光熱和水分條件對(duì)石灰?guī)r山地側(cè)柏人工林更新的影響

王斐，臧麗鵬

(1.山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院,北京 100083)

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光熱和水分條件對(duì)石灰?guī)r山地側(cè)柏人工林更新的影響

王斐1，臧麗鵬2

(1.山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250014；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院,北京 100083)

摘要側(cè)柏(Platycladus orientalis )是我國(guó)荒山造林、水土保持和涵養(yǎng)水源的重要常綠樹種之一。它適應(yīng)環(huán)境的能力強(qiáng)，栽培范圍廣,常被栽植于我國(guó)的石灰?guī)r山地上。耐干旱瘠薄是公認(rèn)的側(cè)柏生態(tài)學(xué)特性之一，但是，側(cè)柏幼苗和幼樹的更新和生長(zhǎng)受山地環(huán)境影響較大。 通過熱紅外成像法移動(dòng)觀測(cè)山體光熱能量的分配特征,利用SketchUP軟件三維陰影分析的功能進(jìn)行林窗日照和遮陰分布的計(jì)算機(jī)模擬，以及在山東省側(cè)柏主要栽培區(qū)對(duì)山地林窗幼苗進(jìn)行實(shí)地調(diào)查研究,結(jié)果表明：側(cè)柏苗適合栽培在濕潤(rùn)而光照充足的立地上。山地陰坡和陽(yáng)坡、山谷和山脊的光照和濕度的差異導(dǎo)致側(cè)柏幼苗更新的變化,以至于一邊因密度過大而出現(xiàn)嚴(yán)重的種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，另一邊因幼苗更新不暢而常出現(xiàn)林窗和空地。因此，需要通過適度的人工撫育和管理來(lái)解決該問題，以便在我國(guó)北方地區(qū)建立起穩(wěn)定和完善的側(cè)柏森林生態(tài)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞側(cè)柏；林窗;天然更新;日照模擬;紅外熱溫;遮陰;匯水面

側(cè)柏(Platycladusorientalis)系單種屬常綠葉樹種。 側(cè)柏天然林主要分布于中國(guó)華北以及東北、華東、西南局部山區(qū),人工栽培遍及中國(guó)大陸各省區(qū)，尤其是干旱瘠薄的石灰?guī)r山地。側(cè)柏對(duì)土壤的適應(yīng)性廣,從石灰性土壤到棕壤、褐土等均可生長(zhǎng)，尤其是在其他樹種難以生存的裸巖山地常見到叢生的灌木狀側(cè)柏林。在這種干旱瘠薄的土壤上側(cè)柏群落相對(duì)穩(wěn)定，其耐干旱瘠薄的特性贏得了人們的青睞,以至于成為我國(guó)華北、西北等地區(qū)主要的荒山造林樹種。盡管側(cè)柏結(jié)實(shí)量很大，種子易于萌發(fā)，但在側(cè)柏人工林干旱的空曠陽(yáng)坡環(huán)境和密閉的陰坡環(huán)境下其苗木和幼樹并不多見。為此，我們?cè)谏綎|省側(cè)柏主要栽培區(qū)的濟(jì)南、淄博、棗莊等地進(jìn)行了詳細(xì)的考察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，側(cè)柏幼苗常集中生長(zhǎng)于母樹樹冠側(cè)下方，伴隨著幼苗的成長(zhǎng)勢(shì)必出現(xiàn)嚴(yán)酷的種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)。其中一些苗木成功地進(jìn)入樹冠層，而另一些則嚴(yán)重受壓而彎曲、衰退甚至枯萎。除林緣和林窗以外，在郁閉的樹冠下面難以見到新生幼苗的蹤跡。盡管國(guó)內(nèi)對(duì)側(cè)柏的研究為數(shù)眾多[2-6],但是針對(duì)側(cè)柏林窗幼苗的空間分布以及幼苗適應(yīng)環(huán)境特殊性的研究并不多見。本研究通過熱紅外成像法近距離移動(dòng)觀測(cè)山體光熱能量分配的地面真實(shí)特征,用SketchUP軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬林窗光照 的分布情況，追蹤林窗陰影的蹤跡。在此基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)側(cè)柏幼苗分布和生長(zhǎng)與林窗光熱能量再分配有關(guān)，表明側(cè)柏幼苗對(duì)環(huán)境具有特殊適應(yīng)性。

