金鑫

(遼寧省森林經(jīng)營研究所，遼寧 丹東 118002)

遼東山區(qū)屬于長白山、華北兩大植物區(qū)系的過渡地帶，邊緣效應(yīng)明顯，具有很強的典型性。隨著人類影響的日益加大，有關(guān)人為干擾生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的研究和保護逐漸引起人們的重視。遼東山區(qū)對低質(zhì)低效次生林，從不同采伐強度經(jīng)營理念逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷α址植扇《嗄繕?biāo)經(jīng)營[1，2]，滿足健康生態(tài)系統(tǒng)異質(zhì)性的要求，有必要開展次生林生物多樣性的保育研究。天然次生林是遼東山區(qū)主要的森林類型，也是森林群落演替過程中重要的過渡類型，關(guān)于次生林林下[3-5]和人工林[6]植物多樣性研究較多，但對次生林多目標(biāo)經(jīng)營后，林下多樣性研究較少。以往對森林采取粗放和只追求經(jīng)濟效益的經(jīng)營措施，使已經(jīng)嚴(yán)重破壞的森林生態(tài)系統(tǒng)失去平衡，產(chǎn)生逆行演替，造成森林的整體生態(tài)防護功能下降，而通過采取改造措施恢復(fù)森林生物多樣性則能有效地控制和解決這些問題。本文通過對不同樣地內(nèi)植物多樣性調(diào)查分析，探討楊樺林在人為改造恢復(fù)過程中植物物種多樣性的變化，為遼東山區(qū)次生林恢復(fù)以及向地帶性頂極演替等提供一定基礎(chǔ)。

1 試驗地概況

試驗區(qū)地處遼寧省桓仁縣八里甸子鎮(zhèn)大南溝村尹家大坡，位于41°13′—41°14′ N，124°51′—124°52′ E，海拔高550 m。年平均氣溫4.6 ℃，年均降水量900 mm，年蒸發(fā)量900～1 000 mm，全區(qū)≥10 ℃的年積溫在3 000 ℃左右，無霜期120 d，土壤為暗棕色森林土，土層厚20～40 cm。當(dāng)?shù)厣诸愋椭饕獮殚熑~紅松林破壞后形成的楊樺次生林。區(qū)域內(nèi)植物物種豐富，有長白山和華北植物區(qū)系的植物2 000多種，原有林分以山楊(Populusdavidiana)、白樺(Betulaplatyphylla)為主，并伴生有蒙古櫟(Quercusmongolica)、胡桃楸(Juglansmandshurica)、花曲柳(Fraxinusrhynchophylla)等闊葉樹，紅松(Pinuskoraiensis)等針葉樹。

2 研究方法

2.1 不同改造措施設(shè)計

固定樣地設(shè)置于1973年春，當(dāng)時林齡為20年，最初密度為645株?hm-2,主要以楊樹和白樺為主，以不同間伐強度、間伐間隔期和撫育措施，制定不同的改造措施為劃分依據(jù)，將林分劃分為4個區(qū)域：對照區(qū)、強伐補松、弱伐補松、植松留萌，經(jīng)過40余年的定位觀測后(見表1)，林分基本穩(wěn)定，林下植被2年內(nèi)變化較小。

表1 不同措施改造后現(xiàn)有林分情況

注：橫線上數(shù)據(jù)為闊葉樹，橫線下為紅松

2.2 植被調(diào)查

采用固定標(biāo)準(zhǔn)地和樣方相結(jié)合的調(diào)查方法。間隔2～3 a對標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)胸徑4 cm以上林木記錄所有喬木種類，實測胸徑、樹高、冠幅，計算平均胸徑、密度、樹種組成等。

林下植被多樣性調(diào)查采用樣方法，在每個固定標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)設(shè)置2 m×2 m樣方5個，調(diào)查樣方內(nèi)胸徑<4 cm木本植物；設(shè)置1 m×1 m樣方5個，調(diào)查樣方內(nèi)草本植物。調(diào)查指標(biāo)包括植物種類、株叢數(shù)、種的高度、蓋度等。

2.3 數(shù)據(jù)處理

林冠下植物群落物種多樣性指數(shù)計算方法見文獻[5-7]。

物種豐富度Margalef、Shannon-Wiener指數(shù)(H') 、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)和Pielou 均勻度指數(shù)計算分別按如下公式進行:

物種豐富度Margalef指數(shù):R1=(S-1)lnN

多樣性指數(shù)采用Shannon-wiener指數(shù)：

生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)采用Simpson指數(shù)：

均勻度指數(shù)采用Pielou指數(shù)：

J= (-∑PilnPi)/lnS;

式中:S為樣地各層次物種數(shù)目；N為各層次物種多度總和；ni為第i個物種多度；Pi為第i個物種多度相對值，Pi=ni/N。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同措施改造對林下植物種類的影響

通過對不同改造措施試驗區(qū)樣方內(nèi)調(diào)查(見表2)，對照區(qū)物種數(shù)最少，不同改造措施試驗區(qū)內(nèi)的植被數(shù)量是對照區(qū)的2.46～2.67倍，物種數(shù)是對照區(qū)的1.31～1.88倍。根據(jù)不同改造措施植物分布情況，以調(diào)查樣方內(nèi)植物數(shù)量劃分為4個梯度(<10株?5 m-2、10～30株?5 m-2、30～60株?5 m-2、>60株?5 m-2)，其中對照區(qū)超多60株?5 m-2以上的植物種占總數(shù)量的6.25%，而弱度補植、強度補植、植松留萌分別為12.5%、10%、14.29%，可見經(jīng)過經(jīng)營恢復(fù)的林分林下出現(xiàn)明顯的優(yōu)勢種，并且優(yōu)勢種的數(shù)量多于對照區(qū)。

表2 不同改造措施林下植被種類及數(shù)量分布情況

表3 不同改造措施對林下木本和草本影響

通過改造林分，上層林木結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，郁閉度減小，改變了林內(nèi)光照、溫度、濕度等小氣候，使林下木本和草本植物的種類和數(shù)量也發(fā)生了變化。從表3可見，弱伐補植區(qū)木本、草本植物為20科21屬24種，其中五味子(Schisandrachinensis)、球果堇菜(Violacollina)、色木槭(Acermono)數(shù)量最多，其次為東北茶藨子(Ribesmandshuricum)；強伐補植區(qū)為25科27屬30種，五味子、球果堇菜、透骨草(Phrymaleptostachya)數(shù)量最多，其次為暴馬丁香(Syringareticulata)；植松留萌19科19屬21種，五味子、蕁麻葉龍頭草(Meehaniaurticifolia)、變豆菜(Saniculachinensis)數(shù)量最多，其次為榛子(Corylusheterophylla)。

各試驗區(qū)總蓋度，改造各區(qū)的總蓋度均高于對照區(qū)，植松留萌和強伐補植最高，其次為弱伐補植，對照區(qū)最低。結(jié)果表明，植松留萌和強伐補植區(qū)最近一次撫育為2005年，作業(yè)后郁閉度降低，大量陽性植物入侵，林下植被物種數(shù)和數(shù)量均增加。

3.2 不同措施改造對林下植物豐富度指數(shù)的影響

物種豐富度指數(shù)是反映群落多樣性的重要標(biāo)志之一。人為經(jīng)營活動對林下植物種類的豐富度影響很大[8,9]。

表4 不同改造措施林下豐富度指數(shù)變化

注：表中不同字母代表個試驗區(qū)差異性(P<0.05)

表4顯示，采取不同改造措施試驗區(qū)草本和木本植物豐富度指均高于對照區(qū)，其中草本植物豐富度指數(shù)，弱度補植、強度補植與對照區(qū)差異顯著(P<0.05)，植松留萌與對照區(qū)差異不顯著(P>0.05)，強度補植最高，弱度補植次之；木本植物豐富度指數(shù)，強度補植與對照區(qū)差異顯著(P<0.05)，弱度補植、植松留萌與對照區(qū)差異不顯著(P>0.05)，強度補植最高，弱度補植次之。

3.3不同改造措施對林下多樣性、均勻度、優(yōu)勢度指數(shù)的影響

物種多樣性指數(shù)是豐富度和均勻性的綜合指標(biāo)，把物種數(shù)、單個物種數(shù)量和分布情況結(jié)合起來的一個統(tǒng)計量，能反映林下物種的豐富度 、變化程度及均勻性[10]。

