以年轻橡树为主的城市林地多层次冠层的建立——“生态法”再现外文翻译资料

 2022-03-27 19:21:19

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以年轻橡树为主的城市林地多层次冠层的建立——“生态法”再现

文章资讯

关键词：造林 冠层 森林结构 修葺 下层植被 城市林业

摘要：

在斯堪的纳维亚半岛南部，我们通过生态学方法于1970年至1980年调查了十个年轻城市林地的林分结构，这些林地提倡使用不同种类的树木和灌木创建复杂的树冠结构以促进城市娱乐性以及生物多样性。使用定量和定性方法的组合来测量和分析树高和活冠深度，以评估在冠层分层方面的森林结构。结果表明，当前冠层结构可以分为七种不同的两层和三层结构类型，在管护频率和初始物种方面组成不同的组合而一起演变进化。两层结构的特征在于与三层结构相比拥有更少冠层管护频率，并且向三层结构过渡。它们还建立了较低比例的下层林类物种和较高比例的树荫树种。而此系统中的物种总数并不影响分类。两个主要的结论是，经常修葺是成功管护年轻而且物种丰富的森林种植园的关键因素，这样的物种组成可以增加在管护疏忽时的恢复力。不是旨在最大化总物种数，而是更合理地关注每个层中的几个关键物种。我们得出结论，三层冠层结构可以在创建二十五年后成熟化，这应鼓励规划者和从业者在未来的城市林地创作中汲取更多的创作参考。

前言：

在过去几十年中，增加城市附近的森林覆盖率已成为许多欧洲国家的政治优先事项。因此，在城市和城市及其周围，特别是在欧洲森林贫乏的西北部地区，年轻林地，尤其是以橡树为主的林地面积显著增加。由于对城市和城市附近森林的高压，这有利于在其年轻的发展阶段就利用新的植树造林法，既可以获得有休闲吸引力的环境，也可以在幼年阶段就创造出丰富的生物多样性栖息地。然而，年轻森林经常被误认为是不吸引人的，不适合娱乐消遣以及生物多样性不佳。这可以归因于缺乏具体的森林结构属性，包括水平和垂直冠层复杂性。分层冠层结构的形成通常与后期阶段的林分开发相关，而幼龄林具有“简单的，顶部装载的单层冠层”。这种进展是由于几个共同相互作用的因素，例如由于小尺度间隙形成和随后的树荫耐受的下层树和灌木物种的建群导致的光条件的变化。

冠层分层使森林结构以不同的方式分类和概念化。长期以来，许多学科在木材生产、野生动物和娱乐管护方面感兴趣。对动植物群包括昆虫鸟类来说，将冠层分为上层林冠和次冠层具有生态重要性。此外，对于森林偏好的研究表明，分层冠层可以使森林在游憩功能方面得到高度赞赏。然而，层次本身的数量不应被视为直接衡量某种森林吸引力的标准。多层次的林分被认为是集成生物和休闲品质最有价值的类型,因此成为城市林地环境改造的一条基本原则。

从关注于森林空间结构的景观建筑传统出发，Gustavsson开发了一种概念方法，根据树冠和物种的垂直和水平分布将森林林分划为不同的结构类型。这个框架允许讨论林地创造的不同策略，以代替普遍使用的但被认为不适合城市林业改造目标的均匀单一的种植园类型。Gustavsson的结构方法是所谓的“景观设计的生态方法”的一部分，它主要出现在20世纪70年代，并且在许多北欧国家如丹麦、德国、荷兰、瑞典和英国得到许多学者的支持和实践。通过从自然和半自然温带森林生态系统汲取的灵感，在栽种伊始混合以生活形式、遮荫耐受性和演替类型不尽相同的树和灌木物种。有人认为，通过积极的设计和管护，树冠和灌木冠层分层成不同的冠层应该在建立后不久就可以实现。

在1990年代，许多生态学方法的概念思想被整合到欧洲的一般景观实践中。当前关于林地建造的建议包括使用多种物种，包括冠层树和下层灌木物种。然而，是缺乏这样的实证研究的，包括怎样通过生态学方法建造林地和怎样的物种管护频率与组合会影响冠层分层。在本研究中，我们重建了在20世纪70年代和80年代根据生态方法建立的十个林场中种植的管护历史和物种混合，这是成为南斯堪的纳维亚地区城市林业快速发展的一部分。目的是评估由于（1）物种管护频率差异和（2）种植时物种混合比例的差异而产生的不同林分结构和冠层分层。

研究材料和方法：

研究地点

该研究在2008年和2009年于瑞典和丹麦的厄勒海峡地区进行（图1）。在1970年代后期和1980年代初开始建立的明确提及生态方法的四个主要森林建设项目被确定为业界范例。这些是（1）阿尔纳普景观实验室（A）位于瑞典农业科学大学校园附近的示范森林，（2）位于马尔默的Bulltofta公园（B）建立在前机场，是当今最大的和人们最常去的娱乐观赏区域，（3）赫尔辛堡的Filborna森林（F）为连接内部城市公园与城市边缘的娱乐景观的绿色走廊，以及（4）Ishoslash;j自然公园（I），是一个被经常访问的哥本哈根南部新兴娱乐景区。

