汪 平 賈黎明

(省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點實驗室(北京林業(yè)大學(xué))，北京，100083)

李效文

(浙江省亞熱帶作物研究所)

姜林林

(省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點實驗室(北京林業(yè)大學(xué)))

游憩林是指具有適宜開展游憩活動的自然條件及相應(yīng)的人工設(shè)施，以滿足人們娛樂、健身、療養(yǎng)和休息等各種游憩需求為主要經(jīng)營目標(biāo)的一種特殊用途林[1]。京西山地森林作為首都西北部重要的綠色生態(tài)屏障，一直以來持續(xù)發(fā)揮著涵養(yǎng)水源、保持水土、保護(hù)生物多樣性、改善氣候及環(huán)境條件等生態(tài)功能和效益。隨著國內(nèi)森林游憩業(yè)的蓬勃發(fā)展，該地區(qū)森林的社會功能與效益日益彰顯，景觀游憩功能逐漸成為其主導(dǎo)功能。側(cè)柏(Platycladus orientalis)林是京西山地典型的地帶性人工植被，同時也是市民鐘愛的游憩林類型之一。據(jù)統(tǒng)計，以側(cè)柏游憩林為主體的北京西山國家森林公園昌華景區(qū)，僅在2011年“十一”期間就有超過3.5萬人次的游客量。因此，對京西山地側(cè)柏游憩林進(jìn)行科學(xué)合理的撫育管理，不僅有利于該區(qū)森林的健康穩(wěn)定發(fā)展，而且對于滿足人們?nèi)找嬖鲩L的森林游憩需求，促進(jìn)北京山區(qū)森林游憩業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。在游憩林的撫育管理方面，相關(guān)學(xué)者已就撫育間伐對不同類型林分的生長狀況、林分結(jié)構(gòu)、林下植被生物量、景觀美景度的影響開展過一些研究[2－5]。學(xué)者們更加關(guān)注不同撫育方式[6－8]或撫育強(qiáng)度[9－11]對林下植被生長、生物量及多樣性的影響，卻較少關(guān)注不同撫育模式對林下植物組成、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及多樣性的影響。林下植物是重要的林內(nèi)景觀因素和生態(tài)功能單元，在森林美學(xué)及生態(tài)功能發(fā)揮過程中具有獨特作用。前期研究表明，撫育在提高北京低山側(cè)柏游憩林景觀質(zhì)量的同時，在短期內(nèi)會對林下植物多樣性產(chǎn)生積極的作用效果[12]。然而，任何森林經(jīng)營措施的影響都會隨著時間的變化而改變，森林撫育措施也不例外[13]。因此，定位監(jiān)測撫育后林下植物組成及多樣性的長期動態(tài)，對于揭示撫育的生態(tài)效果尤為必要。本文以北京西山地區(qū)陰、陽坡厚土上的中齡側(cè)柏游憩林為對象，研究撫育對林下植物組成穩(wěn)定性及多樣性動態(tài)的影響，進(jìn)而在前期工作基礎(chǔ)上探討更為合適的撫育模式，為該地區(qū)及類似地區(qū)游憩林的撫育管理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 研究地區(qū)概況

北京西山地區(qū)(39°55'23″～40°3'2″N，116°5'25″～116°15'30″E)位于北京西郊，南起八大處，北至陽臺山，西達(dá)門頭溝，東至百望山，長達(dá)20 km，寬約15 km。屬太行山余脈，地形多為低山丘陵，平均海拔350 m，最高峰克勒峪峰海拔800 m，坡度15°～35°。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年均溫11.6℃，年降水量630 mm，70%以上集中于6—8月份，年均蒸發(fā)量1800 mm左右。土壤為山地褐土，發(fā)育層次不明顯且石礫含量較大，厚度30～50 cm，pH值為7.5左右。地帶性植被為暖溫帶落葉闊葉林，但原始植被已破壞殆盡，現(xiàn)存主要植被多為20世紀(jì)50—60年代以來營造的人工林。其中，側(cè)柏林和油松(Pinus tabulaeformis)林為主要林分類型，約占人工林面積的60%。另外，還有部分刺槐(Robinia pseudoacacia)、元寶楓(Acer truncatum)、黃櫨(Cotinus coggygria var.cinerea)、栓皮櫟(Quercus variabilis)等人工林。天然次生的僅有臭椿(Ailanthus altissima)、山桃(Prunus davidiana)、欒樹(Koelreuteria paniculata)、蒙桑(Morus mongolica)等少數(shù)樹種[14]。

