蓮華池的檳榔林結構對於植冠分析儀與半球面影像來說是相當 極端的測量環境,因為人工種植,導致其葉片非隨機分佈;此外檳 榔林較其他森林的葉面積來得低(Cheng et al., 2008)。依據先前於類 似環境中的研究結論,這兩種儀器在此環境下容易高估葉面積
(Sampson et al., 1995;Whitford et al., 1995)。本研究的植冠分析儀於 春、夏季分別測得的葉面積指數為 0.44、1.19,春夏季變化達
+0.75(相對增加量達 174%);半球面影像測得的數值分別為 1.60、
1.69,分析範圍縮小後分別為 0.79、0.85,春夏季的變化量為
+0.09(相對增加 6.00%),縮小分析範圍後為+0.06(相對增加 8.24%)。
雖本研究並沒有在檳榔林直接測量葉面積,但 Cheng et al., 2008 於
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2. 肖楠林
本研究的肖楠林為 1958 年種植,至本研究初次測量時其林齡已 達 59 年,先前曾進行疏伐實驗,邱志明等,2014 亦指出此肖楠林 有自我疏伐現象;然而此肖楠林經自然演替與先前林下植木實驗 後,有許多闊葉樹、藤蔓等生長於肖楠下(邱志明等,2014)。由於 並沒有相關的直接或間接測量可供比較,因此無法得知兩種儀器於 肖楠林中測量葉面積指數的準確性表現。
兩種儀器呈現的葉面積變化趨勢皆是增加的,但以植冠分析儀 的增加量與相對較大,且兩種半球面影像的春夏季差異位於分析者 的誤差範圍中。考量到在高葉面積環境時,葉片容易重疊相互遮 蓋,Olivas et al., 2013 與本研究準確性檢驗顯示,因兩種儀器偵測原 理的差異,植冠分析儀比起半球面影像有更好的能力偵測葉片的重 疊遮蓋。因此推測植冠分析儀的增加量較半球面影像的量測結果值 得信賴。
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大,但香杉達 20 年林齡時依然生長旺盛,推測於 60 年林齡時生物 量才達到最大(黃進睦等,2012)。而本研究的香杉林植於民國 62 年 與 69 年,至今約 54~47 年,因此推測此香杉林應尚未老化衰退,與 此相比洪富文等,1986 於已衰退之 30 年生杉木林測得葉面積仍達 8.42,且香杉冠層下有許多闊葉樹、巨大的蕨類、藤蔓等植物入 侵。因故,本研究的植冠分析儀與半球面影像可能低估了此香杉林 的葉面積,原因推測為林下闊葉樹與香杉的葉片相互重疊遮蓋,導 致半球面影像無法探知遭遮掩的葉片;而少量穿透葉片的 490nm 以 下波長之光線導致植冠分析儀測到較多的林下光照量,造成植冠分 析儀低估葉面積指數。
而植冠分析儀與縮小分析範圍前及縮小後的半球面影像,三者 皆顯示葉面積呈現增加的趨勢,且高於分析者的誤差範圍。考量儀 器的偵測原理,植冠分析儀較能偵測遭遮蓋之葉片,因此可能在測 量葉面積的準確性與偵測時間上的變化之能力優於半球面影像,但 由於目前尚無直接測量之研究可供對照,若想確認於香杉林中何種 儀器偵測葉面積變化的表現較優需更深入的研究探討。
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42 條樣線的平均葉面積指數為 3.80±0.57,單條樣線最高值為 4.15。因 此若無異常低溫的影響,於三月份以植冠分析儀測得葉面積指數 4.64 是可能的。同樣地,因無異常低溫造成的大量落葉,本研究的 植冠分析儀於七月份測得的測量值 4.95 也比起陳清香等,2007 同月 份測得的數值 4.38 高。而本研究與陳清香等,2007 三月份至七月份 測量其間並無颱風襲台,因此可排除颱風造成的擾動影響。
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需要注意的是,本研究的半球面影像於天然闊葉林中的測量數 值不僅比直接量測法、植冠分析儀測得的葉面積指數低,也與植冠 分析儀所呈現的春夏季葉面積變化趨勢不同,有兩種可能原因:第 一,可能顯示半球面影像於類似天然闊葉林的高葉面積環境中表現 不佳,不僅低估較植冠分析儀嚴重,偵測葉面積隨時間變化之能力 也較差。第二,其負趨勢可能是分析者的誤差所造成,且半球面影 像調整前的春夏季絕對差異值確實位在分析者的誤差範圍裡。
但在縮小分析範圍後,呈現的春夏季葉面積變化趨勢則是增加 的,且增加量高於分析者的誤差範圍,其增加的趨勢與植冠分析儀 相同。
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5. 不同森林間的比較
