陜北地區(qū)刺槐人工林林冠郁閉度對(duì)林下植物生長(zhǎng)特性的影響

張海燕

（甘泉縣林木種苗服務(wù)中心，陜西延安 716100）

刺槐人工林作為陜北地區(qū)重要的林業(yè)資源，對(duì)維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡和促進(jìn)土壤保持具有顯著作用。林冠郁閉度作為林木生長(zhǎng)和林下植被狀況的關(guān)鍵指標(biāo)，直接影響著林下生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能?？梢?jiàn)，對(duì)刺槐人工林林冠郁閉度及其對(duì)林下植物生長(zhǎng)特性的影響進(jìn)行研究，不僅能夠深入理解林木與林下植被間的相互作用，還有助于指導(dǎo)實(shí)際的林業(yè)管理實(shí)踐，優(yōu)化林地資源的利用和保護(hù)。本研究聚焦于陜北地區(qū)刺槐人工林，旨在探究其林冠郁閉度對(duì)林下植物生長(zhǎng)特性的具體影響，以期為該地區(qū)的林業(yè)管理和生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

選擇長(zhǎng)武縣紅星國(guó)有生態(tài)林場(chǎng)為本次研究區(qū)域。該林場(chǎng)是長(zhǎng)武縣唯一的生態(tài)公益型林場(chǎng)，建于1970年，位于長(zhǎng)武縣東南部，黑河、南河交匯處附近兩岸的溝坡上。地理位置為東經(jīng)107°41'26″～107°47'34″，北緯35°0'36″～35°7'45″，全年平均氣溫5～16 ℃，白天平均氣溫16 ℃；南北長(zhǎng)16 km，東西寬10 km，經(jīng)營(yíng)總面積1 793 hm2。涉及巨家、亭口、棗園、昭仁、相公5個(gè)鎮(zhèn)（辦），與24個(gè)行政村接壤，涉農(nóng)人口達(dá)2萬(wàn)多人，屬陜西省典型的林農(nóng)交錯(cuò)型林場(chǎng)。林分起源全為人工林，主要樹(shù)種為刺槐、油松等。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置

2022 年7 月末，在研究區(qū)域內(nèi)選擇3 個(gè)年限的刺槐人工林地和1 個(gè)撂荒地（CK）為研究對(duì)象。根據(jù)刺槐人工林的不同生長(zhǎng)階段，3 個(gè)年限的刺槐人工林分別為幼齡林（9 年生）、中齡林（17 年生）和近熟林（30 年生）。每個(gè)年齡段選擇3 塊樣地，共計(jì)9 塊樣地[1]。此外，選擇1 塊撂荒地（9 年生）作為對(duì)照組。并將每個(gè)樣地的面積設(shè)定為20 m×20 m，以保持與前期研究的一致性。樣地基本情況見(jiàn)表1。

表1 樣地基本情況

1.2.2 樣品采集及測(cè)定

在本次研究中，樣品采集專(zhuān)注于測(cè)定林下植物的生長(zhǎng)量及樣地的林冠郁閉度，以評(píng)估刺槐人工林林冠郁閉度對(duì)林下植物生長(zhǎng)量的影響。

為測(cè)定林下植物的生長(zhǎng)量，試驗(yàn)在每個(gè)樣地內(nèi)設(shè)置多個(gè)固定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。并在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)內(nèi)，選取有代表性的林下植物，測(cè)量其主要生長(zhǎng)參數(shù)，包括植物高度、主莖直徑和葉面積[2]。測(cè)量使用標(biāo)準(zhǔn)的田間測(cè)量工具如尺子、卡尺、葉面積計(jì)等。同時(shí)為獲取更準(zhǔn)確的生物量數(shù)據(jù)，選取部分植物樣本，通過(guò)剪切植物地上部分，并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行烘干和稱(chēng)重，從而得到其干物質(zhì)量。以上樣品數(shù)據(jù)將用于評(píng)估植物的總體生長(zhǎng)狀態(tài)和生物量積累。

