封育對華北落葉松低效人工林林下植被的影響

郭敬麗，王　輝，張學民，郭萬軍

(河北省木蘭圍場國有林場管理局，河北 圍場 068450)

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封育對華北落葉松低效人工林林下植被的影響

郭敬麗，王輝，張學民，郭萬軍

(河北省木蘭圍場國有林場管理局，河北 圍場 068450)

摘要：以木蘭圍場國有林場40 a左右生華北落葉松低效人工林為對象，采用樣地、樣方測定法研究了封育2a對不同撫育疏伐保留密度林分林下植物群落植物組成與結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果是保留密度為825株·hm-2和500株·hm-2的低效人工林，經(jīng)封育后林下植物種類及個體數(shù)量都增加，增加者主要為草本植物，增加量低密度林分高于高密度林分；灌木層平均高度和蓋度增加，蓋度增加幅度低密度林地大于高密度林地；高密度林地草本層優(yōu)勢種(批針薹草)不變，低密度林地原次優(yōu)勢種(小紅菊)上升為優(yōu)勢種，而原先的優(yōu)勢種(金毛狗尾草)衰退為次優(yōu)勢；草本植物Margalef 豐富度指數(shù)、Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)等4個物種多樣性指數(shù)高密度樣地和低密度樣地都有相應(yīng)提高，封育可以提高林分林下多樣性，高密度林分提高幅度大于低密度林分；綜合考慮,為改善林下植物群落結(jié)構(gòu)，40 a生左右華北落葉松低效人工林撫育改造適宜保留林分密度為500株·hm-2左右。

關(guān)鍵詞：華北落葉松；低效人工林；疏伐撫育；封育；林下植被；結(jié)構(gòu)

隨著生態(tài)環(huán)境的不斷惡化和人類生態(tài)意識的不斷覺醒，森林功能日趨多樣，其防風固沙、水源涵養(yǎng)、旅游休憩等生態(tài)服務(wù)功能也得到進一步重視。林下植被作為森林生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分，因其在維護森林生態(tài)功能穩(wěn)定性和生產(chǎn)力方面具有獨特的功能和作用[1]逐漸被人們關(guān)注。林下植被研究最早可以追溯到19世紀末[2,3]，主要研究其對立地的指示作用。近20 a來，林下植被在林分養(yǎng)分循環(huán)及穩(wěn)定林分生產(chǎn)力方面研究受到重視[4,5]。低效林是指受強烈自然和非自然因素干擾破壞，林分系統(tǒng)功能逆向發(fā)展，系統(tǒng)組成成分欠缺，林分生長緩慢，質(zhì)量低劣，植被總蓋度低，林下土壤結(jié)構(gòu)受到嚴重侵蝕，整個林分生態(tài)系統(tǒng)功能幾乎喪失自我恢復能力，防護效益或經(jīng)濟效益低下的林分。低效人工林因造林或人工更新等經(jīng)營技術(shù)措施不當而導致，可分為低效純林、樹種(種源)不適林、病蟲危害林、經(jīng)營不當林、衰退過熟林等類型[6]。

華北落葉松是我國暖溫帶地區(qū)極為重要的造林樹種，適應(yīng)性強、成活率高、生長快、干形直、材質(zhì)優(yōu)良、耐濕耐腐、容易加工，在我國北方地區(qū)造林面積較大，因多方因素也出現(xiàn)了較大比例的人工低效林，直接影響林地生態(tài)效應(yīng)發(fā)揮和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。為此，基于林下植物的調(diào)查，我們對華北落葉松低效人工林改造后的地被層群落結(jié)構(gòu)進行了研究分析，以期為其經(jīng)營改造技術(shù)選擇提供參考，現(xiàn)總結(jié)如下。

1研究地概況

研究地區(qū)位于河北省圍場縣境內(nèi)，該地區(qū)屬于冀北山脈接壩區(qū)。氣候?qū)俸畮蛑袦貛н^渡、半干旱向半濕潤帶過渡大陸季風氣候，全年無霜期約128 d，年平均氣溫-1.4～4.7 ℃，全年≥0 ℃的有效積溫為2 180 ℃，土壤類型為含石礫較多的山地褐土，成分母巖以花崗巖為主。

