潮河流域典型天然次生林群落植物多樣性研究

韓建國，項福星，張 娣，賈士偉，陳柏華

（1.承德市農(nóng)林科學(xué)院，河北 承德 067000；2.承德市灤平國有林場總場，河北 承德 068250；3.承德縣紅旗林場，河北 承德 067400）

植物多樣性是反應(yīng)森林群落特征的重要指標(biāo)，是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)研究中的熱點問題之一，可反映群落結(jié)構(gòu)和功能，能反映在自然地理條件不同時生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性及多樣性程度[1]。林下物種多樣性及其變化能反映森林群落的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、功能復(fù)雜性和能量流動速率[2，3]。當(dāng)前針對森林植物多樣性研究的角度非常多，郭文月等[4]闡述胃森林植物物種多樣性的定義、價值分類、價值機(jī)理和評價方法，我國對有關(guān)植物多樣性與地形[5]、林分結(jié)構(gòu)特征因子[6]、生態(tài)功能[7]等方面的研究也有一定的研究成果，干擾對植物多樣性的影響[8]和森林公園植物多樣性保護(hù)研究[9]是學(xué)者們關(guān)注較多的方向之一。

承德市潮河流域位于密云水庫上游，是密云水庫的主要入庫河流，地處內(nèi)蒙古高原與燕山山脈地質(zhì)過渡帶，干流長195.8 km，流經(jīng)豐寧、灤平2 個縣，比降3.7‰～5‰，年地表水資源量為2.46×108m3。潮河流域發(fā)揮著重要的防風(fēng)固沙、水源涵養(yǎng)和水土保持等生態(tài)功能，但潮河流域天然次生林仍存在著土壤瘠薄、林地生態(tài)功能較差的情況。本文通過對承德地區(qū)潮河流域典型的天然次生林在不同經(jīng)營管理措施下，植物多樣性現(xiàn)狀及變化趨勢進(jìn)行研究，旨在為該地區(qū)植物多樣性保護(hù)、森林生態(tài)功能發(fā)揮和資源可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于承德市灤平縣虎什哈鎮(zhèn)，隸屬于承德市灤平國有林場總場?；⑹补?zhèn)屬于中溫帶向暖溫帶過渡、半干旱間半濕潤、大陸性季風(fēng)型燕山山地氣候，四季分明，冬長夏短，春季干旱少雨，夏季溫和，雨水充沛，多雷陣雨，秋季涼爽，晝夜溫差大，冬季寒冷少雪，年平均氣溫7.4℃～9.6℃。有效積溫3 295.3℃，最低氣溫-29.9℃，無霜期150 d 左右。研究區(qū)土壤類型主要為壤土、砂土等，研究區(qū)內(nèi)主要喬木樹種有蒙古櫟、油松、山杏等。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

本研究區(qū)沿潮河流域在拉海嶺林場共選了5塊600 m2樣地，均為20 m×30 m 的長方形。其中，樣地I、II、III、IV 所采取的經(jīng)營措施分別為撫育間伐、修枝、油松造林和側(cè)柏造林，對照CK 樣地為常規(guī)經(jīng)營。在調(diào)查灌木多樣性和林下更新時，在樣地的四角和中心位置分別設(shè)置了5 個5 m×5 m 小樣方，共25 個。在灌木樣方正中間位置選取面積大小為1 m×1 m 的草本樣方。調(diào)查記錄灌木層和林下更新的種類、數(shù)量、高度、蓋度、基徑，記錄草本層的種類、數(shù)量、高度、蓋度。各樣地概況詳見表1。

表1 研究區(qū)樣地概況Tab.1 General situation of sample plot in study area

2.2 計算方法

物種多樣性指數(shù)是種類及種的個體重要價值之間的比例，它能反映群落中的物種數(shù)量、物種個體數(shù)量及分配均勻程度等的變化情況。目前，最廣泛用于測定物種多樣性的是Simpson 多樣性指數(shù)和Shannon-Wiene 多樣性指數(shù)[10]。Simpson 多樣性指數(shù)是基于概率論提出的，并廣泛用于群落學(xué)研究；Shannon-Wiene 多樣性指數(shù)是以信息論范疇的Shannon-Wiene函數(shù)為基礎(chǔ)的研究。

均勻度為群落中不同物種的多度（生物量、蓋度或其他指標(biāo)）分布的均勻程度，群落的均勻度是對物種多度相似程度的一種測度。本文選用Pielou 均勻度指數(shù)。Pielou 均勻度指數(shù)定義為群落的實測多樣性（H'）與最大多樣性（max 即在給定物種數(shù)下的完全均勻群落的多樣性）之比率。各指標(biāo)統(tǒng)計方法：①種類統(tǒng)計。統(tǒng)計群落中物種（喬木、灌木、草本）的多度；②蓋度統(tǒng)計。記錄單位面積內(nèi)灌木、草本的蓋度值；③多樣性統(tǒng)計。物種多樣性統(tǒng)計選用Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)（H）、Simpson多樣性指數(shù)（D）、Pielou均勻度指數(shù)（E）。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同經(jīng)營措施對灌木多樣性的影響

