陕北地区刺槐人工林林冠郁闭度对林下植物生长特性的影响

张海燕

（甘泉县林木种苗服务中心，陕西延安 716100）

刺槐人工林作为陕北地区重要的林业资源，对维护区域生态平衡和促进土壤保持具有显著作用。林冠郁闭度作为林木生长和林下植被状况的关键指标，直接影响着林下生态系统的结构和功能。可见，对刺槐人工林林冠郁闭度及其对林下植物生长特性的影响进行研究，不仅能够深入理解林木与林下植被间的相互作用，还有助于指导实际的林业管理实践，优化林地资源的利用和保护。本研究聚焦于陕北地区刺槐人工林，旨在探究其林冠郁闭度对林下植物生长特性的具体影响，以期为该地区的林业管理和生态恢复提供科学依据。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域概况

选择长武县红星国有生态林场为本次研究区域。该林场是长武县唯一的生态公益型林场，建于1970年，位于长武县东南部，黑河、南河交汇处附近两岸的沟坡上。地理位置为东经107°41'26″～107°47'34″，北纬35°0'36″～35°7'45″，全年平均气温5～16 ℃，白天平均气温16 ℃；南北长16 km，东西宽10 km，经营总面积1 793 hm2。涉及巨家、亭口、枣园、昭仁、相公5个镇（办），与24个行政村接壤，涉农人口达2万多人，属陕西省典型的林农交错型林场。林分起源全为人工林，主要树种为刺槐、油松等。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置

2022 年7 月末，在研究区域内选择3 个年限的刺槐人工林地和1 个撂荒地（CK）为研究对象。根据刺槐人工林的不同生长阶段，3 个年限的刺槐人工林分别为幼龄林（9 年生）、中龄林（17 年生）和近熟林（30 年生）。每个年龄段选择3 块样地，共计9 块样地[1]。此外，选择1 块撂荒地（9 年生）作为对照组。并将每个样地的面积设定为20 m×20 m，以保持与前期研究的一致性。样地基本情况见表1。

表1 样地基本情况

1.2.2 样品采集及测定

在本次研究中，样品采集专注于测定林下植物的生长量及样地的林冠郁闭度，以评估刺槐人工林林冠郁闭度对林下植物生长量的影响。

为测定林下植物的生长量，试验在每个样地内设置多个固定的监测点。并在每个监测点内，选取有代表性的林下植物，测量其主要生长参数，包括植物高度、主茎直径和叶面积[2]。测量使用标准的田间测量工具如尺子、卡尺、叶面积计等。同时为获取更准确的生物量数据，选取部分植物样本，通过剪切植物地上部分，并在实验室中进行烘干和称重，从而得到其干物质量。以上样品数据将用于评估植物的总体生长状态和生物量积累。

林冠郁闭度使用半球照相技术测量。研究人员在每个样地的中心，使用半球相机拍摄向上的林冠图片，图片中的天空和树冠覆盖比例能够准确地反映出林冠的郁闭度[3]。采集后图片在Hemispherical Canopy Photography Analysis(Hemiview)中进行分析，以计算林冠开放度的百分比。林冠开放度与郁闭度成反比，以此间接准确地评估槐树人工林林冠郁闭度水平。

1.2.3 数据处理

1）生长参数统计分析

林下植物的生长数据（包括植物高度、主茎直径和叶面积）通过统计软件SPSS 25.0进行描述性统计分析，以便对不同样地间的生长特性进行比较[4]。

2）生物量数据处理

将实验室测定的植物干物质量数据用于计算生物量。计算通过干重与湿重的比例关系进行，公式为：生物量=(干重/湿重)×总湿重。以提供关于植物生物量积累的准确信息[5]。

3）林冠郁闭度分析

使用Hemiview 软件处理半球照相所得的林冠图片。由该软件计算出林冠开放度的百分比，此数据与林冠郁闭度成反比。具体分析将使用软件内置算法（阈值分割技术）来区分天空和树冠，从而准确计算林冠开放度。

2 结果与分析

2.1 郁闭度对林下植物生长速率的影响

不同郁闭度条件下，槐树人工林林下植物生长速率情况如表2所示。

表2 不同郁闭度下林下植物生长速率

从表中可以看出：1）随着郁闭度的增加，从幼龄林到近熟林，野草的生长速率显著下降，从2.5 cm·月-1降至0.8 cm·月-1。此种下降趋势在灌木类植物中也显著，生长速率从1.8 cm·月-1降至0.9 cm·月-1。说明较高的郁闭度限制了光照到达地面的程度，进而影响了对光照依赖较大的植物的生长。2）撂荒地作为对照组，其植物生长速率普遍高于人工林地，这可能是由于撂荒地上植物间的竞争较小，光照条件更好。撂荒地中，野草和灌木的生长速率分别为2.7 cm·月-1和1.9 cm·月-1，高于人工林地中的相应数据。3）通过SPSS 25.0进行的描述性统计分析显示，不同郁闭度条件下生长速率的标准差反映出数据的波动程度，此种波动可能与个体植物间的生长差异、环境因素的变化或测量误差有关。

由此可得出结论，陕北地区刺槐人工林的林冠郁闭度对林下植物的生长速率有显著影响。光照需求较高的植物（如野草和灌木）在高郁闭度条件下的生长速率显著降低，而耐阴植物（如蕨类）则显示出更好的适应性。

