在年轻橡木主导的城市林地创建多层冠层结构 – 重新审视“生态方法”外文翻译资料

 2022-03-18 10:03

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在年轻橡木主导的城市林地创建多层冠层结构 - 重新审视“生态方法”

文章信息摘要：根据生态学方法，我们调查了20世纪70年代和80年代在斯堪的纳维亚南部建立的10个年轻城市林地的林分结构，它主张在林地建立后尽快利用许多不同种类的树木和灌木来创建复杂的冠层结构，以促进娱乐和生物多样性。采用定量和定性相结合的方法对树高和活冠深度进行测量和分析，从而根据冠层分析评估森林结构。结果表明，目前的冠层结构可以分为七种不同的二层和三层结构类型，这些结构类型已经演变为管理频率和初始物种组成的差异的组合。两个分层的林分的特点是与三层林分相比，管理频率较低，而且林分过渡到三层。它们也建立在林下物种比例较低，遮荫树种比例较高的地区。在建立时的物种总数并未影响到林分被如何进行归类。两个主要的结论是，经常性间伐是成功管理年轻，物种丰富的森林种植园的关键因素，物种组成可以增加对管理忽视的适应力。需要合理把重点放在每一层的几个关键物种上，而不是着眼于最大化总物种数。我们得出结论，三层冠层结构可以在二十五年后形成，这应该促进设计者和从业者去在未来的城市林地创作中融入多层林分。

关键词：造林；冠层分层；森林结构； 间伐； 林下； 城市林地。

绪论

在过去的几十年中，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（Konijnendijk，2000; Weber，2000）。因此，尤其是橡树主导的年轻林地面积在城镇和城市中显着增加，特别是在森林贫瘠的欧洲西北部地区（Gundersen等，2005; Nielsen和Jensen，2007; Jensen和Skovsgaard，2009）。由于城市和城镇附近森林的压力很大，因此在发展的年轻阶段就已经开始利用新的森林种植园，这既有利于创造具有休闲魅力的环境，又能在早期创造丰富的生物多样性栖息地。然而，年轻的森林通常被认为没有吸引力，不适合进行娱乐活动（Gundersen和Frivold，2008; Jensen和Skovsgaard，2009）并且生物多样性较差（Christensen and Emborg，1996; Nilsson 等，2001）。这可能是由于缺乏特定的森林结构特征，包括水平和垂直的冠层复杂性（Niklasson和Nilsson，2005; Nielsen和Jensen，2007）。分层冠层结构的形成通常与林分发育的后期阶段相关，而年轻森林具有“简单的，顶部的，单层冠层”（Franklin and Van Pelt，2004）。这种进展是由于几个相互作用的因素，例如由于小尺度间隙形成导致的光照条件的变化以及随后的耐阴性林下树和灌木物种的定植。

冠层分层使得森林结构能够以不同的方式进行分类和概念化（Parker和Brown，2000）。长期以来，在木材生产，野生动物和娱乐管理方面，许多学科都对此感兴趣。将冠层分为上层林冠和林下层对于动植物，包括各种昆虫和鸟类具有生态重要性（例如Ishii等，2004; Vance等，2007; Gunnarsson等，2009）。此外，森林偏好研究表明，层状树荫可以成为最受欢迎的娱乐特征（Silvennoinen等，2001; Gundersen和Frivold，2008）。然而，不应将层数本身视为直接衡量某个林场的吸引力的标准（Ribe，1989; Heyman，2011）。多层森林林分类型被认为是结合生物和娱乐品质最有价值的类型之一，因此成为城市林地背景下的重要基础类型（Gustavsson，2004）。

Gustavsson（1986）和Gustavsson and Fransson（1991）从森林景观空间结构出发，提出了一种基于树冠和树种垂直分布和水平分布的森林类型划分方法。这一框架允许讨论不同形式的林地创造作为替代使用普遍使用的单一种植园，被认为适合城市林业目标。古斯塔夫松的结构方法是被称为“景观设计的生态学方法”（Thompson，1998）的一部分，主要在20世纪70年代出现，并在丹麦，德国，荷兰，瑞典和英国等许多北欧国家受到业内人士和学者的青睐（Tregay和Gustavsson，1983; Tregay，1986; Forbes等，1997; Ruff，2002）。通过对自然和半自然温带森林生态系统的借鉴，不同的乔木和灌木种类，不同的生命形式，遮荫耐受和演替策略在最初的种植中混合。有人认为，在前期设计和管理下，乔木和灌木冠层在不同的冠层中分层是可以实现的（Tregay和Gustavsson，1983; Tregay，1986）。

