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第 3 卷 第 6 期
1 9 9
一
0 年 1 2 月
林业 科 学研
FO R E S T R E SEA R
V o l
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No
. 已
D e e
。 , 1 9 9 0
不同密度杉木林内辐射与叶面积
垂直分布对生长的影响 *
王 丽 丽
(中国林业 科学研究院林业研究所 )
摘要 本文通过时八年生衫木人工林内太 阳辐针与叶 面积垂直分布的观测与研
究 , 用计算机绘 图与计算 , 得 出以 下结果 : 彩木叶面积的垂直分布和叶 面积指数与
密度有关 , 冠形因密度增加 由圆锥形变为圆柱形 , 叶面积指数是先上升后下降。 衫
木林内辐射的消减随密度的增加 而加剧 , 在冠层深 3 / 4 处趋于平缓 , 当郁 闭 度 低
于 0 . 85 时 , 林冠下辐射 有回升 。 用累加叶面积指数分层计算林冠消光系数 , 可减少 因
叶片分布不均匀而产生的误差 。 用累计值计算辐针 , 可简化观测与计算。 用辐射吸收
率 、 叶 面积指数 、衫木个体生物量及年均生物增 长量 4个指标对衫木林生长作综合评
价 , 八年生衫木林生长的较适宜密度是 Z m 汉 l m 。
关健词 衫木 ; 密度 , 辐射 ; 叶面积
杉木 (C : 二fng 无am t’a la nc 面la ta )人工林的栽植密度 , 是杉木个体生长 、 群 体成材丰产的
一个重要因素 。 在一定的立地与气候条件下 , 确定既能充分利用环境资源 , 又具有较高经济
效益的栽植密度 , 是杉木速生丰产的重要因素。 本文通过对不同密度杉木林中叶面积垂直分
布及辐射强度的垂直分布研究 , 讨论林冠 内叶分布规律和受光条件 , 并根据群体及个体生物
量等指标对杉木生长状况做出综合评价 。
一 、 自然概况及研究方法
(一) 自然概况
实验地位于江西大岗山实验局年珠林场场部后 山 , n 4 “3 3, 4 71, E , 27 0 3 4, N , 属 罗霄
山脉北端武功山支脉 , 海拔240 ~ 26 O m , 坡向东南 , 坡度25 ~ 35 “ , 土壤为黄棕壤 , 土层厚
7 0~ 1 0 0 c m
, 腐殖质层厚 1 5 ~ 3 0 e m 。 年平均温度 1 6 . 8 ℃ , 年积温5 3 5 5 ℃ , 年降水量 1 5 9)
m m
, 年蒸发量 1 5 0 3 . 8 m m , 全年平均 日照 1 656 . 9 h , 太阳辐射年总量 8 . 10 6 x 10 7 W m 一 ’,
年平均相对湿度 80 % , 无霜期2 7 0天 。
1 9 8 1年春定植的一年生杉木实生苗 , 4 年共抚育 9 次 , 1 9 8 5年停止抚育后又进行一次除
萌工作 , 实地观测时树龄为 8 年生 。 造林密度分为 5 种(表 1 ) 。
本文于 1 9 8 9年12 月1 5 日收到。
* 本文由研究生论文修改而成 。
5 9 0 林 业 科 学 研 究 3 卷
表 1 杉木林密度与生长状况
密 度
(株/ ha )
1 6 6 7 3 3 3 3
一
5 0 0 0 6 6 6 7 1 0 0 00
挂叹n l行 距x m ) 、(2 火 3 ) (2 x 1 . 5 )} (2 x l) D(1 . 5 K I )
6
.