林冠郁閉度使用半球照相技術(shù)測(cè)量。研究人員在每個(gè)樣地的中心，使用半球相機(jī)拍攝向上的林冠圖片，圖片中的天空和樹(shù)冠覆蓋比例能夠準(zhǔn)確地反映出林冠的郁閉度[3]。采集后圖片在Hemispherical Canopy Photography Analysis(Hemiview)中進(jìn)行分析，以計(jì)算林冠開(kāi)放度的百分比。林冠開(kāi)放度與郁閉度成反比，以此間接準(zhǔn)確地評(píng)估槐樹(shù)人工林林冠郁閉度水平。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

1）生長(zhǎng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析

林下植物的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)（包括植物高度、主莖直徑和葉面積）通過(guò)統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 25.0進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，以便對(duì)不同樣地間的生長(zhǎng)特性進(jìn)行比較[4]。

2）生物量數(shù)據(jù)處理

將實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的植物干物質(zhì)量數(shù)據(jù)用于計(jì)算生物量。計(jì)算通過(guò)干重與濕重的比例關(guān)系進(jìn)行，公式為：生物量=(干重/濕重)×總濕重。以提供關(guān)于植物生物量積累的準(zhǔn)確信息[5]。

3）林冠郁閉度分析

使用Hemiview 軟件處理半球照相所得的林冠圖片。由該軟件計(jì)算出林冠開(kāi)放度的百分比，此數(shù)據(jù)與林冠郁閉度成反比。具體分析將使用軟件內(nèi)置算法（閾值分割技術(shù)）來(lái)區(qū)分天空和樹(shù)冠，從而準(zhǔn)確計(jì)算林冠開(kāi)放度。

2 結(jié)果與分析

2.1 郁閉度對(duì)林下植物生長(zhǎng)速率的影響

不同郁閉度條件下，槐樹(shù)人工林林下植物生長(zhǎng)速率情況如表2所示。

表2 不同郁閉度下林下植物生長(zhǎng)速率

從表中可以看出：1）隨著郁閉度的增加，從幼齡林到近熟林，野草的生長(zhǎng)速率顯著下降，從2.5 cm·月-1降至0.8 cm·月-1。此種下降趨勢(shì)在灌木類(lèi)植物中也顯著，生長(zhǎng)速率從1.8 cm·月-1降至0.9 cm·月-1。說(shuō)明較高的郁閉度限制了光照到達(dá)地面的程度，進(jìn)而影響了對(duì)光照依賴(lài)較大的植物的生長(zhǎng)。2）撂荒地作為對(duì)照組，其植物生長(zhǎng)速率普遍高于人工林地，這可能是由于撂荒地上植物間的競(jìng)爭(zhēng)較小，光照條件更好。撂荒地中，野草和灌木的生長(zhǎng)速率分別為2.7 cm·月-1和1.9 cm·月-1，高于人工林地中的相應(yīng)數(shù)據(jù)。3）通過(guò)SPSS 25.0進(jìn)行的描述性統(tǒng)計(jì)分析顯示，不同郁閉度條件下生長(zhǎng)速率的標(biāo)準(zhǔn)差反映出數(shù)據(jù)的波動(dòng)程度，此種波動(dòng)可能與個(gè)體植物間的生長(zhǎng)差異、環(huán)境因素的變化或測(cè)量誤差有關(guān)。

由此可得出結(jié)論，陜北地區(qū)刺槐人工林的林冠郁閉度對(duì)林下植物的生長(zhǎng)速率有顯著影響。光照需求較高的植物（如野草和灌木）在高郁閉度條件下的生長(zhǎng)速率顯著降低，而耐陰植物（如蕨類(lèi)）則顯示出更好的適應(yīng)性。