1材料與方法

1.1紅外熱像溫度的移動(dòng)觀測(cè)

在山東省,除了少量的零星栽培以外,側(cè)柏大多栽培在山地環(huán)境中,尤其是石灰?guī)r山地。而山地環(huán)境與平原的最大區(qū)別在于其光能在不同坡向和坡位的再分配[8,9]。山地環(huán)境的土壤濕度也不盡相同。熱紅外成像技術(shù)不僅可以反映觀測(cè)對(duì)象的溫度，而且在一定程度上也提供其濕潤(rùn)狀況(含水率等)的信息[10]。因此，本研究設(shè)計(jì)了山林地近距離熱紅外圖像的地面真實(shí)觀測(cè)研究。紅外熱像用NEC H2640 熱紅外相機(jī)(波長(zhǎng)8～13 μm)拍攝。該相機(jī)的測(cè)溫范圍為-40～500 ℃，最小感溫能力0.03 ℃。在設(shè)定紅外相機(jī)為自動(dòng)靈敏度和0.98的發(fā)射系數(shù)的狀態(tài)下，手持熱紅外攝像機(jī)于目標(biāo)林地上方150 cm處調(diào)焦清晰后拍攝紅外熱像。

鑒于熱紅外成像設(shè)備價(jià)格不菲,使用多臺(tái)同型號(hào)的設(shè)備同時(shí)在多點(diǎn)拍攝不太現(xiàn)實(shí)。為了盡可能同時(shí)觀測(cè)同一山體不同方位的熱像溫度值以增加數(shù)據(jù)的可比性，我們?cè)O(shè)計(jì)了應(yīng)用一臺(tái)熱紅外相機(jī)移動(dòng)拍攝紅外熱像的觀測(cè)方法[11]，定時(shí)觀測(cè)了濟(jì)南市饃饃山(117°03′28″ E ,36°38′13″ N)8個(gè)方位的熱像溫度。饃饃山山體渾圓是進(jìn)行山地光照和熱能分配特征的理想觀測(cè)環(huán)境。熱像是于山體中部側(cè)柏林木比較均勻、樹冠完全遮蔽而且沒有地被物的地面上拍攝的。每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)重復(fù)拍攝5次。觀測(cè)點(diǎn)的方位分別是北、東北、東、東南、南、西南、西、西北，從9：00—15：00每小時(shí)一個(gè)輪回。結(jié)果按公式1計(jì)算各點(diǎn)的平均熱溫?cái)?shù)值：

(1)

其中，ITi是第i個(gè)方位的平均熱象溫度，i=1，2，…8；tij是第i個(gè)方位在j時(shí)的熱象溫度值，j=1，2，…6。

1.2林地指溫差指數(shù)和土壤含水量的對(duì)應(yīng)觀測(cè)

2015年夏季，在山東省林業(yè)科學(xué)研究院燕子山林場(chǎng)(117°03′36″E ,36°38′58″N)側(cè)柏生態(tài)公益林的陽(yáng)坡(東南、南和西南)和西坡(西和西北)，于太陽(yáng)落山1 h后,以觀測(cè)者手指的熱像溫度為參照,應(yīng)用NEC H2640 熱紅外相機(jī)在不同密度的疏伐林地(扒開枯枝落葉層)的土壤上方30～50 cm處拍攝紅外熱像;然后應(yīng)用公式2計(jì)算土壤的指溫差指數(shù)[12]。

(2)

其中：TDlf是指溫差指數(shù),Tli為第i重復(fù)觀測(cè)的熱溫?cái)?shù)值，Tfi為第i重復(fù)觀測(cè)的手指熱溫?cái)?shù)值，n為重復(fù)數(shù)，一般重復(fù)5次。

