全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 2l (1)：1— 8 2001年 2月
热带次生林林窗干热季光照特征初步分析
张一平，王进欣，刘玉洪，马友鑫，李佑荣
(中国 学院西积版纳热带植物园．云南昆明 650223)
摘 要：利用西双版纳干热季(3～4月)攻生林林窗光照观测资料，探讨 了林窗光照的时空变化特征。结果
表明：由于天气现象(雾)、太阳高度和林窗树木的共同影响、使得林窗区域光照强度在时空上均存在明显的
差异 ；上午光照强度的时间变化不明显．光强高值区在林窗西南侧边缘 ；中午受太阳辐射的影响，各铡点光
强均迅速上升，尤以林窗偏东侧林缘最为突出，实际林窗边缘的光强远远大于扩展林窗边缘；平均光强最大
区域由林窗西南侧向东北侧林缘移动，而林窗偏西侧受树木遮蔽影响，光强虽有增加．但由于实际林窗边缘
的高光强维持时间较短．平均光强较小．特别是偏西侧的扩展林窗边缘，遮蔽影响较大，各时刻的光强均不
大．形成平均光强的低值区；使得中午林窗区域光照强度不对称性更加显著 、光强水平梯度增大；下午由于
太阳西进 ，林窗区域均受到树木遮蔽影响．光强降低．水平梯度变化趋于和缓。在西双版纳干热季作为林窗
主要热力作用面之一的林窗地表面，在不同时段其最大光强的数值和出现区域 以及高光强维持时期均存在
较大差异；使得林窗区域的光强分布存在时间差异和空间不对称性 ，如此 的光强分布势必造成林窗不同区
域热力作用的不同，进而导致林窗区域热量传翰和热量储存的不同，产生不同的热力效应 本研究结果可为
探讨林窗演替、更新机制及林窗生物多样性的研究提供科学依据 。
关键词：林窗；光照 i次生林；热带；西双版纳
中图分类号：Q948．112 ．1 文献标识码：A 文章编号：1000—3142(2001)0l一0001—08
Study on the sun-shine characteristics of the
tropical secondary forest gap in the
dry—hot season in Xishuangbanna
ZHANG Yi—ping，WANG Jing—xin，LIU Yu—hung，
MA You—xin．LI You—rong
(Xishuangbanaa TropkM BotanicM Garden，CAN，Kunming 650223．China)
Abstract：Light intensity ts at the secondary forest canopy gap were conducted in shuan anna
Yunnan．in March and April 1999(dry—hut season) On the basis of this t．spat~l and temporal
variations of light intensity on 8 azimuth in the secondary forest canopy gap were discussed．The results indicat
ed that Becau~ of the influence of condition Df foggy environment and sun elevation and the tree．spatial_棚d
收稿 13期：1999—06—22
作者简介：张一平 (1 957一)．博士．研究员 ．已在国内外发裘论文 5o余篇
基金项目：中国科学院 九五 重点项 目(KZ95Z—S1一i01)．中国科学院 院长基金”．云南省自然科学基垒项目(98C098M)
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2 广 西 植 物 21卷
tempora]、ariations of]ight intensity is significant in different zone：mainly show that temporal variation of light
intensity,is not significant in the morning in study site 1 the west—-south zone of gap is source of high light inten—
sity{Because of the influence of radiation．the tight intensity significantly increase on al sites·the east edge of
gap is dominant，the light intensity of at the edge of gap significant[y go h％,ond one of the edge of extend gap；
the maximum mean、’a[ue of]ight intensity was shifted to the north east edge，On the other hand．because of
