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林分郁閉度

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目錄

  • 1 什麼是郁閉度[1]
  • 2 郁閉度的分類[1]
  • 3 郁閉度的層次[2]
  • 4 郁閉度的測量[3]
  • 5 郁閉度的應用[4]
  • 6 參考文獻

什麼是郁閉度[1]

  郁閉度是指森林中喬木樹冠彼此相接,遮蔽地面的程度。亦即單位面積上立木樹冠投影面積之和與該面積之比值。用十分數表示,如完全覆蓋地面,即為1,依次為0.9、0.8、0.7、0.6……等。

郁閉度的分類[1]

  郁閉度有水平郁閉度和垂直郁閉度之分。

  水平郁閉度是指一個林層的郁閉度,同齡純林或單層林常構成水平郁閉度。

  垂直郁閉度是指二個及二個以上林層在垂直方向上產生的郁閉度,它只存在於復層林中。郁閉度常作為控制撫育採伐強度和擇伐、間伐強度的指標,也是區分有林地、疏林地、未成林造林地的主要指標。

郁閉度的層次[2]

  • 當林分郁閉度為1.0~0.9時,為高度郁閉;
  • 當林分郁閉度為0.8~0.7時為中度郁閉;
  • 當林分郁閉度為0.6~0.5時為弱度郁閉;
  • 當林分郁閉度為0.4~0.3時為極弱度郁閉;
  • 當林分郁閉度為<0.2時為疏林。

郁閉度的測量[3]

  郁閉度是森林資源調查的一個重要因數,同時也是立地劃分、林分類型劃分、小班區劃和林分質量評價等方面的主要指標,在森林公益效能研究與評價中有著廣泛的應用。準確地調查郁閉度,對提高森林調查質量和精度,具有重要意義。林業生產實踐與探索研究中,受調查人員技能、經驗、調查方法等方面的影響,林分郁閉度調查和測量精度存有一定的誤差。趙形堂等(1995)對樹冠投影法、系統樣點抬頭觀測法和郁閉度測定器法進行了比較試驗,結果表明:郁閉度測定器法測量精度最高,其測定相對誤差

為±3%,不同人員觀測的變動繫數在3%以下,測量效率是系統樣點抬頭觀測法的4倍。近年來,關於郁閉度測定方法的探討主要在徑節與冠幅數學模型、遙感判讀、數字圖像法等方面。李德民(1996)通過建立徑階冠幅面積曲線方程,估算了油松人工林郁閉度。杜文峰(1999)結合多年森林調查工作體會,就提高郁閉度調查精度,提出了提高調查人員素質、重視郁閉度調查、加快調查方法研究和綜合運用等建議。李崇貴(2001)根據最小二乘估計(LS)及嶺估計(R)原理,利用平均殘差平方和準則,在分析LS估計存在缺陷的基礎上,提出採用嶺估計建立郁閉度估測方程,具有較高的預報精度。譚炳香(2006)通過對兩種光譜特征空間降維方式的高光譜數據森林郁閉度估測進行了實驗和比較,推薦採用PCA-W33法來估測森林郁閉度。劉大偉(2006)以大興安嶺常青林場陸地衛星影像為例進行纓帽變換(Tasseled Cap),將變換後的濕度因數與森林郁閉度進行回歸分析,通過回歸方法建立線性方程,對遙感圖像進行反演以獲取林分郁閉度。杜曉明(2008)則採用偏最小二乘回歸方法估測林分郁閉度。孫雪文(2005)通過用數位相機垂直向上攝影,獲取林冠數字圖像,通過Arc ViewGIS的圖像自動重分類、概化

和圖形自動面積計算功能,換算出圖片中林冠層面積與整個圖片中面積之比的方法,準確測定林分郁閉度。此外,還有大量採用冠層分析儀獲取林冠全天空圖像估計林分郁閉度的應用研究(朱教君,2005;陳繼東,2007)。

