辽东山区次生林不同改造措施对林下植物多样性影响

金鑫

(辽宁省森林经营研究所，辽宁 丹东 118002)

辽东山区属于长白山、华北两大植物区系的过渡地带，边缘效应明显，具有很强的典型性。随着人类影响的日益加大，有关人为干扰生态系统生物多样性的研究和保护逐渐引起人们的重视。辽东山区对低质低效次生林，从不同采伐强度经营理念逐渐转变为对林分采取多目标经营[1，2]，满足健康生态系统异质性的要求，有必要开展次生林生物多样性的保育研究。天然次生林是辽东山区主要的森林类型，也是森林群落演替过程中重要的过渡类型，关于次生林林下[3-5]和人工林[6]植物多样性研究较多，但对次生林多目标经营后，林下多样性研究较少。以往对森林采取粗放和只追求经济效益的经营措施，使已经严重破坏的森林生态系统失去平衡，产生逆行演替，造成森林的整体生态防护功能下降，而通过采取改造措施恢复森林生物多样性则能有效地控制和解决这些问题。本文通过对不同样地内植物多样性调查分析，探讨杨桦林在人为改造恢复过程中植物物种多样性的变化，为辽东山区次生林恢复以及向地带性顶极演替等提供一定基础。

1 试验地概况

试验区地处辽宁省桓仁县八里甸子镇大南沟村尹家大坡，位于41°13′—41°14′ N，124°51′—124°52′ E，海拔高550 m。年平均气温4.6 ℃，年均降水量900 mm，年蒸发量900～1 000 mm，全区≥10 ℃的年积温在3 000 ℃左右，无霜期120 d，土壤为暗棕色森林土，土层厚20～40 cm。当地森林类型主要为阔叶红松林破坏后形成的杨桦次生林。区域内植物物种丰富，有长白山和华北植物区系的植物2 000多种，原有林分以山杨(Populusdavidiana)、白桦(Betulaplatyphylla)为主，并伴生有蒙古栎(Quercusmongolica)、胡桃楸(Juglansmandshurica)、花曲柳(Fraxinusrhynchophylla)等阔叶树，红松(Pinuskoraiensis)等针叶树。

2 研究方法

2.1 不同改造措施设计

固定样地设置于1973年春，当时林龄为20年，最初密度为645株•hm-2,主要以杨树和白桦为主，以不同间伐强度、间伐间隔期和抚育措施，制定不同的改造措施为划分依据，将林分划分为4个区域：对照区、强伐补松、弱伐补松、植松留萌，经过40余年的定位观测后(见表1)，林分基本稳定，林下植被2年内变化较小。

表1 不同措施改造后现有林分情况

注：横线上数据为阔叶树，横线下为红松

2.2 植被调查

采用固定标准地和样方相结合的调查方法。间隔2～3 a对标准地内胸径4 cm以上林木记录所有乔木种类，实测胸径、树高、冠幅，计算平均胸径、密度、树种组成等。

林下植被多样性调查采用样方法，在每个固定标准地内设置2 m×2 m样方5个，调查样方内胸径<4 cm木本植物；设置1 m×1 m样方5个，调查样方内草本植物。调查指标包括植物种类、株丛数、种的高度、盖度等。

2.3 数据处理

林冠下植物群落物种多样性指数计算方法见文献[5-7]。

物种丰富度Margalef、Shannon-Wiener指数(H') 、Simpson优势度指数和Pielou 均匀度指数计算分别按如下公式进行:

物种丰富度Margalef指数:R1=(S-1)lnN

多样性指数采用Shannon-wiener指数：

生态优势度指数采用Simpson指数：

均匀度指数采用Pielou指数：

J= (-∑PilnPi)/lnS;

式中:S为样地各层次物种数目；N为各层次物种多度总和；ni为第i个物种多度；Pi为第i个物种多度相对值，Pi=ni/N。

3 结果与分析

3.1 不同措施改造对林下植物种类的影响

通过对不同改造措施试验区样方内调查(见表2)，对照区物种数最少，不同改造措施试验区内的植被数量是对照区的2.46～2.67倍，物种数是对照区的1.31～1.88倍。根据不同改造措施植物分布情况，以调查样方内植物数量划分为4个梯度(<10株•5 m-2、10～30株•5 m-2、30～60株•5 m-2、>60株•5 m-2)，其中对照区超多60株•5 m-2以上的植物种占总数量的6.25%，而弱度补植、强度补植、植松留萌分别为12.5%、10%、14.29%，可见经过经营恢复的林分林下出现明显的优势种，并且优势种的数量多于对照区。

表2 不同改造措施林下植被种类及数量分布情况

表3 不同改造措施对林下木本和草本影响

通过改造林分，上层林木结构发生了变化，郁闭度减小，改变了林内光照、温度、湿度等小气候，使林下木本和草本植物的种类和数量也发生了变化。从表3可见，弱伐补植区木本、草本植物为20科21属24种，其中五味子(Schisandrachinensis)、球果堇菜(Violacollina)、色木槭(Acermono)数量最多，其次为东北茶藨子(Ribesmandshuricum)；强伐补植区为25科27属30种，五味子、球果堇菜、透骨草(Phrymaleptostachya)数量最多，其次为暴马丁香(Syringareticulata)；植松留萌19科19属21种，五味子、荨麻叶龙头草(Meehaniaurticifolia)、变豆菜(Saniculachinensis)数量最多，其次为榛子(Corylusheterophylla)。

