全 文 ：第6 卷 第 3 期
19 9 1年9 月
西 北 林 学 院 学 报
J or a n ul of N ort hw e st Fr oe st r yC ol l e ge
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N o
。
3
9 9 1 1
光能的二维分异对马嘟山青杆林
结构和群落类型的影响
刘安全 王 刚
( 西祀林学院 ) ( 兰州 大学)
摘 要 以R 二K + W作 为计浏二维分异的经验公式。 结果表明 : W值影响群落的乔木
层种类 , ( K + W ) 值影响 林下的种类 组成和配置状况 。 据W 值大 小和群 落的特征 , 将青
杆林分为五个群 类型 ; ( K + W )值 时选择造林树种和抚育间伐具有一 定的指导意义 。
关键词 : 光强 ; 二维分异 ; 青杆 ; 马嘟 山
山地森林 , 由于太阳光线的入射角随不同坡度 、 坡向而发生变化 , 从而使照射在不同坡
地上的光能发生很大的变化 。 在群落内 , 由于建群种植物生态及生物学特性的差异 , 导致进
入林下不同层次的光强和光质产生明显的变化 。 〔` 〕 又 由于植物枝叶随风摆动 , 即使 林冠下
一小部分其光强 、 光质也极不稳定 。正是由于光在水平方向和垂直方向的分异 , 以及由此而引
起的水分 、 温度 、 热量状况的变化而出现不同结构和类型的植物群落 。 本文应用开 敞 度 〔 2 〕
与坡地上可能直达平均相对 日总辐射 〔“ 〕值之和 , 试图定量反映光能的二维分异对马脚 山 青
杆林群落结构和类型的影响 。
1 研究地区概况
马脚山位于东经 1 0 3 0 1 5 尹一 1 0 4 0 1 0产 , 北纬 3 5 0 3 8` ~ 3 6 0 0 1 ’ 之间 。 在气候上属于山地森林
草原气候和草原气候的交接地带 仁` 」 ; 由于其为突出于黄土高原上的岛屿状石质山 , 其 降 雨
量增高 , 年平均值为 50 0一 8 50 m m , 平均气温 3 . 5 ~ 5 . 5 “ C , 植物垂直带不明显 , 而水平分布
差异较大 。 阳坡为辽东栋 ( Q肠 e 犷 c U s 沉 a ot 。 件 ge 九就 s ) 次生林 , 阴坡及半阴坡主要生长着
该地区的顶极一青杆 ( P 乞c e a 叨落ls 。 儿认 ) 纯林 , 在人为干扰严重的局部地段有山杨
( p 。尸们姗 d a 叭而 a 几 a) 及辽东栋分布 , 更为严重者成为灌丛 。
2 研究方法
2
.
1 植被资料收粼方法
植被调查采用点一四分法 〔 ” 」 。 样点排列取向与坡向平行 , 沿等高线等距离 ( 15 m )定点测
定乔木的胸径 、 树高 。 灌木采用 2 火 Z m 的样方 , , 草本采用 1 x l m 的样方分别计录密度 、
盖度 、 多度等 。 同时 , 在群落内沿样线设置方向随机固定 15 个点 , 晴天无云全天每隔 Z h 测
收稿 日期 . 29 9 1 一 0 1 一 1 5
0 2西 北 林 学 院 学 报6 卷
定一次林下的光强 , 并取其平均值 。 植被的具体数据处理参见参考文献 ( 5
2
.
2 水平方向的光强计算
利用气象学 上的坡地上可能直达相对 日辐射 总量公式 〔 “ 〕 进行计算即 :
,V相 ,寸= W日· / 详 。 = 兮〔一` n 己 ( W Z一 , 月一 “ c O S乙 ( S` · W么一` n W I , 一` n 日S` n 以· 0 5乙
( e o s w
: 一 e o s w , ) 〕 / ( w 。 s i n 中s i n 乙+ e o s中e o s 乙s i n w 。 )
其中 : u = s i n中e o s a 一 e o s中s i n a e o s 日, ” = e o s 乙e o s a + s i n中s i n a e o s日
w
。 = c o s 一 ’ ( 一 t g中t g 乙)
上公式中 : 日一坡向 , a 一坡度 ,
(取正值 )
各一太 阳赤纬 (取调查某一天的值 , 即 21 . 5 “ ) , 中一地 理
纬度 (这里取 3 6 “ ) , w l和 w : 为太阳时角 , 具体确定方法见 山地气候学 。 这样坡地上可能直
N
E w 相对达平均相对 日总辐射值 w =
同坡地光强的变化 。
2
.
