山东蒙山森林冠层绿度与树干径向生长的关系

森林冠层绿度和树木年轮宽度是描述森林生长过程的重要指标,它们之间存在怎样的关系以及这种关系的稳定性如何目前还没有清晰的回答。森林冠层绿度通过遥感影像计算,在空间上连续,而树木年轮宽度是树木健康的综合指标,样点上具有代表性。森林冠层绿度和树木年轮宽度的关系的研究能增进对森林生长的多角度理解和森林生长状况的尺度转换。在山东蒙山地区采集了4个赤松(Pinus densiflora)林样点的树木年轮样本,获得了树木年轮宽度数据,分析了增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI)与树木年轮宽度的关系。结果显示:1)对于健康森林,4月和6月的冠层绿度与树木年轮宽度存在因果关系;森林不健康时,两者关系较为复杂;2)其他月份冠层绿度与树干径向生长不存在因果关系,而是共同受其他环境因子,如气候因子的驱动;3)弱冠层绿度降低后5年内有显著的径向生长恢复,但是恢复年份少;强冠层绿度降低之前,树干径向生长已经开始降低,之后的5年内有着持续的径向生长降低。这些结果表明森林冠层绿度的降低并不能反映树干径向生长降低的开始,只有健康的森林冠层绿度和年轮宽度有相关关系。冠层绿度的降低对森林健康有强烈的影响,冠层绿度降低导致的径向生长的降低很难恢复。     

基于背包式激光雷达测量系统的城市绿地树木三维绿量估算方法

三维绿量能够客观、准确描述城市绿化水平,可为定量研究城市绿地生态功能的机理提供可靠的数据基础。针对单位附属绿地分布分散、规模较小等特点,本研究提出一种面向该类城市绿地的三维绿量估算方案,该方案包括数据获取、处理、实体分割、分类和单木冠层提取以及三维绿量计算的环节。首先,利用背包式激光雷达测量系统获取三维点云数据,利用变尺度地面点滤波算法剔除地面点云;然后,利用基于密度的聚类算法对非地面点云进行聚类,且基于密度特征的竞争算法对重叠区域进行二次分割,形成独立对象;接着,利用PointNet++模型提取植物点云,根据枝叶点云主方向差异性以及轴向分布密度提取冠层点云;最后,使用凸包法计算单木冠层三维绿量,累计每株木的三维绿量得到区域三维绿量。以某科技园区为例,估算其总三维绿量为21034.95 m³,其中,芒果树株数最多,三维绿量总量最大,为4868.64 m³,占23.2%;单株三维绿量最大的树种为小叶榄仁,平均每株为120.37 m³。本研究方案估算的树木三维绿量与传统方法的相对误差在10.7%～33.7%,平均相对误差为20.9%;与台积法的相对误差在2.7%～16.0%,平均相对误差为8.7%。本研究方案充分利用三维点云数据特性,所用凸多面体逼近树冠的原始形态,更符合树木的实际情况。该三维绿量测量和估算方案可为城市三维绿量快速、精确估算提供新思路。     

伏牛山自然保护区森林冠层结构对林下植被特征的影响

在伏牛山自然保护区典型地段设立样方,测定了森林生态系统内几种典型群落类型的冠层结构、光环境特征,调查了林下植被的特征,分析了它们之间的相互关系.结果显示:各群落的冠层结构和光环境有一定的差异,单因素方差分析表明,部分群落间的差异性达到显著水平;各群落灌木层物种丰富度、多样性和均匀度均高于草本层,而优势度正相反;线性拟合的结果表明,草本层的物种丰富度、多样性与冠下光合量子通量密度间呈极显著负相关,优势度与冠下光合量子通量密度间呈显著正相关,灌木层各参数与冠层结构特征间相关性不显著.研究表明,冠层结构的变化对草本层(包括更新幼苗)的影响显著高于灌木层.林隙/林窗或林中空地的出现可能对草本物种或其他阳性及先锋物种具有促进作用,而对优势种幼苗的萌发和定植产生负效应.推测在典型的落叶阔叶林生态系统演替进程中,林下光照强度可能不是最主要的限制因素,优势种种子的扩散、萌发和定植限制可能更重要.     