0 0
卜
(1 沐 1 )
6
_
3 0
平均脚 径
(e m )
立地 指数
{ 8 8
⋯2。
(二 ) 研究方法
1
. 叶面积 的侧 定 在 10 株样树上 采 集
5 4个样枝 , 测其长度后剪下一侧叶片 , 固定
在纸上 , 复印后剪 一「称重 , 算出小枝的叶面
积 , 以枝长为自变量 , 叶面积为因变量作指
数回归方程 :
S 二 5 4 . 7 9 4 4 6 + L I
‘
o c z 3 。” r = 0 。 9 3 4
式中 S 为叶面积 (c m “) , L 为小枝长度
高津m:均(r平
(c m )
。
2
. 叶 面积垂直分布的测定 在 5 个密度中选 10 株平均木 , 自下而上测量每一主枝 的直
径和高度 , 主枝与主干的夹角 , 每一小枝的长度及其在主枝上的位置 。 用计算机算出整株树
的叶面积垂直分布 , 分层 (1 0 0 c m 为一层 )累积叶面积及叶面积指数 。
3
. 辐浦扫勺刚 定 用五台天空辐射表自冠顶到林下垂直排列 , 1 台置于空旷地 。 7 : 0 0一
1 8 , 0 每小时观测 1 次 , 晴天阴天均观测 。 每次观测随机抽样测定20 个数据 , 取平 均值 。 每
日的累积辐射值是每次平均值之 和 。
二 、 结果与分析
(一 ) 叶面积垂直分布
自最上层向下计算累积叶面积 (表 2 ) 。 密度 A (2 m x 3 m )的 杉 木 树 冠墓本不相交 , 使
甘厦
杉木有足够的空间伸展枝叶 , 叶分布的最大值在树冠中部
( 图 l ) 。 树冠下部叶子受光量小 , 同化作用受阻 , 大量的
老叶与枯黄枝叶不能适时脱落 , 继续消耗养分与能量 。 密
度 B (2 m X I . s m )叶分布的最大值在树冠的 中下 部 , 这
利‘树形分布对光的利用率高 , 但由于叶片过密 , 叶面积找
数高达 1 5 , 不利于光合作用 , 通常针叶林叶面积指数以不
超过12 为宜 ￡‘] , 而经过自然整枝的成年杉木林叶面积指数
为 8 左右 。 密度 C (2 m x l m ) 树冠形状 已较明显地受 密
表 2 不同密度杉木叶面积泉计位
(单位 : e m Z )
\\ 株行距⋯ 八 一 _ l, C . , _ p ’ E
层 次 、\ l议 ·m : : ‘ m , l ‘ ·卜 rn , r气艺 “ , x ‘ 川 ) } x l rn ) l气‘ m 沉 飞 m )
2 6 96 7
.
2 9
8 6 50 2
.
3 3
1 8 1 92 1
.
0 0
3 5 6 7 28
.
4 0
5 1 2 4 94
,
5 0
6 0 2 5 62
.
8 0
6 4 9 5 70
.
4 0
6 9 5 5
.
2 6
4 9 4 4 4
.
4 0
1 3 3 33 6
.
6 0
2 3 6 86 2
.
1 0
3 5 4 77 0 4 0
4 5 1 7 99
.
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5 4 8 5 70
.
5 0
6 5 8 0
.
7 0
3 7 6 5 1
.
5 0
6 3 4 0 7
.
3 0
9 8 9 9 3
.
0 0
。t面积( m : )
图 1 不同密度衫水林 树冠叶
面衫毛垂直分布
O“n“”OUnU尸a确b
.⋯几甘,‘U凡工,一,户‘勺2内J,一0七OU一b已JO曰‘啥O目,自. 卜‘曰土.!⋯口口J
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bt‘,几d工O曰.1一卜,8几山一3,止曰.二,口山
6 期 王丽丽 : 不同密度杉木林内辐射与叶面积垂直分布对生长的影响 弓9 1
度影响 , 树冠呈圆柱状 , 树冠层空间利用充分 , 群体生长良好 。 密度 D ( 1 m x i . s m )由于
密度大 , 枝叶重叠度大 , 严重影响了枝叶的发育和树木的生长 。 而密度 E (1 m x l m ) 因 过
密已开始自然整枝 , 群体生长不良 , 个别植株已濒临死亡 。
(二) 太阳辐射在林内的垂直分布及消光系数
由图 2 、 3 可知 , 辐射受林冠遮挡而消减 , 密度越大 , 总辐射透过冠层消减得越快 , 但
都在林冠 3 / 4 处达到最低点 , 林冠下的辐射与此处相等或回升 , 这与朱劲伟等Iz] 测 定的 规
律是一致的。 密度A 林冠郁闭度低 , 部分辐射直射地面 , 林下反射强烈 , 致使辐射在林冠下
层回升。
监;
: 7 :
.
9
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Z m 义 l m
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1
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5 n l 义 1 rn
139琳278=
弓多二封脚霭毕
1 爪 义 l m
0 L
空旷
图 2
冠上 冠中 林下
辐射在林冠 内的垂直分布
‘ 叫. ‘ ~ ,
图 3
衬言《. 二
辐射消减过程
由表 3 、 4 看出 , 林冠辐射的反射率与叶面积指数有关 , 叶面积指数大则反射率越高 。
但密度B 树形紧密 , 反射率稍低 。 林冠辐射的透射率与林分密度及单株枝叶茂密程度有关 ,
密度 B 、
表 3
C 因枝叶茂密 , 透射率低于1 . 5 % , 密度 D 、 E 虽然林分密度大 , 但单株生长 不好 ,
分层叶面积指教(叶面积/林地面积 )
\瞥距 {、2 : x星少 \ { “m)
B
( Z m 又
1
.