不論春夏季,三種儀器皆顯示檳榔林的葉面積低於肖楠、香杉 與天然闊葉林這三種葉面積較高的森林,與前人研究中顯示蓮華池 地區的針葉林與天然闊葉林之葉面積高於檳榔林的結果相同(洪富文 等,1986;Cheng et al., 2008)。在肖楠與香杉林中,除夏季縮小面 積的半球面影像外,調整前後的半球面影像皆顯示肖楠林的葉面積
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面積較高的環境下,半球面影像區分葉面積高低差異的能力就有所 下降,這應與孔隙率無法充分反應葉片重疊的影響有關。且在調整 前的球面影像中,香杉林春季的測量值與天然闊葉林春、夏季的測 量值之間的差異;以及調整後,肖楠林與天然闊葉林春季的測量值 差異、肖楠林與香杉林夏季的測量值差異,皆為在分析者的誤差範 圍內。或許若由較穩定的分析者進行分析操作,半球面影像可能可 以具備較佳的區分能力,但這也顯示半球面影像的測量葉面積與區 分高低的能力與分析者息息相關。此外,半球面影像與植冠分析儀 在肖楠與香杉林中趨勢一致,原因也許為 Hemiview 的葉片分佈模 型較適用於針葉林的緣故,但尚須進一步驗證。
46 高估(Sampson et al., 1995)。雖然沒有絕對的界線區分高葉面積與低 葉面積環境,但多數先前研究的情況(於闊葉林、針葉林中)( Dufrêne et al., 1995;Sampson et al., 1995;Whitford et al., 1995;Cutini et al.,
1998;Olivas et al., 2013),若真實的葉面積高於 2 時,植冠分析儀 與半球面影像即有可能有低估情形,高於 5 時則兩者幾乎會低估;
相反地,當真實的葉面積低於 2 時,兩種儀器就有可能高估葉面 積。
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時間上趨勢變化的部分,在肖楠、香杉、天然闊葉林三種森林
中,植冠分析儀與縮小分析範圍後的半球面影像皆呈現夏季的葉面 積較春季增加的趨勢,但趨勢的多寡兩者並不一致。而不更改分析 範圍的半球面影像在天然闊葉林中呈現出夏季葉面積較春季減少的 趨勢,是唯一呈現減少趨勢的結果。但需要注意的是在這三種森林 中,調整前與調整後的半球面影像其春夏季測量值的差異量部分位 於分析者的誤差範圍內,因此其負趨勢也有可能是分析者造成的誤 差結果。而半球面影像縮小分析範圍後,香杉林與天然闊葉林增加 的趨勢較更改範圍前增加許多(3.67% → 23.2%、-1.65% →
55.59%),但多數測量值較更改前低,因此低估情況比縮小前嚴重,
顯示縮小分析範圍的方式無法在所有地區提升估計的準確性。
雖然三種森林中無前人研究直接測量春夏季的葉面積變化,但 植冠分析儀以偵測光穿透率來估計葉面積,偵測遭遮蓋葉片的能力 高於半球面影像,因此推測在葉面積較高的環境下,植冠分析儀的 增減趨勢可能較為可靠,但尚須深入研究驗證。
在檳榔林中,以不改變分析範圍之半球面影像之測量值較為接 近 Cheng et al., 2008 測得之葉面積,但有高估的可能。植冠分析儀 於檳榔林中的表現似乎較不穩定,其增加趨勢可能過高。
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在森林間趨勢的部分,植冠分析儀與調整前後的半球面影像皆
呈現出肖楠、香杉、天然闊葉林的葉面積高於檳榔林,如同前人研 究直接測量後的結果(洪富文等,1986;Cheng et al., 2008),顯示兩 種儀器可在葉面積差異較大的地區呈現出可靠的高低差異。然而,
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同,物種、植株密度、冠層結構、枝條的分佈等皆可能影響儀器的 測量表現(Dufrêne et al., 1995;Sampson et al., 1995;Cutini et al., 1998;Küßner et al., 2000) ,此外,測量當時的氣候、擾動,抑或測 量時的林齡等,皆可能對葉面積有所影響。
另外需要注意的是,半球面影像所測得的葉面積指數變化,除 了實際上葉片的變化影響之外,可能是分析者分析的誤差。半球面 影像分析時,須由分析者於軟體中主觀判定天空與冠層間的臨界值 (threshold),因此可能受到分析者主觀判斷之影響,包括分析者前後 判斷臨界值的標準不一,或判斷上呈現增加或減少的趨勢。目前研 究對不同分析者間的影響尚無定論,但 Robison et al., 1999 發現,在 較封閉的冠層環境下,分析者的分析差異高於孔隙較多、較開放的 冠層,原因可能為孔隙較小時,分析者較難判斷臨界值。
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