长足发展,从而促进了有关林冠结构与功能的研究。
这些研究深化了人们对于林冠结构与光能截获以及群落干物质积累之间关系的认识,同时,对于森林冠层的物质循环和能量传输以及冠层内各营养级之间相互关系动态也有了更为深入的理解。
考察森林冠层的结构与功能及其时空变化是深入理解整个森林生态系统的格局、过程及其运作机制的重要基础。
关键词 林冠 功能 机制 格局 结构The Research Advances on the Structure and Function of Forest Canopy,as well as Their Temporal and Spatial ChangesLi Dezhi1 Zang Runguo2(1D epar tment o f Env ir onmental Science,East China No rma l U niv ersity,Sha ng hai200062;2R esear ch Inst itute of F or est Ecolog y,Env ir onment and P r otectio n,Chinese Academy o f Fo restr y,Beijing100091)Abstract Fo rest canopy is regarded as a m ost direct and active interface betw een the for est and its outer env ironment.At the meantime,it also contains the m ain part of the forest biodiv ersity.The methods and techniques fo r studying forest canopy hav e progr essed g reatly in the recent years,w hich prom oted the r esearches on the forest canopy structur e and function.T hese re-searches deepened the reco gnition on the relationships between the for est canopy,light capture and dry matter accumulatio n within the co mmunity,and also,deepened the understanding of the material cycle,energy flo w and the dynamics of interrelations am ong the trophic levels w ithin the canopy.The studies on the fo rest canopy structure and function as w ell as their temporal spatial changes are the bases fo r deep understanding the pattern,process and mechanism o f w hole forest ecosystem.Key words:canopy,function,m echanism,pattern,structur e1 引言植物的冠型是植物用以适应环境和提高整体光合效能所采取的一种生态对策。
具有不同的生态习性或生长在不同类型生境中的植物,其冠型结构特征往往会表现出很大的不同。
例如,生长在开阔地的树木一般倾向于形成扩散型的多层冠型结构(叶片散布于冠层的内外);而生长在庇荫环境中的树木则倾向于形成单一而连续的冠层(叶片多集中于冠层的外部)[21]。
传统的植物形态学研究侧重于对植被冠层进行定性描述,并主要以单株植物为研究对象。
随着现代测量技术手段的发展,在植物群体冠型结构的研究方面已经取得了长足进步。
森林是地球表面上生物量最为庞大的植被类型,同时,森林冠层的生物多样性也构成了地球生物多样性的主要部分,森林生态系统中具有光合活性的叶层系统也基本囊括其间[25]。
因此,林冠研究不仅有利于深入了解森林生态系统的运作机制,也有利于合理培育和经营森林群落。
林冠的研究典型地包括4个组织层次,即器官(叶、茎、枝)、植株、林分和群落[40]。
林冠生物学是森林科学中的一个新兴学科,它包括固着的和运动的生物的研究,以及它们与生态群落相联系的过程[29,30]。
有关森林冠层的生态学研究起步相对较晚,并且最初基本上是以描述性的研究为主。
随着一些新的研究方法的不断问世,生态学家们终于能够采用更加便捷、有效和数量化的方法进行林冠方面的研第17卷 第3期2004年6月 世 界 林 业 研 究World Forestry ResearchVol.17 No.3J un.2004本研究得到上海市生态学重点学科、华东师范大学211工程项目以及国家自然科学基金项目(No.30370245)的资助。
