基于粗糙集的林木冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)凈光合速率影響研究

鐘泳林，王志云，冼麗鏵，鮑海泳，楊寶儀，孫同高，陳紅躍

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.佛山市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東 佛山 528222 ）

基于粗糙集的林木冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)凈光合速率影響研究

鐘泳林1，王志云2，冼麗鏵1，鮑海泳1，楊寶儀1，孫同高1，陳紅躍1

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.佛山市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東 佛山 528222 ）

以廣東省東莞市大嶺山森林公園33個(gè)鄉(xiāng)土樹種為研究對(duì)象，使用半球面影像技術(shù)和Li-6400光合儀分別獲取林木冠層結(jié)構(gòu)、光分布和光合作用指標(biāo)，用方差分析和粗糙集理論進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，林冠開度、葉面積指數(shù)、林下直射光、林下散射光、透光率和凈光合速率均在各樹種間存在極顯著差異（p＜0.0001），各指標(biāo)在樹種間的變化幅度也各不相同，其中林冠開度、林下直射光、林下散射光和透光率的變化幅度均超過了20%，分別為29.95%、20.40%、23.77%和22.56%，而葉面積指數(shù)和凈光合速率的變化幅度分別為3.24和7.80。林冠結(jié)構(gòu)和光分布均對(duì)林木凈光合速率有重要貢獻(xiàn)，但其影響程度不同。其中林冠開度最大，重要值為1/11，其余幾項(xiàng)指標(biāo)對(duì)光合作用的重要性相同，為2/33，略小于林冠開度的重要性。在評(píng)價(jià)林木冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)凈光合速率的綜合影響力中，林冠開度貢獻(xiàn)的權(quán)重最大，為0.27，林下直射光、林下散射光和透光率貢獻(xiàn)的權(quán)重均為0.18。冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)林木凈光合速率的綜合影響力在一定程度可指示冠層結(jié)構(gòu)和光分布的合理性，與林木凈光合速率大小不存在線性正相關(guān)關(guān)系，它只表明冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)林木凈光合速率的影響程度。

林木冠層結(jié)構(gòu)；光分布；光合作用；粗糙集

林木冠層是林木光合作用的主要發(fā)生場(chǎng)所[1]，其結(jié)構(gòu)影響林木對(duì)光[2]、CO2[3]、水分、熱量的獲取[4]，進(jìn)而影響林木的蒸騰作用[5-6]、光合能力[7]，冠層過于郁閉或者開闊都會(huì)使林冠內(nèi)光分布不合理，降低林木光合性能[8]。因此，合理的冠層結(jié)構(gòu)對(duì)促進(jìn)林木的生長(zhǎng)和提高生物量的生產(chǎn)具有重要作用[7-9]。

粗糙集理論（Rough Set）最早是在1982年由波蘭數(shù)學(xué)家Z. Paw lak首次提出的[10]。作為模糊數(shù)學(xué)的一種新方法，粗糙集理論無需知道先驗(yàn)信息，僅立足于有待分析的集合本身，進(jìn)行分類、約簡(jiǎn)、決策等數(shù)據(jù)挖掘[11]。因此，粗糙集理論在處理不精確和不確定問題時(shí)較為客觀，在電力工業(yè)[12]，企業(yè)經(jīng)濟(jì)[13]，礦業(yè)工程[14]等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

本研究通過測(cè)定33個(gè)鄉(xiāng)土樹種的冠層的相關(guān)指標(biāo)和光合作用，包括林冠開度Canopy Openness（%）和葉面積指數(shù)Leaf Area Index(mol·m2·s-1·d-1)等 2 個(gè) 冠 層 結(jié) 構(gòu) 指 標(biāo)， 林 下 散 射 光Transmitted Diffuse Solar Radiation（%）、林下直射光Transmitted Direct Solar Radiation（%）和透光 率Transmitted Total Solar Radiation（%） 等3個(gè)光分布指標(biāo)以及凈光合速率Net Photosynthetic Rate(μmol·m-2s-1)1個(gè)光合作用指標(biāo)，采用粗糙集理論綜合評(píng)價(jià)林木冠層結(jié)構(gòu)和光分布相關(guān)指標(biāo)，定量探討林木冠層結(jié)構(gòu)和光分布的不同指標(biāo)分別對(duì)凈光合速率的影響程度，并以冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)林木凈光合速率的綜合影響力作為主要依據(jù)進(jìn)行樹種冠層結(jié)構(gòu)和光分布的合理性評(píng)價(jià)，其方法與結(jié)果對(duì)我國林木冠層研究具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

