中山长江库区自然保护区植物群落叶面积指数与绿量

摘 要：以中山市长江库区水源林市级自然保护区的针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林、沟谷季雨林这4种典型森林类型为研究对象，运用半球面影像技术获取植物群落的叶面积指数，并以此估测该植物群落的绿量。研究结果显示，不同林型以及同一林型的不同调查样地的林分密度、平均胸径、平均树高和叶面积指数均存在差异，其中沟谷季雨林植物群落叶面积指数为所调查的4种林型中最大，而针叶林则最小。坡度和坡位对植物群落叶面积指数的影响均不显著（P >0.05），坡向对植物群落叶面积指数存在显著影响（P

关键词：绿量 叶面积指数 半球面影像技术

中图分类号：S76 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（b）-0066-03

森林在调节气候、净化环境、保持水土、涵养水源、保护生物多样性等方面具有重要的作用。其中，森林植被群落的叶面积指数和绿量与森林生态系统的生产力和生态效益具有密切的关系[1]。叶面积指数可反映林分冠层结构，通过影响林内的微环境来调节植物与环境之间的相互作用关系，从而影响林分的光合效率[2，3]。绿量指单位面积所占据空间中所有叶片面积的总和，对评价森林生态系统的生态功能具有重要意义[4]。绿量的研究为森林生态效益的定量化研究提供了基础手段，为绿地规划提供重要的技术依据[5]。研究表明，可用叶面积指数作为绿量的测度单位，用以估算植物群落的绿量[6]。

对于植被叶面积指数的估算方法可采用以下两种：第一，应用3S技术估算植被叶面积指数，此法可在大尺度上测量森林植被的叶面积指数[4，7]；第二，基于图像测量的方法获取植被冠层的图像，利用图像处理软件对其进行分析，计算植被群落叶面积指数，此法简便、直接，已被广泛应用于森林群落结构的研究中[8， 9]。此文测量的叶面积指数采用最后一种方法。

文章以中山市长江库区水源林市级自然保护区内的针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林、沟谷季雨林这4种典型森林类型为研究对象，利用半球面影像技术快速、无损地测量植物群落的叶面积指数，以此估测其绿量，为森林群落绿量的定量化研究提供参考。

1 研究地与研究方法

1.1 研究地概况

研究地为中山市长江库区水源林市级自然保护区，位于广东省中山市中南部的五桂山地区（22°24'53"～22°30'01" N，113°25'13"～113°29'25" E），属于南亚热带季风气候区，气候温暖湿润，光照充足，水热条件优越。年平均温度21.8 ℃，极端高温36.7 ℃，极端低温 -1.3 ℃，年均降雨量1 747.4 mm。保护区内的地貌类型主要以低山、丘陵为主，区内最高海拔为531 m，土壤以山地赤红壤为主，植被多为亚热带常绿阔叶林[10-11]。

1.2 样地设置与植被调查

在保护区内选取针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林、沟谷季雨林这4种典型森林类型进行样地设置，设置了14个固定样地，分别记录样地的经纬度、海拔、坡度、坡向、坡位等基本信息。

对各个样地内胸径大于3 cm的乔木进行每木调查，记录其胸径、树高、冠幅、枝下高等指标。

1.3 影像的获取与图片处理

在每个固定样地用Nikon CoolPix4500数码相机外接Nikkor FC-E8鱼眼镜头转换器获取林冠半球面影像照片3张。在离地面1.6 m处保持相机水平，镜头朝上，并用相机内置的Fisheye1模式拍摄半球面影像。

用Gap Light Analyzer 2.0图像处理软件对所拍摄的半球面照片进行分析，即可获得样方的叶面积指数。

1.4 数据统计分析

为探讨不同的坡位、坡向和坡度对植物群落叶面积指数的影响，根据样方调查的情况，将坡位分为上坡、中坡、中下坡和下坡4级；坡向采用4级坡向分法（阴坡：0°～45°，315°～360°；半阴坡：45°～90°，270°～315°；半阳坡：90°～135°，225°～273°；阳坡：135°～225°）；坡度分为6级：平坡（0°～5°）、缓坡（5°～15°）、斜坡（15°～25°）、陡坡（25°～35°）、急坡（35°～45°）、险坡（>45°）[12]。

