撫育間伐對華北落葉松林下物種多樣性的影響

劉陽

摘 要：以華北落葉松純林和混交林為研究對象，通過比較撫育前、后林下物種多樣性的變化，分析撫育間伐對林下物種多樣性的影響。結(jié)果表明：撫育間伐后，華北落葉松純林、混交林林下物種的豐富度、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)整體呈增加的趨勢，但個別樣地有所降低，其中純林草本多樣性的增加約為混交林的2倍，混交林豐富度的增加為純林2.7倍，其余指數(shù)約為純林4倍。通過SPSS配對樣本t檢驗得出，撫育后華北落葉松純林草本層物種多樣性顯著增加，灌木層增加不顯著，混交林草本層多樣性增加不顯著，灌木層除豐富度外顯著增加，撫育間伐有利于華北落葉松林下物種多樣性的提高。

關(guān)鍵詞：撫育間伐；華北落葉松；物種多樣性

中圖分類號 S79 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）15-0104-04

Abstract：In this paper，the species diversity of understory vegetation about the tending groups and the control groups was obtained by investigating the understory vegetation in the Larix principis-rupprechtii pure larch forest and mixed forest.By comparing and analyzing the change of the different groups of the species diversity of understory vegetation，the reasonable thinning intensity was determinedin Larix principis-rupprechtii to provide a scientific basis for forest management. The results showed that after tending thinning， the Richness，Shannon-Wienerindex，Simpson index and Pielou evenness index showed an increasing trend as a whole，but decreased in some plots，and the percentage of the increase of herbaceous diversity in the pure forest was about 2 times of that in the mixed forest. The richness of mixed forest was increased by 2.7 times as much as that of pure forest，and the other indexes were about 4 times of that of pure forest. Through SPSS paired sample t test，the Larix principis-rupprechtii pure larch forestherb diversity increased significantly and the shrub diversity index did not increase significantly， the mixed herb diversity did not increase significantly and the shrub diversity index increased significantly except the richness. Effects of tending thinning on species diversity of Larix principis-rupprechtiiforest are distinct.

Key words：Tending thinning；Larix principis-rupprechti；Species diversity

1 引言

撫育間伐是一種重要的森林經(jīng)營措施，能為林木提供適宜的生長環(huán)境，提高林木質(zhì)量，同時也會影響森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部物種的多樣性。物種多樣性不僅反映了群落組成中物種的豐富程度，也反映了不同自然地理條件與群落的相互關(guān)系，以及群落的穩(wěn)定性與動態(tài)，是群落組織結(jié)構(gòu)的重要特征[1]。在對多樣性的探究上，眾多學(xué)者均是采用物種豐富度、多樣性指數(shù)和均勻度3種指標來描述的[2-5]。

華北落葉松（Larix principis-rupprechtii）是華北地區(qū)的主要造林樹種，其長勢良好、材質(zhì)優(yōu)良、適應(yīng)性強，在涵養(yǎng)水源、保持水土、調(diào)節(jié)氣候等方面都發(fā)揮著重要的作用[6]，其總體質(zhì)量關(guān)系到京津冀地區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)[7]。

本研究通過對撫育間伐前后華北落葉松純林和混交林林下灌草豐富度、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)的研究，分析得出撫育前后對照樣地與撫育樣地林下物種多樣性的變化，以及是否顯著。物種多樣性可作為衡量森林質(zhì)量變化的重要指標，多樣性高的林分生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定，豐富的多樣性還會促進生態(tài)系統(tǒng)功能的優(yōu)化[8，9]。因此，研究撫育間伐對華北落葉松林下物種多樣性的影響，可為提高物種多樣性以及合理生態(tài)經(jīng)營提供理論依據(jù)[10]。

2 研究區(qū)概況

2.1 地理位置 木蘭林管局各林場位于灤河上游地區(qū)，地處河北省滿族蒙古族自治縣內(nèi)，屬陰山、大興安嶺、燕山余脈的交匯地帶，是京津地區(qū)重要的水源涵養(yǎng)功能區(qū)。地理坐標為116°32′～118°14′E，41°35′～42°40′N，東西長128km，南北寬98km，地勢呈西北高，東南低，海拔在750～2000m。

2.2 氣候條件 木蘭林管局各林場在寒溫帶到中溫帶，屬半濕潤至半干旱大陸性季風(fēng)型山地氣候，氣候特點四季分明，春季干旱多風(fēng)，夏季涼爽無暑熱，秋季風(fēng)力較大，最大可達6～8級，冬季受西伯利亞高壓控制，盛行西北風(fēng)，寒冷干燥。無霜期67～128d，年平均氣溫-1.4～4.7℃，極端最高氣溫38.9℃，極端最低氣溫-42.9℃，年均降水量380～560mm，主要集中在7—9月，年蒸發(fā)量1350～1500mm。