表5 不同改造措施林下多樣性變化

采用不同改造措施林分林下植物種類、總體及單個數(shù)量發(fā)生變化時，植物多樣性也隨之發(fā)生了改變。由表5可見，采用改造措施試驗區(qū)林下草本和木本植物的多樣性指數(shù)Shannon-Wiener均高于對照區(qū)，并與對照區(qū)差異性顯著(P<0.05)，并且變化規(guī)律相同，弱度補植最高，依次為強度補植、植松留萌、對照區(qū)。木本植物均勻度指數(shù)Pielou，弱度補植最高，依次為對照區(qū)、植松留萌、強度補植，各區(qū)差異不顯著(P>0.05)；草本植物均勻度指數(shù)Pielou，弱度補植、植松留萌最高，強度補植次之，對照區(qū)最小。弱度補植、植松留萌與對照區(qū)差異顯著(P<0.05)，強度補植與對照區(qū)差異不顯著(P>0.05)。

生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)反映物種種群數(shù)量的變化情況，是群落結(jié)構(gòu)的一個度量值，也反映種群演替的特征值[11]。由表5可見，改造措施試驗區(qū)林下草本優(yōu)勢度指數(shù)均低于對照區(qū)，弱度補植最低，與對照區(qū)差異顯著(P<0.05)，強度補植、植松留萌與對照區(qū)差異不顯著(P>0.05)；改造措施試驗區(qū)林下木本優(yōu)勢度指數(shù)均低于對照區(qū)，與對照區(qū)差異顯著(P<0.05)，植松留萌最低。結(jié)果表明，通過對采用改造措施林下植被種類和數(shù)量增加，總蓋度也隨之增加。豐富度和多樣性指數(shù)也高于對照區(qū)，優(yōu)勢度指數(shù)則低于對照區(qū)，可見，引入針葉樹種和連續(xù)調(diào)整上層林木促進了林下群落的演替，使森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，更能充分發(fā)揮生態(tài)效益。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

弱度補植、強度補植和植松留萌林下每5 m2植被數(shù)量分別為563株、563株和563株，分別為對照區(qū)的2.49、2.46、2.67倍，樣方內(nèi)林下植物分別出現(xiàn)24、30、21種數(shù)是對照區(qū)的1.32、1.5、1.88倍。弱度補植、強度補植和植松留萌林下草本植物豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)均高于對照區(qū)，差異顯著性與否無明顯規(guī)律，只有弱度補植均勻度指數(shù)高于對照區(qū)，但差異不顯著；弱度補植優(yōu)勢度指數(shù)最小，與對照區(qū)差異顯著。林下木本植物豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度植株均高于對照區(qū)，差異顯著性與否無明顯規(guī)律；優(yōu)勢度指數(shù)均小于對照區(qū)，與對照區(qū)差異顯著。

4.2 討論

遼東山區(qū)次生林恢復(fù)過程中，人為采取不同經(jīng)營措施(林下補植、不同撫育強度、不同間隔間伐，幼林撫育等)對提高森林穩(wěn)定性與多樣性具有重要的意義。次生林與原始林雖同屬天然林，保留闊葉紅松林的一些特征，但失去了原始林的森林生境，與原始林在結(jié)構(gòu)組成、林木生長、林地生產(chǎn)力、森林環(huán)境和生態(tài)功能等諸多方面存在顯著的差別[8]。自然演替需要時間長，只有通過人為采取系列經(jīng)營措施調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，使林下植物提供更適宜生長條件，提高林下植物多樣性，維持和促進森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮生態(tài)效益的穩(wěn)定性和持續(xù)性，人為縮短向地帶性頂級群落演替進程。今后遼東山區(qū)次生林經(jīng)營中，在保證森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性同時提高現(xiàn)有林地生產(chǎn)力，并保留冠下萌生具有培育前途闊葉樹和針葉樹種，或是在冠下、林窗栽植紅松等鄉(xiāng)土針葉樹種，林中空地上進行人工補植造林，誘導(dǎo)形成針闊混交林。本研究雖在長達40多年時間內(nèi)采用補植、撫育等經(jīng)營措施調(diào)整森林結(jié)構(gòu)，但是需要更長的時間和系統(tǒng)的評價體系來證實經(jīng)營效果。

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