2 研究方法

2.1 撫育處理

為改善北京山區(qū)側(cè)柏游憩林林分質(zhì)量，基于課題組前期對林內(nèi)景觀美景度評價(Scenic Beauty Estimation)的研究結(jié)果[15]，分別針對陰、陽坡厚土林分各制定了3種經(jīng)初步優(yōu)化的撫育模式(表1)。于2007年夏季，在北京西山地區(qū)臥佛寺至魏家村一帶的中齡側(cè)柏游憩林中，開展了以提高林分景觀游憩價值為主要目標(biāo)的撫育工作。按照降低林內(nèi)枯枝程度、調(diào)整喬木枝下高、控制灌木高度與蓋度等要求，進(jìn)行了伐枯、修枝、割灌、林地清理等撫育作業(yè)。撫育過程中，盡量減少對側(cè)柏及闊葉樹更新幼苗(樹)的破壞和土壤擾動。

表1 北京西山地區(qū)側(cè)柏游憩林的撫育模式

2.2 樣地設(shè)置與調(diào)查

于2007年7月，在北京西山地區(qū)側(cè)柏游憩林中共設(shè)置了20塊面積為15 m×15 m的撫育樣地。其中，14塊樣地隨機(jī)分布于魏家村林場的陰坡厚土林分中，6塊樣地隨機(jī)分布于臥佛寺林場的陽坡厚土林分中。樣地坡度均在25°以下，且與游憩道的緩沖距離至少5 m。撫育后第1年，樣地概況如表2所示。

表2 撫育后第1年側(cè)柏游憩林林分概況

分別于2007年7月(撫育前)及2008—2010年的7、8月(撫育后第1～3年)進(jìn)行了4次樣地定位調(diào)查。以3 cm為起測胸徑進(jìn)行每木檢尺，同時詳細(xì)記錄海拔、坡向、坡度、光照條件、土壤類型等生境因子以及郁閉度、枯枝程度等林分因子。采用分層樣方法調(diào)查林下植物多樣性[16]，共計調(diào)查灌木樣方80個，草本樣方320個。在樣地四角各設(shè)置1個5 m×5 m的灌木樣方，調(diào)查灌木(含木質(zhì)藤本)的種類、個體數(shù)、高度和蓋度;在每個灌木樣方四角各設(shè)置1個1 m×1 m的草本樣方，調(diào)查草本植物(含草質(zhì)藤本)的種類、個體數(shù)、高度和蓋度。植物鑒定到種的水平。以5%為等級間距進(jìn)行蓋度分級估測，蓋度不足5%的稀少種以1%計[17]。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用重要值(IV)表示物種優(yōu)勢度，并以優(yōu)勢度分析法界定優(yōu)勢種[18]。采用Patrick指數(shù)(R)測度植物豐富度，Shannon指數(shù)(H')測度植物多樣性，Pielou 指數(shù)(Js，w)測度植物均勻度[19]。各指數(shù)計算公式如下:

式中:Rd為相對密度;Rf為相對頻度;Rc為相對蓋度;S為樣地內(nèi)的物種數(shù);Pi為第i個物種的相對重要值。

比較林下植物豐富度、多樣性及均勻度指數(shù)在撫育前后的差異，采用One－way ANOVA過程進(jìn)行方差分析，LSD法進(jìn)行多重比較，在α=0.05水平上進(jìn)行差異顯著性檢驗。統(tǒng)計分析及圖表繪制利用SPSS 18.0及Excel 2007軟件完成。

3 結(jié)果與分析

3.1 撫育對林下植物優(yōu)勢種的影響

撫育前，兩種林分林下植物優(yōu)勢種一致，灌木層均為孩兒拳和荊條，草本層均為求米草(表3)。撫育后第1～3年，林下植物優(yōu)勢種組成均未發(fā)生任何改變。陰坡厚土林分中，孩兒拳和荊條優(yōu)勢度有逐漸減弱的趨勢，但其重要值之和始終保持在0.72以上，遠(yuǎn)大于其他灌木重要值之和，因而在灌木層中始終占據(jù)優(yōu)勢地位;求米草的重要值有小幅波動，但并未影響其在草本層中的單優(yōu)種地位。陽坡厚土林下植物優(yōu)勢種重要值變化規(guī)律與陰坡厚土林分相似。由此可知，撫育并未改變林下植物優(yōu)勢種組成及其優(yōu)勢地位，較好地維持了林下植被的穩(wěn)定性。