2研究方法

2.1樣地設(shè)置

本研究主要針對因自然條件及人工干擾造成的低效人工林，樣地設(shè)在克勒溝林場183C/85小班，海拔1 156 m，山地陰坡、中坡位、壤土。選擇位于同一等高面、華北落葉松低效人工林[1]進行疏伐、封育。

2.2撫育及調(diào)查方法

2010年12月對林分密度為850株·hm-2華北落葉松低效人工林進行撫育疏伐，疏伐后密度分別為825株·hm-2(以下簡稱高密度)、500株·hm-2(以下簡稱低密度)；2013年7月進行封育前林下植物調(diào)查，并于2013年12月圍欄封育，2015年7月進行封育2 a后林下植物調(diào)查，方法為梅花取樣法，在試驗地內(nèi)分別設(shè)置5 m×5 m灌木樣方和1 m×1 m的草本樣方各5個進行林下灌木、草本調(diào)查,調(diào)查內(nèi)容包括種類、個體數(shù)、高度、地上生物量、蓋度等。

2.3生物多樣性計算

重要值 F=(相對密度+相對優(yōu)勢度+相對頻度)/3

Margalef 豐富度指數(shù)

Simpson多樣性指數(shù)

Shannon-Weiner多樣性指數(shù)

Pielou 均勻度指數(shù)

式中，Pi為第i種物種個體數(shù)占群落總個體數(shù)的比例，S為物種總數(shù)，N為某個物種的個體數(shù)。

3結(jié)果與分析

3.1林下植物種類及個體數(shù)量

從表1可以看出，封育2 a后，兩種林分密度的低效人工林林下植被均有新物種進入，高密度樣地增加了3科4屬5種亦即草本植物增加了3科4屬5種(喬木、灌木種類數(shù)量未變化)，低密度樣地植物種類數(shù)量增加2科7屬11種(草本10種，灌木1種)；封育后不同密度樣地植物個體數(shù)量除喬木外也有增加，高密度樣地個體數(shù)量灌木每樣方(5 m×5 m)由40株增加為50株、草本每樣方(1 m×1 m)由94株增加為144株;低密度樣地個體數(shù)量灌木每樣方由34株增加為45株、草本每樣方由178株增加為242株。表明經(jīng)2 a封育后，林下植物種類及個體數(shù)量增加，且增加種類數(shù)量和個體數(shù)量低密度林分高于高密度林分，增加的種類及個體數(shù)主要為草本植物。

表1　調(diào)查林地植物種類構(gòu)成

3.2林下植物結(jié)構(gòu)組成

3.2.1灌木層華北落葉松人工林下植物主要由灌木和草本植物構(gòu)成。本研究樣地灌木木層植物種類和數(shù)量較少、草本層植物種類和數(shù)量較多，從表2可以看出，不管是封育前還是封育2 a后，林下灌木叢數(shù)都是高密度樣地多于低密度樣地，而灌木層平均高度、蓋度卻是低密度樣地高于高密度樣地；高密度樣地灌木層僅有土莊繡線菊1種，封育前后物種組成無變化、個體數(shù)量增加2叢、平均高度增加9 cm、蓋度增加6%；低密度樣地灌木層封育2 a后物種增加1種，優(yōu)勢種仍為土莊繡線菊，增加種為細葉小檗，個體數(shù)量增加1叢、平均高度增加7 cm、蓋度增加11%，表明經(jīng)2 a封育不同密度樣地灌木平均高度和蓋度都有所增加，蓋度增加幅度低密度樣地大于高密度樣地，原因可能是樣地灌木層個體數(shù)量較少，在外來干擾(放牧)較輕的情況下，低密度樣地光照條件改善，促進了灌木生長，較大林隙也為新入物種提供了條件。

表2　封育對樣地灌木結(jié)構(gòu)影響

3.2.2草本層從表3可以看出,草本層植物高密度樣地封育前以莎草科批針薹草為優(yōu)勢種，禾本科金毛狗尾草和菊科細裂葉蒿次之，封育后以莎草科批針薹草為優(yōu)勢種，牻牛苗兒科草地老鸛草為次優(yōu)勢種，即封育前后優(yōu)勢種未改變，而次優(yōu)勢種發(fā)生改變；低密度樣地封育前以禾本科金毛狗尾草為優(yōu)勢種，莎草科批針薹草和菊科細裂葉蒿次之，封育后以菊科小紅菊為優(yōu)勢種，莎草科批針薹草和禾本科金毛狗尾草次之，即原先次優(yōu)勢種上升為優(yōu)勢種，而原先的優(yōu)勢種衰退為次優(yōu)勢種。表明對強烈干擾有較強適應(yīng)能力的草本植物在封育前具有明顯優(yōu)勢，封育后干擾消失，新物種出現(xiàn)及原有物種個體數(shù)量增加，使原優(yōu)勢種優(yōu)勢下降，改變了原有優(yōu)勢種或亞優(yōu)勢種在群落中的地位和作用。