在拍攝熱紅外圖像的同時(shí)采取土樣，用稱質(zhì)量法測(cè)定其含水率，并進(jìn)行對(duì)比分析。

1.3山地側(cè)柏林窗日照率和日照時(shí)數(shù)分布特征的SketchUP軟件模擬

SketchUp 是一個(gè)簡(jiǎn)便、易用的3D設(shè)計(jì)軟件， 軟件可按物體地理空間位置和時(shí)間序列顯示其陰影，適合實(shí)時(shí)解析樹蔭和日照的關(guān)系。洪文祥(2012)[13]曾應(yīng)用該軟件研究了高層建筑物陰影的觀測(cè)精度以及陰影對(duì)花木的影響。安潔玉等(2010)[14]用此軟件配合Google Earth的二維影像計(jì)算建筑物高度等。以山東省林業(yè)科學(xué)研究院燕子山林場(chǎng)側(cè)柏生態(tài)公益林為模板,應(yīng)用Google SketchUP 2014軟件建立密度3 000株·hm-2、樹高6～7 m、冠幅2.1 m的模擬側(cè)柏林地，并分別在東南陽(yáng)坡和西北陰坡(坡度30°)設(shè)計(jì)出長(zhǎng)約10 m、寬5～6 m的數(shù)字化模擬現(xiàn)實(shí)林窗。從5:00—19：30，以30 min的時(shí)間間隔，分別截取每個(gè)林窗夏至日的RGB圖像。然后，用點(diǎn)陣法獲取林窗內(nèi)光照或陰影的分布信息。依據(jù)林窗大小分別在東南坡和西北坡的林窗內(nèi)設(shè)置146和197個(gè)樣點(diǎn)。然后將陰影樣點(diǎn)數(shù)量化為1,光亮樣點(diǎn)為0，經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算每幅圖像的陰影分布數(shù)據(jù)，繪制日照時(shí)數(shù)分布圖和林窗日照率的日變化曲線圖， 研究林窗光照的時(shí)空軌跡。其中林窗日照面積率的數(shù)值計(jì)算見公式3：

(3)

其中,IRi為第i時(shí)林窗日照面積率,Xij為第i時(shí)第j個(gè)賦值為0的樣點(diǎn),j=1,2,…m;Yik第i時(shí)第k個(gè)賦值為1的樣點(diǎn),k=1,2,…n。

林窗內(nèi)各樣點(diǎn)的日照時(shí)數(shù)值的計(jì)算見公式4：

(4)

其中,IPi為第i個(gè)林窗樣點(diǎn)的日照時(shí)數(shù)(以30 min為一個(gè)單位),Xij為第i個(gè)樣點(diǎn)在第j時(shí)的賦值為0,j=1,2,…m。

為了客觀反映疏伐林地內(nèi)側(cè)柏幼苗和幼樹上方的光照狀態(tài)，我們應(yīng)用CI110 冠層分析儀觀測(cè)了側(cè)柏幼苗和幼樹上方的透光度數(shù)值。在操作方法上，為了盡可能地避免強(qiáng)光的影響，觀測(cè)基本上在光線比較柔和的條件下進(jìn)行的。觀測(cè)時(shí)，使用該設(shè)備的默認(rèn)設(shè)置，視域范圍為150、初始天頂角0度，結(jié)束天頂角70度，閾值50。

1.4側(cè)柏林窗更新苗數(shù)和苗高的觀測(cè)

為了研究側(cè)柏幼苗和幼樹在林窗內(nèi)的發(fā)生和分布受光照和遮陰條件的影響，分別以山地的東南、南和西北坡作為觀測(cè)地點(diǎn)，選擇典型的林窗各5個(gè)，大小一般約5 m×10 m。依據(jù)林窗的方位將林窗分為遮陰面和透亮面。然后分別計(jì)數(shù)各面的幼苗和幼樹棵樹，同時(shí)用鋼卷尺量測(cè)每株苗木/幼樹的高度。 為了增加可比性，避免新生苗數(shù)量的影響，對(duì)苗高進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)常用最高的50～170株幼苗/幼樹的高度作為基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

1.5數(shù)據(jù)處理

對(duì)更新苗木調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行Fisher分布統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)，并將檢驗(yàn)結(jié)果的F值置于圖內(nèi)相應(yīng)的位置，其中‘*’ 是指以95%概率差異顯著，‘**’ 意為99%概率差異顯著。統(tǒng)計(jì)計(jì)算是在Excel 2003軟件中完成的，相應(yīng)的制圖是用Google SketchUP 2014、Excel 2003和Photoshop CS等軟件完成的。