收稿日期:2004-02-20究。
林冠研究受到生境内的时间与空间因素的限制,它包括(1)林冠生物对于树冠内部几何空间的差异性利用;(2)基质的异质性;(3)冠层内的树木龄级变化;(4)冠层与大气界面的微气候变化;(5)各类生物的高度多样性(其中很多生物至今仍然未被命名或发现);(6)定量化研究林冠的通用规程的缺乏[29]。
近些年来,林冠实测技术已经得到长足发展,并且以此为基础,已经大大深化了人类对于森林冠层诸多内在过程和机制的理解程度。
更为重要的是,标准化的研究方法的采用正在把冠层研究从传统的描述性科学发展为更加严格和定量化的科学,并且一些更为深刻、中肯的假说已经应运而生并正在接受实证检验。
森林的冠层几何学特征不仅直接影响森林截获太阳辐射的程度以及截留大气降水的能力等,还影响到诸如风速、空气温湿度、土壤蒸发量、土壤热储量、土壤温度等林内小气候特征,并影响到林冠和外界大气环境之间的能量交换。
森林冠层结构不仅与组分植物种群自身的生长发育特性密切相关,而且还会影响到与植物群落相伴生的其它生物种群(如动物和微生物种群等)的动态特征,乃至森林生态系统的食物链结构。
因此,森林冠层的结构与功能密切相关,这一方面的研究在整个森林生态系统研究中也占有十分重要的地位。
2 森林冠层研究方法的新进展最早的林冠研究多半是盲人摸象式的,即通过可以获得的下层枝叶的样本资料来推断上层乃至整个林冠的结构。
虽然也可以通过望远镜对上层林冠的形态和结构,以及哺乳动物或者鸟类的行为等进行直接观察[30],但毕竟难以进行近距离的准确测量。
正因为如此,长期以来,林冠生态学家们一直在尝试各种可以抵达林冠上层进行实测研究的方法。
如利用伸向林冠深处的藤本植物攀援而上,进行上层林冠的实测研究;或者通过培训灵巧的猴子来完成摘取冠层枝叶样本的任务;或者利用热气球、摘棉机或超轻便小型飞机等工具来完成对上层林冠的取样等。
然而,在研究方法的可靠性,研究者本身的安全性,以及在获取数据资料的准确性方面,尚需针对具体情况作具体分析。
最近的一些研究方法使得设施的安全性和数据的精确性大为提高,并且使研究人员之间的互助与合作程度也得以增加,从而使得林冠研究的领域大为拓宽[19,30]。
在冠层研究方面的一个最为重要的进展,表现在用于实测林冠的更为可靠的硬件设施的改进。
很多的研究设备都是可以携带的或移动的,从而使研究进行得更为便捷而高效。
例如,用于测定整个树冠光合作用的仪器设备已经可以非常方便地由一个研究者操纵,并通过升降绳索进行移动和测量。
林冠研究不仅在仪器设备方面得到了改进,而且在测量精度方面也得到了提高。
研究者不仅能够更加高效地进行各类取样或实测,也可以相互合作完成更加复杂的任务。
树冠最上层表面的不规则性和异质性可以通过图形学的方法加以描绘,并且这种冠层变化的大部分原因可以归结于森林中组成树种的多样性。
籍助于冠层升降机和更为复杂的工具,研究者们已经可以深入考察巴拿马热带森林的冠层表面的结构特征[35]。
一些用于定量化研究林冠表面的结构特征的新技术包括半球形摄影技术[39]、遥感技术[3,23]、三维X射线断层摄影技术[42]以及分形的方法[44]等。
对于林冠层中较大型的鸟类等生物种群的研究,已经可以采用超轻型飞机[30]或者无线电跟踪的方法[8]进行观测。
森林冠层研究是一项复杂而浩大的工程,它不仅需要多学科众多科学家的密切配合,而且需要进行长期而艰苦的定位观测。
长期定位观测,是用于克服以短期的和局域的取样或观测资料推测长期和全局的演化结果而可能造成的误差的最为准确而有效的办法。
最近几年,在全球范围内,相继建立了30余处大型的林冠研究定位站,并以热带雨林为中心区域星罗棋布分布在世界各地。
热带森林的多样性特征及其生态系统的维持机制正在受到全球关注[9]。
装备升降设备和永久性的观测平台或冠层步道的林冠研究站在美国和中美洲的一些热带森林地区已建有多处。
通过在加拿大温哥华岛的卡玛纳谷所建造的冠层步道,得以近距离地观测和研究原始的针叶林冠层的复杂结构,并且通过调查得知冠层内节肢动物多样性非常之高,它表明原始针叶林结构复杂的冠层生境可能是温带生物多样性的重要源库。
通过这种方法,使得昆虫或鸟类与林冠层植物间的相互作用等许多方面的研究也成为可能,从而使温带森林生态系统的功能研究得到进一步深化(如在美国的几个定位观测站开展的相关研究)[38,41]。
3 森林冠层结构及其时空变化Hal 等[18]深入研究了树木生长模型,并且把树冠定义为整个林冠的可重复的构筑(architecture)单位。
最近的一些观察和研究表明,这些共同组成了13第3期 李德志 臧润国:森林冠层结构与功能及其时空变化研究进展 整个林冠的构筑单位,在生长和生殖等活动方面并非同步,并且,随着树冠最上层小气候严酷性的增加,树冠的形态多样性趋于下降[30]。
描述树冠形态的几何学参数包括冠型、分枝特征、叶片形状、大小、光学特性、排列方位以及生理扩散阻力等[2]。
北涤和星川[2]提出用“株型”和“长相”来描述各种农作物的冠层形态特征。
这种方法对于冠型复杂的林木而言虽不完全适用,但也具有借鉴意义。