基于遥感影像的城市空间三维绿量(绿化三维量)定量研究

三维绿量又称绿化三维量,是指所有生长植物的茎叶所占据的空间体积。城市三维绿量的测量研究是城市绿化环境效益评价的基本前提,也是城市生态系统研究的重要内容之一。以彩红外航空遥感图像为主要信息源,研究了城市空间三维绿量定量计算的方法。在对植被遥感阴影图像分割的前提下,根据航空摄影时太阳、摄影机以及树木三者之间的几何位置关系,建立了空间三维绿量遥感中关键的植被高度模型。应用统计分析方法,建立了研究区主要树种的树高一冠径相关关系模型。根据冠径一冠高关系以及典型树种的树冠立体几何形态与绿量方程,运用G1S分别计算了浙江省宁波市江北区、江东区、海曙区和全市的总三维绿量和平均相对三维绿量,以及平均相对三维绿量的区域分布。宁波市全市及江北区、海曙区和江东区的平均相对三维绿量分别为3284．4m^3／hm^2、3652．4m^3／hm^2、2908．5m^3／hm^2和3229．7m^3／hm^2,总三维绿量分别为1606．6万m^3、659．5万m^3、448．9万m^3和498．2万m^3。研究结果不仅为城市绿化数据库的建立奠定了基础,而且还丰富了城市绿化评价指标,有助于估算城市绿化的生态环境效益,以及为城市绿化系统的设计,特别是为环境要求不同的功能区的绿化系统的设计、城市绿化群落布局的合理性评价和城市绿化规划提供有价值的技术参数。     

冠层结构和光环境的时空变化对紫耳箭竹种群特征的影响

选择金佛山国家自然保护区内落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林3种典型群落类型,研究冠层结构和光环境特征,以及林下优势种--紫耳箭竹的种群特征.结果表明: 随着落叶阔叶林→常绿落叶阔叶混交林→常绿阔叶林的演替,Shannon多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou指数呈增加趋势,表明群落趋于稳定发展的状态;冠层结构特征也发生了显著改变,冠层开度和平均叶倾角减小,叶面积指数增加,冠层的消光能力增强,林下光照水平降低.上层林冠是造成林型郁闭的主要原因,其中冠层厚度和冠层面积是2个主要的影响因素.冠层结构与林下光照指标显著相关,对林下散射光的影响最大.冠层开度、林下光照条件均随着生长季的到来而下降,而叶面积指数呈现增长的趋势,峰值出现在6、7月;平均叶倾角在春季达到最大值,在夏季为最小值.紫耳箭竹的生长与冠层结构和光环境密切相关,其在光照适中的常绿落叶阔叶混交林中生长得最好,分株粗壮、密度大(29.69±1.68株·m^-2),地下茎拓展能力强;落叶阔叶林中的强光环境可能造成土壤水分缺失,从而对其生长产生影响;而在常绿阔叶林的低光环境下紫耳箭竹分株矮小,密度小(5.80±1.16株·m^-2),克隆扩展能力降低.在森林结构演变的过程中,冠层结构发生了明显的改变,显著影响林下光环境,过度的低光环境对紫耳箭竹种群的更新和发展有限制作用.     