the influence of shade of the edge—arbor，altlmugh secund—west sites Light intensity increase·because high Light
intensitylast for。n instant．the mcan of light intensity is low，with knobs on secund—west sites The shade of
be edge arbor of gap mightily influence its light intensity．become source of tow light intensity；make asymme
try of light is more significant in the gap at noon．at the same time．horizontal gradient become significant．
with the sun n2o％‘ed WeSt—ward．Because of the influence of the shade of tree at the edge of gap，spatm]varia
tion of fight intensity is verge tO gentle in study site．The gap ground stand in one of thermodynamic surfaee in
the gap，the number and emerging zone of maximal light intensity and maintaining phase of high]ight intensity
are different}temporal—dix,ersity and spatia[一asymnletry is the characteristic of distribution of light intensity，it
makes thermodynamic regime is different on different sites，result in difference on caloric transmitting and
caloric storing in the gap，finaly diferent thermodynamic—effect was generated This result wil provide seeun—
dora of studying forest dynamic and bio—diversity。
Key words：Gap；characteristics of sun—shine；secondary forest}tropica1；Xishuanghanna
由于林窗大小和环境变化程度决定林窗发
展 的方 向和速度，直接影响着顶级森林 的结构、
种类组成和种群动态 ，对世界范围内各种森林类
型的更新和演替均有重要作用“ ，在热带雨林中
的作用更加显著和重要。 ，因此，自8O年代始．作
为森林群落演替更新重要 内容之一的小尺度林
窗干扰(canopy gap dmterbance)受到广泛重视。其
中林窗及周边热力特征的变化对森林生态环境
异质性的影响是目前学者研究兴趣所在。 。在
国内研究刚刚起步，多为综述性和林窗特征的研
究。 ，林窗与环境关系的研究尚不多“ 。
光照是植物进行光合作用并赖 以生长的前
提条件，也是影响热带雨林植物生长生存的众多
环境因子中最常遇到的限制因子．在森林动态及
演替过程 中．对树种更新起着重要作用。 ；林窗
的产生导致更多的光到达林地表面．这对热带森
林的演替和更新将有重大影响 ”；也使林窗内地
表面温度、近地层温度等热力特征发生相应的变
化 ．而光照环境和热力特征的改变又将影响土
壤理化性质、营养元素分解、土壤微生物活性等
的变化，最终影响到林窗及周边各生物学过程的
变化 。 因此研究林窗光照特征有助于理解其
小气候形成原因和群落变化规律，对深入研究林
窗演替更新机制是必不可少的。
本文根据 1999年 3、4月西双版纳地区次生
林林窗小气候观测资料，对林窗光照特征进行初
步分析，旨在探讨林窗小气候形成机制及其对林
窗生物多样性的影响等提供科学依据。
l 样地概况及研究方法
1．1样地概况
西双版纳位于云南省南部，终年受西南季风
控制．属热带季风气候，一年中有雾凉季(11～2
月)、于热季 (3～4月)、湿 热季 (5～10月)之
分 。与雾凉季相比于热季的雾生成时刻较迟，
维持时间较短，一般在夜间 23：∞ 时之后，才开
始起雾，而在上午 10：∞ 时左右就逐渐消散。
本次观测的样地设在中科院西双版纳热带
植物园的次生演替研究长期试验地内(21。54 N．
101。46 E)。是原生植被(热带季节性雨林)被刀耕
火种后．撂荒恢复起来的次生林．分布在海拔 580
m的缓坡低丘顶部(坡向 SE．坡度<2 )。林冠季
相变化 以干热季稀朗，雨季后期和雾凉季初密
集，群落结构复杂，成层现象明显．可划分为乔木
层、灌木层、草本层及层间植物 4个层次“～：群落
高度 10～16 m．枝下高 8～12 m．平均胸径 7．5～