所有四个研究地点包括各种林分类型以及半开放和开放地区。在每个地点都确定了建立以发展多层冠层为目的的林场。其中，所有以栎树属植物与一种或多种下层树木或灌木物种组合的林地被列出清单。对栎树的关注是因为这种树种被植树造林所青睐，并且在丹麦和南瑞典长期存在的森林再生时也越来越多地取代针叶树。后者在靠近城市的公有森林中尤其如此。

物种混合重建和管护历史

关于建立年份和种植物种混合的信息是从拥有个别林地的当局报告和档案馆的咨询中获得的。总共有10个具有不同的林地尺寸和原始物种组成（表1）的栎树混合林地被确定。此后，支架称为A1，A2，B1，B2，F1，F2，F3，I1，I2和I3。 确定的物种混合有效性通过咨询现任和前任管护人员和实地考察进行调控（两个案例更正; B2，I1）。

对于所有林地，在造林时已经确定了管护战略和林地发展的长期目标。但是，自成立以来进行的运行管护信息并没有被添加到管护计划中。因此，对于所有林地，修葺与其他操作管护行动的时间和强度必须通过与现任和前任管护人员的访谈重建，我们也在其中搜索档案。这种重建的结果总结在附录A中，并且发现一些林地忽视到只修葺了1-2次（B1，B2，F1，F2，F3，I2），而其他林地被修葺3 -5次（表1）。

混合法设计

最古老和最广泛使用的研究冠层分层的方法是使用剖面图。通常与冠投影图相结合的轮廓图在上个世纪已经引起人们的兴趣，特别是在实行混合森林管护的情况下，这表明更不规则的林地结构对综合视图工具拥有更多需求。然而，从轮廓图中鉴定冠层是形象化的和定性的，但已被批评为主观和不可再现的方法。这导致了各种数学冠层分层模型的发展，允许更客观的比较。在这项研究中，我们结合这两种方法，以便开发一个更完整和细致的林地研究刻画模式。

数据收集

在所有林地的研究地块中进行数据收集。根据林地的面积，小于0.75ha = 2个样地，0.75~1.5ha = 3个样地和1.5~3ha = 4个样地的林地尺寸确定每个林地样地的数量。我们主观选择定位地块以确保该样地包含林地结构变化。除了A2地块之一使用10mtimes;10m的大小以避免来自森林边缘效应的干扰，其余地块尺寸设置为15mtimes;15m。在每块样地中，树高和所有活冠基部高于1米的个体用数字测斜仪或测量棒测量。树冠的水平分布用通过在方格纸上以1：100的比例绘制所有树冠的最外周的垂直投影而制成的冠投影来评估。还包括位于样地外但具有部分内冠茎段的个体。在按照Koop的方法测量25-30m的线路横截面上，在每个林地中作出一个1：100比例尺的轮廓图。通过该样地绘制尺标，以描绘覆盖该断面的具有树冠的所有植物个体。使用10m高分级测量棒来定位主枝，而用数字倾斜计测量更高分枝的位置。

冠层分层分析

为了识别每个林地的冠层数量，我们使用了由Baker和Wilson开发的景观管护系统（LMS）分层算法。该算法通过比较所有较高树的活冠的树高和平均高度来识别冠层。该算法首先按照高度的降序对所有个体进行排序。从最高的树开始，将所有个体的树木高度与所有较高树木的活冠基数的平均高度加上重叠常数（k0），以界定不同的冠层。根据Everett等人得出的结论，使用k0会导致LMS算法忽略上层和下层，因此我们设置k0 = 0。此外，由于该算法没有针对年轻林地开发，因此单个个体偶尔被鉴定为单个层。因此，为了避免在下层林木中错误地夸大冠层的数量，我们将10％冠层覆盖度设定为LMS确定冠层的下限，覆盖小于10％的研究区的地冠层被并入下一个上层，直到满足这个要求从最低定位层开始。

林地结构分类

根据Gustavsson和Fransson（图2）的Woodland Structural Stand Type框架分类了这些林地，其中单独的冠的垂直分层被划分为上层树（冠层）、下属树、大灌木（中层）、树苗和低灌木（灌木层）。在这项研究中，我们将冠层称为“从地面到顶部的叶子”，这符合富兰克林和范佩尔特的理论。此外，根据Gustavsson的理论，我们定义所有叶子低于2米的为灌木层，所有树叶处于2米和小于最大树高50％之间的成为中间层，上层为树冠上部的叶子（大于最大树高的50％）。