研究地點(diǎn)東莞大嶺山森林公園（113°42′22″～113°48′12″E，22°50′00″～ 22°53′32″N，海拔 30 ～530 m）位于東莞市南部，珠江口的東北部，屬低山、丘陵地帶，地處南亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖多雨，平均氣溫21.7℃，年均降水量1 790 mm，雨季多集中4～9月，其降雨量均占全年的80%，常有臺(tái)風(fēng)災(zāi)害。土壤為花崗巖、巖頁巖等發(fā)育的赤紅壤。土層多為厚土層，有機(jī)質(zhì)豐富，部分地段為薄中層土，且石礫含量較多，有機(jī)質(zhì)含量較低。

1.2 試驗(yàn)材料

本研究選擇的研究對(duì)象為東莞大嶺山森林公園水源林立地條件、苗齡基本一致的33種鄉(xiāng)土樹種，并編號(hào)：白蘭Michelia alba、潺槁木Litsea glutinosa、多花山竹子Garcinia multiflora、 格 木Erythrophleum fordii、 觀 光 木Tsoongiodendron odorum、 海南紅豆Ormosia pinnata、海南蒲桃Syzygium hainanense、紅苞木Rhodoleia championii、紅花油茶Camellia chekiangoleosa、紅錐Castanopsis hystrix、猴耳環(huán)Pithecellobium clypearia、黃蘭Cephalantheropsis gracilis、 灰 木 蓮Manglietia glauca、 火 力 楠Michelia macclurei、 降 香 黃檀Dalbergia hainanensis、闊瓣含笑Michelia platypetala、 毛 黃 肉 楠Actinodaphne pilosa、米老排Mytilaria laosensis、米錐Castanopsis chinensis、 木 荷Schima superba、 人 面 子Dracontomelon duperreanum、 石 栗Aleurites moluccana、 酸 棗Ziziphus jujubavar.spinosa、 鐵刀木Cassia siamea、烏欖Canarium pimela、香港四照花Dendrobenthamia hongkongensis、香葉樹Lindera communis、儀花Lysidice rhodostegia、陰香Cinnamomum burmanni、樟樹Cinnamomum bodinieri、中華杜英Elaeocarpus chinensis、中華楠Machilus chinensis、華南錐Castanopsis concinna。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樹冠結(jié)構(gòu)和凈光合速率測(cè)定

本試驗(yàn)于2012年4月的一個(gè)陰天，在廣東省東莞市大嶺山森林公園內(nèi)進(jìn)行，在試驗(yàn)樣地中每個(gè)試驗(yàn)樹種隨機(jī)選5棵，做好標(biāo)記，使用半球面影像技術(shù)獲取半球面照片[15-16]。拍照應(yīng)選在陰天或無風(fēng)的天氣、日出或日落的時(shí)間以確保了光照條件的一致和使直射陽光造成的眩光最小化[17]。

凈光合速率的測(cè)定采用Li-6400光合儀，于當(dāng)月選一個(gè)晴天的上午9：00～11：30和下午2：00～4：30，在做了標(biāo)記的樹上選取3片生長(zhǎng)健壯的葉子進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 圖像處理

本研究共采集了33種鄉(xiāng)土樹種的半球面照片，用 Gap Light Analyzer Version 2.0（GLA 2.0）[18]軟件對(duì)照片進(jìn)行處理與分析[19]。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003和SAS 8.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[20-21]。

1.3.4 基于粗糙集的冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)凈光合速率影響的綜合評(píng)價(jià)

1.3.4.1 粗糙集理論設(shè)U≠φ是我們感興趣的研究對(duì)象組成的有限集合，稱為論域。任何子集UX? ，稱為U中的一個(gè)概念或范疇。U中任何概念族稱為關(guān)于U的知識(shí)。R是U上一族等價(jià)關(guān)系，U/R是U上R的等價(jià)類全體，它構(gòu)成了U的一個(gè)劃分。U上的一族劃分叫作關(guān)于U的一個(gè)知識(shí)庫：K=(U，R)。四元組S=(U,A,V,f) 稱為一個(gè)知識(shí)表達(dá)系統(tǒng)。其中：U：論域；A：屬性的非空有限集合，A=C∪D，C∩D=φ，C：條件屬性集，D：決策屬性集；F：U×A→V為一信息函數(shù)。給定知識(shí)庫K=(U，R)，對(duì)于每一個(gè)子集UX? 和一個(gè)等價(jià)關(guān)系ind(K)，X的R下近似集和X的R上近似集分別定若S∈P，當(dāng)pos{P-S}(Q)=posS(Q)，則S為冗余屬性，可約簡(jiǎn)刪除；否則，S為必要屬性[11,22]，k=rP(Q)=|posP(Q)|/|U|，稱Q部份依賴于P，依賴度為k(0≤k≤1)[11,23]。

