安徽查灣甜櫧林不同大小林隙光因子對比分析

江國華， 汪秀琴 (宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑藝術(shù)系，安徽 宣城 242000)

吳澤民 (安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036)

安徽查灣甜櫧林不同大小林隙光因子對比分析

江國華， 汪秀琴
(宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑藝術(shù)系，安徽 宣城 242000)

吳澤民
(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036)

以安徽查灣自然保護區(qū)甜櫧(Castanopsiseyrei)林為研究對象，分析不同大小林隙光因子變化情況。結(jié)果表明：不同大小林隙及非林隙林分內(nèi)光照強度日變化呈單峰型，光照的峰值出現(xiàn)在11:00～13:00。在整個生長季中，光照和氣溫均表現(xiàn)為：大林隙>中林隙>小林隙>非林隙。不同大小林隙內(nèi)光照由林隙中心區(qū)向林下逐漸遞減，于近心區(qū)處減幅最大。

甜櫧(Castanopsiseyrei)；林隙；光照；安徽查灣

林隙是廣泛存在于森林中的具有特殊性質(zhì)的微結(jié)構(gòu)，林隙的產(chǎn)生增強了干擾生境的異質(zhì)性。Orians[1]、宋新章等[2]認(rèn)為林隙環(huán)境本身是異質(zhì)的，其物理環(huán)境的異質(zhì)性促進生物環(huán)境的異質(zhì)化，同時林隙內(nèi)生物個體種群、群落對林隙干擾也會做出不同的響應(yīng)，這些響應(yīng)反過來又對林隙環(huán)境產(chǎn)生影響。

林隙干擾最直接、最重要的作用是提高生境中的光照條件。光照是植物進行光合作用并賴以生長的前提條件，也是影響森林植物生長生存的眾多環(huán)境因子中的限制因子。林隙不但增加了光到達森林下層的持續(xù)時間，而且增加了生境內(nèi)的光照強度。林隙的產(chǎn)生導(dǎo)致更多的光到達林地表面，這對熱帶森林的演替和更新有重大影響，也使林隙內(nèi)地表面溫度、近地層溫度等熱力特征發(fā)生相應(yīng)的變化。而光照環(huán)境和熱力特征的改變又影響土壤理化性質(zhì)、營養(yǎng)元素分解、土壤微生物活性等的變化，最終影響到林隙及周邊各生物學(xué)過程的變化[3～6]。因此，研究林隙光照特征有助于理解其小氣候形成原因和群落變化規(guī)律，對深入研究林隙演替更新機制是必不可少的。

本研究以安徽査灣自然保護區(qū)甜櫧林為研究對象，對不同大小林隙內(nèi)光照特征進行初步分析，旨在為探討林隙小氣候形成機制及其對林隙生物多樣性的影響等提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設(shè)在安徽省祁門縣查灣自然保護區(qū)，位于皖南山區(qū)最南端，與江西接壤；地理位置為東經(jīng)117°50′,北緯29°35′，面積1600hm2，海拔120～670m。全年溫暖濕潤,年平均氣溫15.6℃,年平均降水量1701.6mm,年無霜期達235d，相對濕度達85%。地帶性土壤為黃壤和山地黃壤,成土母巖主要是千枚巖; 土層厚度在30～150cm之間；土壤腐殖質(zhì)厚,pH在4.0～7.0之間。

植被屬中亞熱帶常綠闊葉林帶，主要森林群落類型為以甜櫧(Castanopsiseyrei)、青岡(Cyclobalanopsisglaica)、苦櫧(Castanopsissclerophylla)等為主要建群樹種的常綠闊葉林，至今還保留較大面積的天然林分,是華東地區(qū)低海拔常綠闊葉林保存完好的地區(qū)之一。有維管束植物146科505屬983種[7,8]，主要喬木樹種有甜櫧、苦櫧、青岡、馬尾松(Pinusmassoniana)、楓香(Liquidambarformosana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、江南榿木(Alnustrabeculosa)、紅枝柴(Meliosmaoldhamii)、香桂(Cinamomumsubavenium)、木荷(Schimasuperba)、漆樹(Toxicodendronvernicifluum)、米心水青岡(Fagusengleriana)；灌木有烏藥(Linderaaggregata)、馬銀花(Rhododendronovatum)、樹參(Dendropanaxdentiger)、微毛柃(Euryahebeclados)、檵木(Loropetalumchinense)、格藥柃(Euryamuricata)、山胡椒(Linderaglauca)、老鼠矢(Symplocosstettaris)、楊梅(Myricarubra)等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣方設(shè)置