用统计软件Statistica 12.0进行数据的统计分析。

2 结果与分析

2.1 植物群落的冠层结构

对调查的14个样地冠层结构进行分析（见表1），不同林型以及同一林型的不同调查样地的林分密度、平均胸径、平均树高和叶面积指数均存在差异。其中，沟谷季雨林样地P014的林分密度最大，但其平均胸径和平均树高为所调查的14个样地中最小的，且其变异系数也不大，另外其叶面积指数也较大，说明该样地可能处于群落演替的前期，仍未被大乔木占据，但林木数量多，林分较郁闭。林型为常绿阔叶林的9个调查样地的林分密度普遍为1 000 株・hm-2以上，平均胸径介于（6.15±0.1）到（10.87±0.63）cm之间，其变异系数为0.23～0.57；平均树高的最小值为（6.56±0.15）m，最大值为（12.21±0.92）m，变异系数介于0.20到0.74之间；叶面积指数介于1.49±0.22到2.34±0.21之间，变异系数介于1.05到25.15之间，差异较大。

2.2 保护区内不同森林类型的叶面积指数

保护区内4种森林类型的叶面积指数存在差异，但其差异不显著（P >0.05）。其中沟谷季雨林的叶面积指数的均值为4种林型中最大，其次为常绿阔叶林，针叶林的叶面积指数最小。但沟谷季雨林叶面积指数的最大值却远小于其他3种林型，且其最大值与最小值间的差异很小，常绿阔叶林的叶面积指数的最大值为4种林型中最大（见图1）。

2.3 不同环境因素对叶面积指数的影响

坡度和坡位对植物群落叶面积指数均没有显著影响（P > 0.05），但坡向对植物群落叶面积指数影响显著（P < 0.05）。从坡度来看，处于急坡的植物群落叶面积指数最大，处于平坡的植物群落叶面积指数最小，其他坡度则介于两者之间，依次为缓坡、险坡、陡坡和斜坡。就坡位而言，处于下坡的植物群落叶面积指数最大，依次为中下坡、中坡和上坡。处于阴坡的植物群落叶面积指数的均值最大，其次为半阳坡，处于半阴坡的植物群落叶面积指数最小（见图2）。

3 结论与讨论

不同群落类型间叶面积指数存在差异，但差异不显著（P > 0.05），沟谷季雨林群落叶面积指数为4种林型中最大，可能是因为该林分所处环境的水热条件较好，适合于植物生长，且林木的数量较多，另外其林分为天然起源，人为干扰较少，树木生长较快，林分较郁闭，故其叶面积指数较高，因此沟谷季雨林群落的绿量也为这4种林型中最高；而林型为针叶林和针阔混交林群落的叶面积指数较小，该植物群落的绿量也较低，可能是因为针叶林和针阔混交林处于演替初期，群落物种组成单一，群落结构简单，林冠 结构不够郁闭，特别是P002和P004样地马尾松占据该群落的主要优势地位，而马尾松在保护区内生长呈衰退趋势，因此其生长的林分冠层郁闭度低，叶面积指数也较低。

另外，坡度和坡位对植物群落叶面积指数的影响较小（P >0.05），而坡向对其存在显著影响（P

该研究以中山市长江库区自然保护区植物群落为研究对象，利用半球面影像技术估测其绿量，提供了一种在小尺度范围内快速、便捷地测量绿量的方法，对定量测定并评价森林绿量提供一种技术手段，为定量分析森林群落的生态效益以及更好地反映森林群落空间结构方面的差异提供依据，对提高森林植物群落的物种配置以及指导森林群落的经营管理等具有借鉴作用。

参考文献

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