盖度与冠层水深对沉水植物水盾草光谱特性的影响

遥感技术可应用于大尺度实时监测沉水植物的分布与生长状况。然而沉水植物的光谱特征受其冠层在水下深度的影响,从而影响湖泊和河流中沉水植物的遥感影像解译与信息提取。应用地物光谱仪,通过野外原位测定和室外控制试验,实测了沉水植物水盾草(Cabomba caroliniana)群落冠层在水下不同深度的反射光谱,分析了冠层水深对水盾草反射光谱的影响,并建立了基于光谱反射率和冠层水深的水盾草群落盖度反演模型。研究结果表明(1)不同盖度的水盾草群落光谱反射率的基本特征主要体现在绿光和近红外波段;(2)水盾草群落的光谱反射率与冠层水深基本呈负相关,相同盖度水盾草群落的光谱反射率随冠层水深的增加而减小,在近红外波段尤其明显;(3)水盾草群落冠层水深越小,其盖度与光谱反射率的相关性越强,且水盾草群落盖度越大,其光谱反射率与冠层水深的相关性越显著;(4)水盾草光谱反射率与盖度相关的最佳波段在692—898 nm,与冠层水深相关最佳的波段在710 nm和806 nm附近;(5)在710 nm和806 nm处建立的结合冠层水深的修正模型,无论是回归方程决定系数(R2),还是水盾草群落盖度的反演精度都明显高于仅用光谱反射率反演盖度的简单模型,因此可有效减除冠层水深对反演精度的影响。本研究的结果可为遥感监测沉水植物的分布和动态变化,以及沉水植物生物物理参量反演提供科学依据。     

云南松混交林火烧迹地更新早期草本层物种多样性的空间格局

云南松(Pinus yunnanensis)林是我国西南地区最为广布的针叶林。火烧是云南松林常见的一种自然(或人为)干扰, 但对云南松林火后更新群落的物种多样性特征很少研究。该研究以云南禄丰县勤丰镇2013年“4.13”火灾后云南松混交林火烧迹地更新早期群落草本层为研究对象, 设置了47条1000 m²样带进行群落和环境因子调查, 探讨火烧后更新早期群落草本层的物种构成与丰富度的空间格局及其影响因素。结果表明: 火后更新草本层按物种构成可分为4个群落类型; 草本层物种丰富度受地形和火前群落冠层的影响显著, 与立木生物量和地形坡度正相关, 而与坡位和海拔负相关, 但与火烧强度没有显著的相关性。样带内草本群落β多样性与火前立木胸面积及火烧强度显著正相关, 而与海拔和坡位负相关。总体上, 生境地形特征、火前冠层和火烧强度构成了火烧后早期群落草本层物种构成与丰富度变化的主要控制因子。此外, 一年生和多年生草本物种的更新格局及其对环境的响应存在显著差异。     

岩质公路边坡生态恢复土壤特性与植物多样性

以深圳市盐田港高速公路岩质边坡上历经10a的植被恢复边坡为研究对象,在厚层基材喷附、客土喷附、自然复绿3种边坡生态恢复方式下,重点分析和研究了土壤理化性质与酶活性、植物多样性、土壤特性与植物多样性之间的相关性。结果表明:3种生态恢复方式下,1)土壤含水量、养分与酶活性均呈现出厚层基材喷附边坡>客土喷附边坡>自然复绿边坡的分布差异;2)3种生态恢复方式的植物群落指数均偏低,群落演替仍处于灌草植物群落阶段;3)土壤特性同植物多样性之间存在明显的相关关系,即土壤速效氮与均匀度指数存极显著的正相关,与木本层多样性指数存显著的正相关;土壤全磷与均匀度指数存显著的负相关;土壤有效磷与丰富度指数、多样性指数及均匀度指数都存极显著的负相关;土壤全钾与丰富度指数存极显著的负相关,与草本层多样性指数存显著的负相关;土壤速效钾与均匀度指数存极显著的负相关;土壤蔗糖酶活性与草本均匀度指数存显著的负相关。该调查研究有助于对岩质边坡这类特殊生境下植被恢复基础生态资料的积累,其结果可为边坡生态恢复工程技术方法的开发、设计、施工,调控植被演替速度和预期植被恢复绩效等提供依据。     