8．5 cm。乔木层主要有自背桐(Malotus panicula
tus)、大 叶 藤 黄 (Garcima 2anthochymus)、川 楝
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l期 张一平等：热带次生林林窗干热季光照特征初步分析 3
W
S
图 1 次生林林窗轮廓
Fig．1 The out—llne 0f secortdnary|orest gap
N一北 ．NE一东北 ．E一东，SE东南 ，s南，SW 西南 ．w一西
NW-酉北：1一林窗边缘 The edge of gap；2扩展林窗
边缘 The edge 0f extended gap。
(?Vlelia loosenden)等；灌木层 主 要有 狭 叶楠 木
(Phoebe lmwedata)、窄序岩豆藤 (Miletia tapt。_
botrya)、笔官榕(Ficus superba var，japonica)、潺槁
木姜子(Litsea glutinosa)等；层间植物主要有爪哇
下果藤(Gouania vanica)等；草本植物及幼苗层
主要有马唐(Dtgitaria sanguinalis)、竹叶草(013tis—
m “ compositus)””等。土壤为砖红壤。
1．2研 究方法
本文所选择的林窗(图 1)形成于 1993年，在
1998年 12月对林窗内的植物进行了清伐 。图 1
中的内圈线为实际林窗边缘(林缘树冠垂线处)，
外圈线为扩展林窗边缘(林缘树干处)。该林窗为
南北向长(约 12 m)，东西向短(约 8 m)的长型林
窗，北侧和东北侧的林冠冠幅较大(约 5 m)．其它
各侧冠幅较小(约 1～3 m)。实际林窗面积约 1
m ；扩展林窗面积约 l 99 m 。3～4月为西双版纳
干热季，湿度较小．树木处于落叶高峰期，林窗周
围的树木叶面积指数较小
在林窗中沿南 一北向、东北一西南向、东一
西向、东南一西北向设置的 4条观测样线．每条样
线设置 7个观测点，考虑林窗边缘效应的作用，观
测点为不等距分布，分别位于林窗中央、林窗边
缘树冠冠缘垂直投影处．林缘乔木根基处、林内。
于 1999年 3月 6～15日、4月 l2～13日、4月 l 7
～ 20日昼问(8～20时)正点进行了小气候观测．
其中使用 JD一3数字照度计(上海嘉定学联仪表
厂)观测了光照强度，观测期间天气晴好。以下用
3、4月的2次观测平均值来探讨西双版纳次森林
林窗干热季的光照特征。
6O。。O
一
嚣 20oo0
1B00
《 150(I
= 1200
。00
氍 6OO
米 500
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
时间 t／h
图2 干热季晴天次生林林窗中央、
林内光照强度时间变化
Fig 2 Tempera]variation of fight intensity
(I I)of the center in secondary|orest gap
in dear day in dry—hot season
a中央 The eente『_b林 内 The intertof。
2 结果与分析
2．1林窗中央、林缘、林内光照强度对比
林窗中央和林内(为 4方位林内观测值的平
均值)光照强度时间变化曲线均为单峰型(图2)。
上午 8～10时虽太阳已升起，因受雾的影响，太阳
辐射较弱，光强数值较低；l1时后雾逐渐消散，光
强迅速升 高；林 窗中央的光强变 率较 大，可达
(3．28×10 lx h )，为林内(0．07×10 lx h。)的 47
倍；由于林内的光强主要受斜射光线的影响．其
最大值出现在 12时(0．16×10 lx)；仅为林窗中
央最大光强(13时，7．26×lO Ix)的 2．2 ；13时
后由于太阳西斜，林窗 中央也受树木遮蔽影响，
光强迅速下降，其变率为 4．84×10 Ix h {而林内
光强变化较缓，变率 相对较小，为 0．03×10 lx
h 。l 5时后林窗中央的光强变化又趋于和缓。
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广 西 植 物 2l卷
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时间 t／h
W
8 9 101 12 1314 1516 1 718 19
时间 l／h
图 3 干 季晴天次生林林窗不同方位光强时间变化
Fig．3 Temporal variation of light intensity(I 1)of the gap in secondary
forest on 8-azimuth in clear day in dry—hot seasoil
(图中符号古卫周围 l Figue exhibition is the s⋯ s Fig 1)
林缘各测点光强 的变化趋势与中央相似(图
3)．均为单峰型。但由于各测点由于遮蔽情况不
同，受太阳辐射状况也各异，造成光强变化曲线
的峰值及出现时间不尽相同。除东侧和东北侧
外 ，其它测点均表现为实际林窗边缘光强远远大
于扩展林窗边缘：实际林窗边缘光强变化明显 ，