1.3.4.2 綜合評(píng)價(jià)

綜合評(píng)價(jià)需要獲得權(quán)重的分配，但權(quán)重確定往往難以把握[24]，常見的方法有層次分析法，德爾菲法等，但這些方法的主觀因素較大，通常以決策者的先驗(yàn)知識(shí)為基礎(chǔ)[25-26]，而粗糙集有關(guān)約簡(jiǎn)和重要性等理論則可以較為客觀地求出權(quán)重分配[23-24]。要利用粗糙集來確定屬性的權(quán)重,首先需要求出屬性重要性或求出條件信息熵[27]。

本研究以冠層結(jié)構(gòu)和光分布共5個(gè)因子（林冠開度C1、葉面積指數(shù)C2、林下直射光C3、林下散射光C4、透光率C5）作為條件屬性的因子，以凈光合速率（D）作為決策屬性的一個(gè)因子，分別劃分為5個(gè)等級(jí)，得到林木冠層指標(biāo)知識(shí)表達(dá)系統(tǒng)。根據(jù)粗糙集屬性約簡(jiǎn)原理對(duì)知識(shí)表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行約簡(jiǎn)并得到各條件屬性對(duì)決策屬性的依賴度（rCi(D)= | posCi(D)|/|U|）、重要性（σCD(Ci)=rC(D)-r{C-Ci}(D)）、 客 觀 權(quán) 重：最后得出各個(gè)樹種冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)凈光合速率的綜合影響力為：為條件屬性的數(shù)值[23-24,28-29]。

2 結(jié)果與分析

2.1 方差分析

33個(gè)樹種6個(gè)指標(biāo)如表1。方差分析表明，林冠開度、葉面積指數(shù)、林下直射光、林下散射光、透光率和凈光合速率均在各樹種間存在極顯著差異（p＜0.0001），F(xiàn)值分別為F1=10.48，F(xiàn)2=6.59，F(xiàn)3=5.41，F(xiàn)4=7.52，F(xiàn)5=11.68，F(xiàn)6=69.75。各指標(biāo)在樹種間的變化幅度各不相同，林冠開度由中華楠的2.86到烏欖32.81，變化幅度29.95%；葉面積指數(shù)由烏欖的2.02到潺槁的5.26，變化幅度為3.24，林下散射光、透光率、林下直射光和凈光合速率的變化幅度分別為23.77%、22.56%、20.40%和7.80。

2.2 基于粗糙集的綜合評(píng)價(jià)

指標(biāo)按表2的劃分原則進(jìn)行劃分，結(jié)果如表3。

根據(jù)粗糙集屬性約簡(jiǎn)原理對(duì)知識(shí)表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算處理，結(jié)果如下：

由以上結(jié)果可知，D對(duì)C1、C2、C3、C4、C5均部份依賴，C1、C2、C3、C4、C5都為D的重要指標(biāo)，不可約簡(jiǎn)刪除，說明林冠開度、葉面積指數(shù)、林下直射光、林下散射光和透光率都對(duì)冠層的凈光合速率有較大影響，其貢獻(xiàn)不可忽咯。重要性最高的是林冠開度，為1/11，而葉面積指數(shù)、林下直射光、林下散射光和透光率具有相同的重要性，都為2/33，比林冠開度小。

表1 樹種的評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 1 Evaluation parameters of tree species

表2 評(píng)價(jià)因子等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Standard for classifying evaluation factor degrees

表3 林木冠層指標(biāo)的知識(shí)表達(dá)系統(tǒng)Table 3 Knowledge representation system for Indicators of forest canopy layers

根據(jù)以上結(jié)果可計(jì)算出各指標(biāo)客觀權(quán)重：q1=0.27，q2=q3=q4=q5=0.18，綜合評(píng)判為：M=0.27×yC1+0.18×yC2+0.18×yC3+0.18×yC4+0.18×yC5，應(yīng)用評(píng)判式得到33個(gè)試驗(yàn)樹種的冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)凈光合速率的綜合影響力，并對(duì)其排序，如表4。