表3 側(cè)柏游憩林林下植物優(yōu)勢種重要值動態(tài)

3.2 撫育對林下植物豐富度的影響

陰坡厚土林分中，除A2撫育模式的灌木層外，3種撫育模式林下植物Patrick指數(shù)R均顯著增加(P＜0.05)(表4)。對于灌木層植物而言，A1和A3模式下，撫育后1～3 a的指數(shù)R分別比撫育前平均增加57% ～71%和90% ～130%。其中，A3撫育模式比A1增幅更大，故其豐富度作用效果更好。對于草本層植物而言，同樣是A3撫育模式作用效果更好。A3撫育模式下，撫育后第1～3年的豐富度指數(shù)R分別比撫育前平均增加267%～333%。因此，A3撫育模式更有利于提高陰坡厚土林下植物的豐富度。

表4 不同撫育模式下陰坡厚土林下植物豐富度指數(shù)動態(tài)

陽坡厚土林分中，3種撫育模式下林下植物的豐富度指數(shù)R均顯著增加(P＜0.05)(表5)。對于灌木層植物而言，撫育后第1～3年，3種撫育模式下R分別比撫育前平均增加30% ～70%、43% ～100%和50% ～88%。其中，B2撫育模式增幅最大，故豐富度作用效果最好。對于草本層植物而言，同樣是B2撫育模式作用效果最好。撫育后第1～3年，B2撫育模式下R分別比撫育前平均增加89% ～144%。因此，B2撫育模式更有利于提高陽坡厚土林下植物的豐富度。

表5 不同撫育模式下陽坡厚土林下植物豐富度指數(shù)動態(tài)

根據(jù)分析可知，不同撫育模式均能維持或提高側(cè)柏游憩林林下植物的豐富度。從提高林下植物豐富度的角度考慮，陰坡厚土林分中A3撫育模式最佳，陽坡厚土林分中B2撫育模式最佳。

3.3 撫育對林下植物多樣性的影響

陰坡厚土林分中，除A2撫育模式的灌木層外，3種撫育模式下林下植物Shannon指數(shù)H'均顯著增加(P＜0.05)(表6)。對于灌木層植物而言，A1和A3撫育模式下，撫育后第1～3年，多樣性指數(shù)H'分別比撫育前平均增加13%～24%和44%～57%。其中，A3撫育模式比A1增幅更大，故其多樣性作用效果更好。對草本層植物而言，同樣是A3撫育模式作用效果最好。撫育后第1～3年，A3撫育模式H'分別比撫育前平均增加159% ～205%。因此，A3撫育模式更有利于提高陰坡厚土林下植物的多樣性。

表6 不同撫育模式下陰坡厚土林下植物多樣性指數(shù)動態(tài)

陽坡厚土林分中，B1撫育模式下灌木層多樣性指數(shù)H'顯著增加(P＜0.05)，其余撫育模式的林下植物H'無顯著變化(表7)。對于灌木層植物而言，B1撫育模式對植物多樣性作用效果更顯著，其H'比撫育前平均增加22%～42%。對于草本層植物而言，3種撫育模式對植物多樣性作用的效果相當(dāng)。因此，B1撫育模式更有利于提高灌木層植物多樣性，3種撫育模式均能有效維持草本層植物多樣性。

表7 不同撫育模式下陽坡厚土林下植物多樣性指數(shù)動態(tài)

由上述分析可知，不同撫育模式均能維持或提高側(cè)柏游憩林林下的植物多樣性。從提高林下植物多樣性的角度考慮，陰坡厚土林分中A3撫育模式最佳，陽坡厚土林分中B1撫育模式最佳。

3.4 撫育對林下植物均勻度的影響

陰坡厚土林分中，3種撫育模式下林下植物Pielou指數(shù) Js，w與撫育前基本無顯著差異(P＞0.05)(表8)。對于灌木層植物而言，3種撫育模式下均勻度指數(shù) Js，w分別保持在 0.79、0.73、0.79 左右。對于草本層植物而言，3種撫育模式下Js，w均較低，分別在 0.51、0.46、0.47 左右。因此，3 種撫育模式均能維持陰坡厚土林下的植物均勻度。

表8 不同撫育模式下陰坡厚土林下植物均勻度指數(shù)動態(tài)

