森林冠层结构与功能及其时空变化研究进展
森林冠层结构与功能及其时空变化研究进展*
李德志1 臧润国2
(1华东师范大学环境科学系,上海200062;2中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,北京100091)
摘要 林冠是森林与外界环境相互作用最直接和最活跃的界面层,同时,它本身又承载了森林生物多样性的主体部分。森林冠层研究的方法和技术在近些年取得了长足发展,从而促进了有关林冠结构与功能的研究。这些研究深化了人们对于林冠结构与光能截获以及群落干物质积累之间关系的认识,同时,对于森林冠层的物质循环和能量传输以及冠层内各营养级之间相互关系动态也有了更为深入的理解。考察森林冠层的结构与功能及其时空变化是深入理解整个森林生态系统的格局、过程及其运作机制的重要基础。
关键词 林冠 功能 机制 格局 结构
The Research Advances on the Structure and Function of Forest Canopy,
as well as Their Temporal and Spatial Changes
Li Dezhi1 Zang Runguo2
(1D epar tment o f Env ir onmental Science,East China No rma l U niv ersity,Sha ng hai200062;
2R esear ch Inst itute of F or est Ecolog y,Env ir onment and P r otectio n,Chinese Academy o f Fo restr y,Beijing100091)
Abstract Fo rest canopy is regarded as a m ost direct and active interface betw een the for est and its outer env ironment.At the meantime,it also contains the m ain part of the forest biodiv ersity.
The methods and techniques fo r studying forest canopy hav e progr essed g reatly in the recent years,w hich prom oted the r esearches on the forest canopy structur e and function.T hese re-searches deepened the reco gnition on the relationships between the for est canopy,light capture and dry matter accumulatio n within the co mmunity,and also,deepened the understanding of the material cycle,energy flo w and the dynamics of interrelations am ong the trophic levels w ithin the canopy.The studies on the fo rest canopy structure and function as w ell as their temporal spatial changes are the bases fo r deep understanding the pattern,process and mechanism o f w hole forest ecosystem.
Key words:canopy,function,m echanism,pattern,structur e
1 引言
植物的冠型是植物用以适应环境和提高整体光合效能所采取的一种生态对策。具有不同的生态习性或生长在不同类型生境中的植物,其冠型结构特征往往会表现出很大的不同。例如,生长在开阔地的树木一般倾向于形成扩散型的多层冠型结构(叶片散布于冠层的内外);而生长在庇荫环境中的树木则倾向于形成单一而连续的冠层(叶片多集中于冠层的外部)[21]。传统的植物形态学研究侧重于对植被冠层进行定性描述,并主要以单株植物为研究对象。随着现代测量技术手段的发展,在植物群体冠型结构的研究方面已经取得了长足进步。
森林是地球表面上生物量最为庞大的植被类型,同时,森林冠层的生物多样性也构成了地球生物多样性的主要部分,森林生态系统中具有光合活性的叶层系统也基本囊括其间[25]。因此,林冠研究不仅有利于深入了解森林生态系统的运作机制,也有利于合理培育和经营森林群落。
林冠的研究典型地包括4个组织层次,即器官(叶、茎、枝)、植株、林分和群落[40]。林冠生物学是森林科学中的一个新兴学科,它包括固着的和运动的生物的研究,以及它们与生态群落相联系的过程[29,30]。
有关森林冠层的生态学研究起步相对较晚,并且最初基本上是以描述性的研究为主。随着一些新的研究方法的不断问世,生态学家们终于能够采用更加便捷、有效和数量化的方法进行林冠方面的研
第17卷 第3期2004年6月
世 界 林 业 研 究
World Forestry Research
Vol.17 No.3
J un.2004
本研究得到上海市生态学重点学科、华东师范大学211工程项目以及国家自然科学基金项目(No.30370245)的资助。收稿日期:2004-02-20
究。
林冠研究受到生境内的时间与空间因素的限制,它包括(1)林冠生物对于树冠内部几何空间的差异性利用;(2)基质的异质性;(3)冠层内的树木龄级变化;(4)冠层与大气界面的微气候变化;(5)各类生物的高度多样性(其中很多生物至今仍然未被命名或发现);(6)定量化研究林冠的通用规程的缺乏[29]。
近些年来,林冠实测技术已经得到长足发展,并且以此为基础,已经大大深化了人类对于森林冠层诸多内在过程和机制的理解程度。更为重要的是,标准化的研究方法的采用正在把冠层研究从传统的描述性科学发展为更加严格和定量化的科学,并且一些更为深刻、中肯的假说已经应运而生并正在接受实证检验。
森林的冠层几何学特征不仅直接影响森林截获太阳辐射的程度以及截留大气降水的能力等,还影响到诸如风速、空气温湿度、土壤蒸发量、土壤热储量、土壤温度等林内小气候特征,并影响到林冠和外界大气环境之间的能量交换。森林冠层结构不仅与组分植物种群自身的生长发育特性密切相关,而且还会影响到与植物群落相伴生的其它生物种群(如动物和微生物种群等)的动态特征,乃至森林生态系统的食物链结构。
因此,森林冠层的结构与功能密切相关,这一方面的研究在整个森林生态系统研究中也占有十分重要的地位。
2 森林冠层研究方法的新进展
最早的林冠研究多半是盲人摸象式的,即通过可以获得的下层枝叶的样本资料来推断上层乃至整个林冠的结构。虽然也可以通过望远镜对上层林冠的形态和结构,以及哺乳动物或者鸟类的行为等进行直接观察[30],但毕竟难以进行近距离的准确测量。正因为如此,长期以来,林冠生态学家们一直在尝试各种可以抵达林冠上层进行实测研究的方法。如利用伸向林冠深处的藤本植物攀援而上,进行上层林冠的实测研究;或者通过培训灵巧的猴子来完成摘取冠层枝叶样本的任务;或者利用热气球、摘棉机或超轻便小型飞机等工具来完成对上层林冠的取样等。然而,在研究方法的可靠性,研究者本身的安全性,以及在获取数据资料的准确性方面,尚需针对具体情况作具体分析。
最近的一些研究方法使得设施的安全性和数据的精确性大为提高,并且使研究人员之间的互助与合作程度也得以增加,从而使得林冠研究的领域大为拓宽[19,30]。在冠层研究方面的一个最为重要的进展,表现在用于实测林冠的更为可靠的硬件设施的改进。很多的研究设备都是可以携带的或移动的,从而使研究进行得更为便捷而高效。例如,用于测定整个树冠光合作用的仪器设备已经可以非常方便地由一个研究者操纵,并通过升降绳索进行移动和测量。林冠研究不仅在仪器设备方面得到了改进,而且在测量精度方面也得到了提高。研究者不仅能够更加高效地进行各类取样或实测,也可以相互合作完成更加复杂的任务。
树冠最上层表面的不规则性和异质性可以通过图形学的方法加以描绘,并且这种冠层变化的大部分原因可以归结于森林中组成树种的多样性。籍助于冠层升降机和更为复杂的工具,研究者们已经可以深入考察巴拿马热带森林的冠层表面的结构特征[35]。一些用于定量化研究林冠表面的结构特征的新技术包括半球形摄影技术[39]、遥感技术[3,23]、三维X射线断层摄影技术[42]以及分形的方法[44]等。对于林冠层中较大型的鸟类等生物种群的研究,已经可以采用超轻型飞机[30]或者无线电跟踪的方法[8]进行观测。
森林冠层研究是一项复杂而浩大的工程,它不仅需要多学科众多科学家的密切配合,而且需要进行长期而艰苦的定位观测。长期定位观测,是用于克服以短期的和局域的取样或观测资料推测长期和全局的演化结果而可能造成的误差的最为准确而有效的办法。最近几年,在全球范围内,相继建立了30余处大型的林冠研究定位站,并以热带雨林为中心区域星罗棋布分布在世界各地。热带森林的多样性特征及其生态系统的维持机制正在受到全球关注[9]。装备升降设备和永久性的观测平台或冠层步道的林冠研究站在美国和中美洲的一些热带森林地区已建有多处。通过在加拿大温哥华岛的卡玛纳谷所建造的冠层步道,得以近距离地观测和研究原始的针叶林冠层的复杂结构,并且通过调查得知冠层内节肢动物多样性非常之高,它表明原始针叶林结构复杂的冠层生境可能是温带生物多样性的重要源库。通过这种方法,使得昆虫或鸟类与林冠层植物间的相互作用等许多方面的研究也成为可能,从而使温带森林生态系统的功能研究得到进一步深化(如在美国的几个定位观测站开展的相关研究)[38,41]。
3 森林冠层结构及其时空变化
Hal 等[18]深入研究了树木生长模型,并且把树冠定义为整个林冠的可重复的构筑(architecture)单位。最近的一些观察和研究表明,这些共同组成了
13
第3期 李德志 臧润国:森林冠层结构与功能及其时空变化研究进展
整个林冠的构筑单位,在生长和生殖等活动方面并非同步,并且,随着树冠最上层小气候严酷性的增加,树冠的形态多样性趋于下降[30]。