3 垂直方向的光强计算
i 二 1
N
( N 为各样点组的样点总数 ) 。 以此公式可计 算不
、 、,/d一h.2、 、
刁.上
4乙一
2
.
3
.
1 任意群 落开敞度的求法 开敞度的计算公式为 K 二 。 其中 d 一样 点 中
心 至 各 植 株间的距离 , h一树高 。 由于青杆 、 山杨 、 辽东栋树高和胸径有显著的相关关系 ,
_
_
、 _ 二 _ _ . , 二 、 J _ . _ _ _ . 、 ` _ _ _ _ 4 / d 、 … _ _故 可 将 上 述开敞度计算公式 中的树高 h 以胸径 D 代替 , 即 K = E 叹云 ) i ; 此公式同样可
i = 1
、 一 /
反映群落内的光强变化 。
设辽东栋一山杨混交林的开敞度为无 , , 青杆林的开敞度为无: , 它们均与实测光强 y : 、 y Z具
较显著的相关关系 (如下图 1 、 图 2) 。 其关系为 : 辽东栋一山杨混交林 : y , = 6 . 70 十 9 . 06 k l ,
1
.
0
, 7 6
P < 0
。
0 5 I
= 0 。 8 1
洲兴标队导
0 。 2 0
. 6
图 1
1
.
0 一 ` 1 . 8 2 . 2 K -
二U八甘月`, .
ó次,眼长翻军、
辽 东栋一 山 杨林开 敞度 与
实测 光强 的关 系
0
。
6
图 2
1
.
0 1
。 月 , . 8 一 ,二 K :
青杆林开敞度与实刚 光强 的关 系
青 杆 林 : 万 2 二 0 . 65 + 10 . 8 7 k : 。 事实土 , 只 有在表示相问实际光强的 」}青况下 , 才能比 较
k ;和 k Z之间的关系 , 故令亨 , = y : , 这样无 ,和 k : 之问的关系为 k , = 1 . 20 无: 一 0 . 67 、 由此求得
3 期 刘安全 、 王 刚 : 光能的二维分异对马脚山青杆林结构和群落类型 的影响 21
含有青杆 、 辽东栋和山杨的针 阔叶混交林 的 开 敞度 :
、 一 i若1 (卸 · )粼扮 ( n( 4 )
铭 k, + k Z
= 2
.
2 0 k
: 一 0 . 6 7
以此作为任意群落内开敞度的计算公式 。
2
.
3
.
2 群 落内的光强 计算 将坡地上可能直达平均相对日总辐射值和开敞度相加 , 得到 山
地森林林冠下光强测度的经验公式 , 以几表示 , 丑 = K 十 W 。
3 结果
样方及点一四分调查和光强指标的计算结果表明 : 随光强由小至大 , 群落结构和类型在
大的方面变化有以下规律 :
3
.
1 群落的层次逐渐减少 。
在调查范围内由阴坡 , 半阴坡~ 半阳坡~ 阳坡 , 群落的结构层次由 5 层 ( 乔木层 + 灌木
层 十箭竹层 + 草本层 + 地被层 ) 一 4 层 (较前缺少箭竹层 ) ~ 3 层 (较前缺少箭竹 层和地被
层 ) 。
3
.
2 构成群落的种类及数目在各层也有明显的变化
3
.
2
.
1 乔木层 由图 3可知 : 随着W值的增大 , 青杆的重要值趋于减 小 , 而 辽 东 栋一山
杨的重要值趋于上升 , 二者呈互补关系 。 这也说明 , 随着坡向 、 坡度的改变 , 群落有一个由
针叶林~ 针阔叶混交林 , 阔叶林的变化过程 。 所 以可以认为在一定的条件下 W值是决定乔木
层变化的重要指标之一 。
护勺宕广扣,气ù
,一ù卜
声
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, ’
、
一 , . 曰. 臼 . 巨j w ( % )
廷!里百!1`l犷eL
八甘山.注ù八」、J;éù产、
,二汀停挤ē卜
图 3 辽乐栋 十 山 杨及青杆的乎均重要值研随的 变化情况
3
.