陽坡厚土林分中，3種撫育模式下林下植物Js，w與撫育前均無顯著差異(表9)。3種撫育模式下，灌木層 Js，w分別維持在 0.76、0.79、0.72 左右，草本層 Js，w則分別維持在0.66、0.40、0.53 左右。因此，3種撫育模式均能夠維持陽坡厚土林下植物均勻度。

表9 不同撫育模式下陽坡厚土林下植物均勻度指數(shù)動態(tài)

由上述分析可知，不同撫育模式均能夠維持側(cè)柏游憩林林下植物均勻度，陰坡厚土林分中3種撫育模式(A1、A2和A3)作用效果相當(dāng)，陽坡厚土林分中3種撫育模式(B1、B2和B3)作用效果相當(dāng)。

4 結(jié)論與討論

不同撫育模式均能維持側(cè)柏游憩林林下植物優(yōu)勢種的組成及其穩(wěn)定性。撫育后的3 a間，雖然灌木層和草本層植物都在發(fā)生不同程度的更替，但撫育前林分中存在的植物種及優(yōu)勢種并未減少。灌木層優(yōu)勢種一直是孩兒拳和荊條，而草本層優(yōu)勢種一直是求米草，它們對林下植物持續(xù)產(chǎn)生著控制性作用。優(yōu)勢種對植物群落有強(qiáng)烈的控制作用，優(yōu)勢種組成及優(yōu)勢地位穩(wěn)定，植物群落就處于相對穩(wěn)定狀態(tài)[20]。側(cè)柏游憩林的撫育強(qiáng)度并不大，還未打破林下植物種間原有的競爭平衡狀態(tài)，因而較好地維持了林下植被的相對穩(wěn)定性。該結(jié)論也在一定程度上消除了游憩林撫育會對林下植被穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響的顧慮。

A1、A3與B2、B3撫育模式分別能夠提高陰坡和陽坡厚土林下植物的豐富度，其中A3與B2撫育模式效果最佳。撫育在維持林下植物共有種的基礎(chǔ)上，促進(jìn)了某些稀少種或喜光種的出現(xiàn)，該現(xiàn)象在草本層植物中尤為明顯。修枝措施改變了林下光照條件分布，林地清理等措施擴(kuò)大了林下植物的生長空間，增加了林下環(huán)境資源的有效性，促進(jìn)了林下植物豐富度的增加。

3種不同模式的撫育措施均能維持或促進(jìn)林下植物多樣性的發(fā)育。這與段劼[21]等研究北京山區(qū)撫育6 a后側(cè)柏林下植物多樣性得出的結(jié)論一致。割灌直接控制了主要大灌木的分布均勻程度，同時也促進(jìn)了某些耐旱小灌木的發(fā)育，使灌木層植物多樣性有所提高。對于草本層來說，大量陽性雜草(甘菊、狗尾草等)的侵入是物種多樣性提高的一個重要原因[22]。A3撫育模式下，各樣地?fù)嵊暗牧窒轮参锒鄻有云毡檩^低;撫育后林下光照增加，喜光植物大量侵入，故表現(xiàn)出多樣性指數(shù)增幅最大。B1撫育模式下，也是相同的原因?qū)е露鄻有灾笖?shù)增幅最大。

3種不同撫育模式均能使林下植物分布保持相對均勻。一般認(rèn)為，撫育間伐能夠使林下植物分布趨于均勻[23]。本研究中，割灌措施在短時間內(nèi)極大地降低了灌木層蓋度，但在撫育之后的幾年間其生長仍然旺盛。雖然A1和A2模式在短期內(nèi)降低了陰坡厚土林下植物的均勻度，但隨著撫育后時間的延長，林下植物分布逐漸趨向均勻。

采取不同模式的撫育措施后，林內(nèi)環(huán)境因子(尤其是光照、土壤溫度、水分及養(yǎng)分)的改變將有所差異，會對林下植被數(shù)量特征造成不同程度的影響[24]。因此，從生境變化的角度探討不同撫育模式作用效果的差異，將有助于更深入地理解撫育的內(nèi)在作用機(jī)制。本文僅從植物多樣性的角度探討了適合游憩林的撫育模式。進(jìn)一步研究應(yīng)充分考慮森林游憩和生態(tài)功能，開展不同撫育模式對游憩林景觀美景度、林分結(jié)構(gòu)及植物多樣性等影響的長期綜合評價，所得結(jié)論將更具說服力，更能夠切實指導(dǎo)北京山區(qū)游憩林的經(jīng)營管理。

[1]陳鑫峰，沈國舫.森林游憩的幾個重要概念辨析[J].世界林業(yè)研究，2000，13(1):69 －76.