特别是雾消散后的 l】～13时，变率最大；各方位
测点在中午时分(12～14时)，太阳高度角较大时
光强达最大值；其峰值相差不大 ，基本上在 6． ×
lO lx左右，以北测边缘 (N1)为最大 (7．1×10
lx)；另外，比较图 3，可见光强高值区范围在林窗
北侧边缘(N1)最宽(1 2～15时)，且大于林窗中央
(图 2a，12～13时)，而东南侧边缘(SE1)最窄(13
～ 14时)，显示了由于太阳高度和林窗边缘树木
的共同影响，在实际林窗边缘 ．不同方位光照的
最大强度差异较小 ．但是其时间变化和高光照维
持时间均有显著差异。
在扩展林窗边缘．由于处于树干根基处，受
树木遮蔽影响不同．不同方位的光强的时间变化
和峰值的差异均较大，在偏东侧(E2、NE2、SE2)
ll；i。 ll。o。ll ll。 8l 。
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1期 张一平等：热带次生林林窗于热季光照特征初步分析 5
和西南侧(SW2)光强峰值较大，其中．以东侧最
大，可达 6 3×10 lx，西南侧较小(3．4×10 tx)，
南侧最小(0．4×10‘lx)；同时出现时刻也不相同，
以西北侧(NW2)最早(10时)，而东南侧(SE2)较
晚(15时)，两者相差 6 h，充分显示了太阳高度对
林窗区域，特别是扩展林窗边缘光照分布的影
响：而其它扩展林窗边缘测点．由于受林窗树木
的遮蔽影响，太阳直接辐射较小，造成光强的时
间变化和强度变化均较小，除西北侧(NW2)个别
时刻 (10时)之外，光强在 0．4X10 ～1．1×l0 lx
范围变化。
由以上分析可知，在干热季林窗区域光照强
度最大值均在中午出现．不同区域最大光强的数
值和高光照维持时问均不同，这可能是造成于热
季热带次生林林窗温度最高区域出现在林窗东
东北侧 的原因之一。
1 5
掌
10
蓦
喜s
霉
0
8 9 1O 11 12 15 14 15 16 17 18 19
时间 ／h
图 4 干热季晴天次生林林内相对光强时间变化
Fig．4 Temporal variation ot relative light intensity (RI 1)
in secondary forest in clear day in dry-hot season
2．2林内相对光照强度时间变化特征
从林 内相对光强(林内光强×100／林窗中央
光强 )时间变化(图 4)可见，晴天林内相对光强
的日变化曲线大致呈“V”字型，表现为早晚高，午
间低，相对光强数值较小(RLI~15 )；上午相对
光强约在 9．8 ～l4．2 ，中午由于有太阳辐射，
太阳高度较高，林窗中央光强较大，造成 l3时(太
阳高度角最大时)的相对光强达最低(1．8 )；其
后随着太阳高度角的降低，相对光强逐渐增加，
于 l9时达 l 3．1 )。其原因是：早晚时刻由于太
阳高度角较低，日光中直射光比重减小，散射光
比重增大，散射光较直射光容易进人林下，造成
林内相对光强较大。
2．3林窗各硬l点相对光强非对称性特征
林窗各测点的相对光强(RLI一测点光强 ×
100／林窗中央光强 )(图 5)区域分异显著，表现
为不对称性。特别是中午的分异最为明显 林窗
偏 西 侧表 现 为上 午 (8～ ll时)较 高 (RLI≈
100 )，其中西南侧扩展林窗边缘(SW2)、西北侧
边 缘 (NW1、NW2)最 大 相 对 光 强 分 别 可 达
(183 ，SW2)(148 ，NW1)(147％．Nw2)。中午
(12～15时 )、下午 (16～2O时)相对光强较小
(RLI≤100 )；偏东侧表现为相对光强在上午(8
～ 1l时)较小(RLI≤100 )．下午(16～2O时)次
之，中午(12～15时)最大，其中，最大相对光强分
别可达 (41l ．E1)(346 ，N1)(283 ，NE1)
(280 ．E2)(271 ，NE2)(267 ，SE1)(225 ．
SE2)；另外 ，北侧( 2)、西侧(W2)、南侧(S2)扩展
林窗边缘的光强均小于林窗中央(RIJ<100％)，
在 1 3时，其相对光强不足林窗中央的 4 。
相对光照的如此变化是由于西双版纳地 区
于热季上午在 lO时以前受雾的影响，林窗区域各
测点的光照强度的时间和空间变化均较小，导致
相对光强较小；10时以后虽然雾散 日出，但在太
阳辐射影响下，各测点的光照强度均迅速增加，
空问差异也不大，同样造成相对光强较小；在中
午，林窗偏东侧边缘和南、北侧实际林窗边缘，因
受太阳直接辐射较多，光强较高，大于林窗中央，
出现较大的相对光强，甚至可达林窗中央的 4．1
倍(E1)；与之相反，多数扩展林窗边缘虽然有太
阳辐射，但是受到树木的影响，处于荫蔽之中，仅
有散射辐射，光强较小，低于林窗中央，出现相对
光强的最小值；下午太阳西沉，林窗 区域由于树
木遮蔽影响，太阳直接辐射减少，各测点间光强
的差异和时间变化减小 ，相对光强变化不大。
2．4平均光强水平分布特征
分别统计了各测点上午(8～l1时)、中午(12
～ l 5时)和下午(16～20时)的平均光强，其水平
分布特征(图 6)。由于西双版纳地区干热季湿度