茶园间作不同绿肥对节肢动物群落结构和多样性的影响

【目的】研究在茶园中合理间作绿肥对茶园节肢动物群落结构和多样性的影响。【方法】本文在茶园中分别设间作铺地木兰+罗顿豆、圆叶决明+白三叶、白三叶+平托花生3种不同绿肥组合处理,并设不间作绿肥、常规除草的茶园为对照。【结果】间作不同绿肥均能提高茶园节肢动物群落的物种丰富度和群落多样性,提高茶园捕食性天敌昆虫、蜘蛛和寄生性天敌在茶园冠层群落的比率;不同处理茶园冠层节肢动物Shannon-wiener多样性指数(H)、Simpson指数(D)和均匀度指数变化趋势基本一致;茶冠层的节肢动物群落多样性指数在4类不同处理茶园间差异显著;间作绿肥增加了茶园的生物多样性,4类不同处理茶园茶冠层群落相似性系数在0.741~0.892之间,表明4类不同处理茶园冠层群落在物种组成上有较高的相似性。4类不同处理茶园害虫与天敌两类群功能团的丰盛度之间成显著的正相关,表明天敌对害虫的空间数量跟随效应强,主要表现为二者数量间的相互作用。灰色关联度分析表明在4类不同处理茶园中的群落节肢动物物种数/个体数、天敌物种数/害虫物种数、害虫丰富度与多样性指数和均匀度指数的关联系数较高,反应了群落的多样性和稳定性。【结论】间作增强了茶园群落的生物多样性,提高害虫天敌的种类和个体数,有利有效发挥天敌对有害生物的生态控制。     

山西庞泉沟自然保护区森林群落物种多样性

在对山西庞泉沟自然保护区森林群落进行数量分类的基础上,运用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数对保护区内森林群落的物种多样性进行了研究,并对森林群落各层片之间的物种多样性进行了相关性分析.结果表明:(1)森林群落15个群丛的丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数能很好地反映各群丛多样性变化规律.(2)各群丛的丰富度指数和物种多样性指数总体上呈现草本层＞灌木层＞乔木层,草本层的均匀度最小,大多数森林群落乔木层和灌木层的均匀度比较接近.(3) Patrick指数、Simpson指数、Shannon指数以及Pielou指数和Alatalo指数之间表现极显著差异性(P＜0.01).(4)群丛3(华北落叶松-土庄绣线菊+美蔷薇-东方草莓群丛)灌木层和草本层之间呈显著负相关(r=-0.643,P＜0.05);群丛8(白桦+山杨-灰栒子+美蔷薇-中亚苔草群丛)乔木层和灌木层呈显著负相关(r=-0.458,P＜0.05),灌木层和草本层则呈显著正相关(r=0.404,P＜0.05);群丛11(白杄-中亚苔草+烟管头草)的乔木层和草本层之间呈显著负相关(r=-0.949,P＜0.05).     

广州地区荷木夜间树干液流补水的影响因子及其对蒸腾的贡献

明确树木夜间水分补充现象有助于提高总蒸腾量和冠层气孔导度估算的精确度,进一步认识冠层蒸腾与树干液流之间存在的时滞关系.本研究采用热消散探针法测定了广州地区的荷木树干液流密度,同步监测了主要的环境因子,从不同时间尺度分析了树干夜间液流的水分补充现象.结果表明:与白天相比,荷木夜间液流密度较小,旱季变化幅度比湿季大;夜间水分补充的时间段主要在前半夜(18:00-22:00);年内各季节夜间水分补充量之间没有显著差异,与环境因子之间的偏相关关系不显著,但与胸径、树高、冠幅、树干生物量、冠层生物量的回归曲线拟合很好,表明树形特征和生物量能更好地解释夜间补水的变化;各季节夜间水分补充量对总蒸腾量的贡献有显著差异,旱季明显高于湿季.     

广州地区荷木夜间树干液流补水的影响因子及其对蒸腾的贡献

明确树木夜间水分补充现象有助于提高总蒸腾量和冠层气孔导度估算的精确度,进一步认识冠层蒸腾与树干液流之间存在的时滞关系.本研究采用热消散探针法测定了广州地区的荷木树干液流密度,同步监测了主要的环境因子,从不同时间尺度分析了树干夜间液流的水分补充现象.结果表明：与白天相比,荷木夜间液流密度较小,旱季变化幅度比湿季大;夜间水分补充的时间段主要在前半夜(18:00-22:00);年内各季节夜间水分补充量之间没有显著差异,与环境因子之间的偏相关关系不显著,但与胸径、树高、冠幅、树干生物量、冠层生物量的回归曲线拟合很好,表明树形特征和生物量能更好地解释夜间补水的变化;各季节夜间水分补充量对总蒸腾量的贡献有显著差异,旱季明显高于湿季.     

