郁闭度及其测定方法郁闭度及其测定方法 2010-05-21 16：24郁闭度及其测定方法郁闭度是森 林资源调查中的一个重要调查因子 , 也 是一个反映森林结构和森林环境的重要 因子。在森林经营管理中 , 郁闭度作为 小班区划、确定抚育采伐强度的重要指 标 , 并成为通过遥感图像进行森林蓄积 量估测不可或缺的因子。郁闭度也是判 定森林的重要因子 , 我国森林资源规 划设计调查主要技术规定中规定有林 地的技术标准为郁闭度 0.2 以上( 包括 0. 2),FAO 对森林的定义也要求郁闭度大 于 10%, 森林的判定需要更为准确的郁闭度 测定。然而 , 长期以来 , 郁闭度的基 本内涵与调查方法却没有受到足够的重视 , 存在着概念模糊、测定方法粗放等问 题 , 不能满足林业生产与生态建设的需要 。 郁闭度是描述森林生态系统的状态与环境指标的最重要的特征之一。近年来 , 与 郁闭度及其测定方法研究与应用相关的森林经营管理与生态研究不断深入 , 郁闭 度也受到更多的关注与重视。郁闭度在水土流失、水源涵养、林分质量评 价、 森林景观建设等方面得到广泛的应用 , 并应用于林中光照研究、幼苗形态 与解 剖的影响、与溪流温度相关的森林经营管理、反映垂直和水平森林结构的 林冠 多样性指数、与野生动植物生境相关的森林经营管理如在斑点猫头鹰、鹟 鸟栖 息的森林管理等方面。同时 ,随着研究和应用的深入 , 对于郁闭度概念的认 识、 调查方法与仪器等的研究也在不断地完善和发展。但是 , 国内对郁闭度的 基本 内涵、测定方法与仪器等方面的研究报道甚少 , 在一定程度上制约了林业 生产 与生态研究的发展。 郁闭度是反映林分结构和密度的重要指标。由于应用领域与目的不同 , 与郁闭 度相近或相似的概念很多 ,但概念的内涵并不明确 , 在某些情况下会造成混淆甚 至错误。在林学与生态中 , 从用途与调查方式上来看 ,与郁闭度相关的概念主要 有盖度 (coverage) 、透光孔隙度 (canopy openness) 、林冠密度 (canopy density)、林冠开阔度(canopy openness)等。林冠的投影面积与林地面积之比称 为郁闭度 , 其可以反映树冠的 闭锁程度和树木利用生活空间的程度。由于树冠 重叠 , 调查时要注意到林冠的 投影面积并不总是等于林分中树冠的投影面积之 和。传统上郁闭度用十分法表 示, 由于其应用范围的扩大和对于准确性要求的增 加 ,郁闭度表示时可保留两位 小数, 也可以用百分数表示。盖度, 是指植物地上部分垂直投影面积占样地面积的百分比 ,即投影盖度。投影 盖度通常不扣除枝叶间的太阳斑点或空隙。盖度大小 , 决定于植株的生物学特 性, 如植株形态、叶面积等。盖度可分为种盖度、层盖度与总盖度。林分郁闭 度 在应用中常常与灌草盖度相混淆 , 主要是由于把郁闭度定义为林冠垂直投影 与 林地面积的比例 , 与灌草盖度的定义相一致 , 并形成了对于林冠称为郁闭度 , 对 于灌草称为盖度的说法。透光孔隙度 , 其定义来源于林带透光疏透度 , 是把透光疏透度变换 90来考虑 的 , 用来表征林分内空隙在垂直方向上分布的特征量 , 是林分垂直结构的重要指 标 , 定义为在林分内一定高度以上 , 单位空间林分未被林分要素 ( 树干、枝、叶 及 林分内其他植物等 ) 所遮挡空间量的比率。 林冠密度是另一个反映林分密度 的指标。 Teti 等定义为规定的天空范围内被植 被遮蔽的天空比例 , 与 Bunnell 等使用的平均树冠完满度 (mean crown completeness) 具有同等涵义。朱教君等 则认为是林冠郁闭度的同义词。 林冠开阔度 , 指当从林地一点向上仰视 , 未被 树木枝体所遮挡的天空球面的比例 , 经常用于生态学文献中 , 林冠开阔度 =1- 林 冠郁闭度。林冠开阔度实际上是林分透光孔隙度的同义语。 郁闭度本指林分中 林冠的郁闭程度。