间伐对油松人工林林下植物多样性的影响

赵渺

(辽宁省林业调查规划监测院，辽宁 沈阳 110122)

通过研究不同间伐强度对油松林的影响，得出最佳间伐强度。通过试验得到此林分最适宜的间伐强度，可以在相似林分中应用，为林业生产经营服务。森林间伐可降低林木密度，改善林木生长条件，还能收获部分木材，取得一定的经济效益。但是在兼顾经济效益的同时，应重点考虑森林的生态效益，通过试验可以得到不同间伐强度林分林下植被多样性，得到其变化趋势和最适强度，为森林生态系统和恢复建设提供依据。[1]

1 研究区域概况

1.1 植被条件

木兰围场自然保护区共有种子植物 793种，隶属 90 科 371 属，分别占河北植物区系总数的36.9%、70.3%和52.0%。其中，裸子植物3科7属11 种，即松科(Pinaceae)、柏科(Cupressaceae)和麻黄科(Ephedraceae)；被子植物87 科364 属782种。其中，双子叶植物76 科 293 属 653 种，单子叶植物 11 科 71 属 129 种，其中物种较多的科为禾本科(Gramineae)、蔷薇科(Rosaceae)、菊科(Compositae)、豆科(Leguminosae)等。

1.2 试验地概况

河北省承德市木兰围场海拔1 220 m，坡度 25°～35°的阳坡山地。林龄均为28 a。为了保证样地设置的科学性，尽量保证变量外的其他因子保持一致。

1.3 样地设置

空白对照：即原密度林分作为对照(CK)。

间伐强度分为四级：弱度(27.3%)、中度(40.5%)、强度(50.4%)、超强度(67.8%)。

每个采伐强度设置3个20 m×20 m的样地。在每个样地的四个角上设置5 m×5 m的正方形样方进行灌木调查，共设置60个灌木样方；同时在每个灌木样方的四个角上设置1 m×1 m的正方形样方进行草本调查，共设置240个草本样方。

2 研究方法

详细记录标准地内每一样方内灌木的种数、高度和盖度，调查并记录草本样方内植物的物种、高度和盖度。将更新的乔木幼苗(高<1 m)统计在灌木中。 统计各样方中植物的物种盖度、频度，分别计算每个样地中各植物的相对盖度(RC)和相对频度(RF)，进而得到各植物的重要值。各指标计算公式如下：

相对盖度(RC)=C(某个种的盖度)/∑C(全部种的盖度之和)×100

相对频度(RF)=F(某个种的频度)/∑F(全部种的总频度)×100

重要值(VI)=(RC+RF)/2

物种均匀度指数

Jsw= -∑PilnPi/lns

Simpson多样性指数

D=-∑(PilnPi)

Shannon-Wiener多样性指数

H′=1-∑Pi2

式中Pi为种i的相对重要值，S为样方出现的物种数。[2]

3 结果与分析

3.1 不同间伐强度对灌木及草本种类数量的影响

3.1.1 对灌木种类的影响分析 通过对灌木、草本样方进行调查，得到不同间伐强度的灌木和草本物种的数量，通过与对照进行对比和不同间伐强度之间类比，得到植物种类变化规律(表1)。

表1 不同间伐强度油松林林下植物种类变化

由表1可知，随着间伐强度的增大，油松林下灌木种类增加。对照林分出现灌木种类5种，优势种为大果榆和绣线菊。由于林内环境改善，林下植物迅速更新，弱度、中度、强度间伐的林分林下植物分别比对照增加了3、5、4 种。这与李国雷研究北京山区间伐后油松林下植被变化结果一致。[3]其中弱度间伐后林分出现了蒙古栎、五角枫、榆树等幼苗更新和山丁子、金银木等灌木，优势种除了大果榆和绣线菊外还增加了榆树幼苗，说明间伐有利于林分自然更新。中度间伐林分增加了蒙古栎、胡枝子、锐齿鼠李、圆叶鼠李和小叶鼠李等幼苗更新，其中除大果榆外，蒙古栎幼苗也具有一定优势。强度间伐增加的物种与中度间伐基本一致，大果榆、绣线菊和蒙古栎为优势种。

