不同管理措施下闊葉混交林林下的植物多樣性和植被結(jié)構(gòu)分析

高桂飛

(凌源市小城子鎮(zhèn)林業(yè)工作站，遼寧 凌源 122500)

1 研究背景

植物多樣性主要由植物均勻性及豐富度反映，現(xiàn)已成為生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究重點。對任何地區(qū)而言，植物多樣性都是保證當(dāng)?shù)刂脖坏靡曰謴?fù)的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)恢復(fù)植被采取的首選方式均為栽培人工林，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在改良小氣候、增強土壤肥力、減少水土流失方面，一般來說，具有越多植物種類的人工林，越有助于生態(tài)穩(wěn)定性的增強[1]。由于人工林的栽培較易受到水土流失的影響，因此，工作人員應(yīng)做到以實際情況為依據(jù)，在植被恢復(fù)規(guī)律指導(dǎo)下，對植被結(jié)構(gòu)與物種類型進(jìn)行配置，確保生態(tài)系統(tǒng)能夠得到長期維持[2]。除此之外，對人工林進(jìn)行栽培時，工作人員還要對樹種配置引起重視，切記不可過度追求綠化而選擇對樹種進(jìn)行高密度種植，這會導(dǎo)致其他類型植物無法生長。

2 研究方法

研究表明，受物種組成單一影響，各地人工林均出現(xiàn)了肥力下降等問題，導(dǎo)致林地生產(chǎn)力無法得到保障，為盡快扭轉(zhuǎn)這一局面，有關(guān)人員提出應(yīng)對林下植被進(jìn)行研究。該文所采用方法以樣地取樣調(diào)查為主，將樣地分為3層進(jìn)行調(diào)查，其中，喬木樣方尺寸為20 m×20 m，按照每木檢尺的方式，對樣地喬木冠幅、高度和胸徑進(jìn)行調(diào)查[3]。隨后，分別在樣地內(nèi)取尺寸為2 m×2 m的5個灌木樣方、尺寸為1 m×1 m的10個草本樣方，對灌木層高度平均值、實際蓋度進(jìn)行測定，通過目測的方式，確定各種對應(yīng)株數(shù)及蓋度，同時對平均高度進(jìn)行測量，在此基礎(chǔ)上，記錄蓋度、物種數(shù)和平均高度。灌木層需要測定的參數(shù)為高度及平均高度。喬木層則需要進(jìn)行檢尺，對樣方喬木數(shù)量、種類和高度進(jìn)行調(diào)查[4]。

配置的單位是行×株。見表1。計算物種多樣性所用公式為

式中：S代表物種豐富度；Pi代表i種重要值。

表1 調(diào)查結(jié)果

3 研究結(jié)果及討論

3.1 研究結(jié)果

3.1.1 林下植物生長情況

不同管理措施下植物生長情況見表2，在坡位、海拔、坡向、林齡大致相同的前提下，管理措施所造成影響，通常經(jīng)由蓋度和平均高度反映。

表2 植被層生長情況

(1)蓋度

灌木層蓋度約為16.5%～44.5%，云杉與落葉松的混交林蓋度最小，云杉與白樺樹的混交林蓋度最大，中間分別為白樺林、落葉松林以及云杉林，其中，針葉林對應(yīng)灌木蓋度較其他人工林更低，通常在30%左右。由于前者樣地有郁閉度高、密度大和林下枯枝落葉層較厚的特點，因此，植被生長受限較為嚴(yán)重。灌木蓋度主要是對生長環(huán)境所提出要求較為嚴(yán)格，林下環(huán)境所能滿足條件有限[5]。對草本層進(jìn)行分析可知其蓋度由高到低依次是白樺混交林、白樺林、落葉松林、云杉落葉混交林、云杉林。其中，僅有云杉林蓋度未達(dá)到30%，其他人工林蓋度均超過了30%。導(dǎo)致該情況出現(xiàn)的原因主要是云杉林具有郁閉度高、密度大的特點，在熱量和光照因素的雙重影響下，其林下草本層所具有高度自然較其他人工林更低。

(2)平均高度

灌木層高度平均值約為0.4～1.1 m，其中，高度最高的為白樺混交林，高度較低的為落葉松混交林，其他人工林的排序為白樺林、云杉林、落葉松林，而草本層高度所呈現(xiàn)出變化趨勢，可被概括為“白樺混交林最高、落葉松混交林最低，中間為白樺林、落葉松林和云杉林”，這是因為落葉松混交林的林下草本層，無法接收到充足的光照，高度偏低的情況難以避免，而大量山羽蘚的存在更是無形凸顯了種間優(yōu)勢度。由于山羽蘚的高度平均為0.02 m，落葉松混交林的林下草本植被高度必然會被降低，而導(dǎo)致大量山羽蘚滋生的原因主要是林下環(huán)境潮濕且陰冷。

