森林遮荫挡雨的本领有多强,看郁闭度就知道

如何形容一片森林的茂密?你或许会想出一连串的词,枝繁叶茂、密密匝匝、亭亭如盖、遮天蔽日……但我们也可以用定量指标把森林茂密程度更精确地表示出来,其中一个指标就是郁闭度。郁闭度是森林资源调查中的一个重要因子, 它能反映森林结构和森林环境,在林分质量评价、森林景观建设、水土流失治理等方面有着广泛的应用。今天的文章要介绍以下问题:

  • 郁闭度是什么?如何测量?
  • 郁闭度的大小对环境有哪些影响?
  • 郁闭度在实际中如何应用?

 一、郁闭度是什么?
① 定义郁闭度(canopy closure extent ),指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度,常表示为林冠垂直投影面积与林地面积之比,写成十分数,如0.6、0.8,树冠完全覆盖地面为1。(“冠”本意指帽子,林冠可以通俗的理解为“森林的帽子”,指的就是森林中树木上部着生的全部枝叶的总和)

②相近概念辨析和郁闭度类似的概念是植被覆盖度,植被覆盖度是植被的垂直投影面积和地面面积之比,一般用于灌木草本植物。

③ 测定方法测定郁闭度的方法有很多,传统的包括目测法、投影法、测线法和样点样线法等,较为费时费力。随着数字成像技术的发展,通过数码相片测定郁闭度成为一种高效且精确的手段。

对于大面积的郁闭度调查, 还可以通过遥感图像进行估测。

二、郁闭度的作用  


林冠层是森林中由乔木的枝叶连成的层,位于森林结构最上层,是森林与外界进行物质和能量交换的界面,通过遮荫、截留降水等作用影响着森林的环境。 

① 遮荫作用(削弱太阳辐射和光照)
枝叶稠密的林冠像一把遮阳伞,能够削弱太阳辐射和光照。当太阳辐射达到森林上部时,大约10%的能量被反射,80%左右的能量被各林层吸收,最后到达林地上的能量只有5%左右。林冠对光照的削弱也很明显,相比林外,林内的日照时数减少30%~70%,光照强度减弱31%~92%。
林冠郁闭度越大,对太阳辐射和光照的削弱越强;林冠层结构复杂、层次越多,削弱作用也越强。

② 截留降水 除了遮荫,林冠还能拦住降水。大气降水进入森林,首先会被林木的枝叶拦截、蒸发损耗,这就是林冠的截留作用。林冠截留率(即截留量占降水量的比例)主要受林冠郁闭度和降雨量的影响。一般郁闭度越大、降雨量越少,截留率越大,甚至可以达到 100%。

③ 减弱风速
林冠粗糙起伏,还能够减弱林中的风速。林冠郁闭度越大,对林中风速的减弱程度越强。

④ 蒸腾作用。林冠表面(主要是叶子)会发生蒸腾作用,将植物从土壤中吸收的水分,以水蒸气的形式通过气孔散失到空气中,这一过程会吸收热量,增加空气中的水汽。林冠郁闭度越大,意味着能够进行蒸腾作用的叶片越多。

三、郁闭度大小的影响及相关应用

① 郁闭度如何影响森林小气候?
在森林的作用下,森林空间中形成了和外界大气候不同的气候条件。随着郁闭度增大,森林里的气温、相对湿度会如何变化?
白天气温降低,气温日变化减小。因为郁闭度大,林冠削弱的太阳辐射多,林中获得的热量就少,再加上林冠蒸腾作用吸热增多,都会导致白天气温降低,气温日变化减小。
白天的相对湿度会增大。由于郁闭度大,林内风速及乱流交换较弱,植物蒸腾和土壤蒸发出来的水蒸气会更容易停滞在近地面空气中;同时,郁闭度大使白天气温低,空气能容纳的水汽量更少,因此林中的相对湿度会增大。

郁闭度大的森林里,更容易出现云雾缭绕的美景 


② 郁闭度越大,越不容易发生森林火灾
郁闭度大的林内,气温低,湿度大,可燃物含水量高,且由于光照少,地表杂草生长不良,细小可燃物较少,所以一般不易发生林火。
反之,郁闭度小的林内,气温高,湿度小,可燃的杂草多,更容易形成火灾,而且林内风速大,火灾会更快地蔓延,因此防火重点应在林窗、林缘、疏林、未成林造林地和荒山这些郁闭度小的地方。

③ 郁闭度增大,地表径流和土壤侵蚀量均减小。
郁闭度大,林冠层的截留作用使得直接落入地面的降水减少,地表径流也减少。同时,也使得雨滴对土壤表层的溅蚀作用减弱,避免土壤板结,增加土壤下渗,进一步减小地表径流。地表径流减少,对土壤的冲蚀作用减弱,因此土壤侵蚀量也减小。
因此,郁闭度增大对于调蓄洪水、防治水土流失具有重要作用。