2
.
2 灌木层下图 4提供了水构子 ( C o 云o n e a s t e 尹 饥二 l亡落f l o : 二 s )和峨嵋蔷薇 ( R o s a e仍
e名。 s 落s) 的相对密度和相对盖度之和 ( 以 R D 十 R C 示之 , 以下均如此 ) 随 ( K 十 W ) 值的变
化情况 。 表 1是阴坡和阳坡的林下一些灌木种类的 ( R C 十 R D )同 ( K + W )值的比较 ,这些均表
2 2
明 :
西 北 林 学 院 学 报 6卷
在阴坡的纯青杆林 中主要分布着一些阴性的灌木 , 如 : 峨嵋蔷薇 、 陇塞忍冬
犷 a 云a 几 g肠 云落e a ) , 甘肃小孽 ( B e犷 b e 尹落s 无a n s 祝 e 儿 s 落s ) 等 ; 过度坡 (半阳坡 )
布着蒙古英送 ( V 落乙肠 r n 祝仍 m o 儿 9 0 2乞e , 饥 ) 、 茶蕉子 ( R 落b e s e饥 O d e伦 s e ) ,
( L o 几落c e -
上主 要分
灰 拘 子
( C o 云o n e a s 云e : a c , 云落f o 乙落聪 s )等 ; 阳坡上以水构 子 占绝对优势 、 还有山樱桃 ( P r , 九叹 s
, o 仍 e n 云o s a ) , 及氏五加 ( A a e乃云h o 夕 a 儿 a x g 乞r a l d 艺乞) 等 。
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” 一 ’ - - - 一 , ~ r 、 一 ~ ’ ” - 一 ’ - 一 否 一
3
.
2
.
3 箭竹 ( s 落n a r 肠 n d落n a r 俪 丽 “ d “ ) 层 以阴坡占上风 , 到过渡坡逐渐稀疏 , 高度
亦有所降低 , 阳坡的箭竹几乎绝迹 。
3
.
2
.
4 草本层 作为本层的代表有 : 淫羊蕾 ( 刃夕落饥 e d乞林饥 b r o v化 。 r 几肠饥 ) , 白莲篙
( A九 a 夕h a l落5 9饥 e 乙落丽艺)和鞘菠葵 ( S 饥落l a 工 s 亡a n s ) , 它们的 ( R D + R C )随 ( K + W )值的
变化情况见图 5 , 表 2 是阴坡和阳坡林下一些草本种类的 ( R C 十 R D ) 和 ( K 十 W ) 值的比
较 。 这说明 : 鞘菠葵 、 玉竹 ( P o 乙兮9 0孔 a 云材饥 o d o : a云林仍 ) , 茜草 ( R 二 b落a c o , d落f o l艺a )
等主要分布于阴坡或半阴坡 ; 淫羊蕾 、 白莲篙 、 风毛菊 ( S a杯 s 杯二 e a j a 夕 o n 落aC ) 在阴坡
或半阴坡占上风 。
O己。Q
O国+Q己
( K
+
W )
( K + W )
图 4 两种主要灌木的 ( R C + R D )
随 ( K + 研 ) 的 变化曲线
图 5 三种草本植物的 ( R 口 + R D )
随 ( K 十不 ) 变化曲线
衰 1 阴坡阳坡的林下一些灌木 ( R O 十 凡 D ) 及 (K + W ) 的值的比较
坡向 葛慈 鞘菠契 淫羊毯 草毯 玉竹 白莲篙 风 毛菊 茜草 K + W
阴坡
阳坡
3
。
57
0
15
。
0 3
0
。
2 2
0
1 9
。
0 7
5
。
2 0 5
。
3 9
0
0
13
,
4 1 8
。
7 6
1 3
。
3 7
2
。
4 8
l
。
6 6
3
。 2 7
表 2 阴坡阳坡的林下一些草本植物的 ( R C 十 R D ) 及 (K + W ) 值的比较
坡向
阴坡
阳坡
陇塞忍冬 峨峭蔷 截
4 1 。 4 8
13
。
3 3
4 6 。 2 6
6
。
0 6
茶藻子
1 5
。 2 7
0
山樱桃 甘 肃小孽 蒙古英迷 水拘子 K + W
2
。
8 1
书 一 6 3
1 2
.