描述树冠形态的几何学参数包括冠型、分枝特征、叶片形状、大小、光学特性、排列方位以及生理扩散阻力等[2]。北涤和星川[2]提出用“株型”和“长相”来描述各种农作物的冠层形态特征。这种方法对于冠型复杂的林木而言虽不完全适用,但也具有借鉴意义。
树木的生长和形状是在不同的生态系统之内或之间进行比较研究的重要基础[30]。天然林分的冠层形态主要受自然力的影响,冠层结构复杂,异质性程度高;而人工林的冠层形态主要受人工修剪或定向培育的影响,冠层结构相对简单,异质性程度相对较低。
热带森林生态系统的主要结构特点是林冠的多层性,叶面积指数较大。热带森林的冠层几何学特征在演替的不同阶段表现也不同。在水份条件较好的地区,入侵阶段的先锋性树种生长快、生长周期短、叶片单薄,树冠一般呈单层,冠型扁平,树木耐荫性差,顶端优势不强。在定居阶段,热带森林的树冠一般有较强的顶端优势,枝条平展,节间长度较长,树冠呈塔型。虽然叶片的形态和大小各异,但叶片一般较厚,耐荫性不强,林分出现分层现象。在接近演替成熟阶段时,树木相对较高大,树冠呈椭球形,并呈现多层特征。但到成熟阶段的后期,树冠变为半球形,呈单层树冠。此时叶片耐旱性增强,向上直立,生绒毛,反射率增强,呈簇团状。在顶极过熟群落阶段,树木生长趋缓,硬木树种分散排列,以小叶树种为主。下木生长较弱,枯死木出现并逐渐增多。处于林冠上层的树冠形态与成熟期相差不大[2]。
对温带树种而言,先锋树种的生命周期一般较短,且以软木为主。树冠为多层圆锥形或微凸形,树冠长宽比随树龄的增大而增大,叶片较小。演替后期的树种以硬木树种为主,上层树冠呈椭球形,而下木一般仅为一层,冠层平展分散。演替过渡期内的树木在开始时可能会模仿先锋树种的冠型,后来树冠则会逐渐扩展,并最终形成郁闭林冠[2]。
寒带树种主要以针叶树种为主,它们主要有3种生长型:(1)锥形的云杉和冷杉,其上部树冠稀疏狭窄,下部树冠浓密而且遮荫性强。(2)松树的上部树冠稀疏,冠层薄,透光性良好。(3)落叶松松针较短,冠层结构较疏松,有周期性的落叶行为[1]。
森林冠层结构的研究大致有2方面的意义:(1)对于不同的森林群落或树种而言,揭示树冠结构与太阳辐射截获以及树木或群落有效干物质积累能力之间的关系。(2)林冠是森林与外界环境相互作用最直接和最活跃的界面层。树(林)冠结构的研究,有助于解析森林生态系统内部能量传输和分配以及各种功能作用的复杂过程和机制。
4 森林冠层功能及其时空变化
林冠与大气之间时刻进行着物质和能量的交换[30,36]。然而,长期以来,由于受测量手段的限制,难以对这一过程进行详尽的研究。伴随着林冠层实测技术的发展,这样的直接测定不仅已经可以在叶片、枝条和树冠的水平上进行,而且还可以对影响林冠与大气间相互作用的因素,诸如分枝的格局和构筑[24]、太阳辐射强度的时空变化[2]、植食性动物的取食行为[30]等进行精确的实测研究。这方面的研究已经带动了有关冠层空气运动、冠层树木孢子和花粉的传播、气体的释放、小型动物的迁移等方面的研究方法和技术的发展。
林冠和外界环境之间的能量交换主要是通过辐射、蒸发、蒸腾、对流和传导等物理和生物学过程实现的。能量交换的强度一方面受制于树木的生物活力和外界气象因子的分布状况,另一方面,叶片的形状、大小、排列及冠层形态特征也会影响能量交换的过程。有关树木生长和构筑的模型研究,对于冠层与气候的相互作用、光合作用、固着生物的分布以及物候学等方面的研究也具有重要意义[43]。
关于群落中的光能传输和冠层消光作用,门司等[4]最早得出光线经过冠层以后的指数消光律,并给出了计算叶层消光系数的数学模型。de Wit[12]和Goudr iaan等[16]设计了包含叶倾角和方位角的冠层辐射传输模型,并最终根据光—叶几何学关系解决了冠层辐射的数值模拟问题。之后,许多学者根据大量的冠层辐射观测资料,建立了各自不同的冠层辐射模型,使冠层辐射的研究得到了长足发展。Li[25]对森林群落中的几种阔叶幼树的叶层结构进行了测定,并从群落环境和生态对策的角度对叶种群进行了深入分析。王汉杰等[2]对Goudriaan[16]的模型做了重要改进,从而更适合模拟森林冠层中的辐射传输过程。森林冠层的光合作用强度和气孔传导率特征与冠层内部的太阳辐射分布密切相关,同时又是确定森林生产力的最为有效的生理学指标。王汉杰等[2]给出了计算冠层光合作用强度和气孔传导率的数值模式。
长期以来,热带森林生态系统中光合与呼吸接近平衡的传统论点[30]曾经一度占据上风。然而,有关热带森林冠层的最新生理生态学研究结果正在对此提出挑战。一些实测研究表明:原始热带森林可能
14 世 界 林 业 研 究 第17卷
是碳的净储库[17]。这样的研究结果,在全球范围内热带森林的砍伐与破坏屡禁不止并且普遍预测全球二氧化碳浓度持续升高的背景下,无疑具有非同寻常的警示意义。
树冠最上层表面的物理特征对于冠层-大气界面的相互作用、穿透雨的分布格局、生活或者栖息于冠层的各类生物种群的动态等均可以提供重要的生态学解释。吹临冠层的主风的强弱、波动频率以及冠层的结构特征被认为是形成林冠下层的雨量分布格局的重要因素[20],同时,小型节肢动物[5]及冠层蜥蜴[14]种群的数量动态,乃至整个森林生态系统的营养级结构也受到这些因素的影响。
林冠实测技术的发展使得研究者可以对林冠层树木进行直接的物候观察[28,43]。这些研究不仅揭示出了热带地区林冠层树木叶片寿命的变化趋势、叶片的养分动态、光合特性,而且对于植食性动物抗性的时空变化规律[30]也有了相当深入的认识。
生长在森林群落中的树木,其生殖过程一般都较为复杂并经常受到许多环境因素和生物因素的综合影响。由于森林形体高大,长期以来有关森林的遗传学与生殖生态学方面的研究一直都十分薄弱。伴随着林冠测定技术的长足发展,有关冠层树木的传粉机制和生殖过程[11,30]的研究得到了促进。很多热带树木一般都具有相对较低的种群密度,更有甚者,很多种群还常常遭到片段化分割或人为去除[30,42]。热带森林的物种维持机制一直是一个重要的值得深入研究的遗传生态学课题,努力提高日趋锐减的物种多样性与遗传多样性更属迫在眉睫。
除了树木以外,附生植物是森林冠层中一个大的类群。附生植物通常喜欢庇荫和潮湿的冠层中部生境[7]。尽管附生植物所具有的生物量只占大多数森林生态系统生物量的很小份额,但其生物量在一些森林中通常已经超出其寄主树木的叶生物量[30,32]。随着林冠实测技术的改进和发展,已经可以对附生植物的生理生态学特性进行较为方便的实地测定[7,30],附生植物与动物间的关系也可以得到近距离的观察。附生植物在改变森林降雨的化学成分方面具有特殊作用,这方面的定量化研究曾经在温带森林生态系统中系统化地开展[27]。随着林冠实测技术的发展,附生植物在热带森林生态系统养分循环过程中的作用已经可以系统地进行测定[10,34]。附生植物除了可以吸收降雨中养分物质以外,还可以分解被林冠截留的枯枝落叶。据研究,热带森林的枯叶在林冠层的分解速率要比在林地层时快近2倍[33]。一些附生植物可以将大气层中的氮转化为矿质态的氮并提供给寄主叶片或地表的不定根[84,31]。通过对林冠进行的实测研究,附生植物已经被认为是在不同的空间尺度范围内促进森林生态系统养分循环的关键性生物[31]。随着人类生产活动对环境污染程度的不断增加,森林生物将承受前所未有的生存挑战,而栖息于林冠层的附生植物被认为具有潜在的指示价值[7]。
藤本植物在热带和温带森林生态系统中常常作为层间植物而发挥着十分独特的生态作用。藤本植物不仅穿行于林冠之间,而且它们的枝叶又常常伸展并覆盖于林冠的表面[37]。藤本植物的花和果实可以供养大量的鸟类和哺乳类动物或节肢动物,从而在森林生态系统的食物链结构中发挥十分重要的作用[26,30]。然而,由于研究手段的限制,在过去相当长的时间内,有关这一方面的研究长期处于停顿或空白状态。利用观测塔和冠层步道,Dial[13]和Dial& Roughgarden[14]对波多黎各的一处森林冠层的动物营养结构进行了实验研究。这一开创性的研究不仅揭示了林冠层内各营养级生物种群间的数量动态关系,也通过对森林冠层内营养结构的定量化实验,为进化生物学研究提供了重要的实证资料[22]。对于鸟类在森林生态系统中功能作用的研究,过去通常使用双筒望远镜利用多级观测平台进行观测。在哥斯达黎加的一个野外观测站,利用冠层观测塔进行的观测揭示出,雀形目鸟类的觅食行为与冠层的食物资源(花或果实)数量密切相关[26]。
无脊椎动物是林冠层中运动型生物的一个十分庞大的类群。它们在与冠层植物间的相互作用,以及与上下营养级的动物种群之间的消长关系,或者在养分循环过程中均发挥着重要而独特的作用。随着林冠研究手段的日趋先进,对林冠层中运动型生物种群的研究更加趋于定量化,从而使得它们在森林生态系统中的复杂作用得到了更进一步的揭示。热带森林内,昆虫的取食时间多选择在夜间,而在温带森林则多在白天[15,30]。尽管树栖哺乳动物在热带和温带森林中具有分化的活动习性,并因此赋予了它们接近或获取不同食物资源的能力,它们的食谱在热带森林中相对较宽[30]。
森林冠层是森林生态系统中最直接与外界大气环境相接触的十分敏感而活跃的界面,同时,它本身也集中了森林生态系统中生物学活性最强的生物组分,并承载了森林生物多样性的主体部分。因此,对森林冠层的结构与功能进行深入研究,具有极其重大的科学价值。森林冠层的结构与功能异常复杂,人类迄今为止所作的探索和研究,虽然已经获得了许多令人振奋的发现,但这还仅仅是一个粗浅的开端。随着林冠研究方法和手段的进一步改进和突破以及
15
第3期 李德志 臧润国:森林冠层结构与功能及其时空变化研究进展
更多的生物或生态学家的积极参与,我们有理由相信:距离彻底揭开森林冠层的神秘面纱和深层奥秘的目标已不会太遥远。
参考文献
1 尚玉昌.普通生态学.北京:北京大学出版社,2002
2 王汉杰,王信理.生态边界层原理与方法.北京:气象出版社, 1999
3 王锦地,李小文,Strahler AH.树冠结构的间接测量方法研究.
遥感科学新进展.北京:科学出版社,1995
4 门司正三,佐伯敏郎.植物群体中光的因素及其对植物生产的作用.光合作用与作物生产译丛-II(王天铎主编,1980).北京:农业出版社,1953
5 Basset Y,Aberlenc H P,Delvar e D.Abu ndan ce and stratifica-tion of foliage arth ropods in a1ow1and rain fores t of Camer oon.
Ecol.En tomol.,1992,17:310～318