表4 試驗(yàn)樹種的冠層對(duì)凈光合速率的綜合影響力Table 4 Comprehensive impacts of canopy layers of tested tree species on net photosynthesis rate

由表4可知，林木冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)凈光合速率的綜合影響力超過3.00的只有7個(gè)樹種，其中最好的是烏欖，綜合影響力超過了4.00，為4.23；而綜合影響力小于2.00的有16個(gè)樹種，最差的是鐵刀木，只有1.35。結(jié)果表明，光合速率較大的樹種冠層結(jié)構(gòu)和光分布不一定就更合理，冠層結(jié)構(gòu)和光分布合理的樹種其光合速率也不一定大，但其對(duì)凈光合速率的影響較大。如冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)凈光合速率綜合影響力最高的烏欖，其冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)凈光合速率的影響程度最明顯，但其凈光合速率為3.20，僅排在第15位；凈光合速率最大的陰香，其冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)凈光合速率的綜合影響力僅為1.53，排在第32位。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明林冠開度、葉面積指數(shù)、林下直射光、林下散射光和透光率均在各樹種間存在極顯著差異，5個(gè)指標(biāo)都是影響冠層凈光合速率的重要指標(biāo)，對(duì)冠層內(nèi)的光分布和光利用有重要影響，其貢獻(xiàn)不可忽略。但各個(gè)指標(biāo)對(duì)冠層凈光合速率的影響程度不同，最大的是林冠開度，與區(qū)余端“認(rèn)為在對(duì)冠層結(jié)構(gòu)反映的問題上林冠開度的程度最高”的結(jié)論相符[30]，而葉面積指數(shù)、林下直射光、林下散射光和透光率在對(duì)冠層凈光合速率的反映上有相同的貢獻(xiàn)。主要原因是冠層結(jié)構(gòu)決定了光分布情況[31]。

冠層光合能力是林木樹種本身的生理特性，受自身遺傳控制[32]，但受冠層結(jié)構(gòu)影響[3,7-8]，此外，還受太陽輻射、水分、CO2濃度等其他環(huán)境因素的影響[33]，因此，不能完全依賴凈光合速率指標(biāo)直接評(píng)價(jià)冠層結(jié)構(gòu)和光分布情況的優(yōu)劣，但可以加入到粗糙集方法中作為分析評(píng)價(jià)冠層結(jié)構(gòu)和光分布指標(biāo)對(duì)凈光合速率影響的一種依據(jù)，由此可計(jì)算冠層結(jié)構(gòu)和光分布各指標(biāo)對(duì)凈光合速率的綜合影響力，從而評(píng)判冠層結(jié)構(gòu)和光分布的合理性。本研究結(jié)果表明，冠層結(jié)構(gòu)和光分布的合理性與樹種的凈光合速率大小沒有線性正相關(guān)關(guān)系。本研究使用粗糙集理論分析了林木冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)凈光合速率的影響力，獲得了各樹種冠層結(jié)構(gòu)和光分布的綜合比較結(jié)果。粗糙集理論可對(duì)大量的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化約簡(jiǎn)，去除冗余，提取出貢獻(xiàn)大的指標(biāo)，并可得到各重要指標(biāo)的重要性和權(quán)重，對(duì)指標(biāo)的篩選提取有重要意義，該理論比依賴專家意見進(jìn)行評(píng)價(jià)的其它方法更為客觀[11,23-26,28]，用于評(píng)價(jià)冠層結(jié)構(gòu)和光分布對(duì)林木凈光合速率影響其結(jié)果更加真實(shí)可靠。林木的冠層結(jié)構(gòu)和光分布的評(píng)價(jià)也可從其它各種角度和方法進(jìn)行，如何找出最為合理有效的冠層結(jié)構(gòu)和光分布評(píng)價(jià)方法，這方面有待今后做更多的研究探討。

[1] Cannell M. Physiological basis of wood production: a review[J].Scandinavian Journal of Forest Research,1989,4(1-4): 459-490.

[2] 林忠輝,周允華,王輝民,等. 青藏高原冬小麥冠層幾何結(jié)構(gòu)、光截獲及其對(duì)光合潛能的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 1998, 18(4):58-64.