1.林隙中心區(qū);2.林隙近心區(qū);3.林隙邊緣區(qū);4.非林隙林分下圖1 林隙觀測點分布

表1 觀測點3個林隙的基本情況

所有研究樣地設(shè)在自然保護區(qū)的緩沖區(qū)內(nèi)，采用美國林務(wù)局制定的樣線調(diào)查法[9]在安徽査灣自然保護區(qū)共調(diào)查36個林隙[10]，根據(jù)林隙面積劃分為3等級：小林隙<100m2、中林隙101～200m2、大林隙≥201m2，在每個等級中選擇一個具代表性的林隙測量并設(shè)樣地。每個林隙分別劃分為林隙中心區(qū)(主要為林冠空隙)、林隙近心區(qū)(林冠空隙與擴展林隙的過渡區(qū))、林隙邊緣區(qū)(擴展林隙與非林隙的過渡區(qū))，同時在林冠層下設(shè)置非林隙對照區(qū)1個(圖1)。所有研究林隙均位于陽坡，海拔為229m。觀測點3個林隙的基本情況如表1所示。

1.2.2 光因子測定方法

于2014年4月～9月(生長季)每月選擇晴好天氣1～2d，從8:30至12:30每隔1h，從12:30至16:30每隔2h用ZDS-10自動換檔數(shù)字式照度計沿水平梯度：林隙中心區(qū)、林隙近心區(qū)、林隙邊緣區(qū)及林下分別測量光照強度(光照日變化取各林隙中心區(qū)光照強度，光照季節(jié)變化取各林隙中心區(qū)各觀測時間光照強度的平均值)。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照日變化

林隙內(nèi)光照在一天內(nèi)的變化是有規(guī)律的,不同大小的林隙及非林隙林分下不同,各有差異。安徽查灣甜櫧林不同大小林隙及非林隙林分內(nèi)光照強度的測定結(jié)果如圖2所示。從光照日變化曲線可見，在一天內(nèi)光照從早到晚呈現(xiàn)單峰型，即早晚光照較弱，而在中午11:00～13:00左右光照達到最高峰，這是各個時期光照變化都存在的規(guī)律。

由圖2可知，4月18日光照在大林隙內(nèi)較強，變化顯著，其最大值達到3000 lx，變化幅度為924 lx，而在中、小林隙及林下都較接近，變化幅度也較小。夏季光照日變化顯著，如7月14日光照在大、中、小及林下均存在較大差異，它們的變化幅度分別為2555、1473、959、459 lx。大林隙和小林隙光照變化幅度最大值在8月12日，分別為2913、1736 lx；中林隙和非林隙林分下隙光照變化幅度最大值在6月17日，分別為2775、929 lx。總的來說，大林隙、中林隙光照較接近，而小林隙和林下光照較接近。光照強度隨林隙面積的增大而增大，林下最弱，變化幅度也隨林隙面積的增大而增大。

圖2 不同大小林隙及林冠下光照日變化曲線

2.2 生長季內(nèi)光照變化

如圖3所示，日平均光照強度在生長季內(nèi)的變化規(guī)律如下：生長初期到6月中下旬，林隙內(nèi)與非林隙林分下光照都呈增強趨勢，到6月中下旬達到高峰，以后又轉(zhuǎn)而下降，即林隙內(nèi)外日平均光照強度在生長季內(nèi)的變化也呈單峰型。但到5月中旬，由于樹葉的展開和枝條的繁茂，它們開始吸收，且阻礙了部分光線的直接射入，使得在這個時期光照增加的幅度有所下降。在這之前，絕大多數(shù)樹葉尚未展開，隨太陽高度角的增大，光照增強是必然的。樹葉全部展開以后，隨太陽高度與輻射的增強而增強，以后又逐漸下降。到9月下旬光照強度又略有增加趨勢，這與皖南秋高氣爽氣候以及樹勢生長逐漸緩慢、枝葉吸收功能減弱有關(guān)。

圖 3 不同大小林隙及林冠下光照強度的季節(jié)變化曲線(2014年)

在觀測日期內(nèi)，不同大小林隙及非林隙林分下光照強度的最大值均在6月17日，分別為2447、1988、1146、862 lx；最小值除小林隙出現(xiàn)在5月15日(與4月20日僅相差3 lx)，其它也都在4月18日。在整個生長季內(nèi)，大、中、小林隙及林下光照平均值為1891、1501、936、714 lx，大、中林隙光照平均值顯著高于小林隙和非林隙林分下。

2.3 光照隨林隙梯度變化

林隙梯度是指從林隙中心區(qū)沿水平方向逐漸向林緣乃至非林隙林分下的位置變化梯度。不同時期、不同大小林隙的不同區(qū)域，其光照強度不同。圖4為不同時期各觀測點日平均光照隨林隙梯度變化曲線。大、中、小林隙內(nèi)光照強度沿水平梯度總的變化規(guī)律如下：由林隙中心向林下光照呈遞減趨勢，從林隙中心區(qū)到林隙近心區(qū)遞減幅度明顯大于其它各區(qū)域。