2結(jié)果與分析

2.1山地和林窗環(huán)境光熱能量的再分配、土壤濕度和播種出苗率

本研究經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，進(jìn)行了山地?zé)峒t外成像的移動(dòng)觀測(cè)。經(jīng)側(cè)柏山林地8個(gè)方位(N、NE、E、SE、S、SW、W、NW) 6 h內(nèi)的巡回觀測(cè)，其平均熱溫值見圖1a。

圖1山地側(cè)柏林和林窗光和熱量分布的移動(dòng)觀測(cè)和計(jì)算機(jī)模擬

a. 濟(jì)南林場(chǎng)饃饃山側(cè)柏林不同方位(其中N-北，Ne-東北,E-東，Se-東南，N-南，Sw-西南，W-西，Nw-西北)的熱象溫度移動(dòng)觀測(cè)值;b. SketchUP 軟件模擬山地不同方位的側(cè)柏林窗光照面積率(IR)的日變化趨勢(shì);c. SketchUP 軟件模擬山地東南坡側(cè)柏林窗內(nèi)各樣點(diǎn)日照時(shí)數(shù)(IP)的空間分布特征;d. SketchUP 軟件模擬山地西北坡側(cè)柏林窗光照時(shí)數(shù)(IP)的空間分布特征

顯然，位于陽(yáng)坡的南、東南和西南各坡向的光照和熱量明顯高于北、東北和西北的陰坡環(huán)境，而半陰半陽(yáng)的東和西坡介于其中。 陽(yáng)坡的正南和西南方位的熱溫最高，北和西北坡接受熱能少、熱溫最低,相對(duì)陰濕。應(yīng)用SketchUP 軟件計(jì)算機(jī)模擬山地側(cè)柏林窗內(nèi)的光照特征表明不同坡向差異較大。以東南陽(yáng)坡和西北陰坡為例，東南坡主要在14：00之前接受陽(yáng)光照射，而光照高峰時(shí)段出現(xiàn)在10：00—12：00之間。這時(shí)太陽(yáng)高度角大，在正午陽(yáng)光照射下，地面接收能量多而強(qiáng) (圖1b-東南坡)。西北坡主要在11：00以后接受陽(yáng)光照射，而光照高峰時(shí)段出現(xiàn)在14:00—16：00之間。這時(shí)太陽(yáng)高度角漸小，斜射的陽(yáng)光受樹冠的影響使地面接收能量較少且弱(圖1b-西北坡)。另一方面，無(wú)論是東南還是西北坡，林窗的北面均接受相對(duì)較多的光照。東南坡的西北向和西北坡的東北向往往是日照時(shí)數(shù)最高的地段。無(wú)論東南還是西北坡向，林窗內(nèi)均可區(qū)分出明顯的遮陰面(日照時(shí)數(shù)0～7 h)和透光面 (日照時(shí)數(shù)8～14 h)(圖1c，1d)。

2015年夏季，在不同疏伐強(qiáng)度(每666.7 m2保留株樹分別為80、105、120、135、170、200等)和坡向的林分內(nèi)觀測(cè)到土壤含水率與指溫差指數(shù)的正相關(guān)關(guān)系(圖2a)。這意味著在疏伐強(qiáng)度較大的林地內(nèi)，林地透光度大，光照相對(duì)充足；土壤熱溫較高、指溫差指數(shù)也越小，土壤蒸發(fā)速度相對(duì)較快，土壤含水率相對(duì)較低。相反，在疏伐強(qiáng)度較小或者未經(jīng)疏伐的林地內(nèi)，林地透光度小、光照相對(duì)不足，土壤熱溫較低、指溫差指數(shù)也越大，土壤蒸發(fā)速度相對(duì)較慢，土壤含水率相對(duì)較高。如圖1a所示,這種相關(guān)關(guān)系也受坡向的影響：陽(yáng)坡接收的太陽(yáng)輻射較多，地溫偏高、土壤相對(duì)干燥；陰坡接收的太陽(yáng)輻射較少，地溫偏低、土壤相對(duì)濕潤(rùn)。