5 功 )
C
( Z m x
l m )
D
(1
.
sm
x l m )
E
( l m x
l m )
0
.
8 8 8
4
。
0 5 8
8
.
8 4 3
1 0
。
8 3 9
1
.
9 97
6
.
9 6 1
1 3
.
6 6 1
1 5
.
2 6 9
2
。
1 6 9
6
.
8 4 8
1 1
.
1 3 2
1 2
.
5 6 0
2
。
2 1魂
5
。
33 7
8
.
60 6
3
.
4 0 5
5
.
7 6心
9
.
8 7 6
枝叶较稀疏 , 所以反射率较小 ,
而透射率较大 。 密度A 的单株生
长虽然优于其它密度 , 但因郁闭
度低 , 透射率高达 n 。 92 % , 约
为密度 B 、 C 的10 倍。 除了密度
A 因透射率高而使辐射的吸收率
低于 80 % , 其它 4 个密度 的 林
冠辐射吸收率是相当一致的(表 4 ) 。
用分层叶面积指数来计算消光系数 Is] :
I 二 I 。 e 一“ L 通 1 ( 1 )
式中: I—树冠内某一辐射强度 ; 10—树冠顶端的入射辐射 ; k—该群落的消光 系数,石Al—在 I 水平上的叶面积指数 。
5 9 2 林 业 科 学 研 究 3 卷
除密度 A 第一层数据有出入
外 , 其它密度的消光系数 k 由上
层向下递增 , 到次底层达到最高
值 , 到最底层又有所降低 (表 5 ) 。
以累加叶面积指数与辐射强
度作半对数坐标图(图 4 ) , 密度
B 和 C 的分层消光系数呈现了较
好的线性结构 , 密度 D 和 E 林冠
中层 消光剧烈 , 曲线呈 3 形 , 密
度 A 因林下辐射值的回升引起了
消光系数的逆转 , 这是低 密度林
分所特有的 。 图 4 所示 消光系数
的 分布 , 与 K iy a等 : ‘]森林消光
系数范围的结论相符 , 但林冠上
衰 4 不同密度林冠辐射吸收相对强度 (单位 : % )
急K藻} 、2 : 3 )⋯( 2 只{5 )l。2 : 1 》 (1 .翼1 )⋯(1 {1 )戴 ⋯蒸 蔗 羚 8知蒸
衰 5 不同密度林冠内分层消光系橄
瑕 Z m 火 3 m 2 m X1 . s m Z m X l m 1 . s m火 l m 1 m X l m0 . 3 6 3 6 9 7
0
.
1 9 9 6 2 0
0
.
2 70 2 36
0
.
2 12 5 17
0
.
1 6 3 2 0 4
0
.
2 4 7 7 8 0
0
.
2 9 7 6 1 1
0
.
2 8 6 2 2 3
0
.
0 9 4 07 5
0
.
1 9 4 67 3
0
.
3 2 6 20 4
0
.
3 4 0 1 6 8
0
.
1 3 3 5 9 1
0
.
4 8 1 5 1 1
0
.
3 1 6 8 7 9
0
.
0 7 6 1 3 1
0
.
4 6 0 3 9 1
0
.
2 8 5 5 1 9
部 消光系数 k 范围比上述结论扩大一倍以上 ,
反_
A : 2 川 ,
日: 竺 l
‘’ : 艺 1 、 1
D : 1
.