④ 郁闭度大小如何影响林下植物的生长发育?
郁闭度影响林内的光环境、土壤水分、土壤温度,改变了林内的生态条件和小气候,从而影响林下植物生长发育。研究表明适当遮荫有利于苗木的生长,而过强的光照或弱光都不利于苗木的生长。因此在林下种植中,找到适当的森林郁闭度就很关键了。
以山茶种植为例,山茶喜温暖、湿润和半阴环境,有实验证明,0.5的森林郁闭度更适合山茶的生长。

林下种植山茶


四、来做题吧

一、森林巨大的水文生态作用,早已为国外的大量观测与研究所证实。森林郁闭度是指林地内树冠的垂直投影面积与林地面积之比。森林对降雪的截留作用主要受郁闭度和林分因子(树高、胸径、林龄、密度等)的影响。积雪融化速度主要与气温、降水和风速有关,不同林型内有较大差异。下图示意小兴安岭林区条件相近的某区域不同森林类型积雪-融雪过程。与云冷杉常绿原始林相比,落叶松人工林的水文生态效益较低。据此完成下列各题。

 

1.与落叶松人工林相比,3月15日前云冷杉常绿原始林内积雪薄的原因最可能是(单选)

  • A. 风速较大
  • B. 郁闭度大
  • C. 气温较高
  • D. 降雪较少

2.4月10日起,林外空地又有一次积雪过程。分析原因最可能的是(单选)

  • A. 冷锋带来的一次降雪
  • B. 暖锋带来的一次降雪
  • C. 林内有降雪,林外无降雪
  • D. 林外融雪较慢

3.据图文信息分析,落叶松人工林的水文生态效益较低主要由于落叶松人工林可使(单选)

  • A. 春季融雪量降低
  • B. 河流汛期推迟
  • C. 融雪时长较长
  • D. 融雪速度较快

【答案】1.B
与林外空地相比,林区森林郁闭度大,对降雪的截留作用明显,因此积雪薄,故B正确。材料中“条件相近的某区域不同森林类型”说明林内与林外空地气温、降水和风速相差不大,排除A、D、C,故选B。
2.A
根据图示,4月10日起,林外空地又有一次积雪过程,说明该地有降雪出现。积雪时间自4月10日持续到4月20日,在4月15日积雪厚度峰值之后又持续了一段时间,说明该时段内气温较低,应为冷锋过境带来的大风、降温、降雪导致的,故选A。
3.D
为了比较融雪量,观察积雪厚度的最大值,发现人工林大于原始林,说明人工林的积雪更多,春季的融雪量也会更多,故A错误。人工林积雪比原始林厚,是因为人工林郁闭度较低,对降雪的截留作用较差,导致林中的降雪更多。
再比较融雪速度,即春季积雪厚度下降的快慢,发现人工林融雪比原始林快,这会使融雪时间缩短,河流汛期提前,因此人工林生态效益低,故D正确,BC错误。由材料可知,积雪融化速度主要与气温、降水和风速有关,人工林郁闭度较小,气温高,风速大,因此融雪速度更快。


二、林冠层是森林生态系统生态水文功能的主导者,林冠对降雨的分配是森林水循环的重要环节,林冠截留是森林对降水第一次阻截和分配,其截留作用在雨水利用及水土保持方面有显著的积极作用。图1,图2示意太行山区某地区苹果、核桃、樱桃和杏树四种经济林林冠降雨截留量及其比例。据此完成下面各题。

4.图示四种经济林林冠截留降雨的主要特征是 

①截留量总体随降雨量增加而增加
②截留量总体随降雨量增加而减少
③截留量比例总体随降雨量先增后减
④截留量比例总体随降雨量先减后增 

A.①③  B.②④  C.①②  D.③④ 

5.林冠截留量占比呈现减少趋势,一般出现在

 A.林冠层持水未饱和前
B.降雨量小于45mm前
C.截留量比例大于25%后
D.林冠层持水饱和后 

6.与核桃、杏树、苹果三种果树相比,樱桃截留量大,可能得益于樱桃 

①树冠幅小,枝叶稀疏
②树冠幅大,枝叶密实
③林冠结构紧凑,郁闭度大
④林冠结构松散,郁闭度小 

A.①③  B.②④  C.②③  D.①④


【答案】
4.A
据图1可知,四种经济林林冠截留量总体随降雨量增加而增加,①正确,②错误。据图2可知,截留量比例总体随降雨量先增后减,③正确,④错误。故选A。
5.D
由图2,在雨量大约为14mm的降雨条件下,4种经济林的林冠截留量占比达到最大值(分别大约为28%,25%,23%,21%),此后逐渐减小(除了苹果的截留量比例在45mm降雨量之后再次提高)。由此推测,林冠层持水量达到饱和后,林冠截留量占比呈现减少的趋势。D正确,ABC错误。故选D。
6.C
经济林截留量与郁闭度有关。与另外3种经济树种相比,樱桃树冠幅大、枝叶密实,林冠结构紧凑、郁闭度大,②③正确,C正确。故选C。



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