圖2側(cè)柏播種出苗率/保存率、土壤含水率與指溫差指數(shù)和林地透光度的關(guān)系

a. 土壤含水率與指溫差指數(shù)的相關(guān)關(guān)系；b. 出苗率與透光度的相關(guān)關(guān)系；c.出苗率與指溫差指數(shù)的相關(guān)關(guān)系;d. 保存率與透光度的相關(guān)關(guān)系

在山東濟(jì)南，經(jīng)歷2014年度少雨干旱之后2015年夏季依然降水不足。因此，在上述疏伐林地中播種充分催芽的種子，其出苗率與林地透光度之間呈反函數(shù)相關(guān)關(guān)系(圖2b)、與林地的指溫差指數(shù)之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(圖2c) 。說(shuō)明綜合反映林地光照和濕度的指溫差指數(shù)比僅反映光照狀態(tài)的透光度與出苗率的關(guān)系更密切，對(duì)出苗率的作用也更大。顯然，在相對(duì)干旱的環(huán)境中側(cè)柏種子的萌發(fā)受土壤濕度的影響較大。在土壤相對(duì)干旱、指溫差指數(shù)較小的陽(yáng)坡播種出苗率明顯偏低；而在相對(duì)陰濕、指溫差指數(shù)較大的陰坡，播種出苗率較高。相對(duì)陰濕的未疏伐林地中出苗率高于強(qiáng)度疏伐的林地。然而，由于試驗(yàn)林地密度較大，未疏伐的地塊每666.7 m2中有側(cè)柏200株以上，林地光照不足，幼苗地上、地下生長(zhǎng)不平衡；雨季過后，側(cè)柏幼苗很快因根系發(fā)育不良而干枯。所以，側(cè)柏幼苗保存率與林地透光度之間呈明顯的正相關(guān)關(guān)系(圖2d)。

2.2山體異向林窗內(nèi)側(cè)柏幼苗的分布

在側(cè)柏生態(tài)公益林中,中幼林的林分常密度過大而形成單層純林。在這些過密的林分下，很少能看到側(cè)柏幼苗和幼樹。側(cè)柏苗大多分布在林窗、林緣附近。在接受陽(yáng)光最多的東南、南和西南陽(yáng)坡上，林窗內(nèi)苗木大多分布在側(cè)方庇蔭的一面(圖3a)；在側(cè)方遮陰的環(huán)境條件下,側(cè)柏幼苗不僅數(shù)量多，而且長(zhǎng)勢(shì)好、苗高也高(圖3a)。在接受陽(yáng)光較少的北和西北坡，幼苗和幼樹主要分布在透亮的一面，遮陰面苗木數(shù)量少、長(zhǎng)勢(shì)差、苗木低矮(圖2b)。個(gè)別情況下，遮陰面甚至沒有幼苗存在(圖3b)。

同樣是西北坡，盡管遮陰面幼苗數(shù)量和質(zhì)量均不如透光的一面，下坡位往往幼苗數(shù)量較少，長(zhǎng)勢(shì)弱(圖2c)，而中上坡位幼苗數(shù)量較多，長(zhǎng)勢(shì)旺盛(圖3d)。中上坡位與林窗透亮區(qū)域的相似之處在于二者均接受更多的光照。 顯然，光熱能量在不同坡向和坡位上的再分配直接導(dǎo)致側(cè)柏的生長(zhǎng)和更新的差異。側(cè)柏幼苗在干熱的環(huán)境中喜歡一定遮陰，而在陰濕的環(huán)境中又需要足夠光照維持生存。也就是說(shuō)側(cè)柏幼苗需要在優(yōu)化的光照和水分條件下才能正常的生長(zhǎng)。 在陽(yáng)坡光照相對(duì)充足的環(huán)境中,過分干燥成為其限制因素,幼苗和幼樹常出現(xiàn)在側(cè)方庇蔭的一面。而在陰坡光照相對(duì)匱乏的環(huán)境中，光能不足成為限制性因素，側(cè)柏幼苗和幼樹大多生長(zhǎng)在透光的一面。