2.2 郁闭度对林下植物生物量的影响

不同郁闭度条件下，槐树人工林林下植物生长量情况如表3所示。

表3 不同郁闭度下林下植物生长量

从表中可以看出：1）随着郁闭度的增加，野草和灌木的生物量呈下降趋势。在幼龄林中，野草的生物量为150.34 g·m-2，而在近熟林中降至68.29 g·m-2；灌木类植物的生物量从120.21 g·m-2降至75.44 g·m-2。均反映出较高的郁闭度限制了光照量，从而影响了植物生物量的积累。2）耐阴的蕨类植物在不同郁闭度下表现出相对稳定的生物量，从80.47 g·m-2略增至83.55 g·m-2。表明蕨类植物对光照变化的适应性更强。3）撂荒地上的植物生物量普遍高于人工林地，说明撂荒地上的光照条件和竞争压力对植物生长更为有利。

由此可得出结论，在陕北地区刺槐人工林中，林冠郁闭度对林下植物生物量有显著影响。对于光照需求较高的植物如野草和灌木，郁闭度的增加显著减少了它们的生物量积累；而对于耐阴的蕨类植物，其生物量在不同郁闭度条件下保持相对稳定。

2.3 郁闭度对林下植物形态特征的影响

不同郁闭度条件下，槐树人工林林下植物形态特征情况如表4所示。

表4 不同郁闭度下林下植物形态特征

从表中可以看出：1）随着郁闭度的增加，从幼龄林到近熟林，植物的平均高度和茎粗普遍呈下降趋势。在幼龄林中，野草的平均高度为35.26 cm，而在近熟林中降至24.89 cm；灌木类植物的平均高度从57.34 cm 降至42.67 cm。可能是由于光照不足导致植物生长受限。2）叶片大小也受郁闭度影响。在幼龄林中，野草和灌木的叶片较大，分别为14.56 cm2和22.47 cm2，而在近熟林中，这些值降至9.73 cm2和16.32 cm2。说明在光照较少的环境中，植物可能通过减小叶片面积以降低光合作用所需的光照。3）耐阴的蕨类植物在不同郁闭度下的高度和叶片大小变化较小，表明其适应性更强。

由此可知，在陕北地区刺槐人工林中，林冠郁闭度对林下植物的形态特征有显著影响。具体来说，随着郁闭度的增加，植物的平均高度、茎粗和叶片大小普遍呈下降趋势。此趋势在对光照需求较高的野草和灌木类植物中尤为明显，而耐阴的蕨类植物则表现出更好的适应性，其形态特征在不同郁闭度条件下的变化较小。说明在较高郁闭度条件下，光照的限制导致了植物生长受阻，特别是对于部分依赖较多光照的植物种类。

3 结论与建议

3.1 结论

研究了陕北地区刺槐人工林林冠郁闭度对林下植物生长特性的影响，通过对不同郁闭度条件下植物生长速率、生物量及形态特征的综合分析，得出以下结论。

1）林冠郁闭度与生长速率。林冠郁闭度对林下植物的生长速率有显著影响。在光照需求较高的植物种类如野草和灌木中，随着郁闭度的增加，其生长速率显著降低。此现象说明，光照量的减少直接限制了这些植物的光合作用能力和生长潜力；相反，耐阴植物如蕨类在不同郁闭度条件下表现出较强的适应性，其生长速率变化不大。

2）林冠郁闭度与生物量积累。林冠郁闭度对林下植物生物量的显著影响。光照需求较高的植物在郁闭度较高的环境中，其生物量积累显著减少。原因在于光照不足导致植物自身光合作用效率明显降低。而耐阴植物的生物量在不同郁闭度条件下保持相对稳定，表明此类植物能够更好地适应低光照条件。

3）林冠郁闭度与植物形态特征。随着郁闭度的增加，植物的平均高度、茎粗和叶片大小普遍呈现下降趋势。此趋势在对光照需求较高的野草和灌木类植物中尤为明显，而耐阴植物的形态特征变化较小。说明在较高郁闭度条件下，光照的限制对植物生长形态造成了明显的影响，特别是对那些依赖更多光照的植物种类。

3.2 建议

本研究的发现揭示了陕北地区刺槐人工林中林冠郁闭度对林下植物生长特性的重要影响，可为林业管理和生态保护措施的制定提供参考。1）强调了光照在林下植物生长中的重要作用。由于刺槐人工林的林冠郁闭度直接影响光照量，因此林下对光照敏感的植物种类，如野草和灌木，在高郁闭度条件下生长受限。2）耐阴植物在高郁闭度环境中表现出的适应性，揭示了在林下植物多样性和生态系统稳定性管理中应考虑植物种类的光照需求。3）观察到的植物高度、茎粗和叶片大小的减少等植物形态特征变化，进一步说明了林冠郁闭度如何影响植物的形态适应策略。

据此建议，后期陕北地区在进行槐树人工林管理时，需充分考虑高郁闭度对光照敏感植物生长速率和生物量的负面影响，定期（6 个月左右）进行适度的间伐和修剪，以增加林下光照。通过调节林木密度和树冠结构，改善林下的光照条件，从而支持更多光照敏感植物的生长。同时在高郁闭度区域，应引入和种植更多耐阴植物，如蕨类和某些灌木种类，此类植物能够在低光照条件下生长良好，有助于提高林下生物多样性，并维持生态系统的健康和稳定。并建议建立长期的监测系统，定期评估林冠郁闭度对林下植物群落的影响。根据监测结果调整林业管理策略，以适应不断变化的环境条件和植物生长需求。此外，针对退化或破坏较严重的区域，可通过生态恢复项目促进植物多样性的恢复。例如，通过种植本地耐阴植物和其他适应当地环境的物种，恢复和增强林下生态系统的自然功能。本研究结果可为陕北地区刺槐人工林发展提供数据参考，助力实现刺槐人工林及林下植物群落的和谐和可持续发展，在提高林地的生态价值的同时，为当地社区带来更大的经济效益和环境利益。