  一、目測法

  目測法是有經驗的調查人員通過目測或者採用百步抬頭看的方式預估郁閉度的方法,是最為簡便、常用的方法。測量人員通過在小班或樣地內走動,直接估計郁閉度,直接目測法一般與百步抬頭法結合應用。百步抬頭法是指在百步內,通過在每步垂直仰望樹冠,記錄看到樹冠的步數,就得到林分的郁閉度(白雲慶,1987;孟憲宇,1996;Bunnell,1990;Vales,1988;Jennings,1999)。由於受主觀因素影響較大,具有相同調查經驗的不同調查員目測值也有可能存在誤差,同時也受地形、地貌、下層植被的影響。由於人體頸部構造與人眼視覺的影響,觀測者很難垂直抬頭觀測,並且抬頭所看到的不是一個點而是一個區域,無論怎樣努力保持窄的視角,抬頭望法都有較大的面積與較寬的視角,觀測中具有很大的主觀性,會產生較大的量測偏差(Bunnell,1990)。在進行目測調查前需對調查員進行指定訓練,目測精度滿足要求時方可開展調查,且目測法僅能滿足郁閉度十分法表示的精度。

  二、繪圖法

  調查時將林木定位後,從幾個固定方位測量每株樹冠邊緣到樹幹的水平距離,繪製樹冠投影,計算樹冠投影總面積與林地面積的比值得到郁閉度。樹冠投影法是一種調查郁閉度較為準確的方法,常用於科學研究或需較準確測定郁閉度。標準地繪樹冠投影圖,難度很大,且費工費時,且樹冠的投影大小也是依靠人眼來判斷,也存在主觀性,此外,林分中樹冠重疊使投影難以判斷,不能考慮到樹冠內的空隙影響(趙形堂,1995)。

  三、統計法

  採用系統抽樣方法,在樣地內設置樣點或樣線,通過統計所布設樣點或樣線中被林冠遮蔽的樣點或樣線所占總樣點或樣線總長的份額計算郁閉度(白雲慶,1987;孟憲宇,1996)。

  樣點法估算林分郁閉度方法簡單、快速實用,在林分郁閉度調查中被廣泛應用,其計算公式見式1。一般情況下系統抽樣會出現嚴重的偏差,特別是對規則分佈的人工林,隨機抽樣要優於系統抽樣(Joansson,1985)。系統或團狀抽樣中,樣點間距要大於林中主要空間特征(如樹冠、空隙、林中空地)的大小(Jennings,1999)。為減少樣點數量以提高效率,可通過線截抽樣(1ine transect sampling)的方法來進行樣點設置。在林業調查中,常常在樣地兩條對角線上設置樣點進行調查。樣點數依精度要求根據樣點所代表的面積而定,少的可為4個點,多的達250個點(趙彤堂,1995;Rautiainen,2005)。

  郁閉度=被樹冠遮蓋的樣點數/樣點總數(1)

  樣線法既可用於調查林冠郁閉度,也可用來調查灌草蓋度。在樣地內設置樣線,通過統計所布設樣線上冠幅總長度所占樣線總長度的份額計算郁閉度,計算公式見式2。根據樣地大小與調查精度來設置樣線長度數量,樣線可根據樣地的大小與形狀設計為直線、三角形、矩形和圓形(Stumpf,1993)。通常在矩形樣地中,樣線按對角線布設。在圓形樣地中,以中心為起點,從正北方向開始按方位角0°,120°,240°布設3條樣線(Fiala,2006)。

  郁閉度=樹冠遮蔽樣線總長/樣線總長度(2)