在20世纪90年代，许多关于生态方法的概念思想被整合到欧洲的一般景观实践中（Thompson，1998）。目前关于林地创建的建议包括使用多种树种，包括冠层树种和林下灌木树种。（例如Blakesley和Buckley，2010）。然而，关于根据生态方法建立的森林是如何发展的，以及管理的频率和物种组成如何影响冠层理，缺乏实证研究。在这项研究中，我们重建了按照1970和1980年代的生态方法建立的10个林场的管理历史和物种混合，作为斯堪的纳维亚南部快速发展的一部分。目的是评估由于(1)管理频率差异造成的不同的支架结构和冠层分层，以及(2)种植时物种混合的差异。材料和方法：

研究地点

这项研究在2008年和2009年在瑞典和丹麦的奥勒松地区进行(图1)。20世纪70年代末80年代初开始的四个主要的森林建设项目，明确地引用了生态学方法作为案例研究领域。（1）阿尔纳普景观实验室（A）位于瑞典农业大学校园附近的示范森林，（2）位于马尔默的Bulltofta公园（B）建于前空军基地，如今是该市规模最大，访问量最大的娱乐区之一，（3）赫尔辛堡的Filborna森林（F）成为连接内城公园和城市边缘休闲景观的绿色走廊，（4）在距离Ishoslash;j自然公园（I），一个年轻人经常光顾的哥本哈根南部休闲景观。

所有四个研究地点都包括各种林分类型以及半开放和开放地区。在每个地点，建立森林林分，目的是发展多层次的冠层。其中，所有的林分都选择了包括栎树的林分和一个或几个地下乔木或灌木树种。对槲树的关注是因为这一物种在造林方面更受青睐，而且在丹麦和瑞典南部重新生长出长期存在的森林时，也越来越多地替代了针叶树(Jensen和Skovsgaard, 2009)。后者尤其适用于城市附近的公有森林(Gundersen et al.， 2005)。

物种混交重建与管理史

在拥有林地的当局的咨询和档案咨询中，获得了关于建立年份的信息和在种植上的物种组合。共鉴定了10个与栎树混交林，不同林分大小和原始种属组成(表1)。今后这些林分称为A1、A2、B1、B2、F1、F2、F3、I1、I2和I3通过咨询现任和前任管理人员和现场考察，控制确认的物种混合物的有效性（并在两种情况下进行纠正; B2，I1）。

所有林分在植树造林时都已经制定了管理策略和林分开发的长期目标。 对于Alnarp景观实验室和Bulltofta的观景台，这些也已经公布（Qvarnstrouml;m和Rosenqvist，1980; Nielsen等人，2005）。

混合方法设计然而，自从建立后，关于操作管理的信息并没有被添加到管理计划中。因此，对所有人来说，间伐的时间和强度以及其他业务管理行动必须通过对现任和前任经理的采访加以重建，我们也在档案中对他们进行了调查。本次重建的结果在附录A中进行了汇总，发现部分林分被稀释了1 - 2倍(B1, B2, F1, F2, F3, I2)，表明管理被忽视，而其他林分被稀释了3-5倍(表1)。

研究冠层风化的最古老和应用最广泛的方法是使用剖面图（Baker和Wilson，2000）。 在上个世纪，特别是在实行混合林管理的情况下，典型的图表通常与冠状投影图相结合，引起了人们的兴趣，这表明更加不规则的林分结构更需要集成和可视化工具（例如尼尔森 和尼尔森，2005年;尼尔森，2006年）。 从概略图中识别冠层可以进行视觉和定性评估，并被批评为主观和非重现的方法（Parker and Brown，2000）。这导致了各种数学冠层分层模型的发展，可以进行更客观的比较（Latham等，1998; Baker和Wilson，2000; Everett等，2008）。 在这项研究中，我们将这两种方法结合起来，以便开发出更加完整和细致入微的研究平台。

数据采集

数据收集在所有林分的研究地块中进行。根据林分面积lt;0.75公顷= 2地块，0.75-1.5公顷= 3地块和1.5-3公顷= 4地块的林分大小确定每个林分的地块数量。我们选择主观定位图以确保林分内的结构变化得以体现。地块大小设置为15米times;15米，除了A2地块之一，其中10米times;10米的地块大小用于避免林缘效应的干扰。在每个地块中，用数字测角仪（Haglouml;fVertex IV）或测量棒测量高于1米的所有个体的活冠基部的树高和高度。树冠的水平分布通过冠幅投影进行评估，冠幅投影是通过在方格纸上以1：100的比例绘制所有树冠的最外周的垂直投影而制作的（参见Koop，1989）。还包括位于情节外的茎但部分在里面的冠的个体。按照Koop（1989）的方法，在每个站点上按照1：100的比例制作一张尺寸为25-30米的线条图。通过该地块布置卷尺，并描绘了所有覆盖样线的树冠的植物个体（Nielsen和Nielsen，2005）。一个10米高的分级测量棒被用来定位主要分支，而较高分支的位置是用数字测角仪（Hauml;glouml;fVertex IV）测量的。