2.2 郁閉度對(duì)林下植物生物量的影響

不同郁閉度條件下，槐樹(shù)人工林林下植物生長(zhǎng)量情況如表3所示。

表3 不同郁閉度下林下植物生長(zhǎng)量

從表中可以看出：1）隨著郁閉度的增加，野草和灌木的生物量呈下降趨勢(shì)。在幼齡林中，野草的生物量為150.34 g·m-2，而在近熟林中降至68.29 g·m-2；灌木類(lèi)植物的生物量從120.21 g·m-2降至75.44 g·m-2。均反映出較高的郁閉度限制了光照量，從而影響了植物生物量的積累。2）耐陰的蕨類(lèi)植物在不同郁閉度下表現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的生物量，從80.47 g·m-2略增至83.55 g·m-2。表明蕨類(lèi)植物對(duì)光照變化的適應(yīng)性更強(qiáng)。3）撂荒地上的植物生物量普遍高于人工林地，說(shuō)明撂荒地上的光照條件和競(jìng)爭(zhēng)壓力對(duì)植物生長(zhǎng)更為有利。

由此可得出結(jié)論，在陜北地區(qū)刺槐人工林中，林冠郁閉度對(duì)林下植物生物量有顯著影響。對(duì)于光照需求較高的植物如野草和灌木，郁閉度的增加顯著減少了它們的生物量積累；而對(duì)于耐陰的蕨類(lèi)植物，其生物量在不同郁閉度條件下保持相對(duì)穩(wěn)定。

2.3 郁閉度對(duì)林下植物形態(tài)特征的影響

不同郁閉度條件下，槐樹(shù)人工林林下植物形態(tài)特征情況如表4所示。

表4 不同郁閉度下林下植物形態(tài)特征

從表中可以看出：1）隨著郁閉度的增加，從幼齡林到近熟林，植物的平均高度和莖粗普遍呈下降趨勢(shì)。在幼齡林中，野草的平均高度為35.26 cm，而在近熟林中降至24.89 cm；灌木類(lèi)植物的平均高度從57.34 cm 降至42.67 cm?？赡苁怯捎诠庹詹蛔銓?dǎo)致植物生長(zhǎng)受限。2）葉片大小也受郁閉度影響。在幼齡林中，野草和灌木的葉片較大，分別為14.56 cm2和22.47 cm2，而在近熟林中，這些值降至9.73 cm2和16.32 cm2。說(shuō)明在光照較少的環(huán)境中，植物可能通過(guò)減小葉片面積以降低光合作用所需的光照。3）耐陰的蕨類(lèi)植物在不同郁閉度下的高度和葉片大小變化較小，表明其適應(yīng)性更強(qiáng)。

由此可知，在陜北地區(qū)刺槐人工林中，林冠郁閉度對(duì)林下植物的形態(tài)特征有顯著影響。具體來(lái)說(shuō)，隨著郁閉度的增加，植物的平均高度、莖粗和葉片大小普遍呈下降趨勢(shì)。此趨勢(shì)在對(duì)光照需求較高的野草和灌木類(lèi)植物中尤為明顯，而耐陰的蕨類(lèi)植物則表現(xiàn)出更好的適應(yīng)性，其形態(tài)特征在不同郁閉度條件下的變化較小。說(shuō)明在較高郁閉度條件下，光照的限制導(dǎo)致了植物生長(zhǎng)受阻，特別是對(duì)于部分依賴(lài)較多光照的植物種類(lèi)。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

研究了陜北地區(qū)刺槐人工林林冠郁閉度對(duì)林下植物生長(zhǎng)特性的影響，通過(guò)對(duì)不同郁閉度條件下植物生長(zhǎng)速率、生物量及形態(tài)特征的綜合分析，得出以下結(jié)論。

1）林冠郁閉度與生長(zhǎng)速率。林冠郁閉度對(duì)林下植物的生長(zhǎng)速率有顯著影響。在光照需求較高的植物種類(lèi)如野草和灌木中，隨著郁閉度的增加，其生長(zhǎng)速率顯著降低。此現(xiàn)象說(shuō)明，光照量的減少直接限制了這些植物的光合作用能力和生長(zhǎng)潛力；相反，耐陰植物如蕨類(lèi)在不同郁閉度條件下表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性，其生長(zhǎng)速率變化不大。