Ⅰ.林隙中心區(qū)；Ⅱ.林隙近心區(qū)；Ⅲ.林隙邊緣區(qū)；Ⅳ.非林隙林分下圖4 不同大小林隙光照強度的林隙梯度變化

但此遞減的程度因林隙面積的大小而有區(qū)別，大、中、小林隙，其附近林下與林隙中心區(qū)光照強度平均值的比值分別為45.6%、48.6%、62.2%，林隙中心區(qū)與附近林下光照強度平均值的差值分別為1029、748 lx和354 lx，這說明隨著林隙面積的增大，林隙中心區(qū)的光照明顯增強，與林下相比，增幅明顯增大；其次，這種變化還與各林隙更新層等因素有關(guān)。大、中林隙內(nèi)光照在生長初期(4月份)、生長末期(9月下旬、10月上旬)隨林隙梯度變化幅度相對較小，而在生長中期(6、7月份)變化幅度較大；小林隙內(nèi)光照在整個生長期隨林隙梯度變化幅度均相對較小。這與林隙邊緣樹冠透光率、太陽高度角、方位角、林冠結(jié)構(gòu)、坡度坡向、觀測點位置等因子有關(guān)。其中，5月13日日平均光照相對較低，主要原因有二：一是林隙邊緣有少量落葉樹種如楓香，更新層中有較多的落葉樹江南榿木，此時已有新葉長出，從而遮擋了部分光照：二是該日天空有少量薄云，光照也受到一定程度的影響。

光照強度隨林隙梯度的變化，使林隙不同區(qū)域接受光能輻射量的大小不同，導(dǎo)致水熱情況不均，林隙生態(tài)環(huán)境存在異質(zhì)性，從而影響林隙不同區(qū)域種子萌發(fā)、幼苗生長和樹種的更新，使林隙不同區(qū)域物種多樣性不一樣。

3 討論與小結(jié)

光因子是林隙生態(tài)環(huán)境重要的生態(tài)因子，它會影響林隙內(nèi)的溫度、濕度、土壤養(yǎng)分狀況等其他因子。林隙生態(tài)環(huán)境研究是為林隙干擾和林隙更新研究提供機理性的數(shù)據(jù)，了解林隙內(nèi)生態(tài)因子的變化規(guī)律是分析林隙更新機制的基礎(chǔ)。將林隙的干擾狀況、林隙生態(tài)因子的變化規(guī)律與樹種的生物學(xué)特性結(jié)合起來全面分析，就能深入了解森林群落的動態(tài)更新、物質(zhì)共存與多樣性維持機制。

安徽查灣甜櫧林林隙內(nèi)光照強度日變化呈單峰型，光照最大值出現(xiàn)在11:00～13:00，大、中型林隙光照較接近，而小林隙和非林隙林分下光照較接近。光照強度總體上表現(xiàn)為：大林隙>中林隙>小林隙>非林隙。日平均光照強度在生長季內(nèi)的變化也呈單峰型，最大光照強度出現(xiàn)在6月中下旬。最大值的來臨較長白山闊葉紅松林及南亞熱帶常綠闊葉林林隙為早[6]。這與所選樣地處在陽坡有很大關(guān)系。

光照在林隙內(nèi)與非林隙林分下，不論在日變化還是在生長季內(nèi)的變化均是有差異的，并且有一定的規(guī)律性，林隙內(nèi)與非林隙林分下光照有明顯差異，林隙內(nèi)的光照強度都明顯地高于非林隙林分下，而林隙之間由于面積大小的差異亦多少會造成光照的不同。不同大小林隙內(nèi)光照由林隙中心區(qū)至林下逐漸遞減，于近心區(qū)處減幅最大。可見，近心區(qū)是林隙內(nèi)光照強度變化的一個轉(zhuǎn)折點，是林隙生態(tài)環(huán)境發(fā)生異質(zhì)性變化的關(guān)鍵區(qū)域。

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[編輯] 余文斌

2016-10-31

國家“十一五”科技支撐項目(2006BAD03A06)；安徽省高校自然科學(xué)重點研究項目(KJ2014A244)；安徽省高校自然科學(xué)重點研究項目(KJ2016A785)。

江國華(1973-)，男，碩士生，副教授，研究方向為森林生態(tài)與植物生理生態(tài)。通信作者：吳澤民，jghjrz@163.com。

S718.45

A

1673-1409(2017)06-0018-06

[引著格式]江國華， 汪秀琴，吳澤民.安徽查灣甜櫧林不同大小林隙光因子對比分析[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版)，2017，14(6)：18～23.