[3] Pearcy R W, Muraoka H, Valladares F. Crown architecture in sun and shade environments: assessing function and trade-offs with a three-dimensional simulation model[J]. New Phytologist, 2005,166(3):791-800.

[4] 張小全,徐德應(yīng),趙茂盛. 林冠結(jié)構(gòu), 輻射傳輸與冠層光合作用研究綜述[J]. 林業(yè)科學(xué)研究,1999,12(4): 411-421.

[5] Kato T, Kimura R, Kamichika M. Estimation of evapotranspir ation,transpiration ratio and water-use eff i ciency from a sparse canopy using a compartment model[J]. Agricultural water management, 2004, 65(3): 173-191.

[6] 李仙岳,楊培嶺,任樹梅,等. 基于葉面積與冠層輻射的果樹蒸騰預(yù)測(cè)模型[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2009, 29(5): 2312-2319.

[7] 張顯川,高照全,付占方,等. 蘋果樹形改造對(duì)樹冠結(jié)構(gòu)和冠層光合能力的影響[J]. 園藝學(xué)報(bào),2007, 34(3): 537-542.

[8] 呂麗華,陶洪斌,夏來坤,等. 不同種植密度下的夏玉米冠層結(jié)構(gòu)及光合特性[J]. 作物學(xué)報(bào),2008, 34(3): 447-455.

[9] 杜明偉,馮國藝,姚炎帝,等. 雜交棉標(biāo)雜A1和石雜2號(hào)超高產(chǎn)冠層特性及其與群體光合生產(chǎn)的關(guān)系[J]. 作物學(xué)報(bào),2009, 35(6): 1068-1077.

[10] Pawlak Z L A. Rough sets[J]. International Journal of Computer& Information Sciences,1982,11(5): 341-356.

[11] 張文修. 粗糙集理論與方法[M]. 北京：科學(xué)出版社,2001.

[12] 孫秋野,張化光. 基于粗糙集的配電系統(tǒng)連續(xù)信號(hào)故障診斷方法[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2006,26(11): 156-161.

[13] 蔡 紅,陳榮耀. 基于粗糙集理論的企業(yè)持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)研究[J]. 企業(yè)經(jīng)濟(jì),2013, (3): 31-34.

[14] 邵良杉. 基于粗糙集理論的煤礦瓦斯預(yù)測(cè)技術(shù)[J]. 煤炭學(xué)報(bào),2009, (3): 371-375.

[15] Frazer G W, Fournier R A, Trofymow J A,et al. A comparison of digital and fi lm fi sheye photography for analysis of forest canopy structure and gap light transmission[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2001, 109(4): 249-263.

[16] 蘇志堯,賈小容,解丹丹,等. 用半球面影像技術(shù)測(cè)定城市林分的冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,28(2):65-68.

[17] Beaudet M, Messier C. Variation in canopy openness and light transmission following selection cutting in northern hardwood stands: an assessment based on hemispherical photographs[J].Agricultural and Forest Meteorology,2002,110(3): 217-228.

[18] Frazer G W, Canham C D, Lertzman K P. Gap Light Analyzer(GLA),version 2.0: Imaging software to extract canopy structure and gap light transmission from true-colour fisheye photographs,users manual and program documentation[J]. Simon Fraser University,Burnaby,British Columbia,and the Institute of Ecosystem Studies,Millbrook,New York,1999.

[19] Blennow K. Sky view factors from high-resolution scanned fi sheye lens photographic negatives[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology,1995,12(6): 1357-1362.

[20] 黃少偉,謝維輝. 實(shí)用 SAS 編程與林業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社,2001.

[21] 羅納德,科 迪,杰弗里,等. SAS 應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析[M]. 北京:中國郵電出版社,2011.

[22] 張文修,吳偉志. 粗糙集理論介紹和研究綜述[J]. 模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué),2000, 14(4): 1-12.

[23] 程國平,張劍光. 基于模糊集和粗糙集理論的企業(yè)免疫力評(píng)價(jià)[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào): 信息與管理工程版, 2012, 34(1):78-82.

[24] 孫 斌,王立杰. 基于粗糙集理論的權(quán)重確定方法研究[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2006, (29): 216-217.

[25] 常建娥,蔣太立. 層次分析法確定權(quán)重的研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào): 信息與管理工程版,2007, 29(1): 153-156.

[26] 戴西超,張慶春. 綜合評(píng)價(jià)中權(quán)重系數(shù)確定方法的比較研究[J]. 煤炭經(jīng)濟(jì)研究,2003, (11): 37.