通過對不同管理措施下林下草本層和灌木層情況進(jìn)行對比分析能夠看出，若坡位、海拔、坡向、林齡大致相同，林下植被高度平均值和高度的變化趨勢，均為針闊混交林較針葉混交林更大，剩余人工林由高到低依次為闊葉林、針葉林[6]。對郁閉度高且密度大的針葉混交林而言，林下無灌木的情況也極為常見，這表明林下植物生長情況與林分組成相關(guān)。

3.1.2 林下植物多樣性

對綜合量度的植物多樣性進(jìn)行分析時，關(guān)鍵要做到全面考慮測度指標(biāo)。該文所討論闊葉混交林灌木物種、草本物種的豐富度大致相同，受管理措施影響較小，其中，物種最多的是針闊混交林，物種最少的為針葉混交林，前者的物種數(shù)量為24，后者僅有6種且無灌木植物。通過對多方因素加以分析后得出“針闊混交林既有針葉林特征，又有闊葉林特征，可對環(huán)境資源進(jìn)行充分利用，生物異質(zhì)性隨之增加，大量物種侵入使其表現(xiàn)出了更高的多樣性”的結(jié)論。此外，現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果表明，針葉混交林有以下特征：密度大、郁閉度高、林下高度低、受熱量和光照因素影響，林下無灌木生長，相關(guān)豐富度指標(biāo)為0。

不同管理措施下林下灌木和草本生物多樣性的變化趨勢大致相同。其中，具有最高指數(shù)的為針闊混交林，指數(shù)最低的則是針葉混交林，這是因為針闊混交林的物種數(shù)較高，加之在林分環(huán)境影響下，不同物種數(shù)量并無明顯差異，其多樣性指數(shù)自然較針葉混交林更高。灌木層多樣性指數(shù)處于0.52～1.09，其中，由高到低依次為：白樺混交林、白樺林、云杉林、落葉松林、落葉松混交林，針葉純林灌木類型較少，對應(yīng)指數(shù)均未超過0.6。草本層所具有物種多樣性存在顯著差異，若以相關(guān)指數(shù)為依據(jù)，由高到低依次為：白樺混交林、白樺林、云杉林、落葉松林、落葉松混交林，各層多樣性指數(shù)均未超過0.8，同時指數(shù)間所存在差異較小，這表示物種多樣性極易被郁閉度、人工林密度所影響。針葉混交林有大量山羽蘚，正是因為有優(yōu)勢種山羽蘚的存在，其多樣性指數(shù)才能夠被控制在0.20左右，由此可見，郁閉度高且密度大的針葉混交林下所形成相對潮濕、光照較少的環(huán)境，符合蘚類植被所提出生長需求。

均勻度指數(shù)所描述內(nèi)容為林下植被中植株個體分布情況，研究表明，各林分人工林對應(yīng)草本層、灌木層的物種均勻度所呈現(xiàn)出變化規(guī)律基本一致，其中，均勻度最高的人工林是針闊混交林，均勻度最低的人工林是針葉混交林。以均勻度指數(shù)為依據(jù)，由高到低依次為：白樺混交林、白樺林、云杉林、落葉松林、落葉松混交林?；旖涣?、白樺林對應(yīng)灌木層的植物，存在數(shù)量少且個體大的特點，分布相對均勻，在其他人工林中，落葉松及云杉在成熟后通常會產(chǎn)生較多種子，而喬木斷頂所形成縫隙，又為灌木還有幼苗的生產(chǎn)提供了良好環(huán)境。這里要注意一點：灌木物種能否得到均勻分布，通常取決于林隙分布所表現(xiàn)出的均勻性。按照均勻指數(shù)對草本層進(jìn)行排序，其結(jié)果同上，僅有白樺混交林指數(shù)偏低，其他人工林指數(shù)均較高，由此可見，無論是白樺林、云杉林，還是落葉松林，均具有稀疏種少、富集種多的特點。

綜上，單純從保護(hù)或是增加植物多樣性的方面考慮，闊葉林、針闊混交林的林下植被均能夠表現(xiàn)出更接近理想狀態(tài)的更新及生長速度[7]。

3.1.3 林下植被結(jié)構(gòu)分析

采用不同管理措施的闊葉混交林，其物種結(jié)構(gòu)及功能往往有顯著差異存在，這也是不同混交林物種具有不同多樣性、均勻度、豐富度的主要原因。研究表明，在物種多樣性與豐富度方面，草本層較灌木層更高，這也表明該文研究混交林的林下植被多為草本植被，而決定植物多樣性的主體自然就是草本層。