2.3 森林資源現(xiàn)狀 本研究中華北落葉松林多為人工林，混交林多為人天混交，林齡在20～30a，混交林中的主要闊葉樹種有棘皮樺（Betula dahurica）、白樺（Betula platyphylla）、白楊（Populus tomentosa），林下主要草本植物有披針苔草（Carex lanceolata）、華北烏頭（Aconitum soongaricumvar）、蛇莓（Duchesnea indica）、龍牙草（Agrimonia pilosa）等，主要灌木有接骨木（Sambucus williamsii）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、大葉小檗（Berberis amurensis）、山刺玫（Rosa davurica）等。

3 研究內(nèi)容與方法

3.1 研究內(nèi)容 以華北落葉松純林和混交林2種類型林分為研究對象，研究撫育間伐對其林下物種多樣性的影響。研究以2014年和2016年野外調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析撫育前后華北落葉松林下灌草豐富度、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)的變化，并采用SPSS用配對樣本t檢驗的方法，研究該變化是否顯著。

3.2 研究方法

3.2.1 樣地的設(shè)置 在研究區(qū)選擇華北落葉松純林和混交林，沿等高線平行布設(shè)撫育樣地和對照樣地，共66塊（22塊純林撫育樣地、22塊純林對照樣地、11塊混交林撫育樣地、11塊混交林對照樣地），面積均為600m2（20m×30m）。純林撫育強度為8%～40%，混交林的撫育強度為25%左右。采用5點取樣法，在樣地中心點和四邊角分別設(shè)置5m×5m的灌木樣方，同時在每個灌木樣方設(shè)1m×1m的草本樣方。分別于2014、2016年調(diào)查樣方內(nèi)灌木和草本的種類、株（叢）數(shù)、高度和蓋度，同時記錄樣地的基本信息，如坡度、坡位、海拔、郁閉度等。

3.2.2 數(shù)據(jù)處理 林下物種多樣性的研究主要采用物種豐富度（R）、Simpson多樣性指數(shù)（D）、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）和Pielou均勻度指數(shù)（E）4個指標，各多樣性指數(shù)指標計算公式如下：

（1）Simpson多樣性指數(shù)：

[D=1-i=1S（Pi）2] （1）

（2）Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：

[H′=-i=1Spilnpi] （2）

（3）Pielou均勻度指數(shù)：

[E=H′lnS] （3）

其中Pi代表第i個物種個體數(shù)與群落中物種總個數(shù)的比值，S代表群落中的總物種數(shù)。

運用Excel 2007進行數(shù)據(jù)的整理和作圖，運用SPSS21.0進行配對樣本t檢驗。

4 結(jié)果與分析

4.1 純林林下物種多樣性

4.1.1 草本多樣性 華北落葉松純林撫育間伐之后，其草本豐富度、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)分別增加0.9、0.062、0.220、0.049（表1），通過SPSS配對樣本t檢驗2014年和2016年各多樣性指數(shù)，撫育樣地多樣性指數(shù)顯著增加（P<0.05），對照樣地增加不顯著。因為撫育之后，林分郁閉度減小，林下空間增大，林內(nèi)光照充足，喜光植物增加，例如雞腿堇菜（Viola acuminata）、山芹（Ostericum sieboldii）、野豌豆（Vicia sepium）等。由圖2可以得出，有80%的撫育樣地多樣性增加，而只有50%的對照樣地多樣性指數(shù)增加，撫育間伐使華北落葉松純林草本的多樣性顯著增加。

4.1.2 灌木多樣性 華北落葉松純林撫育間伐之后，其灌木的豐富度、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)分別增加0.2、0.091、0.119和0.095（表2），通過SPSS配對樣本t檢驗2014年和2016年各多樣性指數(shù)，撫育與對照樣地增加都不顯著（P>0.05）。因在所有的純林撫育樣地中，撫育強度小于15%的樣地共有8塊，這些樣地的灌木多樣性增加較少。撫育強度較小，時間短，故其多樣性沒有顯著增加。由圖2可知，撫育樣地各多樣性指數(shù)減小的樣地數(shù)目明顯少于對照樣地，尤其撫育、對照樣地Simpson多樣性指數(shù)減小的樣地數(shù)分別為13和19塊，撫育間伐對灌木多樣性的影響在較短年限雖不顯著，但與對照樣地相比，多樣性還是有明顯增加。