  樣線法考慮的是整個樹冠,而沒有考慮到樹冠內的空隙對郁閉度的影響,被認為是估計郁閉度最可靠的方法之一(Fiala,2006)。

  四、儀器觀測法

  (一)觀測管法

  觀測管是一個頂端安裝了十字絲的管狀儀器,用於縮小抬頭看法目視範圍,提高觀測的準確度。有的觀測管還安裝了水準氣泡與45°的反光鏡,將水平視角轉換成垂直視角,以降低觀測者的勞動強度,提高工作舒適度。相似的儀器還有垂直管(vertical tube)和平衡環瞄準器(gimbal sight)等(Jennings,1999;Fiala,2006;Joansson,1985)。

  觀測管法調查郁閉度簡便、快捷,但對精確調查需要的樣點數存在著較大爭議,Ganey和Block認為調查樣地內20個樣點就能滿足要求(Ganey,1994),Jennings則認為至少要100個樣點,而Rautiainen認為要得到相對穩定的結果需要250個左右的樣點(Rautiainen,2005)。

  (二)Moosehorn法

  Moosehorn是一種改進的郁閉度觀測儀器,由於其外形與狩獵駝鹿的一種工具相似而得名(Garrison,1949;Brown,2000)。在透明屏上布設均勻分佈的網格,通過透明屏能夠顯示出林冠,並能計數出遮蔽林冠的點數。儀器上安置了水準氣泡以使儀器保持垂直,有的儀器安裝了45°反光鏡,提供水平觀測視角,提高操作者的舒適度,降低勞動強度。

  通過觀測管得到的是垂直樣點,而Moosehorn則是有一定視角的林冠區域,但由於視角的原因,用Moosehorn測定的郁閉度要比通過照片測得的郁閉度低10%左右(Jennings,1999),測定結果比球面密度計的標準差小、一致性好(Cotton,1999)。

  (三)球面密度計法

  球面密度計(spherical densiometer)是一種價格便宜、設計簡單、便於攜帶、受環境限制少的郁閉度測定儀器。最早由Lemmon於1956年提出,其應用比Moosehom還要廣泛(Jennings,1999)。球面密度計主體為球形鏡面,鏡面上刻有24個格網,能夠反射較大的天空範圍。調查者根據每個格網上均勻分佈的4個點計數樹冠的影子遮蔽的點數,計算出郁閉度(Jennings,1999;Englund,2000;Vales,1988)。在測定時,使儀器在腰高位置保持水平,並要距離身體足夠遠,以避免頭部在儀器上成像(Englund,2000)。

  球面密度計方便攜帶、結實耐用,是單點測量可應用的最好方法,但是量測準確度並不高。通過三角架支撐,使儀器保持水平可提高準確度,但會大大降低操作便利性。凹形球面密度計由於反射的天空範圍較少,比凸形球面密度計的準確度要低(Jennings,1999)。顯示在球面上的樹幹是否記錄也對測定結果有影響(Ganey,1994)。球面密度計的視角較大,與視角較小的儀器如Moosehorn相比,往往過高地估計了郁閉度(Bunnell,1990;Cook,1995),但由於觀測的林冠面積大,精度也相應提高(Bunnell,1990)。

  (四)郁閉度測定器

  郁閉度測定器是根據球冠鏡聚影原理設計,由聚影鏡、計點盤和底盤3部分組成。計點盤上繪有16個方格和2套彩色點,100個黃色點用於測定鬱閑度百分數,10個紅色點用於測定十分法郁閉度。實際測定時,將測定器水平持於胸前,觀測點周圍的樹冠影像聚於計點盤上,計數樹冠影像所遮蔽點數,即為郁閉度測定值。

  郁閉度測定器計測簡捷、攜帶方便,減少了郁閉度調查中主觀因素的影響(趙彤堂,1995)。但在實踐生產和科學研究中,由於多方面因素沒有在森林資源調查中得到普及應用(杜文峰,1999)。