较小，树木处于落叶高峰期，造成林窗区域的树
木叶 面积指数较小；加之干热季太阳高度角较
大，且雾消退时间较雾凉季提前(在 10时左右)，
使得上午光强均值最大区域出现在受 日照较多
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的林窗西南侧(图 6a)。中午林窗地面受太阳直接
辐射影响，各测点光强均迅速上升：并且由于太
阳的西斜．直接辐射主要集 中在林窗偏东侧，在
林窗东侧一东北侧一北侧林缘增值最为突出(图
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害4D
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8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 9
时间 l／h
3)．造成中午光强均值最大区域 由上午林窗西南
侧(图 6a)向北侧一东北侧林缘移动(图 6b)，以林
窗北侧实际林窗边缘( 1)为最大(LI>7．1×10
ix)：而林窗偏西侧受树木遮蔽影响．光强虽有增
8 9 lO 11 12 13 14 15 16 17 18 伯
时间 l／h
图 5 干热季晴天扶生林林窗不同方位相对光强时间变化
Fig．5 Temporal variation of relative light intensity(RLI)of the gap in
secondary forest ol3．8一azimuth in clear day|n dry—hot season
(图中符 号古义同图 1 Flgue exhibition is die e as Fig 1)
加，但由于实际林窗边缘的高光强维持时间较短
(图 3)．平均光强较小，特别是偏西侧的扩展林窗
边缘，遮蔽影响较大，各时刻的光强均不大．形成
平均光强的低值区；导致中午林窗区域光照强度
显著的不对称；同时光强的水平梯度十分明显。
下午由于太 阳偏西．太阳辐射受树木遮蔽，林窗
内各测点的太阳直接辐射均减少。光强降低，虽
然光强均值的最大区域仍在林窗北侧一东北侧
林缘，但水平梯度已趋于和缓(图 5C)。
3 小结与讨论
在西双版纳干热季，由于区域性天气现象
训删 蛳㈣ 。 _J 枷 。 啪 栅 蓦} 珊 。 垂j 垂；枷御。
。 啪 m 瑚 。
水／I 袋 罩晕
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1期 张一平等：热带次生林林窗干热季光照特征初步分析 7
(雾)、太阳高度和林窗树木的共同影响．造成上
午平均光强最大区域出现在林窗西南侧边缘：在
太阳直接辐射较强的中午，林窗地面 (特别是林
w
w
S
E
E
图 6 干热季晴天次生林林窗光照
强度均值水平分布
Fig．6 The hrizonta[distribution of IT an 1ight
intensity(MI I)of the gap in secondary
forest clear day in dry—hot,?easort
aA M；b Noon；c P．M (圈中符号古义同图 1 单位 ：10 ix
窗实际边缘以内区域)在太阳辐射 的影响下，光
强迅速升高，在北侧～东北侧林缘形成先强最高
值区域，以受太阳直接辐射影响最大的林窗北侧
林缘最大，同时也形成较大的光强水平梯度；由
于干热季太 阳高度角较大，导致大多数方位实际
林窗边缘的光强远远大于扩展林窗边缘；下午由
于太阳西进，林窗近地面受树木遮蔽影响，光强
下降，虽然光强均值最大区域仍在林窗东北侧林
缘 ，但水平梯度变化已趋于和缓。如此看来+在西
双版纳干热季作为林窗主要热力作用面之一的
林窗地表面+在不同时段其最大光强的数值和出
现区域以及高光强维持时间均存在较大差异；造
成林窗区域的光强分布存在时间差异和空问不
对称性，如此的光强分布势必导致林窗不同区域
热力作用的差异+进而导致林窗区域热量传输和
热量储存的不 同，产生不同的热力效应。光照环
境及热力特征的改变增强 了林窗嫩环境的变异
性+林 窗微环境的变异为植物的侵入、定居提供
了许多潜在的生态位，林窗高光照区分布及其动
态变化使得林窗生态环境更富于变化，林窗生态
环境空间上的异质性和时间上的动态变化，可以
满足不同特性物种的生长与更新生活史过程的
需要。同时也将影响林窗内种子萌发，幼苗生长、
发育，植物种群的分布 众多研究表明林窗环境
的异质性在维持森林物种多样性方面扮演着重
要的角色 。” 。本研究所得的光照最大区域出现
在林窗边缘的结果+为解释林窗边缘生物多样性
指数最大的现象。“ 和干热季热带林窗最热区域
中午、下 午 出现在 林 窗北一东北 侧边 缘 的结
果 ，在光照条件方面提供基础。另外，光照对林
窗热力作用的影响机制是林窗小气候形成的物
理基础 ，受林缘冠层结构、林缘乔木高度(H)与林
窗直径(D)之比(H／D)、太阳高度角、方位角、天
气状况，地表面状况等的影响+对此进行更深入
的探讨将是今后的研究重点。
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