各试验区总盖度，改造各区的总盖度均高于对照区，植松留萌和强伐补植最高，其次为弱伐补植，对照区最低。结果表明，植松留萌和强伐补植区最近一次抚育为2005年，作业后郁闭度降低，大量阳性植物入侵，林下植被物种数和数量均增加。

3.2 不同措施改造对林下植物丰富度指数的影响

物种丰富度指数是反映群落多样性的重要标志之一。人为经营活动对林下植物种类的丰富度影响很大[8,9]。

表4 不同改造措施林下丰富度指数变化

注：表中不同字母代表个试验区差异性(P<0.05)

表4显示，采取不同改造措施试验区草本和木本植物丰富度指均高于对照区，其中草本植物丰富度指数，弱度补植、强度补植与对照区差异显著(P<0.05)，植松留萌与对照区差异不显著(P>0.05)，强度补植最高，弱度补植次之；木本植物丰富度指数，强度补植与对照区差异显著(P<0.05)，弱度补植、植松留萌与对照区差异不显著(P>0.05)，强度补植最高，弱度补植次之。

3.3不同改造措施对林下多样性、均匀度、优势度指数的影响

物种多样性指数是丰富度和均匀性的综合指标，把物种数、单个物种数量和分布情况结合起来的一个统计量，能反映林下物种的丰富度 、变化程度及均匀性[10]。

表5 不同改造措施林下多样性变化

采用不同改造措施林分林下植物种类、总体及单个数量发生变化时，植物多样性也随之发生了改变。由表5可见，采用改造措施试验区林下草本和木本植物的多样性指数Shannon-Wiener均高于对照区，并与对照区差异性显著(P<0.05)，并且变化规律相同，弱度补植最高，依次为强度补植、植松留萌、对照区。木本植物均匀度指数Pielou，弱度补植最高，依次为对照区、植松留萌、强度补植，各区差异不显著(P>0.05)；草本植物均匀度指数Pielou，弱度补植、植松留萌最高，强度补植次之，对照区最小。弱度补植、植松留萌与对照区差异显著(P<0.05)，强度补植与对照区差异不显著(P>0.05)。

生态优势度指数反映物种种群数量的变化情况，是群落结构的一个度量值，也反映种群演替的特征值[11]。由表5可见，改造措施试验区林下草本优势度指数均低于对照区，弱度补植最低，与对照区差异显著(P<0.05)，强度补植、植松留萌与对照区差异不显著(P>0.05)；改造措施试验区林下木本优势度指数均低于对照区，与对照区差异显著(P<0.05)，植松留萌最低。结果表明，通过对采用改造措施林下植被种类和数量增加，总盖度也随之增加。丰富度和多样性指数也高于对照区，优势度指数则低于对照区，可见，引入针叶树种和连续调整上层林木促进了林下群落的演替，使森林生态系统稳定，更能充分发挥生态效益。

4 结论与讨论

4.1 结论

弱度补植、强度补植和植松留萌林下每5 m2植被数量分别为563株、563株和563株，分别为对照区的2.49、2.46、2.67倍，样方内林下植物分别出现24、30、21种数是对照区的1.32、1.5、1.88倍。弱度补植、强度补植和植松留萌林下草本植物丰富度指数和多样性指数均高于对照区，差异显著性与否无明显规律，只有弱度补植均匀度指数高于对照区，但差异不显著；弱度补植优势度指数最小，与对照区差异显著。林下木本植物丰富度指数、多样性指数、均匀度植株均高于对照区，差异显著性与否无明显规律；优势度指数均小于对照区，与对照区差异显著。

4.2 讨论

辽东山区次生林恢复过程中，人为采取不同经营措施(林下补植、不同抚育强度、不同间隔间伐，幼林抚育等)对提高森林稳定性与多样性具有重要的意义。次生林与原始林虽同属天然林，保留阔叶红松林的一些特征，但失去了原始林的森林生境，与原始林在结构组成、林木生长、林地生产力、森林环境和生态功能等诸多方面存在显著的差别[8]。自然演替需要时间长，只有通过人为采取系列经营措施调整林分结构，使林下植物提供更适宜生长条件，提高林下植物多样性，维持和促进森林生态系统发挥生态效益的稳定性和持续性，人为缩短向地带性顶级群落演替进程。今后辽东山区次生林经营中，在保证森林生态系统稳定性同时提高现有林地生产力，并保留冠下萌生具有培育前途阔叶树和针叶树种，或是在冠下、林窗栽植红松等乡土针叶树种，林中空地上进行人工补植造林，诱导形成针阔混交林。本研究虽在长达40多年时间内采用补植、抚育等经营措施调整森林结构，但是需要更长的时间和系统的评价体系来证实经营效果。

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