6 Bentley B L,Car penter E J.Dir ect trans fer of newly-fix ed n itr o-gen from free-living epiphyllous m icroorganisms to their hos t plant.Oecologia,1984,63:52～56
7 Benz ing D,Vas cular Ep iphytes.Cam bridge,UK:Cambridg e U-niv.Press.1990
8 Bloom P H,M cCrary M D,Gib bons M J.Red-sh ou ldered haw k home-ran ge and habitat use in southern California(Buteo linea-tu s elegans).J.Wildl.M an age,1993,57:258～265
9 Connell J H.Diversity in tropical rain forests and coral reefs.
Science,1978,199:1302～1310
10 Coxs on D S,M cIntyre D D,Vogel H.Pu lse release of sugars and po1yos from canopy bryoph ytes in tropical m on tane rain fores t(Guad eloupe,French W es t Indies).Biotropica,1992, 24:121～133
11 Dayanan dan S,Attygalla D N C,Abeygunasek era A W W L.
Pheno1ogy and floral morpholog y in relation to pollination of som e S ri Lankan dipterocarps.In:Reproductive Ecology of T ropical For est Plants,ed.KS Baw a,M.Hadley,1990:103～134.Carnfort,Englan d:Parthen on
12 de Wit C T.Photosynthesis of leaf canopies.Ag ricultu ral re-search rep.No.663,Centre for agricultural publication s and Documentation,Wageningen,the Netherland.1965
13 Dial R.A food w eb for a tr opical rain forest:th e canopy view from Anolis.PhD thesis S tanford Univ.Stanford,CA.1992
14 Dial R,Rough garden J.Ex perim ental rem oval of in sectivor es from rain forest canopy:direct and in direct effects.Ecolog y, 1995,76:182l～1834
15 Erw in T L.Canopy arthropod biodiversity:a chronology of sampling techn iqu es and resu lts.Rev.Peru.En tomol,1989, 32:71～77
16 Goudriaan J.C rop m icrometeorology:a simulation stud y,Pu-doc,Wagen ingen.1977
17 Grace J,Lloyd J,M cIntyre J.Carbon dioxide uptake by an undis turbed tropical rain forest in sou th west Amaz onia,1992to 1993.Science,1995,270:778～780
18 Hall F,Oldeman R A A,T omlins on P B.T ropical trees and fores ts:an arch itectural analysis.Berlin:Spr inger-Verlag.1978 19 Hannem an A.Construction of a lightw eight can op y wailk w ay in
a Ch oc cloud forest,Ecu ador.Selbyana,2000,21(1,2):156
～164
20 Herwitz S R,Slye R E,T urton S https://www.wendangku.net/doc/337266100.html,teral shading and the differential interception of angu lar direct-beam radiation among
neigh boring tropical rain forest canopy trees.Selbyana1994, 15:A10
21 Horn H S.T he adaptive geometry of trees.Prin ceton Univer si-ty Pres s.New Jers ey.1971
22 Law ton J H.Tabonuco trees,trophic manipulations and Tarzan: 1izard s in a tropical forest can op y.Tree,1995,10:392～393
23 Leck ie D G.Advances in remote sensin g technologies for forest surveys and management.Can.J.For Res,1990,20:464～483 24 Leverenz J W.Sh ade s hoot structu re of conifers and the photo-s ynthetic respons e to1ight at tw o CO2pres sures.Fu nct.Ecol, 1995,9:413～421
25 Li D.Sp atial patterns of canopy leaves of s aplings of four woody s pecies in a fores t environment.Selbyana,2000,21(1,
2):88～96
26 Lois elle B A.M ig rant ab undance in a Costa Rican low lan d for-est canopy.J.T rop.Ecol,1987,3:163～168
27 Lovett G M,Lin dberg S E,Richter D D.T he effects of acid ic deposition on cation leach ing from three deciduous forest canopies.Can.J.For.Res,1985,15:1055～1060
28 Low man M D.Leaf grow th d ynam ics and herbivory in five species of Aus tr alian rain for est canopy trees.Ecol,1992,80: 433～447
29 Low man M D,M offett M.Th e ecology of tr opical rain forest canopies.Trends Ecol.E vol,1993,8:103～108
30 L ow man M D,Nadkarni N M.Fores t Can op ies.San Diego:A-cademic.624p.1995
31 Nadkarni N M.Canopy roots:convergent evolution in rain for-est nutrien t cycles.Science,1981,214:1023～1024
32 Nad kam i N M.E piphyte biomass and nutrient capital of a Neotropical elfin fores t.Biotropica,1984,16:249～256
33 Nadkarni N M,M atelson T J.Litter dynamics w ithin the canopy of a neotropical clou d forest,M onteverde,Costa Rica.Ecology, 1991,72:849～860
34 Nadkarni N M,M atels on T J.Biomass and nutrient dynamics of epiphytic litterfall in a Neotropical mon tane forest,Costa Rica.
Biotropica,1992,24:24～30
35 Parker G G,S mith A P,Hogan K P.Access to th e upper forest canopy w ith a1arge tow er crane.Bioscience,1992,42:664～670 36 Potter C S,Rand ers on J T,Field C B.T errestrial ecosystem production:a process m odel b as ed on g lobal satellite and s ur-face data.Global Biogeoch em.C ycles,1993,7:81l～841
37 Putz F E.Grow th habitat and trellis requirem ents of clim bing palms(Calam us spp.)in north-eastern Q ueensland.Au st.J.