2）林冠郁閉度與生物量積累。林冠郁閉度對(duì)林下植物生物量的顯著影響。光照需求較高的植物在郁閉度較高的環(huán)境中，其生物量積累顯著減少。原因在于光照不足導(dǎo)致植物自身光合作用效率明顯降低。而耐陰植物的生物量在不同郁閉度條件下保持相對(duì)穩(wěn)定，表明此類(lèi)植物能夠更好地適應(yīng)低光照條件。

3）林冠郁閉度與植物形態(tài)特征。隨著郁閉度的增加，植物的平均高度、莖粗和葉片大小普遍呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。此趨勢(shì)在對(duì)光照需求較高的野草和灌木類(lèi)植物中尤為明顯，而耐陰植物的形態(tài)特征變化較小。說(shuō)明在較高郁閉度條件下，光照的限制對(duì)植物生長(zhǎng)形態(tài)造成了明顯的影響，特別是對(duì)那些依賴(lài)更多光照的植物種類(lèi)。

3.2 建議

本研究的發(fā)現(xiàn)揭示了陜北地區(qū)刺槐人工林中林冠郁閉度對(duì)林下植物生長(zhǎng)特性的重要影響，可為林業(yè)管理和生態(tài)保護(hù)措施的制定提供參考。1）強(qiáng)調(diào)了光照在林下植物生長(zhǎng)中的重要作用。由于刺槐人工林的林冠郁閉度直接影響光照量，因此林下對(duì)光照敏感的植物種類(lèi)，如野草和灌木，在高郁閉度條件下生長(zhǎng)受限。2）耐陰植物在高郁閉度環(huán)境中表現(xiàn)出的適應(yīng)性，揭示了在林下植物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性管理中應(yīng)考慮植物種類(lèi)的光照需求。3）觀察到的植物高度、莖粗和葉片大小的減少等植物形態(tài)特征變化，進(jìn)一步說(shuō)明了林冠郁閉度如何影響植物的形態(tài)適應(yīng)策略。

據(jù)此建議，后期陜北地區(qū)在進(jìn)行槐樹(shù)人工林管理時(shí)，需充分考慮高郁閉度對(duì)光照敏感植物生長(zhǎng)速率和生物量的負(fù)面影響，定期（6 個(gè)月左右）進(jìn)行適度的間伐和修剪，以增加林下光照。通過(guò)調(diào)節(jié)林木密度和樹(shù)冠結(jié)構(gòu)，改善林下的光照條件，從而支持更多光照敏感植物的生長(zhǎng)。同時(shí)在高郁閉度區(qū)域，應(yīng)引入和種植更多耐陰植物，如蕨類(lèi)和某些灌木種類(lèi)，此類(lèi)植物能夠在低光照條件下生長(zhǎng)良好，有助于提高林下生物多樣性，并維持生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定。并建議建立長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，定期評(píng)估林冠郁閉度對(duì)林下植物群落的影響。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整林業(yè)管理策略，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件和植物生長(zhǎng)需求。此外，針對(duì)退化或破壞較嚴(yán)重的區(qū)域，可通過(guò)生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目促進(jìn)植物多樣性的恢復(fù)。例如，通過(guò)種植本地耐陰植物和其他適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的物種，恢復(fù)和增強(qiáng)林下生態(tài)系統(tǒng)的自然功能。本研究結(jié)果可為陜北地區(qū)刺槐人工林發(fā)展提供數(shù)據(jù)參考，助力實(shí)現(xiàn)刺槐人工林及林下植物群落的和諧和可持續(xù)發(fā)展，在提高林地的生態(tài)價(jià)值的同時(shí)，為當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境利益。