由于在现实调查中 , 常用林冠的投影面积 与林地面积之比来 确定 , 便由此定义了郁闭度的概念。概念应当能够准确反映 其本质属性 , 并具 有一定的内涵和外延。用林冠投影面积与林地面积之比来定 义郁闭度 ,其实是用 调查方法来定义的 , 只是部分反映了森林的郁闭程度 ,掩盖 了其固有的其他属 性。概念是随着主、客观条件的变化、应用的不断深入 , 以 及调查方法的发展 而发展的。 Jennings 等把郁闭度定义为从林地一点向上仰视 , 被树木枝体所遮 挡的天空球面的比例 , 为很多学者所接受 , 并把郁闭度 (canopy closure) 与林冠 盖度 (canopy cover) 区分开, 认为林分郁闭度受林分高度的影响 , 而林冠盖度不 受树高的影响。Fiala等也根据观测视角的不同，划分为林冠盖度(canopy cover) 与垂直林冠盖度 (vertical canopycover)2 类， 但如果与生态上的盖度联系起来 ， 则更容易引起误解。 综上所述 ，郁 闭度及其相关的概念很多 ， 在使用中容易引起误解与歧义 ，需要明 确郁闭度的概 念与内涵。用林冠的投影面积定义的郁闭度 ， 在应用中已广泛接 受， 同时这个概 念也反映了林冠的郁闭程度 ， 把它称为林冠盖度并与郁闭度截然 分开是不适合 的 ，也难以得到普遍理解与应用。为便于理解与减少歧义 ， 建议将 生产中广泛应 用的郁闭度称为垂直郁闭度 ， 而从林地一点向上仰视所得到的郁 闭度称为点郁 闭度。垂直郁闭度与点郁闭度分别是林冠在地面上的垂直投影与 过某点的中心 投影所形成。垂直郁闭度与点郁闭度都是林分郁闭程度的反映 ， 同时也都是一种 测定方法 ， 既继承了传统上对郁闭度的定义 ， 也便于在应用与测 定上进行区 分。生物多样性可用不同的多样性指数来反映 ， 盖度也可分为投影 盖度与基盖 度 , 郁闭度从不同的角度来定义与测定也是可行的。 郁闭度的测定方法在林业 与生态应用中 , 发展和形成了很多的郁闭度调查方法 与仪器。实践中由于概念 上的混乱 , 很多研究中没有区分垂直郁闭度与点郁闭 度,甚至有些只是应用调查 结果而没有说明调查方法。国内郁闭度的调查大多 是目测或用样点法测定 ,缺少 相应的调查仪器 ,其结果不仅数据的一致性差 , 同 时也缺乏必要的精确度与准 确度。目前 ,国外已形成较为成熟的调查方法 , 并有 多种仪器可供选择与应用 , 能满足一定的精度与准确度要求。 目测法：目测法是测定林冠郁闭度的常用方 法 ,是最为迅速简便的方法 , 但受主 观因素影响大 , 误差也较大 , 同时也受地 形、地貌、下层植被的影响。森林经营 中经常使用这种方法 ,调查结果用于经营 决策 , 不需要较高准确性 ,也不具有可 比性, 调查结果的重复性差 ,同一地点受 不同天气的影响 ,测定值会存在很大差 异。在进行目测调查前要进行训练 , 目测 精度满足要求时才可开展调查。目测 由于受主观因素影响大 , 通常要由有经验 的人员进行。在国家林业局 2003 年颁 布的森林资源规划设计调查主要技术规 定中指出 ,有林地小班 ,可以通过目 测确定各林层林冠对地面的覆盖程度 , 但 强调有经验的调查人员才能够应用目 测法。目测法仅能满足郁闭度十分法表示 的精度 , 更为准确的调查则需要其他 方法。 树冠投影法：树冠投影法是一种调查郁闭度较为准确的方法。调查时先将林木 定位, 然后从几个方位测量各株树的树冠边缘到树干的水平距离 ,按一定比例将 树冠投影标绘在图纸上 , 最后从图纸上计算树冠投影总面积与林地面积的比值 得到郁闭度。树冠投影法测定林分郁闭度常用于生态研究或需要较准确地测定 郁闭度时,但由于树冠的投影大小也是依靠人眼来判断 ,存在着主观性 ,且在有 些 林分中存在着树冠重叠使投影难以判断 , 也不能考虑到树冠内的空隙影响。 调 查时需要多人同时工作 ,绘图与计算也很麻烦 ,费工费时 , 不适合大范围的森 林 调查需要。