Bot,1990,38:603～608
38 Reynolds B C,C rossley,D A https://www.wendangku.net/doc/337266100.html, e of a canopy w alkw ay for co11ect arthr op ods and leaf area r emoved.Selbyana,1995,16: 21～23
39 Rich P M.Characterizin g plant canopies w ith h emis pherical photog raph s.Remote Sens.E nviron,1990,5:13～29
40 Ross J.T he radiation regim e and architecture of p lan t stan ds.
The Hague:W.junk.1981
41 Stokes A E,Sch ultz B B.M ist netting b irds from canopy plat-forms.Selbyana,1995,16:144～146
42 Vanderbilt V C.M eas uring plant canopy s tructure.Remote Sen s.Eviron,1985,18:281～294
43 van Schaik C P,T erbou gh J W,W right S J.Th e phenology of tropical forests:adaptive sign ifican ce and consequen ces for pri-m ary cons umers.Annu.Rev.E col.S yst,1993,24:353～378
44 Zeid e B.Prim ary unit of the tree crown.Ecology,1993,74:1598～1602
16 世 界 林 业 研 究 第17卷
景观格局的文献综述
景观生态学是20世纪70年代以后蓬勃发展起来的一门新兴的交叉学科。它以生态学理论框架为依托，吸收了现代地理学、生态学和系统科学之所长，研究景观的结构、功能和演化，研究景观和区域尺度的资源、环境经营与管理问题，具有综合整体性和宏观区域性等特色，并以中尺度的景观结构和生态过程关系研究见长。20世纪80年代以来，景观生态学逐渐成为世界上资源、环境、生态方面研究的一个热点[1]，景观要素的数量、种类、形状及分布特征具有重要的生态学意义[2]，对景观格局动态的把握，尤其是在大尺度景观监测的基础上对景观格局变化定量地预测、预报对景观的规划与管理、资源的有效利用及环境保护具有重要意义。 国外森林景观格局的研究 景观生态学一词是德国著名的地植物学家C.特罗尔（C.Troll）于1939年在利用航空照片研究东非土地利用问题时提出来的。随后，关于景观生态学的研究在欧洲和北美经过多年的迅速发展后，景观生态学已从局限于中、东欧的地区性应用学科发展成为生态学的热点问题并有广泛影响的综合性前沿学科。随着生态学各学科间的交互渗透，景观生态学在理论、方法和应用上都得到极大的丰富和多样化，其原理在森林景观研究中也得到广泛应用。森林景观生态学的研究对象是以森林生态系统为主体所构成的景观的结构、功能及其变化。在欧洲和北美，应用景观生态学原理和方法研究森林景观十分活跃[3]。涉及研究内容也不断的加深。主要体现在以下几方面：在区域总体景观结构分析与景观质量控制的研究方面，进行了森林景观特点，景观特征和景观变化的研究；在森林景观变化和森林破碎化过程、景观变化的生态后果及景观调控问题上，进行了破碎景观的分析评价，破碎森林斑块间种的扩散等研究；在对森林景观格局与功能相互关系的方面，进行了景观格局对景观特制循环和能量流动格局改变的研究；在人为干扰对森林景观结构与功能的影响方面，进行了火干扰，森林采伐活动和其它干扰对森林景观格局动态及其在生物多样性保护等研究；森林景观生态过程模拟模型和决策模型的研究以及河岸景观生态研究。美国森林景观的研究不仅提出和发展了一些逐渐得到证实和接受的一般性原则或原理，而且还不断充实了景观生态学的理论体系和方法论体系[4]。 在区域总体景观结构分析与景观质量控制研究方面，R.T.T.Forman及其同事对美国新泽西州濒海平原栋林景观组成与格局的分析，在森林景观生态研究中具有开创性的意义他们较为系统和全面地分析了这一地区森林景观的特点，并对景观管理与规划得出了一些有益的结论[5]。Odum E.P.和Turner M.G.对佐治亚洲景观变化作了研究，并构造了基于转移概率的随机模拟模型[6]。Robert P.采用人工试验地的方法，探讨斑块大小和间距对斑块动态的影响。DaviSJ.Mladenoff从森林生态系统可持续性的角度分析了北方阔叶混交林区森林景观变化的特点，阐述传统森林经营与“动态景观异质性”保护之间存在矛盾，应将基于群落生态学原理所采取的经营活动与景观整体结构与功能之间的协调关系作为森林资源生态系统管理的基本要求[7]。古斯塔夫逊应用接近度指标PX(proximity index)分析农业景观区域中增加一定面积的森林时对特种保护的意义，对研究地区景观斑块空间特征的变化和PX 之间的关系进行分析，阐述PX在农业景观区景观设计中的应用，河岸植被与水质和河流动态的影响、农业景观中的树篱和林网结构与功能、森林斑块间的廊道对景观功能的作用、景观结构与异质性对干扰在景观中的传播的影响等[8-11]。姆兰德诺夫从森林生态系统可持续的角度分析北方阔叶混交林区森林景观的变化特点，提出了作为森林生态系统可持续管理应着重解决林分经营活动如何在景观水平上进行综合，并做出正确决策的问题[12]。Noss在全面分析天然林与经营森林景观特征差异基础上，阐述了保证森林生态系统可持续性的森林景观条件，这些条件都是反映森林景观结构的指标。Katsue等对日本京都天然林景观规划
森林管理信息系统
?森林管理信息系统 ?前言 ?为什么要学习？ ?信息时代的要求 ?信息化社会大背景 ?信息技术应用 ?1992年，国家林业局设立信息中心 ?2010年的目标，建成统一的信息通信网络系统 ?前言 目前已建立的全国性的林业信息系统： ?全国森林资源和灾害管理信息系统 ?全国荒漠化监测信息系统 ?全国林火监测信息系统 ?全国生态林业工程管理信息系统 ?国家林业局综合服务信息系统 ?全国山区综合开发管理信息系统 ?全国森林资源和林政管理信息网络及生物多样性信息系统 ?前言 课程意义： 一、现代林业建设的基本要求 ?现代林业建设是生态文明建设的重要内容 ?要求更精准、翔实的林业基础信息作支撑 ?提升森林管理水平、创新、方法手段 ?前言 二、依法行政和强化管理的根本保障 ?信息化管理，避免信息混乱，弄虚作假 ?标准化软件，数据不实，管理不规范 ?及时更新，动态反映，解决时效性差的不足 ?前言 ?三、实现森林可持续经营的迫切需要 ?缺乏科学有效管理手段，信息化水平低，信息难共享，极大浪费 ?措施：信息化建设、统一技术标准、大大提高数据权威性和影响力 ?前言 ?四、完善森林资源监测体系的必然选择 ?监测是森林资源经营管理的基础和核心工作，需要信息化技术的有力支撑 ?五、推动科技进步和人才建设的重要的举措 ?推动林业科技水平提高 ?推动整个行业人才成长和队伍素质提高 ?第一章绪论 第一节数字林业和林业信息化 ?一、数字林业 ?信息化的林业，包括林业大部分要素数字化、网络化、可视化、智能化的全过程，在数字地球大框架指导下，应用遥感、计算机、数字化、网络、智能术和可视化等技术，把地球上的各种林业信息用地理坐标确定与连接起来，实现标准化规范化的
冠层分析系统详细介绍
冠层分析系统详细介绍 对于实验研究，实验人员的要求一向是比较严格的，不只是对于实验的过程，对于实验所用仪器也是如此。在植物生理研究方面，需要进行研究项目有很多，因此也避免不了要对植物进行一系列的实验，但是一般而言在使用过程中是避免不了实验仪器对植物的损害的，但是在科学技术发达的今天，一系列科学实验仪器的投入和使用，不仅实现了对植物的无损测定，还在一定程度上提高了实验检测的精度。就比如冠层分析系统，那么冠层分析系统是什么呢？冠层分析系统是一款可快速测定植被表面参数、植物冠层信息、植物养分信息、土壤养分信息、环境参数、植物病虫害程度等指标信息的植物生理仪器。 作物冠层分析是当前生态学中研究植物冠层光能资源调查的重要一步，需要测定植物冠层中光线的拦截等，对于作物的生长发育、产量品质与光能利用间的关系有重要的意义。而为了实现无损测定，冠层分析系统不断优化传统的测定方法，在利用传统测定方法的优势的同时，继续创新，研究了能够利用仪器快速无损测定的手段，不仅使作物冠层分析工作更加简单，而且也在一定程度上满足了现代田间测定的需要。据了解，有相关研究者通过在田间的对比试验，结果表明，冠层分析系统能够取得较好的效果，能够当前作物冠层无损测定的需要，而且通过数据的保存和传输，能够为进一步研究作物的光能利用提供重要的数据材料。 托普云农研发生产的TOP-1300冠层分析系统，采用国际上一致采用的原理（比尔定律以及冠层孔隙率与冠层结构相关的原理），通过专用鱼眼镜头成像和CCD图像传感器测量冠层数据和获取植物冠层图像，利用软件对所得图像和数据进行分析计算，得出冠层相关指标和参数，具有准确、省时省力、快捷方便的特点。目前，该设备已经广泛的应用于农业、园艺、林业领域有关栽培、育种、植物群体对比与发展的教学、研究工作当中，并发挥着重要的作用。
