[发明专利]一种确定林窗大小下限的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种林学与生态学中林窗大小下限（最小值）的确定方法。 

背景技术

1947年英国生态学家Watt首次提出了林窗（forest gap）这一概念，为森林循环理论的提出建立了基础。自此，森林更新演替研究翻开了崭新一页，国内外围绕林窗特征及林窗内植被变化情况开展了大量研究。林窗是森林受到小尺度干扰后，建群树种死亡、倒伏形成的林间隙地。林窗形成后，通过改变光量、光质分布，使林窗内部环境发生改变，进而影响林窗内资源的分配格局，使林下植被获得同原有优势植被竞争的机会，促进森林的更新演替。林窗的大小、形状、边缘木高度等被认为是影响林窗更新的主要特征要素；其中，林窗的大小是评价林窗环境异质性和资源分配的最重要指标。由于森林生态系统的复杂性和多样性，如何从林窗大小角度区分林窗与林下环境，已成为林窗研究领域的难题。不同研究者所设定的林窗大小下限不同，第一种方法：如，臧润国等（1984）设定林窗大小下限为4m²，并认为当面积<4m²，很难将林窗和林分内枝叶间隙区出来；类似的林窗大小下限阈值还被设定为10m²（Nakashizuka,1984），20m²（Brokaw,1982），25m²（Veblen,1985）。第二种方法：部分学者依据树冠大小设定林窗大小下限为1株建群树种的树冠面积（Gysel,1951;Romme and Martin,1982;White et al.,1985），这种设定方法是基于“林窗至少是由一株建群乔木倒伏产生的”理念。第一种设定方法是人为设定的界限，很显然，不能反映林窗与林分的本质区别；第二种设定方式没有考虑由单株树木形成的林窗在闭合前是否仍是林窗的问题（因为按照第二种设定林窗下限的方法，单株树产生的林窗只有产生的一瞬间是林窗，随着树木生长，空隙大小<1个树冠面积）。 

根据Brokaw(1982)对林窗“洞”的定义，林窗在重新闭合成与周围相同的林分时需要满足的条件是：林窗内更新的植被进入林冠层（林窗内更新的建群 树种平均高度达到原有建群种冠层厚度的下限），或林窗边缘木枝叶向林窗内部侧向生长，形成与原有森林具有相似的结构。如果未能形成与原有森林具有相似的结构，即可认为林窗存在或林窗未闭合。 

林窗与林分本质的区别在于：理想状态下，由于树木的遮蔽，林分内的植被不会受到太阳光的直接照射；而树木死亡、倒伏形成的林窗，在林窗闭合前，太阳光能够直射到林窗内植被上，进而影响物种更新、演替，如果太阳光不能直接照射到林窗内的植被，则认为该空隙不属于林窗。因此，林窗大小的下限不应根据林窗产生时的情况判定（单株树木形成的林窗），而应考虑林窗闭合的过程，即闭合时林窗大小的最小值为林窗大小的下限。一般认为，林窗闭合时存在二种机制：（1）林窗内更新的建群树种进入林冠层时，完成林窗闭合，这个过程伴随着林窗边缘木向林窗内部侧向扩展；（2）林窗内无建群树种更新或建群树种更新不成功，林窗闭合仅仅靠林窗边缘木向林窗内部侧向扩展，林窗面积减小到太阳光无法直射到林窗内的植被时，完成林窗闭合。 

在考虑理想状态下林窗大小的下限时，实际上只有第一种机制与林窗大小的下限有关，即林窗内更新的建群树种即将进入林冠层，且林窗侧向扩展即将使太阳光无法直射到林窗内的植被时，可认为林窗闭合。此时太阳光直接照射恰好还能够影响到林窗内的更新植被；由于此时林窗内植被高度接近林冠层（下一时刻林窗内更新的建群树种进入林冠层，完成林窗闭合），所以太阳光直接照射范围最小，这个时刻的林窗大小应为林窗大小的最小值，即林窗大小下限。本发明将此时林窗的直径定义为林窗最小直径。因此，根据森林冠层厚度（即建群树种高度和理想状态下林窗闭合时更新的建群树种高度的差值）计算其光学最小投影，得到林窗最小直径。由于世界范围内不同森林群落的差异巨大，采用最小直径与林窗边缘木平均高度的比值能够更好的表征林窗的大小，反映林窗与林分的区别，即林窗大小的下限。 

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种可用于准确表征林窗大 小的特征参数，使林窗大小的下限能够客观、定量确定成为可能，为世界不同地域林窗研究提供统一、可比的标准，彻底改变林窗研究领域对林窗下限定义的混乱局面。 

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种确定林窗大小下限的方法，包括以下步骤： 

测量并计算目标区域植被建群树种的平均冠层厚度；