[2]王超.北京西山風(fēng)景林撫育間伐技術(shù)研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué)，2007.

[3]Lindgren P M F，Ransome D B，Sullivan D S，et al.Plant community attributes 12 to 14 years following precommercial thinning in a young lodgepole pine forest[J].Canadian Journal of Forest Research，2006，36(1):48 －61.

[4]李春義，馬履一，王希群，等.撫育間伐對北京山區(qū)側(cè)柏人工林林下植物多樣性的短期影響[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，29(3):60－66.

[5]鄧送求，閆家鋒，王宇，等.間伐強(qiáng)度對不同林分類型美景度的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，38(3):4 －7.

[6]Hiroaki T，Ishii M，Abdul M，et al.Line thinning promotes stand growth and understory diversity in Japanese cedar(Cryptomeria japonica D.Don)plantations[J].Journal of Forest Research，2008，13(1):73－78.

[7]屈紅軍，牟長城，吳云霞.透光撫育對遼東林區(qū)人天混紅松林群落植物多樣性的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，37(3):26－28.

[8]張象君，王慶成，郝龍飛，等.長白落葉松人工林林隙間伐對林下更新及植物多樣性的影響[J].林業(yè)科學(xué)，2011，47(8):7 －13.

[9]馬履一，李春義，王希群，等.不同強(qiáng)度間伐對北京山區(qū)油松生長及其林下植物多樣性的影響[J].林業(yè)科學(xué)，2007，43(5):1－9.

[10]鄧送求，閆家鋒，王宇，等.間伐強(qiáng)度對不同林分類型下層物種多樣性的短期影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，38(3):31－33，46.

[11]李榮，張文輝，何景峰，等.不同間伐強(qiáng)度對遼東櫟林群落穩(wěn)定性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2011，22(1):14 －20.

[12]李效文，賈黎明，李廣德，等.撫育對北京低山側(cè)柏游憩林灌草生物多樣性的影響[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，31(6):193－197.

[13]Aukema J E，Carey A B.Effects of variable-density thinning on understory diversity and heterogeneity in young Douglas-fir forests，PNW-RP-575[R].Portland，OR:USDA，F(xiàn)orest Service，Pacific Northwest Research Station，2008.

[14]汪平，賈黎明，李效文，等.北京西山地區(qū)側(cè)柏游憩林群落結(jié)構(gòu)及植物多樣性[J].浙江林學(xué)院學(xué)報，2010，27(4):565 －571.

[15]李效文，田甜，賈黎明，等.北京山區(qū)側(cè)柏游憩林撫育技術(shù)模式研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，30(3):44 －50.

[16]方精云，沈澤昊，唐志堯，等.“中國山地植物物種多樣性調(diào)查計劃”及若干技術(shù)規(guī)范[J].生物多樣性，2004，12(1):5 －9.

[17]Adrian A，Andrew R N，Klaus J P.Understory abundance，species diversity and functional attribute response to thinning in coniferous stands[J].Forest Ecology and Management，2010，260(7):1104－1113.

[18]湯孟平，周國模，施擁軍，等.天目山常綠闊葉林優(yōu)勢種群及其空間分布格局[J].植物生態(tài)學(xué)報，2006，30(5):743 －752.

[19]馬克平，黃建輝，于順利，等.北京東靈山地區(qū)植物群落多樣性的研究(Ⅱ):豐富度、均勻度和物種多樣性指數(shù)[J].生態(tài)學(xué)報，1995，15(3):268 －277.

[20]李俊清.森林生態(tài)學(xué)[M].2版.北京:高等教育出版社，2010.

[21]段劼，馬履一，賈黎明，等.撫育間伐對側(cè)柏人工林及林下植被生長的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2010，30(6):1431 －1441.

[22]于立忠，朱教君，孔祥文，等.人為干擾(間伐)對紅松人工林林下植物多樣性的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2006，26(11):3758－3764.

[23]毛志宏，朱教君，劉足根，等.間伐對落葉松人工林內(nèi)草本植物多樣性及其組成的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2006，25(10):1201－1207.

[24]賈忠奎.北京山區(qū)油松側(cè)柏生態(tài)公益林撫育效果研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué)，2005.