南极海冰的时空变化特征
第16卷第1期极地研究Vol.16,No.1 2004年3月CHIN ESE JOURNAL OF POLAR RESEARCH March2004 研究论文 南极海冰的时空变化特征 马丽娟 陆龙骅 卞林根 (中国气象科学研究院,北京100081) 提要 依据Hadley中心提供的全球海冰密集度格点资料,利用诊断分析方法,对近35年来南极海冰的时空变化特征进行了研究。研究表明,在南极地区,海冰平均北界和海冰总面积的变化基本一致,可以用海冰北界来研究南极海冰的时空变化特征。南极海冰最多和最少期分别出现在9月和2月;威德尔海和罗斯海地区海冰最多、变化最大,南极半岛地区海冰最少,变化也小;近35年来环南极地区的海冰有明显的减少趋势。南极海冰变化的时空多样性十分明显,存在着5个变化不同的区域,其中有两个区域近35年来海冰范围扩大,面积增加,而另三个区域则海冰范围缩小,面积减少。不同区域的海冰都存在着较明显的2—3年和5—7年主振荡周期。南极海冰时空变化特征的研究对进一步认识南极地区海2冰2气相互作用的物理过程,讨论南极海冰变异与大气环流和天气气候的关系有重要意义。 关键词 南极海冰 数学诊断 时空变化 全球变化 1 引言 全球气候变化是当今举世瞩目的重要课题,南极地区是全球气候变化的关键区和敏感区。科学家们目前正力图从此发现全球气候变化的前兆。极地是地球大气热机运转的冷源所在地,其海洋和大气状况对于全球大气环流和天气气候变化具有重要作用。南极地区是全球地2气系统的主要冷源之一,而赤道地区则是全球地2气系统的主要热源(周秀骥,陆龙骅等,1996)。旋转地球上冷热源的非均匀分布,正是产生大气环流的直接原因。 海冰是南极地区最重要的大气环境特征之一。海冰的存在及其季节和年际变化,是极地海洋状况最显著和变化最大的特征。海冰所具有的高反射率及其对海洋与大气之间热量和水汽交换的抑制作用,以及海冰生消所伴随的潜热变化,对于极地和高纬度地区大气的热量收支有着至关重要的影响,进而影响极地大气冷源的强度。因此,极地海冰覆盖范围的变化可以通过影响极地大气冷源的强度而影响大气环流。另一方面,由于受极地海陆分布及洋流等因素的影响,海冰地理分布不均,导致极地各区域海冰对大气环流的影 [收稿日期] 2004年2月收到来稿。 [基金项目] 科技部基础工作专项资助。 [作者简介] 马丽娟,女,1979年生。中国气象科学研究院2001级硕士研究生。专业方向是极地气象与全球变化研究。
基于森林资源二类调查的仁义镇森林景观格局及破碎化分析
基于森林资源二类调查的仁义镇森林景观格局及破碎化分析 通过景观的观点来审视城镇化的发展，是解决城市化过程中环境问题的新方法、新思路.采用2009年广西壮族自治区贺州市八步区仁义镇森林资源二类调查数据为基础数据，以GIS和Fragstats为技术支撑，从景观的组成结构、斑块特征等方面对研究区域景观的空间分布和结构特征进行了分析.结果表明,景观要素斑块中以小斑块所占比例最大，植被景观以乔木林和灌丛景观为主要类型.由于相对强烈的人类活动影响，区域内林业用地的景观破碎化程度较高. Key words: GIS; Forest landscape pattern; Landscape fragmentation; Babu District 随着城镇化速度的明显加快，诸多环境问题日益凸显.建设城市森林是治理环境污染和改善人居环境的有效途径，通过景观现状分析，采用多样性、均匀度、分维度等景观指数分析方法，可以对城市森林建设进行前期格局分析，这为今后城市森林的规划建设奠定了理论基础.在遥感影像分辨率不高的前提下，如果仅依靠遥感影像目视判读很难做到对地物的精准划分.而采用森林资源二类调查的成果数据作为数据源则具备很高的精度，它是以小班为调查单元进行全区调查，是一种更具体更详细的调查.依据2009年广西壮族自治区贺州市八步区森林资源二类调查数据,重新合并、提取所需的属性数据及矢量数据，为景观格局分析提供数据基础. 景观格局分析是景观生态学研究的基本内容，是进一步研究景观功能与动态的基础.景观格局既是景观异质性的具体体现，同时又是人类活动的结果与各种生态过程在不同尺度上作用的最终结果［1］.景观破碎化主要表现为斑块数量增加而面积缩小，斑块形状趋于不规则，内部生境面积缩小，廊道被截断以及斑块彼此隔离.景观破碎化会对生存于其中的物种带来一系列的影响.为了揭示该区景观格局特征和破碎化程度，为今后城市林业建设奠定基础，以广西壮族自治区贺州市八步区仁义镇为例，利用GIS建立量化的、空间化的环境数据库，分析了森林景观各斑块的类型及其相互关系，并将这些数据落实到具体的山头地块，在空间上形象地显示出来，最后对景观要素的斑块特征和格局进行分析研究，理清其森林结构布局，并分别从斑块数、斑块面积、斑块周长、分形维数和多样性等角度对各景观组分的数量特征进行分析，以阐明各景观组分间的特征差异，评价景观破碎化程度，进而揭示各组分在整个景观中的地位和作用的差异. 1 研究地区概况 八步区仁义镇位于广西东部，地理位置为东经111°08′~111°45′，北纬23°52′~24°9′，地处亚热带，气候温和，光照充足，雨量充沛，无霜期长.年均气温19．9℃，日照 1 587．3 h，降雨量 1 550．3 mm，无霜期299 d.属南岭山 地丘陵区.全区森林面积为14 330.5 hm2，森林覆盖率为72．3％，活立木蓄积
森林冠层结构与功能及其时空变化研究进展
森林冠层结构与功能及其时空变化研究进展* 李德志1 臧润国2 (1华东师范大学环境科学系,上海200062;2中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所,北京100091) 摘要 林冠是森林与外界环境相互作用最直接和最活跃的界面层,同时,它本身又承载了森林生物多样性的主体部分。森林冠层研究的方法和技术在近些年取得了长足发展,从而促进了有关林冠结构与功能的研究。这些研究深化了人们对于林冠结构与光能截获以及群落干物质积累之间关系的认识,同时,对于森林冠层的物质循环和能量传输以及冠层内各营养级之间相互关系动态也有了更为深入的理解。考察森林冠层的结构与功能及其时空变化是深入理解整个森林生态系统的格局、过程及其运作机制的重要基础。 关键词 林冠 功能 机制 格局 结构 The Research Advances on the Structure and Function of Forest Canopy, as well as Their Temporal and Spatial Changes Li Dezhi1 Zang Runguo2 (1D epar tment o f Env ir onmental Science,East China No rma l U niv ersity,Sha ng hai200062; 2R esear ch Inst itute of F or est Ecolog y,Env ir onment and P r otectio n,Chinese Academy o f Fo restr y,Beijing100091) Abstract Fo rest canopy is regarded as a m ost direct and active interface betw een the for est and its outer env ironment.At the meantime,it also contains the m ain part of the forest biodiv ersity. The methods and techniques fo r studying forest canopy hav e progr essed g reatly in the recent years,w hich prom oted the r esearches on the forest canopy structur e and function.T hese re-searches deepened the reco gnition on the relationships between the for est canopy,light capture and dry matter accumulatio n within the co mmunity,and also,deepened the understanding of the material cycle,energy flo w and the dynamics of interrelations am ong the trophic levels w ithin the canopy.The studies on the fo rest canopy structure and function as w ell as their temporal spatial changes are the bases fo r deep understanding the pattern,process and mechanism o f w hole forest ecosystem. Key words:canopy,function,m echanism,pattern,structur e 1 引言 植物的冠型是植物用以适应环境和提高整体光合效能所采取的一种生态对策。