9 0
4 一 9 7
13
.
3 3
0
2 9
。
7 0
7 0
。
6 6 ;::)
3 期 刘安全 、 王刚 : 光能的二维分异对马嘟山青杆林结构和群落类型的影响 23
3
. 二. 5地被层 组成地被层的主要种类苔醉盖度随 ( K+ W) 值的变化情况 (见图 6) 表
幼 1 51 05
(次) 侧润
明: 其主要分部布于阴坡 , 到过渡坡及阳 坡
急剧减少以至消失 。
8
.
3 青杆林群落类型变化
由以上可知 : 无论是群落的结构还是种
类组成 、 数目 、 都因光的水平方向和垂直方
向的变化而变化 , 且最终导致群落的类型发
生变化 。 因此据 W值的大小 , 结合群落的特
征将所调查之林分为 5个群落类型 :
3
.
3
.
I W ) 8
.
41 咒, 即辽 东栋 + 山 杨 + 才句
子林 该群落主要见于阳坡及半阳坡 , 是所
调查的最简单的类型 。 乔木层由辽东栋 、 山杨
组成 ; 灌木层以水构子为主 ,另有山樱桃 、 及
氏五加等 ; 草本层 以一些阳性的草本植物组成 ,
s 落s ) 、 淫 羊蕾等 。
1
.
6 2
。
0 2
。 4 2
一
8 3
。 忿
( K + W )
图 6 苔鲜的盖度随 ( K + 研 ) 变化情扣
如 : 白莲篙 、 大戟 (刀 , 夕h o 犷 b落a 夕 e k落n e
3
.
3
.
2 83
.
2% < W < 8 4
.
1%
, 即辽东标 + 山 扬 + 青杆 十 蒙古 芙莲林 本群落为阳坡和阴坡
之间的过渡群落之一 。 乔木层主要为辽东栋 、 山杨 , 青杆为少数 , 且在调查中发现有部分死 亡
的青杆幼树 。 灌木层有蒙古荚蓬 、 甘肃小孽 、 操木 ( C o r 叹 儿 s 饥 a c犷 。夕几尹 la )等。 竹箭有
稀疏分布 ,但株高不过 5 5c m ; 草本层是由一些兼有阳性和阴性的植物组成 , 如 : 风毛菊 、 短
柄草 ( B r a e h夕夕o d 落聪饥 s 夕夕 . ) 、 糙 苏 ( p h l o 饥 ` s 材饥 b仍 o s a )等 。 苔醉亦可见到 , 但盖
度不过 5 % 。
3
。
3
.
3 75
.
6%< 详 < 83 . 2%, 即青杆 + 辽东标 十 山杨 + 山碴 + 箭竹 林 此群落相似于上面第二
类群落 , 但乔木层中青杆显著增多 , 箭竹分布较密集 , 平均株高大于 7 c5 m , 地被层 中 苔 醉
盖度增大 , 超过 20 % 。 其它层次的变化仅是种类优势度的变化。
3
.
3
.
4 7 2
.
9% < W < 7 5
.
6 %
, 即青杆 + 蔷薇林 该群落为调查之中最复杂的类型 ,主要分
布于阴坡及半阴坡 , 亦是马嘟山的顶极群落 , 乔木层以青杆占绝对优势 , 极少数的辽东栋呈
灌木状 ; 灌木层以峨嵋蔷薇为主 , 另有少数灰询 子 , 茶蕉子等 。 箭竹分布密集 , 草本层由葛
葱 ( A l e亡尹落s ” 艺e云。 尹 a l e ) 、 玉竹 、 茜草 、 唐松草 ( T h a l落e艺俨 . 饥 夕e云a亡。 落 d e , 饥 ) 等一
些阴性种类组成 , 苔醉盖度超过 25 % 。
3
.
3
.
5 W
= 6 9
.