林地类型的分类使用（1）LMS算法的结果，（2）冠状突起和轮廓图的解释，以及（3）分析垂直剖面中的物种组成和物种分布。LMS算法的结果被作为将三层与两层立体区分开来的第一步，并提供不同层分离高度的信息。为了进一步分离林地结构类型，可以通过视觉比较Gustavsson和Fransson概念框架的纵向和横向轮廓来解释轮廓图和冠状凸起。可以通过LMS算法识别出双层的林地，但在向三层的过渡阶段中视觉上被认为是具有灌木层和新标准的全层或低层。最后，为了分离不同子类林地，要评估每个LMS鉴定层中的物种组成以确定主导物种群。

统计分析

为了进行统计分析，我们将林地分为两大类。第一组由分为两层的林地组成。 第二组包括分为三层、全层和低层的林地，具有新的标准。 我们认为这种区分是正确的，认为全面的林地和低层次的新标准显示出更高水平的冠层复杂性，并且可以被认为是发展三个冠层的过渡阶段。从此以后，被称为三层的组还包括过渡到三层的林地。

然后使用统计分析软件IBM SPSS Statistics 19.0.0在两组之间比较物种管护频率和物种组成在建立时的差异。物种管护频率差异的比较使用非参数Mann-Whitney U检验进行。使用独立样品T检验或Mann-Whitney U检验进行物种组成差异的比较，以防T检验的条件未得到满足。可接受的显着性水平设定为p lt;0.05。

结果

结构类型分类

根据林地结构的分类，将林地分为七种结构类型（图3a和b）：属于两层组的（图3a）包括三种不同的结构类型，分为：

- 以发达的中层为主的两层树种（n = 3）；

- 两层以发达的中间层为主灌木种（n = 1）；

- 两层树木（树苗）下层（n = 1）。

三层组（图3b）包括四个结构林地类型分类为：

- 具有发育良好的灌木层的三层（n = 1）；

- 具有难以辨认的灌木层的三层（n = 1）；

- 具有分散或不规则分组个体的全面林地（n = 1）；

- 低灌木层和新标准（n = 2）。

组1：双层林地

F1，F2，F3和B2被分为具有由树种（F1，F2，F3）或灌木树种（B2）主导、发育良好的中层的两层冠（图3a，表2）。I2的林地结构受到灌木丛中丰富树苗的强烈影响，因此被归类为具有下层树种（树苗）的两层林地。F1，F2和F3的冠层闭合，而B2和I2显示出更半开放的特性（图3a）。F1，F2和F3冠层的物种组成（表2）以遮荫耐受树种的相对比例较高，而B2和I2具有更多的遮荫浇注树种，例如B.pendula，F. excelsior和 Q.robur。除B2之外，下层林分在所有林地相对密集，通常具有丰富的P. Padus或R. multiflora的根吸盘（表2）。

组2：三层林地和过渡到三层的林地B1和I3被分类为三层林地（图3b），前者具有由R.alpinum形成的发达的灌木层，后者具有许多不明显的幼苗构成的灌木层。由于其半开冠层，A2被归类为全层林地类型，而且在垂直剖面上树木和灌木的分布比较均匀。由于它们的主要中间层与分散的冠层树木和灌木层物种A1和I1结合，因此被称为灌木层和新标准。

冠层分层受管护和物种组成的影响

观察到两个主要类别的林地之间的管护历史和初始物种组成的差异（表3）。在研究期间，三层组的管护显然更多（p = 0.009），而在双层组中，每两个组间的修葺次数在两个和五次之间变化不大（表1和表3）。初始物种组成在物种的数量和比例方面各不相同。在三层组中使用两种和八种不同种类的冠层树种（包括防护树种）数量明显较低（p = 0.039）（表3），而分为两层的分层 建立上则使用了五至十一个冠层物种（表1）。相比之下，在林下物种数量或物种总数方面没有观察到显著差异（表3）。

冠层和中层 灌木层物种的相对比例表明两层组下层/冠层比例呈下降趋势（p = 0.094）。 对于三层组，较低的香农 - 维纳多样性指数也有一个趋势（p = 0.091），以及较低的树荫/喜光树种比例（p = 0.093），这在某种程度上可归因于冠层中栎树的比例较大（p = 0.057）。

讨论

按照种植时期的理想，本次研究的所有调查林地在一定程度上形成了分层冠层结构，即使在所有林地建立时对未来发展的理想是三层冠层结构。十个林地分布在七种不同的结构类型中。Gustavsson和Fransson描述的不同结构类型之间的区别是流动性的，并且在一种类型到另一种类型的过渡阶段中，林地可以显示出几种结构类型固有的特征。尽管如此，这些林地年龄相对较小，但是在冠层分层和结构性质方面仍然存在很大差异。这种变化的原因是复杂的，也是物种组成和管护史之间相互作用的结果。

管护

在对调查的时间段里研究发现管护频率明显影响了冠层结构。显然遭受管护忽视的林地比那些经常修葺的林地会更多地被归类为双冠层林地类型。这并不奇怪，因为管护人

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