具有不同的生态习性或生长在不同类型生境中的植物,其冠型结构特征往往会表现出很大的不同。例如,生长在开阔地的树木一般倾向于形成扩散型的多层冠型结构(叶片散布于冠层的内外);而生长在庇荫环境中的树木则倾向于形成单一而连续的冠层(叶片多集中于冠层的外部)[21]。传统的植物形态学研究侧重于对植被冠层进行定性描述,并主要以单株植物为研究对象。随着现代测量技术手段的发展,在植物群体冠型结构的研究方面已经取得了长足进步。 森林是地球表面上生物量最为庞大的植被类型,同时,森林冠层的生物多样性也构成了地球生物多样性的主要部分,森林生态系统中具有光合活性的叶层系统也基本囊括其间[25]。因此,林冠研究不仅有利于深入了解森林生态系统的运作机制,也有利于合理培育和经营森林群落。 林冠的研究典型地包括4个组织层次,即器官(叶、茎、枝)、植株、林分和群落[40]。林冠生物学是森林科学中的一个新兴学科,它包括固着的和运动的生物的研究,以及它们与生态群落相联系的过程[29,30]。 有关森林冠层的生态学研究起步相对较晚,并且最初基本上是以描述性的研究为主。随着一些新的研究方法的不断问世,生态学家们终于能够采用更加便捷、有效和数量化的方法进行林冠方面的研 第17卷 第3期2004年6月 世 界 林 业 研 究 World Forestry Research Vol.17 No.3 J un.2004 本研究得到上海市生态学重点学科、华东师范大学211工程项目以及国家自然科学基金项目(No.30370245)的资助。收稿日期:2004-02-20
土地利用时空变化特征及驱动力分析
土地利用时空变化特征及驱动力分析 摘要：基于1997-2010年土地利用变化数据，从土地利用类型的数量变化、土地利用程度的变化、土地利用的动态度、土地利用的经济效益变化等方面，对重庆市土地利用时空特征进行分析，从经济和社会两个方面定性分析了影响土地利用变化的人文驱动因素，主要包括经济利益、经济发展水平、产业结构、宏观政策、人口因素、交通因素等。结合1997-2010年重庆市相关数据，从定量角度分析表明，人口驱动因子和经济发展驱动因子是影响重庆市耕地面积变化的主要驱动因子。结合重庆实际，提出了大力发展外向型农业和“三高”农业既有利于经济社会发展，又能保护耕地和保障粮食安全的政策措施。 关键词：土地利用；一圈两翼；主成分分析；重庆市 重庆地处长江上游，目前正处于经济社会发展和城市化进程的加速时期，也处于全国统筹城乡配套改革试验区建设的关键时期与重点突破阶段，如何协调好建设、发展和吃饭的问题就成为了一个急需解决的问题。以往对重庆市土地利用变化分析只见于局部地区和小流域[1-5]，关于全市土地利用变化的研究也仅限于少数文献[6-9]。 本研究基于第二次土地调查数据，通过对相关文献阅读[10-15]，从多个角度更加详细地分析了重庆市1997-2010年这14年的土地利用变化，揭示其时空变化特征，并对影响土地利用变化的驱动机制进行分析，以期更加合理高效地配置土地资源，正确处理重庆经济社会发展与耕地资源保护、保障粮食安全提供理论依据。 1 重庆市土地利用时空变化特征 1.1 土地利用类型的数量变化 1997年直辖以来，重庆市土地利用格局迅速变化。①耕地面积1997-2010年逐年减少，每年平均减少7 031.46 hm2。耕地的占用主要是人们追求经济利益和人口增多、大力发展城镇经济产业、旅游业等政策的结果及重庆市直辖后城市化建设，由1997-2010年建设用地审批情况来看，每年建设用地均占用较大面积的耕地。②1997-2010年园地、林地面积呈逐年增加的态势。园地年均增加7 855.03 hm2，林地年均增加58 165.25 hm2。主要由于退耕还林、还园的政策及经济利益的驱动：一是脆弱的生态环境和三峡库区生态保护，实施森林工程和库周绿化带工程建设等改善生态环境；二是在市场经济条件下，园地的经济效益远p 1.2 土地利用程度的变化 区域土地利用程度变化是多种土地利用类型变化的综合结果，可以用土地利用程度综合指数来表征某一区域的土地利用程度，土地利用程度变化值可以表达为：
基于GIS的桃源县森林景观格局特征分析
第31卷第7期中南林业科技大学学报 Vo l.31N o.72011年7月Journal of Central South University of Forestry &Technology Jul.2011 收稿日期:2011 02 10 基金项目:国家自然科学基金项目(30972362,31070568) 作者简介:蒋群星(1986 ),女,江西萍乡人,硕士研究生,研究方向:林业系统工程 通讯作者:李际平(1957 ),男,湖南醴陵人,教授,博士,博导,主要从事林业系统工程研究;E -mail:lijipin g@vip 163 com 基于GIS 的桃源县森林景观格局特征分析 蒋群星,李际平,袁晓红,赵春燕 (中南林业科技大学林学院,湖南长沙 410004) 摘 要:以空间分析软件A r cG IS 和F rag stats 为技术手段,以常德市桃源县森林资源二类调查数据为基础数据,从斑块类型和斑块两个水平分别选取景观斑块面积、面积比、斑块数、斑块密度、形状指数、分维度、斑块边缘度、斑块对等11个景观指数分析桃源县的森林资源景观格局特征。研究结果表明:阔叶类景观、杉木类景观、经济林景观是桃源县主要的森林景观类型,是桃源县森林资源的重要组成成分,其景观面积分别占20.06%、10.14%和9.86%;从资源丰富度角度看,龙潭镇斑块对多样性丰富、数量多,适合作为多种边缘效应的研究区,西安镇或牯牛山镇适合作为研究杉木与中生阔叶斑块对边缘效应的研究区,泥窝潭乡适合作为杉木与杨树组斑块对的边缘效应研究区。桃源县各斑块对分布情况为各斑块对的边缘效应研究区选定提供了重要依据。关键词:景观生态学;Ar cGIS;景观格局;斑块对;桃源县中图分类号:T P 79 文献标志码:A 文章编号:1673 923X(2011)07 0097 05 Analysis of forest landscape pattern of Taoyuan county based on GIS JIA N G Q un -x ing ,L I J-i ping,YU A N Xiao -hong,ZHA O Chun -yan (Scho ol of Fo restr y,Central South U niversit y of F or est ry &T echno lo gy ,Chang sha 410004,Hunan,China) Abstract:Based o n the data o f F or est R eso ur ce Inventor y o f T aoyuan co unty ,11landscape indexes as to tal ar ea,per -centage o f landscape,number of patches,pat ch density,landscape shape index ,per imeter -area f ractal dimensio n,edg e density,pat ch pair and so on wer e used to analysis the fo rest landscape pat tern char act eristic o f T aoy uan count y,Changde city in the patch pater n level as w ell as in patch lev el w ith A rcGIS and F rag stats.T he findings indicate that the bro ad -leav ed for est landsca pe (20.06%),the Chinese fir fo rest landscape (10.14%)and the economic for est land -scape (9.86%)w ere the main components of t he fo rest landscape t ype in T aoyuan co unty.F rom the resour ces abun -dance,Lo ng tan T ow n was rich in patch pair diver sity and quantity and was suitable for mo re edg e -effect r esear ch;X i an to wn and G uniushan to wn wer e suit able for studying the edge -effect of the Chinese fir fo rest and the mesic br oad -leafed forest;N iw otan tow n matches the edg e -effect of Chinese f ir for est and the poplar fo rest v ery w ell.T he distribu -tion of patch pair s in T aoy uan county play s an impo rtant ro le in choosing the edg e -effect r esear ching areas.Key words:eco log y landscape;A rcGIS;landscape patter ns;patch pair;T ao yuan county 森林景观生态学是以研究森林生态系统为主体所构成的景观结构、功能及其变化规律的新兴交叉学科[1-3]。我们常常通过分析景观格局来分析研究区森林资源分布情况。空间格局,广义的讲,它包括 景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置[4] ,是景观生态学中的一个重要概念,具有明显特征的地理实体[5]。尺度是指观察研究对象(物体或过程)的空间分辨度或时间单位[6] ,它标志着对所研究对