  (五)冠層分析儀法

  冠層分析儀主要用來測定葉面積指數,也可測定其他相關的林冠特征。冠層分析儀如IAI-2000、WinSCANOPY-2006等,主要由光合有效輻射探頭和數據處理系統組成(LI-COR,1992)。冠層分析儀在測定林冠郁閉度的相關研究中已有較多應用(Rautiainen,2005;Machado,1999;Comeau,1998;劉建,2005)。該法對天空條件要求比較嚴格,要求在均勻的陰天或早晚進行,要避免陽光直射,變幻的陰天由於天空不穩定要應用帶一定角度的鏡蓋。該類儀器昂貴且不便攜帶,因受應用約束條件較多,不適用於大範圍的森林郁閉度測定。

  五、數字圖像法

  數字圖像處理技術和電腦視覺技術以及相關軟體的發展,出現了通過獲取林冠圖像影像測定林分郁閉度的應用研究,也可用於測定林內光照環境與林冠開闊度。全天空照片廣泛應用於農業與林業氣象、植物生態的光管理研究中(Herbert,1987)。對於普通像片一般通過網點板計數天空與林冠的比例來估算林分郁閉度,也可經過掃描,採用林冠影像和天空影像的像素比例計算郁閉度,數位相片則可直接用於分析計算,冠層分析儀就應用了該原理和技術。Englund等認為不同的閾值會補償拍攝時的天空條件,操作者的判斷會影響後繼的分析,並會產生誤差(Englund,2000)。目前可用於林冠圖像處理的軟體有Photoshop,CanopOnProgram,Hemi-pho,LIAforWin32,ArvViewGIS,Win-phot,Solarcalc等(Englund,2000;孫雪文,2005;Valverde,1997)。通過數位照片測定林分郁閉度,外業工作簡便快捷,並可提高調查的精度,但是內業照片處理較為複雜,且林冠影像質量受天氣的影響較大。

  六、遙感圖像判讀法

  在航片上,通過樹冠密度尺(crown density scale)(Jennings,1999)或微細網點板進行郁閉度判讀(李裕國,1995)。也可根據樹冠影像顆粒的疏密程度和垂直能見度,用目估法判讀郁閉度(游先祥,2003)。用衛星圖像進行郁閉度調查,以地面調查解譯為基礎,利用與郁閉度相關性高的波段或變數,建立多元回歸模型來估測郁閉度(李崇貴,2001;譚炳香,2006)。多光譜數據經線性或非線性組合構成能反映綠色植物生長狀況及分佈特征的指數。根據植物的波譜反射曲線,綠色植物對可見光和近紅外譜段截然不同的吸收和反射特性是植被監測的物理基礎,可用於構造植被指數(李崇貴,2001)。通過航空像片或高解析度的衛星圖像進行判讀,實現了大面積的郁閉度調查。但該方法對操作人員的技能素質要求較高,且衛星圖像購買成本較高,一般在科學研究領域應用較多,成本費用和技術支撐兩個方面限制了該方法在生產實踐中的推廣普及。

  七、理論計演算法

  理論計演算法主要是通過大量的調查數據,建立林分中各徑階胸徑與冠幅的數學關係,求算林分郁閉度。對人工林,根據造林規格和樹冠半徑從理論上計算林分郁閉度,理論計演算法受立地條件、林齡、密度以及主觀因素影響較小。李德民(1996)通過建立徑階冠幅面積曲線方程,估算了油松人工林林分郁閉度。熊奎山(1999)提出根據造林規格和樹冠半徑長度計算相應的理論郁閉度值。Fiala(2006)利用單木模型FVS(Forest Vegetation Simula-tor)和樹冠半徑公式計算單株樹冠面積,再進行合計得到郁閉度的估計值,但通過與地面測定方法檢驗發現,模型估計方法一致性低、變動性大。理論計演算法對調查人員和計算人員的技能素質要求較高,作為一種方法的研究探討具有一定的科學意義,但在生產實踐中難以推廣。

郁閉度的應用[4]

