黄土高原苹果树冠层结构变化与光分布规律研究_第一章绪论_11_18.pdfVIP

第一章 绪 论 1.1 研究目的及意义 陕西渭北黄土高原位居中国黄土高原中心地带，土层厚、海拔高、光照足、昼夜温 差大、土地面积广、工业污染少，是全国主要苹果产区中唯一符合最适宜区 7 项气象指 标的优生区[1-4]，该区生产的苹果以其果面清洁、腊质层厚、着色艳、硬度大、风味浓、 耐贮运、货架期长等特点，在国内外市场享有盛誉。苹果产业已成为陕西的特色经济支 柱产业。但是，现有果园大部分栽植密度过大，普遍存在树冠枝叶相互重叠遮荫、通风 透光性差等问题，造成产量下降、果实着色不良、品质降低、优质果率不高，已成为影 响苹果优质、高产、高效的主要制约因素[5-6]。渭北黄土高原地区推广苹果栽培管理“ 四 大”关键技术[7-9] “大改形、强拉枝、巧施肥、无公害”，其中的大改形、强拉枝就是解决 果园通风透光不良、优质果率低等问题。 植物的冠层结构是指地上部分物质的总数和组织结构，它包括植物的叶、茎、枝条、 花和果实等器官的大小、形状、方位及其在冠层上下位置的分布情况。植物的冠层结构 深刻地影响植物与环境的相互作用，由植物构成植被的冠层不仅直接影响植物和周围环 境的物质与能量交流，还能揭示植物对物理、化学或生物因子适应的策略和植物群落长 期演变过程的变化特征[10-12]。所以，测定和描述植物的冠层结构对理解植物许多生态过 程非常重要。合理的冠层结构有助于苹果树冠内光的合理分布，有助于提高产量、品质 和经济效益[13,14] 。光在苹果树冠层内的分布是由进入冠层的太阳直接辐射和天空散射辐 射经过植物体和地表面的多次透射、反射和吸收等一系列复杂的物理过程之后形成的， 如何精确、定量、快速有效地获得植物冠层结构特征指数，已成为研究热点[15-22] 。本研 究采用 Hemi-View 植物冠层半球影像系统测定和分析红富士苹果树冠层特性及其与光 照的关系，可为解决果园通风透光不良和高光效修剪提供科学依据。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 树木冠层研究 林冠是由森林上部郁闭的枝叶和层内空气所组成，而林冠结构是指叶面积指数 (LAI) 、叶倾角、叶方位角、枝角及排列方位等在林冠内随高度变化的垂直分布，是树 木进行光合作用的主要场所，冠层特性与树木的生长密切相关[23-24] 。在很多森林健康监 测计划中，林冠都被列为一个重要的指标因素加以监测和测量[25-30] 。有关于树木冠层特 性的研究报道，大多从冠层的几个基本参数如叶面积、叶生物量等进行分析[31-37] 。陈高 等[24]通过样地调查对不同干扰方式产生的过伐天然林、次生白桦林和人工落叶松林等群 落的结构组成进行分析和分类探讨，并选取了林窗片断和叶面积指数两个能表示群落冠 1 层结构的指标进行分析。郭华等[12]用植物冠层半球影像系统分析测定了黄土高原子午岭 林区 4 个不同龄级油松林的冠层特征和林下光立地系数，结果显示，该地区人工油松林 叶面积指数(LAI)在林木生长20a 以后达到稳定值；平均叶倾角(MLA)在40a 内变化不大； 冠型参数(E-LADP)的数值在40a 内呈U 型波动；综合光立地系数(GSF)、直射光立地系 数(DSF)、散射光立地系数(ISF)等参数显示，该地区人工油松林在发育过程中，林下光 照明显下降，40a 林下光照条件各项指标仅约为 10a 林的 1/3。丁圣彦等[38]应用 Win Scanopy For Canopy Analysis 软件对研究区内 6 个不同演替阶段群落冠层进行分析，得 到不同群落冠层和林下的光环境特征指标：PPFD(光合光量子通量密度)和相关的冠层结 构形态学指标 Gap fraction(空隙度) 、LAI(叶面积指数) 、MLA(平均叶倾角) ，通过对这些 指标的分析比较，得到的基本规律大致是林冠层的光合有效光量子通量密度随演替逐渐 降低，林冠下面的光合有效光量子通量密度随着群落演替的进展变化更为明显。 关于光在植物群落中的分布，许多科学工作者围绕植物群体的冠层结构，及其与光 能利用方面做了大量研究工作[39-44] 。刘志刚等[45]依据塞罕坝华北落叶松放叶期和生长季 7 个晴天完整的野外分层实测资料，研究了光在林分优势木、平均木和被压木单株树冠 中的衰减和吸收过程，比较了林分中不同类型林木的冠结构与光分布规律的关系。刘晓 东等[46]通过对集约经营与粗放经营杨树人工林冠层上部、下部太阳总辐射和光合有效辐 射(PAR)的实测数据进行分析，建立了其相互转换的关系方程；研究了PAR 的日