即便管理措施不同，在植物多樣性方面的表現(xiàn)，草本層始終高于灌木層。該情況出現(xiàn)的原因主要是對春季處于萌發(fā)期的草本層植物而言，給林下植物生長帶來限制的因素并非光照，草本層植物往往會利用該時間差進(jìn)行萌發(fā)與快速生長，數(shù)量自然有所增加[8-9]。關(guān)于生長環(huán)境，灌木植被所提出要求相對嚴(yán)格，其生物多樣性較草本層更少的情況難以避免。由此可見，林分組成、造林密度均會給植物多樣性帶來影響。

而灌木層具有良好均勻度指數(shù)的原因主要是灌木數(shù)量更加穩(wěn)定且適應(yīng)性更強，管理措施與灌木生長的相關(guān)性并不顯著，且不同植物個體分布相對均勻，稀有種、伴生種和優(yōu)勢種在數(shù)量上并無明顯差異。草本層特點則是植物種類更多，較易受外界環(huán)境影響，以細(xì)葉苔草為代表的優(yōu)勢種數(shù)量較稀有種、伴生種更多，且個體分布并不均勻[10-11]。

3.2 討論

研究表明，不同管理措施下，林下灌木及草本植物豐富度變化相近，由高到低依次是針葉混交林、闊葉林、針葉林及針葉混交林，草本層較灌木層更高，這表明該文研究闊葉混交林的林下植被，占比較大的為草本植物，且草本植物對植被豐富程度起決定作用。而具有更高均勻度的為灌木層，這是因為針闊混交可使環(huán)境資源得到充分利用，理想的穩(wěn)定性使物種侵入成為可能，混交林侵入物種數(shù)量不斷增加。對純林而言，針葉林給林下植被生長所產(chǎn)生積極影響較闊葉林更為突出。受研究資料和時間制約，該文并沒有將土壤情況給人工林所帶來影響納入研究范圍，以往的研究表明，土壤差異會使環(huán)境出現(xiàn)異質(zhì)性情況，進(jìn)而影響到林下草本、灌木物種數(shù)量。鑒于此，未來研究的側(cè)重點應(yīng)落在生態(tài)系統(tǒng)還有群落生態(tài)學(xué)上，強調(diào)利用相關(guān)知識對生物變化機理進(jìn)行研究，在對生物多樣性、地面植被以及林地土壤進(jìn)行充分結(jié)合的基礎(chǔ)上，確定提升林地生產(chǎn)力，同時使環(huán)境質(zhì)量得到優(yōu)化的方法。

此外，該文還指出不同管理措施下，闊葉混交林的林下草本及灌木植物，其多樣性指數(shù)均較為規(guī)律，由此可見，優(yōu)先落實可使植物多樣性得到保護(hù)與提高的管理措施很有必要。接下來將根據(jù)不同林分特點，對切實可行的管理措施進(jìn)行說明，供相關(guān)人員參考。

第一種，針闊混交林的管理原則為封禁。事實證明，封禁能夠使本層物種、喬木物種和灌木物種的多樣性得到顯著增加，林下空間結(jié)構(gòu)自然更加復(fù)雜。高郁閉林分的管理重點在于通過間伐的方式，將林分密度降低到合理水平，為林下環(huán)境的天然更新提供有力支持[12]。

第二種，針葉混交林的管理原則為林分改造。雖然該文所研究針葉混交林，其群落變化趨同于地帶森林變化，但存在速度緩慢的問題，基于現(xiàn)有針闊混交林，利用地帶頂級群落主要植物對多樹種、多層次闊葉混交林進(jìn)行重建，可使人工林群落過渡至頂群落的速度大大加快。另外，管理人員還應(yīng)當(dāng)做到循序漸進(jìn)，這是因為樹種需光量與時間的關(guān)系多為正相關(guān)，時間的推移必然會使其需光量大幅增加，對上層喬木做科學(xué)剪枝處理，可使林下植被原有植物多樣性得到恢復(fù)，生態(tài)景觀自然更加平衡。關(guān)于郁閉度高且密度高的林分，最有效的管理措施便是間伐，旨在為林下草本與灌木提供充足生長空間[12]。

4 結(jié)語

通過分析能夠看出，不同類型闊葉混交林往往適用于不同的管理措施，比如，針闊混交林需要封禁，而針葉混交林更傾向于林分改造，要想使林下植被結(jié)構(gòu)更加科學(xué)且植物多樣性得到保持，關(guān)鍵是以混交林特點為依據(jù)，對相應(yīng)的管理措施進(jìn)行選擇與應(yīng)用，確保林下植物具有更為適宜的生長條件，通過改善環(huán)境的方式為社會發(fā)展助力。