江國(guó)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(duì)比分析

江國(guó)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(hù)區(qū)甜櫧(Castanopsiseyrei)林為研究對(duì)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(qiáng)度日變化呈單峰型，光照的峰值出現(xiàn)在11:00～13:00。在整個(gè)生長(zhǎng)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(qiáng)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(jìn)生物環(huán)境的異質(zhì)化，同時(shí)林隙內(nèi)生物個(gè)體種群、群落對(duì)林隙干擾也會(huì)做出不同的響應(yīng)，這些響應(yīng)反過來又對(duì)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(jìn)行光合作用并賴以生長(zhǎng)的前提條件，也是影響森林植物生長(zhǎng)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(dá)森林下層的持續(xù)時(shí)間，而且增加了生境內(nèi)的光照強(qiáng)度。林隙的產(chǎn)生導(dǎo)致更多的光到達(dá)林地表面，這對(duì)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(yíng)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(duì)深入研究林隙演替更新機(jī)制是必不可少的。

本研究以安徽査灣自然保護(hù)區(qū)甜櫧林為研究對(duì)象，對(duì)不同大小林隙內(nèi)光照特征進(jìn)行初步分析，旨在為探討林隙小氣候形成機(jī)制及其對(duì)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(hù)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(rùn),年平均氣溫15.6℃,年平均降水量1701.6mm,年無霜期達(dá)235d，相對(duì)濕度達(dá)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(cè)點(diǎn)分布

表1 觀測(cè)點(diǎn)3個(gè)林隙的基本情況

所有研究樣地設(shè)在自然保護(hù)區(qū)的緩沖區(qū)內(nèi)，采用美國(guó)林務(wù)局制定的樣線調(diào)查法[9]在安徽査灣自然保護(hù)區(qū)共調(diào)查36個(gè)林隙[10]，根據(jù)林隙面積劃分為3等級(jí)：小林隙<100m2、中林隙101～200m2、大林隙≥201m2，在每個(gè)等級(jí)中選擇一個(gè)具代表性的林隙測(cè)量并設(shè)樣地。每個(gè)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(kuò)展林隙的過渡區(qū))、林隙邊緣區(qū)(擴(kuò)展林隙與非林隙的過渡區(qū))，同時(shí)在林冠層下設(shè)置非林隙對(duì)照區(qū)1個(gè)(圖1)。所有研究林隙均位于陽坡，海拔為229m。觀測(cè)點(diǎn)3個(gè)林隙的基本情況如表1所示。

1.2.2 光因子測(cè)定方法

于2014年4月～9月(生長(zhǎng)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(dòng)換檔數(shù)字式照度計(jì)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(cè)量光照強(qiáng)度(光照日變化取各林隙中心區(qū)光照強(qiáng)度，光照季節(jié)變化取各林隙中心區(qū)各觀測(cè)時(shí)間光照強(qiáng)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(qiáng)度的測(cè)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(dá)到最高峰，這是各個(gè)時(shí)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(qiáng)，變化顯著，其最大值達(dá)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?？偟膩碚f，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(qiáng)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(zhǎng)季內(nèi)光照變化

如圖3所示，日平均光照強(qiáng)度在生長(zhǎng)季內(nèi)的變化規(guī)律如下：生長(zhǎng)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(qiáng)趨勢(shì)，到6月中下旬達(dá)到高峰，以后又轉(zhuǎn)而下降，即林隙內(nèi)外日平均光照強(qiáng)度在生長(zhǎng)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(gè)時(shí)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(qiáng)是必然的。樹葉全部展開以后，隨太陽高度與輻射的增強(qiáng)而增強(qiáng)，以后又逐漸下降。到9月下旬光照強(qiáng)度又略有增加趨勢(shì)，這與皖南秋高氣爽氣候以及樹勢(shì)生長(zhǎng)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(qiáng)度的季節(jié)變化曲線(2014年)

在觀測(cè)日期內(nèi)，不同大小林隙及非林隙林分下光照強(qiáng)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(gè)生長(zhǎng)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(shí)期、不同大小林隙的不同區(qū)域，其光照強(qiáng)度不同。圖4為不同時(shí)期各觀測(cè)點(diǎn)日平均光照隨林隙梯度變化曲線。大、中、小林隙內(nèi)光照強(qiáng)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(shì)，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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)，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(zhǎng)初期(4月份)、生長(zhǎng)末期(9月下旬、10月上旬)隨林隙梯度變化幅度相對(duì)較小，而在生長(zhǎng)中期(6、7月份)變化幅度較大；小林隙內(nèi)光照在整個(gè)生長(zhǎng)期隨林隙梯度變化幅度均相對(duì)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(cè)點(diǎn)位置等因子有關(guān)。其中，5月13日日平均光照相對(duì)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(shí)已有新葉長(zhǎng)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(qiáng)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(zhǎng)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(huì)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(jī)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(jī)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(dòng)態(tài)更新、物質(zhì)共存與多樣性維持機(jī)制。

安徽查灣甜櫧林林隙內(nèi)光照強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度在生長(zhǎng)季內(nèi)的變化也呈單峰型，最大光照強(qiáng)度出現(xiàn)在6月中下旬。最大值的來臨較長(zhǎng)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(zhǎng)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(qiáng)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(huì)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?？梢?，近心區(qū)是林隙內(nèi)光照強(qiáng)度變化的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，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(guó)家“十一五”科技支撐項(xiàng)目(2006BAD03A06)；安徽省高校自然科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目(KJ2014A244)；安徽省高校自然科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目(KJ2016A785)。

江國(guó)華(1973-)，男，碩士生，副教授，研究方向?yàn)樯稚鷳B(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(guó)華， 汪秀琴，吳澤民.安徽查灣甜櫧林不同大小林隙光因子對(duì)比分析[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2017，14(6)：18～23.