  1.在森林資源統計上,根據郁閉度指標劃分地類。郁閉度0.1—0.19為疏林地,0.2( 含O.2) 以上為有林地。

  2.在撫育間伐上,根據郁閉度指標確定間伐的起始期和採伐強度。當林分郁閉度達0.9左右時,就可以進行首次間伐;在一般情況下,每次撫育間伐降低郁閉度不能超過0.2,並且保留木分佈均勻,間伐後郁閉度要在0.5—0.6以上。

  3.在林分改造上,郁閉度指標可以確定改造對象和改造措施。如《森林採伐更新規程》將郁閉度0.3的林分列為改造對象;對於郁閉度0.3—0.4的林分可根據實際情況採取全面改造法或林冠下造林改造法等;對於郁閉度0.5—O.7的林分可根據情況採取群團改造法或撫育補植改造法等。

  4.在主伐更新上,根據郁閉度指標可以確定主伐更新方式和控制採伐量。對於間伐,預備伐採伐後郁閉度就應降到0.6—0.7,如果林分平均郁閉度為0.5—O.6,則不應進行預備伐;受光伐伐後郁閉度保持在0.2—O.4之間。對於擇伐,經營擇伐伐後郁閉度保留0.5以上;採育擇伐伐後林分郁閉度保留0.4以上;粗放擇伐伐後郁閉度通常保留在0.5以上。

  5.在封山育林上,根據郁閉度指標確定封育對象。對郁閉度為0.4—0.6以上。樹種組成完全符合育林要求,並且分佈均勻,生長良好的林分可以進行封育。

  6.在幼林修枝上,郁閉度指標可以作為確定修枝時間和強度的依據。如楊樹造林後。一般情況下,除及時修去競爭枝外,待林分郁閉度達O.6以上時可進行第一次修枝,冠高比保留0.6左右,此後每隔一定時同進行一次修枝,每次以只修去一輪生枝為宜。如果林分郁閉度過大時,修枝強度也可以加大。以保持林內良好的衛生環境。對於杉木、落葉松,在幼林郁閉前一般不宜修枝,只是在林分充分郁閉,林冠下部出現枯枝時才開始修枝。

  7.在林農間種上,根據郁閉度指標可以確定間種年限和間作物種類。如間種農作物,一般林分郁閉度達到0.6時就應停止間種,如間種藥材,間種年限可以延長,間種人參,要求林分郁閉度在0.6 —O.8之間。

  8.在林業有害生物防治上,根據部閉度指標可以確定農藥使用方法和使用劑量。如林業有害生物發生面積大,被害林木集中成片,林分郁閉度在0.5以上,可考慮利用煙劑防治或飛機防治。

  9 .在森林防火上,在林內計劃火燒,郁閉度指標是選擇適宜火燒林必不可少的重要條件。一般在天然次生林和人工針葉純林內計劃火燒,要求林分郁閉度在O.6 以上。且沒有大片空地。

  10.在母樹林經營上.確定適宜的郁閉度指標可以提高種子質量和產量。據樺南其石頭河林場調查。長白落葉松母樹林郁閉度0.6的種子產量是鬱期度0.8的4.7倍,種子發芽率提高15%。選作母樹林的林分,郁閉度一般以0.5—O.6為宜,若林齡較小。也可在O.7 ,但林齡大的林分,郁閉度必須小些。

參考文獻

  1. 1.0 1.1 喬高才讓主編,牛繼榮,華永祥副主編,政協天祝藏族自治縣委員會編.經濟類 天祝百科知識.,2007.06.
  2. ↑ 江西省人民代表大會環境與資源保護委員會編.第一章 生態學基礎知識 江西生態 第六捲 生態知識手冊.江西出版集團,2007.12.
  3. ↑ 祁有祥,趙廷寧,楊建英著.第四章 椿分郁閉度數字圖像測量方法研究 若幹生態參數數字圖像測量方法的研究.中國林業出版社,2011.04.
  4. ↑ 相福,包桂和.淺談郁閉度指標在森林經營中的應用[J].南北橋,2009,(第1期).