表3　華北落葉松低效人工林林下草本植物重要值

表3(續(xù))

種 名科 名屬 名封育前高密度樣地低密度樣地封育后高密度樣地低密度樣地匍枝委陵菜薔薇科委陵菜屬0.23-5.33-光萼青蘭唇形科青蘭屬0.230.11--裂葉堇菜堇菜科堇菜屬0.230.48--中華小苦荬菊科小苦荬屬0.221.063.691.95山丹百合科百合屬0.21-1.37-豬毛蒿菊科蒿屬0.180.720.240.23牡蒿菊科蒿屬--0.120.07艾蒿菊科蒿屬---2.80矮生嵩草莎草科嵩草---2.15掌葉堇菜堇菜科堇菜屬--0.672.05興安胡枝子豆科胡枝子屬-1.750.421.34絨蒿菊科蒿屬--0.181.27硬質(zhì)早熟禾禾本科早熟禾屬--0.841.23隱子草禾本科隱子草屬--0.840.81早開堇菜堇菜科堇菜屬---0.58蒲公英菊科蒲公英屬---0.57瓣蕊唐松草毛茛科唐松草屬-1.540.180.53狼毒瑞香科狼毒屬-0.77-0.51細葉委陵菜薔薇科委陵菜屬---0.43白萼委陵菜薔薇科委陵菜屬---0.40白蓮蒿菊科蒿屬-0.11-0.37地榆薔薇科地榆屬-0.48-0.30朝天委陵菜薔薇科委陵菜屬--2.480.25林地早熟禾禾本科早熟禾屬---0.23牻牛兒苗牻牛苗兒科牻牛苗兒屬---0.21西伯利亞遠志遠志科遠志屬--0.290.18車前車前科車前屬--1.420.12雞眼草豆科雞眼草屬---0.12細葉柴胡傘形科柴胡屬---0.08直立黃芪豆科黃耆屬---0.08細葉韭百合科蔥屬-0.09-0.07香青蘭唇形科青蘭屬---0.07達烏里小龍膽龍膽科龍膽屬---0.07地薔薇薔薇科地薔薇屬--0.76-豬毛菜藜科豬毛菜屬--0.39-抱莖小苦荬菊科小苦荬屬--0.33-女婁菜石竹科蠅子草屬--0.12-粟麻瑞香科草瑞香屬--0.12-角蒿紫葳科角蒿屬-0.09--野艾蒿菊科蒿屬-1.28--金露梅薔薇科委陵菜屬-0.48--牛尾蒿菊科蒿屬-0.33--綬草蘭科綬草屬-0.20--羊茅禾本科羊茅屬-0.15--

3.3林下植物多樣性

從表4可以看出，經(jīng)2a封育，不管是高密度樣地還是低密度樣地，測定的4個物種多樣性指數(shù)相應(yīng)都有所提高，多樣性指數(shù)高密度樣地和低密度樣地增加值分別為Margalef 豐富度指數(shù)9.2和5.4、Simpson指數(shù)0.12和0.06、Shannon-Wiener指數(shù)0.38和0.26、Pielou均勻度指數(shù)0.13和0.02；封育前這4個指標都是低密度樣地高于高密度樣地，而封育后不盡如此，即Margalef 豐富度指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)仍然是低密度樣地高于高密度樣地，Simpson指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)卻是低密度樣地低于高密度樣地，說明封育可以提高林分林下草本植物多樣性，高密度林分草本植物多樣性提高的幅度大于低密度林分，用不同的指標比較二個不同林分草本植物多性性高低可能會出現(xiàn)相反的結(jié)果。