0 6% 即人为干扰后 , 原始植被遭到破坏后的群落 。 其结构和种类组成相 似于
上面第三类群落。
4 讨论
W值是在碧空无云和假如研究点不受周围地型遮盖情况下的值 , 虽然以相对值可 以 消
除一些误差 , 但多少还是有影响的 , 特别周围地型复杂 、 太阳荫蔽或暴露的时间变化不定的
情况下 , W值的计算更为复杂。 所 以W值的计算公式还需要进一步完善。
2 4 西 北 林 学 院 学 报 6卷
尽管植物的生长发育受到不同波长光对体 内化学过程的激发或抑制 , 且林冠层和林下光
质有一定的变化 , 但前人的研究表明 : 光强在林内小气候中是最重要的特征 〔 ’ 」 , 故 (K 十 W )
值可以作为测度山地森林群落的光强指标 。
上面划分第五类群落 , 按其W值大小应为青杆林 , 但 由于人为的乱砍乱伐 , 使林下光强
增大 , 当山杨 、 辽东栋这些阳性树种侵入其中后 , 就可生长起来 , 因此出现了和过渡群落相
似的结构特征 。
5 结论
l) 光能的二维分异对青杆林影响可以用 ( K + W ) 值测度 , 组 成群落的乔木层成份 由评
控制 。 林下的种类组成和配置状况 由 ( K 十 W ) 值控制 。
2) 由于群落的结构 和与 ( K 十 W ) 值有关系 , 所 以 , (K 十 W ) 值的 大小对合理选择造
林树种和抚育间伐有一定类型的指导作用 。
参 考 文 献
S n i r l e y
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H
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L
.
L i g n t a s a n E e o l o g i c a l f a e t o r s a n d i七5 m e a s u r e m e n t . B o t . R e v .
1 9 3 5
, 1 ( 9 )
:
3 5 5~ 8 1
罗耀华 。 兴隆山阴暗针叶林空 间格 局及其 利用光能 的对 策 . 生 态学 报 , 1 9 8 4 , 4 ( 1 ) : 1。~ 13
傅抱澳 。 山地气候学 。 北京 : 科 学出版社 , 1 9 5 3 , i ~ 1 2 、 6 5一了2 、 8 5~ 9 4
杨风 翔 、 赵松岭 、 陈庆诚 。 兴隆 山青杆林模 糊数学分类研究 。 林业科学 , 1 9 8 2 , 1 8 ( 2 ) : 14 ~ 1 45
考克斯 . G · W , , 蒋有绪译 。 普通生态学实验手 册 . 北京 ; 科 学出版社 , 10 7 , , 2 6~ 3 5
E f f e e t o f T w o D i m e n s i o n a l D i f f e r e n e e o f L i g h t I n t e n s i t y o n
5 t a n d S t r u e t u r e a n d C o m m u n i t y T y p e o f P 落哎e a 叨落l s o n 玄落 F o r e s t
L i u A n q u a n W
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( N o r t h w e s t F o r e s t r y C o l l e g e ) ( I
才 a n z h o u U n i v e r s i t了 )
A b s t r a e t
D e t e r m i n e s t h e e f f e e t o f Z 一 d i m e n s i o n a l d i f f e r e n e e o f l i g h t i n t e n s i t y o n s t a n d
s t r u e t u r e a n d e o m m u n 气t y t y p e o f P 落c e a 叨落1 5 0 九落落 f o r e s t b y u s i n g R = K + W
a s a n e m p i r i e a l f o r m u l a
.
W
v a l u e a f f e e t s t h e s p e e i e s o f t r e e s t r a t u m i n t h e
e o m m u n i t y w h e r e ( K + W )
v a l u e a f f e e t s t h e s p e e i e s e o m p o s i t i o n a n d d i s t
-
r i b u t i o n
.
P 落e e a 勿艺l s o n 落落 f o r e s t m a y b e e l a s s i f i e d i n t o 5 e o m m u n i t了 t y p e s
b a s e d o n W
v a l u e
.
( K + 砰 ) v a l u e 15 s p e e i f i e d f o r s e l e e t i n g t r e e s p e e i e s i n
f o r e s t a t i o n a n d t e n d i n g t h i n n i n g
。
K e y w o r d s : l i g h t i n t e n s i t了 ; t w o d i m e n s i o n a l d i f f e r e n e e ; P 落c ` a 叨落1 0 0 儿落落;
M a x i a n m o u n t a 早n