样线法：样线法既可用于调查林冠郁闭度 , 也可用来调查灌草盖度。调查时按 下述公式计算： 郁闭度=树冠冠幅总长 /二对角线总长。 但这种方法考虑的是整个树冠 , 而没有考虑到树冠内的空隙对郁闭度的影响。 在矩形样地中 , 样线按对角线布设。而在圆形样地中 ,可以样地中心为起点 , 从 正北方向开始 , 按方位角 0,120,240布设3条样线。样线法被认为是估计 垂 直郁闭度的最可靠的方法 , 可与通过遥感影像进行的郁闭度估测进行直接比 较。样点法：样点法是估算林分郁闭度方法简单、快速实用的方法 , 在林分郁闭度 调查中广泛应用。一般情况下采用系统抽样方法 ,在样地内设置样点 , 判断样点 是否为树冠遮盖 ,统计被遮盖样点数 , 即可算出郁闭度：郁闭度 =被树冠遮盖的 样点数/ 样点总数。但系统抽样会出现严重的偏差 , 特别是对规则分布的人工林 , 在这种情况下 , 随机抽样要优于系统抽样。同时 , 由于树冠与林冠空隙的空间 自相关特征 , 系统或团状抽样中 ,要使样点间的距离大于林中主要空间特征 （如 树冠、空隙、林中空地 ）的大小。在用样点法进行调查时 , 为减少样点数量以 提 高效率 , 可通过线截抽样 （ line transect sampling ） 的方法来进行样点设置。 根据样地大小与调查精度来设置样线长度 与样点数量 , 样线可根据样地的大小 与形状设计为直线、三角形与菱形。在林 业调查中 , 常常在样地两条对角线上 设置样点进行调查。样点数依精度要求根 据样点所代表的面积而定 , 少的可为 4 个点 , 多的达 250 个点。样点法根据应用调 查仪器与否以及仪器种类可分为多 种。抬头望法：样点法中 , 不应用调查仪器且应用最为广泛郁闭度及其测定方法研 究与应用的是抬头望法。通常是在样地内按一定水平间距系统布设样点 , 在每 个样点垂直仰望树冠 ,最后将所有被树冠遮蔽的样点数除以样点总数 , 就得到林 分的郁闭度。由于人体颈部构造与人眼视觉的影响 , 观测者很难垂直抬头观测 , 并且抬头所看到的不是一个点而是一个区域 , 无论怎样努力保持窄的视角 , 抬头 望法都有较大的面积与较宽的视角 , 观测中具有很大的主观性 ,会产生较大的量 测偏差。观测管法：为了减少抬头望法测量偏差的发生 , 相应的观测仪器应运而生。观 测管 （sighting tube） 有时也称为 densitometers, 是一个管状的仪器 , 在顶端安 装了十字丝 , 有 些还安装了水准气泡与 45的反光镜, 以使头部保持水平并得 到垂直的视线。 相似的仪器还有 vertical tube（ 垂直管 ） 和 gimbal sight（ 平 衡环瞄准器 ）等。用观测管法调查郁闭度简便、快捷 , 是调查郁闭度的 常用仪 器，但对精确调查需要的样点数存在着争议，Ganey和Block认为调查样地的20 个样点就能满足要求 ,Jennings 等则认为至少要 100 个样点 , 而 Rautiainen 等 认为要得到相对稳定的结果需要 250 个左右的样点。观测管调查可以获得大 量 的森林信息 ， 既可以反映样地在水平与垂直方向上的多样性 ，也可以反映物种 组 成、大小与林冠结构以及地面状况和灌木与草本覆盖等非林木特征。 Moosehorn 法： Moosehorn 是一种改进的郁闭度观测仪器 ， 由于其外形与狩猎驼 鹿的一种 工具相似 ， 因而得名。这种仪器在加拿大应用广泛。仪器上部有一透 明屏， 在透 明屏上布设均匀分布网格点 ，通过透明屏能够显示出林冠 ， 并能计数 出遮蔽林冠 的点数。仪器上安置了水准气泡以使仪器保持垂直 ， 也有的仪器安 装了 45的 反光镜与瞄准孔以使观测者头部水平。透明屏网格中心点是垂直投 影的， 其他点 的视角取决于仪器的结构。通过观测管得到的是垂直样点 ， 而通过 Moosehorn 观测的则是有一定视角的林冠区域。但由于视角的原因 ,用 Mo