冠层分层分析

为了确定每个林分中冠层的数量，我们使用了由Baker和Wilson（2000;可从http://lms.cfr.washington.edu/获得）开发的景观管理系统（LMS）分层算法。该算法通过比较树高和所有较高树木活冠基部的平均高度来确定冠层。该算法首先按照高度从高到低的顺序对所有个体进行排序。从最高的树开始，将所有个体的树高与所有较高树的活冠基部的平均高度加上不变的重叠（k0）进行比较，以定义不同冠层的极限（参见Baker和威尔逊，2000年全面描述）。按照埃弗里特等人。 （2008）认为使用k0导致LMS算法错过上层和下层，我们设置k0 = 0.此外，由于该算法并不是为年轻的林分而开发的，单个个体偶尔也会被识别为一个单独的阶层。因此，为了避免识别下部林下错误夸张的地层，我们设定了10％冠层覆盖的下限作为LMS识别层的限制参数，称为层。覆盖少于10％的研究区的地层被纳入下一个上层地层，直到满足从最低定位地层开始的这个要求。

林分结构的分类

根据Gustavsson和Fransson（1991）的林地结构支架类型框架（见图2）对林分进行了分类，其中个体冠的垂直分层区分为过度树木（冠层），附属树木和大型灌木（中间层） ，树苗和低灌木（灌木层）。在本研究中，我们将冠层称为“从地面到顶冠的所有树叶”，与Franklin和Van Pelt（2004）一致。此外，根据古斯塔夫松（1986），我们将灌木层定义为2 m以下的所有树叶，中层作为所有树叶位于最大树高的2m和lt;50％之间，冠层作为上部叶片部分树冠（gt;最大树高的50％）。

在结构类型中对林分进行分类使用（1）LMS算法的结果，（2）冠层投影和剖面图的解释，以及（3）分析垂直剖面中的物种组成和物种分布。 LMS算法的结果被用作区分三层和两层支架的第一步，并提供了不同层之间分隔的高度的信息。为了进一步将结构类型中的林分分开，通过将古斯塔夫森和弗朗森（Gustavsson and Fransson，1991）的纵向和横向概要与概念框架进行视觉对比来解释概略图和冠状突出部分。由LMS算法确定为两层，但在向三层的过渡阶段视觉上考虑为全层或低层，有灌木层和紧急标准。最后，为了分离不同亚型的林分，对每个LMS识别层的物种组成进行评估，以确定优势物种群。

统计分析

为了进行统计分析，我们将林分分为两大类。第一组由两层分类的林分组成。第二组包括按照新兴标准划分为三层，全层和低层的林分。我们认为这种区分是有道理的，他们认为全层的林分和低标准的林分表现出较高的冠层复杂程度，可以认为处于发育三层冠层的过渡阶段。此后，被称为三层林分的集团也包括向三层林分的林分。

使用统计分析软件IBM SPSS Statis tics 19.0.0比较两组在建立时的管理频率和物种组成的差异。使用非参数Mann-Whitney U检验比较管理频率的差异。在T检验条件不满足的情况下，用独立样本T检验或Mann-Whitney U检验进行物种组成差异比较。可接受的显著性水平设置为p lt;0.05。

结果

结构类型分类

根据林分结构的分类，林分分为七种结构类型（图3a和b）：属于双层结构的林分（图3a）包括三种不同的结构类型，分类如下：

- 两层以发育良好的中间层为主，树种（n = 3）为主，

- 由灌木种类（n = 1）主导的发育良好的中间层的双层结构，

- 两层树木（树苗）下层（n = 1）。

三层组（图3b）包括四种结构支架类型，分类为：

- 三层有发育良好的灌木层（n = 1），

- 三层与一个模糊的灌木层（n = 1），

- 分散或不规则分组的个人（n = 1）的全层林分，

- 低灌木层和新兴标准（n = 2）。

第1组：两层林分

F1，F2，F3和B2分为两层，其中以树种（F1，F2，F3）或灌木种类（B2）为主的中层发育良好（图3a，表2）。 I2的林分结构受灌木层丰富的F. exc

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