物种聚集分布与种间关系的多度不对称性

群落内物种的相对多度与其空间分布和种间关系存在内部联系,然而这种联系如何影响物种共存却存在很大的争议.本研究认为,植物群落中的常见种受到更强的种间作用,最终限制了其种群增长;稀有种呈现更强的聚集分布格局,有利于增强种内调节作用,减弱种间作用,从而实现与其他物种的共存.为验证该假设,本研究以长白山25 ha阔叶红松林样地内的主要大树树种(DBH≥10 cm)为研究对象,用空间统计的方法分析各树种间关联和树种聚集分布格局,并探讨其与树种多度之间的联系.结果发现,树种之间以负相关关系(排斥)为主,且呈现明显的多度不对称性,即常见种之间有更明显的排斥作用.在聚集分布格局下,树种的局部优势度在较小范围内(～5 m)没有明显的多度依赖性,这将有利于稀有种和常见种实现局部共存.上述结果表明,在森林群落中种间关系的整体强度主要源于常见种的作用,而物种呈现的聚集分布格局有利于稀有种,进而促进物种的长期共存.该研究揭示了物种空间分布的多度依赖性及其对物种共存的影响,有利于进一步认识温带森林群落的构建过程.     

整树水力导度协同冠层气孔导度调节森林蒸腾

冠层气孔导度决定森林的蒸腾效率,它对驱动水汽移动的水汽应力的响应受树木水力结构的影响,并随水汽压亏缺上升和水力导度下降而降低,维持水势在最低阈值之上,避免出现水力灾变,调控冠层蒸腾。由于叶形和树冠结构的特点,部分脱耦联反映了湿润地区阔叶林冠层与大气的水汽交换特征,单纯以气孔导度的变化难以完整描述水分通量的调节规律,因而,需要考虑冠层气孔导度与水力导度协同控制冠层蒸腾的潜在机理。通过整合叶片气孔气体交换、树干液流、冠层微气象和其他环境因子的野外观测值,估测不同时间尺度的森林冠层气孔导度与大气的脱耦联系数和变异范围,以基于树干液流的冠层蒸腾,结合叶片/土壤水势梯度计算的水力导度,分析水力导度影响冠层气孔导度响应水汽压亏缺的敏感性,可以揭示和阐明水力导度和冠层气孔导度联合调节森林蒸腾的机理,对准确估测全球变化背景下森林对水资源利用的潜在生态效应有明显的理论意义。     

八大公山常绿落叶阔叶混交林影响幼苗存活的主要因子分析

幼苗是植物生活史中最脆弱的阶段,对幼苗存活影响因子的分析有助于我们更清楚的了解森林群落的天然更新机制。利用广义线性混合模型（GLMM）对八大公山常绿落叶阔叶混交林中影响幼苗存活的主要生物与非生物因子进行了研究。结果表明：（1）在群落水平上,幼苗存活与生物因子中的同种幼苗密度呈显著负相关,与非生物因子中的冠层开阔度呈显著正相关;（2）从年龄上看,4年生以下龄级的幼苗存活更容易受到同种幼苗密度的影响,与同种幼苗密度呈显著负相关;4年生及其以上的幼苗存活则主要受非生物因子影响;（3）从生活型上看,相对于常绿物种,落叶物种的幼苗存活率更容易受到同种幼苗密度的影响,也与冠层开阔度呈正相关;（4）在物种水平上,生物因子与非生物因子对不同物种幼苗存活率的影响也不相同。其中,宜昌润楠（Machilus ichangensis Rehd.et Wils.）的存活率与冠层开阔度呈正相关;薄叶山矾（Symplocos anomala Brand）幼苗的存活率与同种幼苗密度、异种大树胸高断面积、林冠开阔度、坡向均呈显著负相关,而与异种幼苗密度和海拔呈显著正相关。本研究表明影响幼苗存活的因子是多样的,而且不是随机发生的。在不同水平上影响幼苗存活的因子不同。     