圖3側(cè)柏更新苗木數(shù)量和高度實(shí)測(cè)結(jié)果

a陰坡(西北坡),b陽(yáng)坡(西南坡),c 下坡位(西北坡) ,d中上坡位(西北坡);其中苗高all意指全部苗木的平均高,苗高173意指最高的173株優(yōu)勢(shì)苗木平均高，依此類推

2.3特殊立地條件下側(cè)柏幼苗的更新和生長(zhǎng)

進(jìn)一步深入調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在一些干旱的陽(yáng)坡坡面上，即使林木密度和光照條件適中，側(cè)柏幼苗和幼樹也很少(圖4a)。林地中局部匯水面常密集生長(zhǎng)著眾多的幼苗和幼樹(圖4a)。在山地水溝邊緣同樣著生較多的幼苗，由于土壤水分有效性差異，同一條水溝的上部(圖4b)往往比水溝下部的幼苗數(shù)量少，生長(zhǎng)量也小(圖4b)。

在相對(duì)比較干旱、林地尚未郁閉的環(huán)境中，同一山體的西北坡接受太陽(yáng)光能少、相對(duì)陰濕，側(cè)柏幼苗、幼樹數(shù)量較多(圖4c)、個(gè)體大(圖4d)。由于山體的東南坡接受太陽(yáng)光能相對(duì)較多、相對(duì)干燥，側(cè)柏幼苗、幼樹數(shù)量少(圖4c)，個(gè)體也小(圖4d)。

圖4干瘠山地環(huán)境中側(cè)柏天然更新苗分布特征

a. 匯水坡面與正常坡面立地的更新苗木數(shù)量；b. 溝頭和溝底的更新苗數(shù)量；c. 東南坡與西北破的更新苗數(shù)；d. 東南坡與西北坡苗高(上層50株)的差異

3討論與結(jié)論

本研究通過熱紅外成像技術(shù)和SketchUP軟件的計(jì)算機(jī)林窗陰影模擬,用不同的方法取得了山地氣象觀測(cè)研究相似的結(jié)果,且與近年來(lái)有關(guān)林窗光照環(huán)境的研究結(jié)果相吻合。相比之下，熱紅外成像技術(shù)和計(jì)算機(jī)林窗陰影模擬更加方便快捷，為研究森林小氣候、森林更新等開辟了新徑。

目前人們普遍認(rèn)為側(cè)柏是喜光樹種，同時(shí)側(cè)柏幼林能耐一定程度的庇蔭。 本研究的結(jié)果在一定程度上支持這一論點(diǎn)。但是，從某種意義上講，與此論點(diǎn)并非完全相同。 樹木的耐陰性通常認(rèn)為是它們?cè)诹止谙律畹哪芰16]。就郁閉的側(cè)柏林下少有苗木和幼樹而論，側(cè)柏的確是喜光樹種。在密度較大的側(cè)柏林分中，幼苗和幼樹往往因嚴(yán)重受壓而彎曲、衰退甚至枯萎。一些植株向光生長(zhǎng)而使主干彎曲，個(gè)別植株幾乎是從直立直接橫向生長(zhǎng)。另一方面，樹木在林下不僅受光照環(huán)境的影響，還受土壤濕度[16]等因素的限制。在北和西北坡相對(duì)濕潤(rùn)環(huán)境中，干熱等并非限制性因素，側(cè)柏苗木多生長(zhǎng)在透光的一側(cè)；在庇蔭的一側(cè)或者沒有幼苗和幼樹，或者生長(zhǎng)較弱，這似乎與幼苗耐陰產(chǎn)生矛盾。在光線不足的環(huán)境中難以生存也進(jìn)一步證明側(cè)柏是喜光的，也包括幼樹和幼苗。 然而，在南或東南陽(yáng)坡相對(duì)干燥的環(huán)境中，光照并非限制性因素[16]。土壤濕度等成為側(cè)柏苗木長(zhǎng)存的限制因素， 側(cè)柏苗往往只生長(zhǎng)在側(cè)方或上方庇蔭的條件下， 而在無(wú)庇蔭的全光照環(huán)境下幾乎沒有側(cè)柏幼苗的存在。就此而論，側(cè)柏幼苗并非可以認(rèn)為是“耐陰”，而應(yīng)該理解為“喜濕”。也就是說(shuō)，側(cè)柏是喜光樹種，幼時(shí)稍不耐旱， 尤其是陽(yáng)坡林窗內(nèi)的干熱區(qū)域。