城市生态风景林研究现状与发展趋势
城市生态风景林研究现状与发展趋势 文/胡传伟，孙冰，陈勇，庄梅梅 随着城市化的加剧，人们对周边的环境越来越重视。人们关注的焦点不仅有舒适的房屋，更重要的是要有安全、自然的人居环境。20世纪60年代加拿大学者率先提出城市林业的理论构想，历经土地利用区划、绿道工程和风景游憩林保护等阶段，至今已成为融合风景园林与传统林业的新兴学科，为都市地区构建以森林为主体的城市生态安全体系提供了新理念和新方法。传统的风景园林倡导师法自然的植物造景，于细微处写意寄情；而城市生态风景林是城市生态安全体系的重要组成，是改善人居环境品质的生物要素，是具备自我维护与更新功能的地带性植物群落，它在调节气候、保护环境、涵养水源、保持水土、防风固沙、观赏游憩、美化城市方面发挥着重要作用。 2城市生态风景林研究现状 国外没有将城市生态风景林单独作为一个林种，但是基于景观和美学考虑的森林经营理论研究与实践在发达国家已有50多年的历史。在资源调查、森林景观质量美景评价、林分改造、森林景观可视化与模拟、城市森林生态效益、城市森林影响与价值、城市森林景观规划设计、近郊森林植被恢复等方面取得系列成果，建立可持续的城市和社区森林，逐步改善城市生态系统的健康和功能，是美国长期以来的研究重点。英国和加拿大在用材林采伐区设计上考虑美学因素，使得采伐区对景观的视觉冲击最小化、视觉影响评价研究报道较多，如1981年加拿大哥伦比亚省林务局出版森林景观手册，主要内容就是从美学的角度经营森林；1991 年英国林业委员会的景观顾问出版专著《森林景观设计》，从景观尺度上系统论述了人工用材林的美化方法；德国强调近自然林的人工促进恢复技术与游憩化技术研究Ⅲ；日本从20世纪70年代起在城市周围建立旨在保护环境与森林游憩的生态风景林，注重森林环境质量与人的感知、森林的抚育措施研究。国外相关理论的研究与实践为中国生态风景林的发展与研究提供了很好的借鉴。中国在城市生态风景林概念提出以前已经无意识地进行了多年的理论与实践的积累，在生态风景林的树种选择、规划设计、景观美学评价、美景诱导、效益监测等方面积累了丰富经验。 2．1树种选择 城市生态风景林建设的首要任务就是树种的筛选，国内学者对其进行了大量研究。陈涛等1999年推荐了100多种深圳乡土树种作为城市生态风景林建设的可选树种，同时又对城市生态风景林的示范林四季景观效果进行了分析。冯文水2005年总结了乡土树种在美景诱导中的意义，并推荐12种优良树种m1。杨亚玲等2007年对泰山主要观赏树种资源进行了分类与统计分析，按照树木的观赏特性将其分成了观叶、观花、观果、观形4大类，初步选择了适合当地生长的具有较高美学价值的风景林树种。叶志勇2008年在厦门市本岛马尾松风景林内，选择“种阔叶树在林下套种，调查分析不同树种的适应性、生长特点和抗逆性。研究发现，木荷等15种树种适应性较强，尾巨棱等7种树种的生长性状良好，结合不同树种的景观效果、美学特性等方面进行综合评价，选出适宜风景林美景诱导的11种骨干树种。冯学华等在调查乡土植被的基础上，兼顾生态和景观功能。筛选出适合不同海拔高度的水源涵养林、水土保持林、道路绿化林的乡土树种，并提出植物景观加强模式、立体营造模式、林相改造模式、果园套种模式和垂直绿化模式5种生态风景林的营造模式。张晓萍2006年探讨了生态风景林四季供景和专项生态风景林的树种选择，并提出可持续经营的关键技术。李征宇等2006年提出海南岛海岸生态风景林的归化建设构想，并根据地域文化特点推荐了多种适宜的乡土树种。 2．2规划设计 在中国城乡一体化进程加快的背景下，城市森林、城市生态风景林的规划设计由理论探讨、方案编制到项目实施，一系列成果不断出现，近几年林业科研部门、高等院校、城市规划设计院先后在安徽怀宁、上海、北京、广州、临安、南宁、成都、阿克苏、无锡等城市开展了城市森林规划编制工作。城市生态风景林的规划设计是一项系统工程，目前的工作方法是首先对其进行分类研究，在景观尺度上了解其分布格局与景观动态，最后，针对不同的生态风
森林防火监控系统
森林防火监控系统 1.1 引言森林火灾是世界性的林业重要灾害，造成森林资源的重大损失和全球性的环境污染。森林火灾具有突发性、灾害发生的随机性的 1.1 引言 森林火灾是世界性的林业重要灾害，造成森林资源的重大损失和全球性的环境污染。森林火灾具有突发性、灾害发生的随机性的特点，短时间内能造成巨大损失的特点。 在我国，林业防火一直是林业管理工作的重点和难点，它关系着国家林业安全、环境保护、生态旅游以及人民生命财产安全等国计民生的方方面面。 重庆市海普软件产业有限公司为满足新时期林业管理信息化建设所遇到的各种需求，适时推出《森林卫士365》大型数字林业综合管理全面解决方案，客户可根据自身的实际情况扩充和裁剪业务模块，构建符合自身工作体系的林业管理信息系统。 本系统利用地理信息(GIS)、遥感(GPS)等信息技术、大型集中监控技术，结合林业管理的专业知识和林业防火的经验，建立林业防火指挥系统。从而实现各级林业防火办信息的快速流转、森林防火安全的实时管理、森林气候动态变化的实时监测和数据更新、林业火灾预防、火灾扑救指挥
的辅助决策、林业火灾的灾后评估等多方面功能，实现林业防火业务的数字化、网络化、可视化和智能化，实现信息的规范管理和共享利用。 特别是在森林烟火的智能监测和预警方面，海普公司利用独有的可编程三维精确定位摄像系统和森林烟火智能识别软件，整合户外远程联网监控系统，可实现林区图像的清晰采集、智能分析、智能预警，有效降低烟火的误报和漏报，实现目标的精确定位。 本方案侧重于站在用户的角度来分析问题，从系统的需求分析、到系统的设计思想、技术方案综述，再到系统的构建，都尽量通俗易懂。关于系统所涉及的硬件选型、设备参数及报价，本方案并未涉及，我们将采用附件的方式一一详述。 1.2森林防火技术一览 1.2.1国际森林防火技术 德国：FIRE-WATCH森林火灾自动预警系统 德国投入使用的FIRE-WATCH森林火灾自动预警系统，正常监测半径10公里，安装该系统每套需7.5万欧元，而在勃兰登堡州安装需要 120-130套，约1000万欧元。 美国：护林飞机和红外遥感火灾预警飞机巡逻 美国利用“大地”卫星在离地面大约705公里的轨道上绕地球运转，探测地面上的高温地区、浓烟地带以及火灾遗址。美国使用无人驾驶林火预警飞机进行24小时监测，虽获得
玉米株型冠层三维数字化与结构解析技术研究
玉米株型冠层三维数字化与结构解析技术研究作物群体是履行光合作用和物质生产职能的组织体系,其形态结构对光截获能力、冠层光合效率以及作物产量均具有重要影响,作物群体形态特征一直是人类认识、分析和评价作物的最基本方式。然而,作物群体形态结构复杂,空间分布规律性差、各器官表面结构变异性强,群体间存在大量器官的遮挡、交叉与相互作用,其形态结构不是简单单株复制的物理过程。传统农业对于作物群体形态结构的研究以经验型人工测量实验为主,其难以精确刻画作物群体因品种、种植密度和人工管理措施因素带来的形态结构差异。因此,综合运用计算机图形学、统计学、农学的技术和方法,以数字化、可视化的方式对作物群体形态结构进行快速、准确的解析研究具有重要的现实意义。 玉米是我国最重要的粮食作物之一,增产潜力巨大;同时玉米植株高大,群体形态结构相对简单,易于描述和研究。针对玉米株型冠层三维数字化和结构解析研究中存在的问题,借助三维信息获取手段,重点开展玉米表型参数提取、玉米器官三维资源库构建、玉米群体三维建模、玉米器官网格简化和作物冠层冠隙分数计算方法研究,并应用这些方法对玉米株型和冠层结构进行评价。论文主要工作和创新点如下:1.基于三维数据的玉米表型参数提取。针对玉米株型参数手工测量标准不一致、误差大,基于图像和三维点云提取的株型参数无法满足玉米三维建模精度的问题。 利用三维数字化仪获取玉米植株三维骨架结构数据,整合农学中对株型参数的定义,提取玉米主要株型参数,包括株高、叶倾角、方位角、叶长等。通过求解距离植株各叶片方位角角度差之和最小的平面角得到精确的玉米植株方位平面,并提出描述方位角偏离程度的dev值作为评价植株紧凑性指标。基于三维数字化提取的玉米株型参数可精确反映玉米品种和因栽培处理等因素产生的形态差异,并可用于玉米形态结构的三维模型构建。通过计算玉米果穗三维点云的法向信息,对点云进行收缩变换和欧式聚类,实现了玉米果穗点云的籽粒级分割,为基于三维数据的果穗考种提供了技术支持。 2.玉米器官三维模板资源库构建。针对玉米植株及群体三维建模缺乏高精度器官三维模板支持的问题,提出基于实测数据的玉米器官三维模板资源库构建方法。对玉米植株进行结构单元划分,从三维数据获取方式角度制定玉米主要器官