4.2 混交林林下物種多樣性

4.2.1 草本多樣性 華北落葉松混交林間伐之后，其草本豐富度、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)分別增加0.4、0.030、0.102和0.037（表3），通過SPSS配對樣本t檢驗2014年和2016年各多樣性指數(shù)，撫育與對照樣地的增加都不顯著（P>0.05）。因為林下草本層多樣性不僅受喬木層影響，在一定程度上也會受灌木層影響，混交林下有胡枝子（Lespedeza bicolor）、毛榛（Corylus mandshurica）、金花忍冬（Lonicera chrysantha）等高大的灌木，森林撫育間伐之后，為林下灌木提供適宜的生長條件，而高大的灌木又抑制了喜光的草本生長。由圖3可知，撫育、對照樣地多樣性增減的樣地數(shù)目相差不大，因外界的干擾也會對多樣性造成影響，而在總共的11塊撫育樣地中，有5塊樣地受到強度干擾，2塊受到中度干擾，例如踐踏和畜牧，故撫育、對照樣地?zé)o明顯差別。

4.2.2 灌木多樣性 華北落葉松混交林間伐之后，其灌木的豐富度、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)分別增加0.1、0.089、0.163和0.129，通過SPSS配對樣本t檢驗2014年和2016年各多樣性指數(shù)，撫育樣地除豐富度外，其余多樣性指數(shù)都顯著增加（P<0.05），對照樣地各指數(shù)增加不顯著?；旖涣譃閺?fù)層林冠，林內(nèi)環(huán)境異質(zhì)性較強，為毛榛（Corylus mandshurica）、刺五加（Acanthopanax senticousus）、土莊繡線菊（Spiraea pubescens）等喜光植物和錦帶花（Weigela florida）、金花忍冬（Lonicera chrysantha）、胡枝子（Lespedeza bicolor）等耐蔭植物提供適宜的微環(huán)境，林內(nèi)灌木豐富度原本就較高，又因撫育時間較短，所以其豐富度指數(shù)沒有顯著增加。由圖4可知，撫育、對照樣地灌木多樣性增減的樣地數(shù)目相差不大，同樣也因外界干擾的影響。

4.3 純林和混交林物種多樣性的比較 由表5可知，撫育間伐之后，華北落葉松純林草本的豐富度、Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)增加的百分比約為混交林的2倍。由表6可知，混交林的豐富度增加百分比為純林的2.7倍，Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)增加的百分比約為純林的4倍。因混交林在撫育前就有的高大灌木，影響了草本的生長，所以混交林草本多樣性增加要小于純林，而混交林的環(huán)境異質(zhì)性較強，且撫育強度為25%左右的中度撫育，所以即使在撫育年限較小的情況下，灌木多樣性也顯著增加，且增加幅度大于純林樣地。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論 通過撫育間伐，華北落葉松純林和混交林林下物種的多樣性呈增加趨勢，但也有個別樣地減少。其中，純林草本多樣性顯著增加，灌木增加不顯著；混交林灌木多樣性顯著增加，草本增加不顯著；所有對照樣地林下物種多樣性都沒有顯著增加。對比純林與混交林撫育樣地多樣性增加的百分比，純林草本多樣性增加大于混交林，灌木多樣性增加小于混交林。綜合來看，撫育間伐可提高華北落葉松林下物種多樣性。

5.2 討論 毛志宏等在遼寧清源間伐后的落葉松林林內(nèi)光照和草本多樣性的關(guān)系的研究中，得出的撫育間伐改善了林內(nèi)光照條件，改變了林下草本的組成，提高了林下草本多樣性的結(jié)論[11]，以及張鼎華等認為的撫育間伐降低了林內(nèi)密度，改變了林內(nèi)的光照、溫度等生境條件，減少了植物種內(nèi)對養(yǎng)分和水分的競爭，促進了林下植被物種多樣性增加的觀點[12]，與本文所得撫育間伐使華北落葉松純林草本和混交林灌木顯著增加的結(jié)論相一致。有研究結(jié)果表明，中度撫育對林下物種多樣性的增加效果最顯著[1，13]，在接下來的研究中，還可以探討不同撫育強度對華北落葉松林下物種多樣性的影響，為其合理經(jīng)營提供更多參考。由于森林撫育的后效性，所以在較短時期中物種多樣性變化并不十分明顯，應(yīng)在長期定位觀測與分析基礎(chǔ)上，針對撫育間伐對森林物種多樣性的影響進行深入研究。本研究對木蘭林管局華北落葉松純林和混交林撫育間伐前、后林下物種多樣性進行了初步研究，表明撫育間伐對于促進林下物種多樣性的提高有一定的積極作用，但因現(xiàn)在調(diào)查的撫育年限較短，小部分研究樣地又有人為因素干擾，所得結(jié)果可能不夠充分，應(yīng)再擴展評價指標，獲得更完善的技術(shù)資料。

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（責(zé)編：張宏民）