麦田冠层气孔导度的分层研究

小麦灌浆期和乳熟期冠层各层叶片上、下表面的气孔导度之间呈正相关关系;冠层不同层的叶片气孔导度从早到傍晚有平行变化的趋势,数值上存在较大的差异,一般从冠层上到下递减。经分析,这主要与冠层叶片接受的光强自上而下递减有关,且这时所对应的叶片水势自冠层上到下递增的幅度大。测算结果表明,冠层气孔导度白天亦呈明显的日变化,灌浆期的值大于乳熟期的值。     

城市森林结构的量化研究——以沈阳树木园森林群落为例

采用遥感图像判读和野外调查相结合的方法,定量分析了沈阳树木园植物群落的物种结构及空间格局。结果表明,沈阳树木园植被的生长状况良好;物种丰富,其中黄蘖(Phellodendron amugense)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、榆树(Ulmus pumila)在树木株数和相对优势度上均占优势,为群落的主林木;植被在高度和胸径上的分布均表现为具有向上发展的潜力,整个植被群落正处于一个快速的生长期,属于发挥生态效益的最佳时期,沈阳树木园的树种多度与基于叶面积的相对优势度之间无明显关联,数量上占优势的树种,其相对优势度不一定很高,沈阳树木园植被树木株数与不同树高等级间的分布关系表现为上凸的曲线,随着树木高度级的增加,树木株数开始分布比较平稳,当高度超过12m后,树木株数明显减少,曲线急骤下降,树木株数分布与不同胸径等级间的关系也呈现类似的情况。     

半湿润常绿阔叶林次生演替阶段植物多样性和群落结构特征

以飒马场不同次生演潜阶段的半湿润常绿阔叶林为对象,测定物种丰富度、群落数量特征指标,分析植物多样性与群落结构特征之间的关系.结果表明,随着植物群落演替,物种丰富度不断增加,物种丰富度最高演替阶段的乔木层物种达到24个;植物多样性与植物个体密度间呈正相关关系;乔木层植物个体平均高与植物多样性间呈负相关关系;群落郁闭度和胸高断面积与植物多样性之间则呈对数函数关系.植物多样性与优势种个体密度和群落地上部分现存量间未呈现一致性规律.植物种-个体数间呈幂函数关系.随着植物多样性增加,种间竞争加剧.每个植物种为了维持临界最低种群,可能采取最大种群策略,导致群落植物个体数增加,密度增大,从而改变了群落结构特征.     

沈阳城市森林三维绿量模拟及其影响因子

为探求便捷有效的小面积城市森林三维绿量的测算方法,根据林木生长的分形原理,采用逐步回归方法获取了沈阳城市森林三维绿量的13个模拟方程,并对其影响因素进行分析.结果表明：13个模拟方程的决定系数（R²）在0.612～0.842,残差分析没有呈现明显图样,模型精度均在87%（α=0.05）和83%（α=0.01）以上,其中最便捷的模拟方程是lnY=7.468+0.926lnx1［Y为模拟三维绿量,x₁为每公顷胸高断面积（SDB）］.模拟方程的标准回归系数与16个树木特征间的相关关系显示,影响沈阳城市森林三维绿量的最主要因素是每公顷胸高断面积（SDB）.     

青藏高原东部植物种子萌发能力与其在群落中相对多度的关系

不同演替阶段的群落中植物幼苗建植特性以及幼苗建植时所处的环境都会有所不同.这些差异可能会导致种子萌发率与物种多度之间的关系随着群落的演替阶段而发生改变.目前关于不同类型群落中以及同一类型群落的不同演替阶段物种多度和种子萌发能力之间的关系的研究较少.本研究以全面收集的青藏高原东缘3种常见次生植被(鼢鼠土丘群落、人工草地群落和弃耕地群落)中植物种子为基础,沿着群落演替梯度来探明种子萌发和物种多度之间的关系.通过对结果的线性回归分析发现:在鼢鼠土丘群落和人工草地群落中,种子萌发率和物种多度之间无显著相关性;而在弃耕地群落中,种子萌发率和物种多度之间的关系有随着群落的演替呈现由正相关向负相关转变的趋势.