研究發(fā)現(xiàn),在一些干旱瘠薄的陽(yáng)坡甚至在全光照環(huán)境條件下，側(cè)柏幼苗大量著生于山地匯水面、水溝兩側(cè)以及山地溝谷兩邊，這說(shuō)明側(cè)柏幼時(shí)喜光、喜濕潤(rùn)環(huán)境。似乎與目前普遍接受的側(cè)柏“耐干旱瘠薄”相矛盾。其實(shí)，側(cè)柏正是在這種矛盾的過程中成長(zhǎng)的。側(cè)柏之所以耐干旱瘠薄，除了其鱗葉保水能力強(qiáng)，似乎與適應(yīng)性強(qiáng)的根系有關(guān)。據(jù)報(bào)道，側(cè)柏的根系隨環(huán)境的不同而表現(xiàn)出很大的可塑性[17]。側(cè)柏的水平根發(fā)達(dá)，時(shí)而也有斜生主根。細(xì)根大多分部在表層10～30 cm土壤范圍內(nèi)，盡管在土層較厚的環(huán)境中能伸展的更深[2,5,17]。側(cè)柏基本上屬淺根系樹種[5,6]，橫向生長(zhǎng)的水平根更加適合在薄層的山地土壤上生長(zhǎng)，在土壤水分匱乏時(shí)有足夠的能力橫向?qū)ふ宜?。有?bào)道稱其主根在風(fēng)化的花崗巖層沿巖縫向下伸延1 m多[17]。側(cè)柏幼苗和幼樹之所以不耐干旱，因?yàn)閭?cè)柏幼苗根系尚未完善，據(jù)觀察側(cè)柏幼苗的根系呈主根系狀，水平根和側(cè)根并不發(fā)達(dá)，短時(shí)間內(nèi)很難將根系拓展到有足夠“水源”的地方。而在側(cè)柏母樹庇蔭下的相對(duì)陰濕環(huán)境中，消耗水分更少,比較適合其生長(zhǎng)。

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Effect of the Photothermal and Water Conditions on Regeneration ofPlatycladusorientalisPlantation in Calcareous Mountain Sites

Wang Fei1,Zang Lipeng2

(1.Shandong Forestry Research Academy,Jinan 250014,China;2.Chinese Academy of Forestry,Beijing 100083,China)

AbstractPlatycladus orientalis is one kind of important evergreen tree species for soil and water conservation in barren mountain. With strong adaptability to the environment,it is often planted in the limestone mountainous region. Although it is considered as a tree species tolerant to drought and barren site condition,the regeneration and growth of its seedlings and saplings is significantly affected by mountain environment. Partition characters of light and heat energy of mountain were observed;computer simulation of gap sunshine and shading distribution were conducted by function of shadowing analysis for three-dimensional by infrared thermography by using SketchUP software the seedlings in the gap on the mountain were investigated in the main cultivation area of P. orientalis in Shandong Province. Result shows that seedlings of P. orientalis was suitable for planting in moist and light site. Changes of regeneration of P. orientalis seedlings caused by shady slope and sunny slope of mountain and sunshine and humidity of mountain-valley and ridge.Differences and sunny mountain slope,valleys and ridges of light and humidity causechanges of P. orientalis seedlings;appropriate tending and management was needs to be solve this problem.Too large density cause serious competition;poor regeneration for seedling cause gap and open space. Therefore,it needs to solve the incompatibility by proper tending and management of the Platycladus orientalis plantation in order to make a perfect and stable Platycladus orientalis forest system.

Key wordsPlatycladus orientalis；canopy gap;natural regeneration;sunshine simulation;infrared heat temperature;shading;catchment area

文章編號(hào)：1005-5215(2016)07-0001-06

收稿日期：2016-04-08

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(31170671);山東省科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2012GNC1117)

作者簡(jiǎn)介：王斐,博士，研究員,主要從事氣象學(xué)、樹木生理生態(tài)學(xué)和光譜分析以及林木栽培管理等研究.

中圖分類號(hào)：S718.5;S791.38;S754.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.07.001