5 1
}二: 1 rll 洲 1
、c
6 9 王2
叶面识街效
辆射与叶面积 指数的关系
,
这是针叶林锥形树冠顶端所引起的变化。
(三 ) 杉木幼树生长状况的综合评价
用多指标综合评价杉木幼树的生长状况 。
采用本文 已求出的辐射吸收率 (表 3 )、 叶面积
指数 (表2 ) , 并用杉木胸径与生物量回归公式 16 1
不犷 = 1 . 6 8 6 5 + 0 。 2 3 7 S D 之 了 = 0 。 9 2
式中W 一一全株生物量 , D—胸径 。 计算 出个体与群体的生物量及年均增长量 (表 6 ) 。 针
叶林的叶面积指数超过 12一 14 1付, 叶片 的 光
合作用受阻 !’; , 所以以叶面积指数与 12 的绝对
值距离递增排列 , 其余三项按递减次序排列 ,
然后将侮一密度在各指标中的排序号相 加。 由
表 7 可见 , 杉木幼树的生长状况以密度 2 m x
l m 为最佳 , 2 m x l 。 s m 次之 , 1 m x l m 为
最差 。
诊侧琐盆耳言军
、、
、、
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‘、正、、 ,\‘甲、
,、入.卜
三 、 结 论
太阳辐射是树木赖以生存的能源 。 杉木人工林对辐射的有效吸收取决于杉木个体冠形和
群体的密度及排列方式 , 而冠形也是受密度制约的 。 密度Z m 火 3 m 的杉木林个体间距过大 ,
不能充分利用太阳辐射和其它环境资源 , 使个体冠形过大 , 树冠中心部位和底部的叶片得不
到充足的阳光而老化变黄 , 又不能及时脱落 , 起到了消耗养分的作用 。 对 于这种密度的林分
应进行人工修枝 , 去掉枯、 老叶枝条 , 以利生长。 密度 1 m x l . s m 、 1 m x l m , 由于密度
过大 , 生长需求超过环境容纳量 , 致使群体和个体生长严重受阻 , 对这种群体要提前 1 一 2
6 期 王丽丽 : 不同密度杉木林内辐射与叶面积垂直分布对生长的影响 5 9 3
表 6
株 行 距
(m x m )
杉木平均生物, 及增长t
年 份
平 均 脚 径
(e m )
个 体 生 物 量
(k g )
群体年均增长 量
(t/ h
a )
1 2 86
⋯一.一l1.!
A
( 2 x 3 )
1 9 8 5
1 9 8 6
1 9 8 7
9
,
8
1 1
.
6
1 2
.
7
2 4
.
4 9 6 Q
3 3
.
6 4 4 5
3 9
.
9 2 2 9
( 2 x l
.
5 )
1 9 85
1 9 8 6
1 9 8 7
8
。
6
9
.
4
1 0
.
4
1 9
.
2 5 2 0
2 2
.
6 7 2 0
2 7
.
3 7 4 5
C
7
。
0
( 2 x l )
1 9 8 5
1 9 8 6
1 9 87
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。
8
8
。
8
1 3
.
3 2 4 0
1 6
.
1 3 6 0
2 0
.
0 7 8 5
D
( 1
.
5 x l )
1 98 5
1 9 86
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5
.
8
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。
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7
.
2
9
.
6 7 6 0
1 1
.
7 2 0 9
1 3
.
9 9 8 5
( 1 x l )
1 9 85
1 9 86
1 9 8 7
5
.
8
6
.
3
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9
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。
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1 1
。
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1 2
.
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.
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1
表 了 杉木生长纹合评价指标排序
个 体 { } 群体生物 l }生 物 量 {序 号 !{ 增 长 量 }序 号 !J序号和一二里一}
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5 9
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O甘OU介舀八“OQ,
.⋯20397门乙口舀,曰,1上
密 度
( m x m )
A ( 2 x 3 )
B ( 2 x l
.
5 )
C ( 2
K l )
D ( 1
.
5 x l )
E ( l x l )
年进行疏伐 , 以缓解竞争过于激烈的局面。 密度2 m x l m 的林分个体与群体生长都比较好 ,
冠形合理 , 林相整齐 , 能充分利用水热空间等环境资源 , 是八年生杉木幼林比较合理的密度
环境 。
在辐射观测中密度 D (1 m x 1 . 5儿 )辐射最高值偏低 (图 2 ), 可能是由于观测时天 空 云
量过高及仪器的偏差所造成 , 但其在林冠内的分布规律未见异常 (图 3 、 4 ) 。
参 考 文 献
仁i 〕 L a r e he r , 1 9 7 5 (李博译, 1 0 5 0 ) , 植物生理生 态学 , 科学出版社 , 1 5 ~ 2 3 。
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〔3 〕 M o n s i , M . e t a l . , 1 9 5 3 , J a夕 . B o r . , 1 4 : 2 2 ~ 5 2 。
〔4 〕 K iv a , T . , 1 0 6 9 , P la n t a ”d C e ll P 人封s fo l . , 1 0 : 1 2。~ 1 4 2 。
〔s〕 惠刚盈等 , 1 9 8 5 , 杉木造林密度试验研究 , 林业科学研究 , 1 ( 4 ) : 4 1 3 ~ 4 1 7 e
弓9 4 林 业 科 学 研 究 3 卷
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