[27] 譚宗鳳. 基于粗糙集的權(quán)重確定方法研究[D]. 桂林：廣西師范大學(xué),2012.

[28] 文益君,周根苗,張曉蕾,等. 基于粗糙集的風(fēng)景林景觀美學(xué)評(píng)價(jià)[J]. 林業(yè)科學(xué),2009,45(1): 1-7.

[29] 翟治芬,王蘭英,孫敏章,等. 基于AHP與Rough Set的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)綜合評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2012,32(3): 931-941.

[30] 區(qū)余端,蘇志堯. 粵北山地常綠闊葉林自然干擾后冠層結(jié)構(gòu)與林下光照動(dòng)態(tài)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào),2012, 32(18): 5637-5645.

[31] 郭 江,肖 凱,郭新宇,等. 玉米冠層結(jié)構(gòu)、光分布和光合作用研究綜述[J]. 玉米科學(xué),2005,13(2): 55-59.

[32] Lambers H, Chapin F S, Pons T L. Plant physiological ecology[M]. Springer,1998.

[33] Ribeiro R V, Machado E C. Some aspects of citrus ecophysiology in subtropical climates: re-visiting photosynthesis under natural conditions[J]. Brazilian Journal of Plant Physiology,2007,19(4):393-411.

Effects of canopy structure and solar radiation distribution on net photosynthetic rate based on rough set theory

ZHONG Yong-lin1, WANG Zhi-yun1, XIAN Li-hua1, BAO Hai-yong1, YANG Bao-yi1, SUN Tong-gao1, CHEN Hong-yue1
(1. College of Forestry, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, Guangdong, China;2. Foshan Institute of Forestry Science, Foshan 528222, Guangdong, China)

By taking the 33 native trees species in Dalingshan Forest Park in Dongguan city of Guangdong province as the studied objects, using hemispherical photography technology and Li-6400 portable photosynthesis system, the tested tree species’ canopy structure, solar radiation distribution and photosynthesis indexes were investigated and measured, and then the observed results were evaluated with variance analysis and rough set theory. The results indicate that there were very significant differences of canopy openness, leaf area index, transmitted direct solar radiation, transmitted diffuse solar radiation, transmitted total solar radiation and net photosynthetic rate respectively among tree species (p＜0.0001), and the amplitude of inter-specif i c variations of all these 6 indexes were not the same. The amplitude variations of canopy openness, transmitted direct solar radiation, transmitted diffuse solar radiation and transmitted total solar radiation were all more than 20.000% being such as: 29.95%, 20.40%, 23.77%, 22.56%, respectively, while those of leaf area index and net photosynthetic rate were 3.24 and 7.80, respectively; the canopy structure and solar radiation distribution both had significant effects on net photosynthesis rate of the forests, however, the influenced degrees were different, the canopy openness contributed the most signif i cance, its’ important value was 1/11, and the others indexes had the same signif i cance to the net photosynthesis rate, all being 2/33, a little less than that of canopy openness; while comprehensively evaluating the effects of canopy structure and solar radiation on net photosynthesis rate, the canopy openness contributed the most weight (0.27) and the leaf area index,transmitted direct solar radiation, transmitted diffuse solar radiation, transmitted total solar radiation contributed the same weight of 0.18;the comprehensive impacts of canopy structure and solar radiation distribution on net photosynthesis rate, which can be an indication of rationality of canopy structure and solar radiation distribution in some degrees, was not positively correlated with net photosynthetic rate absolutely, only to showed the degree of effects of canopy structure and solar radiation distribution on photosynthesis. The Rough SetTheory, a method which didn’t rely on specialists’ opinions but objective data to reveal potential information, was used to evaluate the effects of canopy structure and solar radiation distribution on photosynthesis in this research. And the result of this evaluation is more objective and more reliable.

forest canopy structure; solar radiation distribution; photosynthesis; rough set

S718.43

A

1673-923X(2014)04-0043-06

2013-11-22

國家林業(yè)公益性行業(yè)專項(xiàng)“城市地帶性鄉(xiāng)土植物材料篩選與體系構(gòu)建模式研究”（201004042）

鐘泳林（1989-），男，碩士，主要研究森林培育理論與技術(shù)，E-mail：damon_bergkamp@163.com

陳紅躍，男，博士，教授， E-mail：chenhongyuetz@126.com

[本文編校：吳 彬]