基于GIS与Fragstats的海南岛森林景观格局研究_周亚东_周兆德
77第35卷中南林业科技大学学报 各测量指标小区间均差异显著。 另外，同一处理不同降雨下氮的流失量较为稳 定，而磷、钾的流失则随月份增加有加重的趋势， 这很有可能跟果树后期施用含磷、钾的肥料多有关。 3.4 重金属流失 3次降雨条件下不同处理小区径流水样重金属 流失见表5。 从表5看出，3次降雨观测的7种重金属流失 小区间均差异显著，处理1＜处理2＜处理3，说 明生草，无论是人工植草或自然生杂草，对重金 属均能起到显著削减作用。以处理1和处理2的3 次降雨平均数比较，前者比后者Ni减少32.8%， Cu减少59.4%，Cr减少33%，Zn减少82.9%，Pb 减少64.1%，Cd减少3.8%，Hg减少31.1%。 表 5 不同处理小区径流水样重金属流失 Table 5 Losses of heavy metal in runoff water samples in three field treatment plots 降雨小区处理Ni /(μg·mL-1)Cu /(μg·mL-1)Cr /(μg·mL-1)Zn /(μg·mL-1)Pb /(μg·mL-1)Cd /(μg·mL-1)Hg /(ng·mL-1) I 10.000 1 c0.001 8 c0.002 1 b0.000 9 c0.003 8 b0.001 0 b0.120 c 20.000 6 b0.004 0 b0.003 7 a0.014 7 b0.003 4 c/0.254 a 30.002 1 a0.005 4 a0.003 6 a0.022 1 a0.005 3 a0.001 5 a0.154 b II 10.001 4 b0.004 7 c0.001 9 c 0.005 3 c0.002 3 c0.001 5 a0.046 b 20.001 4 b0.014 2 a0.003 7 a0.018 0 a0.007 9 b/0.100 a 30.002 6 a0.011 2 b0.003 3 b0.014 7 b0.013 9 a0.001 2 b0.042 b III 10.001 7 c0.017 4 b0.003 4 b0.022 9 b0.016 5 b0.001 2 b0.190 b 20.004 4 a 0.027 3 a0.003 9 a0.056 1 a0.098 5 a0.001 6 a0.272 a 30.002 8 b0.007 3 c0.0029 c0.004 0 c0.006 7 c/ 0.100 c 3次降雨平均10.001 4 0.004 6 0.002 3 0.003 40.004 3 0.001 3 0.088 7 20.002 1 0.011 3 0.003 4 0.019 90.011 9 0.001 3 0.128 7 30.002 1 0.015 2 0.003 8 0.029 60.036 6 0.001 6 0.208 7 表 4 不同处理小区径流水样中氮、磷、钾的流失?Table 4 Losses of nitrogen, phosphorus and potassium in runoff water samples in three field treatment plots 降雨处理pH值 全氮 /(μg·mL-1) 全磷 /(μg·mL-1) 全钾 /(μg·mL-1) I 1 6.89 c/ 0.0001 c 2.96 c 27.18 b/ 0.076 b15.04 b 37.23 a/0.29 a20.28 a II 1 6.60 c 1.58 c0.02 c 4.66 c 2 6.91 b 3.80 a0.70 b31.6 3 b 37.25 a 3.36 b0.9 4 a62.96 a III 17.05 c 1.56 c0.13 c23.89 c 27.07 b 4.11 a0.43 b46.29 b 37.31 a 3.00 b 2.28 a178.70 a 3次降雨平均1 6.85 1.570.05 10.50 27.05 3.96 0.40 30.99 37.26 3.18 1.1787.31 ?“/”表示结果小于检出限。同列字母相同表示差异显著，不同则表示差异著。下同。 4 结论 （1) 成熟果园的水土流失往往被忽视。本试验说明，即使是修建了梯田的成熟果园，如果缺乏其它水土保持措施，在降雨强度大时，水土流失仍然十分严重，同时伴随氮磷钾的流失。 （2)果园水土流失中存在重金属污染现象。现有研究表明，重金属主要来自于污水灌溉、化肥农药的大量使用、城市垃圾等。因此，果园需要更加环保、清洁的田间管理。 （3)植被过滤带拦截径流和泥沙等方面发挥重要作用[9]。因此，作为一种过滤带，无论是人工植草还是自然生杂草，对防治水土流失及重金属污染方面均有很好的效果。在成熟脐橙果园，如何有效地控制自然生杂草、发挥其水土保持作用应当在今后的研究中加以重视。参考文献： [1] 吴电明,夏立忠扣,俞元春,等.坡耕地氮磷流失及其控制技 术研究进展[J].土壤,2009,41(6):857-861. [2] 方少文,杨洁.江西省红壤土壤侵蚀与防治技术研究[M]. 郑州:黄河水利出版社,2010:21-28. [3] 莫明浩,方少文,涂安国,等.水土流失面源污染及其防控研 究综述[J].中国水土保持,2012,(6):32-33. [4] 李秋芳,宋维峰.农业面源污染及其防治对策研究进展[J]. 亚热带水土保持,2012,24(2):23-26. [5] 李德荣,董闻达,王锋尖,等.红壤坡地果园不同水土保持措 施对磷素流失的影响[J].水土保持学报,2004,18(4):81-84. [6] 牟信刚,陈为峰,史衍玺,等.不同措施在防治山地果园水 土流失及面源污染中的应用研究[J].环境污染与防治,2007, 29(12): 916-919. （下转第89页） 网络出版时间：2015-04-27 15:56 网络出版地址：https://www.wendangku.net/doc/337266100.html,/kcms/detail/43.1470.S.20150427.1556.028.html
棉花冠层结构测定方式探索
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 棉花冠层结构测定方式探索 棉花冠层结构测定方式探索植物冠层结构是指群落中地上部分器官的数量和空间排列方式。 其要素包括植物叶、茎、枝、花和果等的大小、形状、角度、位置分布以及在时空上的动态变化。 良好的作物冠层往往和高产紧密联系,测量获得植物冠层结构的基本参数信息以了解植物冠层与环境之间的相互作用过程,是对棉花采取调控措施的主要依据[1-3]。 测定冠层结构的仪器根据其原理的不同可分为三类,分别为基于空隙率分析、基于空隙大小分布分析和基于辐射数据采集技术。 国内外对棉花冠层结构特征的研究很多[4-7],但用仪器实际测定冠层特征时,明显会存在个人掌握的尺度不够统一和主观判断的差异等缺陷,影响了信息的适时采集、造成分析处理结果的准确性不高。 因此针对具体的田间环境,建立采集冠层信息的相对标准操作方法,以减小人为误差影响显得尤为重要。 针对新疆棉花覆膜栽培模式,研究仪器测量时间、在田间放置位置、测定高度等因素对棉花冠层结构影响,确定棉花冠层结构测定最适时间、测点和高度。 1 冠层测定的原理 1.1 试验所用仪器试验用近年来在棉花冠层结构测定中使用较普遍的美国CID 公司产的CI-110 数字式植物冠层图像分析仪[8-12],该仪器原理是基于空隙 1 / 7
大小分布分析冠层特征。 它主要是通过鱼眼成像原理,将摄像头水平放置在近地面处对作物群体照相,每次成像形成一个Image文件,存储在仪器中,用专用软件对获取的图像进行数字化及相关处理,通过计算出直接辐射透过系数或植物冠层下可视天空比例来获取相关的参数。 1.2 测量参数 1. 2.1 叶面积指数(Leafareaindex,LAI)。 是指单位土地面积上某一指定层次内所包含的总的叶面积,它通常是指作物群落内从地面到层顶的叶子总面积。 1.2.2 平均叶倾角(Meanfoliageinclinationangle,MFIA)。 是指叶面法线方向与 Z 轴方向的夹角,即平均叶倾角为叶片与主茎间的夹角。 1.2.3 散射辐射透过率(Transmissioncoefficientfordiffusepenetration,TC)。 散射辐射是指太阳辐射以散射的形式到达地面的辐射,对光合作用有较大的辅助作用。 1.2.4 直射辐射透过率(Transmissioncoefficientforradiationpenetration,T)。 直接辐射是指太阳辐射以平行光的方式到达地面的辐射,是光合作用的主要成分。 1.2.5 消光系数(Extinctioncoefficient,K)。