通過對2021 年和2022 年樣地灌木多樣性連續(xù)監(jiān)測結(jié)果分析可知，撫育前和撫育1年后，各試驗樣地的灌木層豐富度變化不明顯，表明林下灌木種類幾乎沒有變化；其他多樣性指數(shù)均有所增加，其中Simpson 指數(shù)增加1.67%～4.84%，Shannon-Wiener 指數(shù)增加0.94%～3.74%，撫育樣地均明顯高于補(bǔ)植樣地。Simpson 指數(shù)增長情況表現(xiàn)為：I＞II＞III＞IV＞CK；Shannon-Wiener 指數(shù)增長情況表現(xiàn)為：I＞II＞IV＞III＞CK。Pielou 均勻度指數(shù)增長1.09%～3.75%，表現(xiàn)為III＞IV＞I＞CK＞II。蓋度均有所增加7.56%～28.8%，表現(xiàn)為樣地II＞I＞III＞CK＞IV。

3.2 不同經(jīng)營措施對草本多樣性的影響

通過對2021 年和2022 年樣地灌木多樣性連續(xù)監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)分析可知，撫育前和撫育1年后，各試驗樣地指標(biāo)均有不同程度的增加。相比于2021 年，豐富度增加0%～4.76%，Simpson 指 數(shù) 增 加0%～7.17%，Shannon-Wiener 指 數(shù) 增 加1.0%～6.93%，撫育樣地均明顯高于補(bǔ)植樣地。豐富度增長情況表現(xiàn)為：I＞II＞CK＞IV＞III；Simpson 指數(shù)增長情況表現(xiàn)為：II＞I＞IV＞III＞CK；Shannon-Wiener 指數(shù)增長情況表現(xiàn)為：II＞I＞III＞IV＞CK。Pielou 均勻度指數(shù)增長0%～2.41%，表 現(xiàn) 為：IV＞III＞II＞I＞CK。蓋 度 均 有 所 增 加7.56%～28.8%，表現(xiàn)為：樣地II＞I＞III＞CK＞IV。

3.3 不同經(jīng)營措施對林下更新的影響

表2 為2021 年和2022 年對樣地林下更新情況連續(xù)監(jiān)測結(jié)果。分析表2 可知，撫育前和撫育1 年后，各樣地的林下更新數(shù)量有不同程度的提高，其中，樣地I、II的增長變化情況較為明顯，主要原因可能為間伐、修枝等撫育措施優(yōu)化了林分空間結(jié)構(gòu)，提高了實生種子的成活率。各樣地總體增長變化表現(xiàn)為試驗樣地＞對照樣地，其中樣地I更新株數(shù)增加了480株/hm2，提升量達(dá)7.5%，遠(yuǎn)高于其他樣地，表現(xiàn)為：樣地I＞II＞III＞IV＞CK。各樣地的更新樹種種類相差不大，均以蒙古櫟、山杏為主。

表2 不同樣地林下更新變化情況Tab.2 Change of understory regeneration in different places

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

物種多樣性是森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與健康的重要指標(biāo)，物種多樣性指數(shù)越高，說明群落的復(fù)雜性越高，林分越穩(wěn)定。在森林撫育經(jīng)營過程中和經(jīng)營后，物種多樣性會發(fā)生明顯的變化，林木撫育會改變林下灌木與草本的生存環(huán)境，進(jìn)而物種分布與蓋度發(fā)生變化。

本研究中，樣地I 中灌木層的Simpson 指數(shù)和Shannon-Wiener 指數(shù)增長變化最為突出，其次為樣地II，而樣地III、IV的Pielou 均勻度指數(shù)增長較為明顯。上述灌木、草本物種在所有樣地中幾乎均有出現(xiàn)，這表明其對蒙古櫟天然次生林具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，分析間伐、修枝、補(bǔ)植等不同措施對于林下物種多樣性差異化影響的原因在于，隨著人工干預(yù)措施的實施，林分樹種組成、郁閉度、光照、溫濕度、種子傳播條件等因素均發(fā)生不同程度的變化，物種競爭和多樣性也隨之改變。

4.2 結(jié)論

本研究通過對潮河流域蒙古櫟天然次生林基于不同經(jīng)營措施下植物多樣性的影響研究，主要得出以下結(jié)論。

（1）灌木層豐富度變化不明顯，其他指數(shù)均有所增加，就多樣性指數(shù)和蓋度而言，樣地I、II 較高，其中Simpson 指數(shù)增加1.67%～4.84%，Shannon-Wiener 指數(shù)增加0.94%～3.74%，蓋度增加7.56%～28.8%；Pielou 均勻度指數(shù)樣地III、IV 較高，增加1.09%～3.75%。

（2）草本層豐富度、多樣性指數(shù)、蓋度均有所增加，樣地I、II變化最為明顯，豐富度增加0%～4.76%，Simpson 指數(shù)增加0%～7.17%，Shannon-Wiener 指數(shù)增加1.0%～6.93%；Pielou 均勻度指數(shù)樣地III、IV增加0%～2.41%。

（3）林下更新數(shù)量均有提高，樣地I 的提升量達(dá)7.5%，其次為樣地II，表現(xiàn)為樣地I＞II＞III＞IV＞CK，各樣地的更新樹種種類相差不大，均以蒙古櫟、山杏為主。