表4　華北落葉松低效人工林林下草本植物多樣性

4結(jié)論與討論

本研究40 a左右生華北落葉松疏伐后密度達到825株·hm-2和500株·hm-2的低效人工林樣地，經(jīng)2 a封育，林下植物種類及個體數(shù)量增加，增加量低密度林分高于高密度林分，主要為草本植物，高密度樣地植物種類增加7種，個體數(shù)量每灌木樣方、草本樣方分別增加10個和50個;低密度樣地植物種類增加11種，個體數(shù)量每灌木樣方、草本樣方分別增加11個和64個。灌木層平均高度和蓋度增加，低密度樣地蓋度增加幅度大于高密度樣地。草本層高密度樣地優(yōu)勢種(批針薹草)不變，次優(yōu)勢種上升為優(yōu)勢種，低密度樣地原先的次優(yōu)勢種(小紅菊)上升為優(yōu)勢種，而原先的優(yōu)勢種(金毛狗尾草)衰退為次優(yōu)勢。草本層Margalef 豐富度指數(shù)、Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)等4個物種多樣性指數(shù)高密度樣地和低密度樣地都有相應(yīng)提高，封育可以提高林分林下多樣性，高密度林分提高幅度大于低密度林分。短期封育對林下灌木結(jié)構(gòu)影響不明顯，對林下草本層結(jié)構(gòu)影響明顯。

綜合考慮為改善林下植物群落結(jié)構(gòu)，對40 a左右的華北落葉松低效人工林撫育改造的適宜保留林分密度為500株·hm-2左右，這與張宏芝等[7]的研究結(jié)果不一致，可能因研究對象即實驗林分的初始狀態(tài)不同而引起。對遭受人為嚴重破壞而形成的華北落葉松低效人工林進行封育，可以有效地促進林下植被恢復，增加林下植被蓋度和植物多樣性，有利于喬—灌—草森林群落的形成和穩(wěn)定森林生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，促進林分生長。

參 考 文 獻

[1]何藝玲，傅懋毅.人工林林下植被的研究現(xiàn)狀[J].林業(yè)科學研究，2001,15(6):727-737.

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[4]馮宗煒，陳楚瑩，王開平，等.亞熱帶杉木純林生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)元素的積累、分配和循環(huán)研究[J].植物生態(tài)學與地理學叢刊，1985,9(4):245-246.

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收稿日期：2016-02-18

基金項目：中央財政林業(yè)科技推廣示范項目“華北落葉松低效人工林改建豐產(chǎn)林技術(shù)推廣”[冀TG(2013)004]；河北省林業(yè)科學技術(shù)研究項目“木蘭林區(qū)森林流域經(jīng)營關(guān)鍵技術(shù)研究(1305448)”。

作者簡介：郭敬麗(1982-)，女，河北隆堯人，碩士，林業(yè)工程師，從事森林經(jīng)營技術(shù)與管理工作。

中圖分類號:S755,S718.54

文獻標識碼:A

文章編號:1001-2117(2016)04-0018-05

Effect of Closure for Nature Regeneration of Larix principis-rupprechtii on Understory Vegetation

GUO Jin-li, WANG Hui, ZHANG Xue-min, GUO Wan-jun

(Mulan Paddock State-owned Forest Administration, Weichang, Hebei 068450)

Abstract:Larix principis-rupprechtii; forest of 40a in Mulan paddock state-owned forest farm was surveyed using sample plot and quadrat method to study the effect of two years closure of forest on the composition and structure of understory vegetation community.The result showed that density 825 plants per hm2 and density 500 plants per hm2 both increased understory vegetation species and quantities, mostly the herbal plants, the increment of which for low density forest were higher than for high density forest.Shrubs height and coverage were increased, with increment of coverage for low density forest to be higher than high density forest.For herbal vegetation the dominant species remain same in high-density forest and secondary dominant species went up to be dominant one.Of herbal vegetation of low-density forest, secondary dominant species went up to be dominant one while original dominant species went down to be the secondary dominant one.Species diversity indices like Margalef richness, Simpson index, Shannon-Wiener index, Pielou evenness index for both low-density forest and high-density forest were all increased.The amount increased for high-density forest was bigger than that of low-density forest.Based on the above analysis, the density after tending should be kept as 500 plants per hm2 for Larix principis-rupprechtii of 40 a.

Key words:Larix principis-rupprechtii; low productivity plantation; tending; forest understory vegetation; structure