在弱度、中度和强度间伐以及对照林分中，大果榆均为优势种，作为主要物种，鼠李、绣线菊也均出现。与弱度间伐相比，中度间伐林分中出现新物种与弱度间伐不同，出现的新的优势种均为乔木更新，可能与周围林分种子传播有关，但与对照相比物种数均有增加，间伐效果很明显。强度间伐和中度间伐出现的新物种基本一致，乔木更新效果也很明显。可以看出，间伐后林分更新效果好，灌木物种数也有所增加。这几种间伐强度均有利于灌木的生长。

超强度间伐后物种少于对照，没有出现新物种，可能是由于间伐强度过大导致林内光照骤增，阴生植物不适宜生长所致。由此得到超强度间伐可能不利于林分灌木生长。

3.1.2 对草本种类的影响分析 比较对照几个间伐强度林下草本物种数，可以看出中度、强度和超强度间伐草本数量有所增加，弱度间伐草本物种数减少，说明中度以上间伐强度有利于增加草本种数。结合重要值进行比较，发现虽然林下草本种类波动很大，但是总的物种数量相差不大，而其优势种变化范围更是十分有限。在对照和几个间伐梯度中，宽叶苔草、细叶苔草和唐松草均为优势种；弱度、中度和强度间伐出现了鹅观草这一新的优势种。超强度间伐林分林下较弱度、中度和强度间伐又出现了铁杆蒿和糙苏这两种新的优势种。

由此可以看出，随着间伐强度的增加，草本种类有所波动，其优势种数量增加。通过此结果可认为间伐强度增加，优势种物种数在增加，间伐强度增加有利于草本植物生长。

3.2 对植物多样性的影响分析

通过油松林下各物种的盖度和频度，计算其相对盖度和相对频度，取其平均值作为该物种重要值，分别计算各间伐强度下灌木和草本的均匀度指数、Simpson 多样性指数和 Shannon-Wiener 多样性指数，比较其物种多样性，得到表2和3。

表2 不同间伐强度林分植物多样性指数(灌木)

注：Jsw—物种均匀度指数；D—Simpson 指数；H′—Shannon-Wiener 指数

表3 不同间伐强度林分植物多样性指数(草本)

注：Jsw：物种均匀度指数；D：Simpson 指数；H′：Shannon-Wiener 指数

根据计算得出油松不同间伐强度林下植物多样性指数。由表 3.3可以看出，与对照相比，间伐后油松林下灌木Simpson 多样性指数和Shannon-Wiener 多样性指数变化趋势基本一致，弱度和中度间伐其多样性指数在逐渐增大，强度和超强度间伐其林下灌木多样性指数又降低。这与李国雷等研究北京山区油松林植被发育影响物种丰富度和多样性增加的结果一致。比较对照和各间伐强度灌木均匀度指数，发现除中度间伐外，其他间伐强度情况下均匀度指数均小于对照。因此，间伐对油松林下灌木多样性的显著提高不具有长期性，经过较长时间后，林下灌木种类、数量均会比间伐初期有所降低。

由此可看出，间伐改善了林分条件，弱度和中度间伐有利于促进灌木多样性的增加；由于间伐强度过大，导致耐阴性植物生长受阻，继续增大间伐强度，其多样性又会逐渐减小。对照林分中的林下灌木均匀度已经很高，而间伐后样地上出现的种类均没有形成优势，其均匀度指数均小于对照。因此从灌木多样性的角度考虑，对此类人工林中度间伐更为适合。

与对照相比，各间伐强度林分中草本的 Simpson 多样性指数和Shannon-Wiener 多样性指数变化趋势基本一致。弱度间伐后其多样性指数急剧减小，中度间伐后开始增加，其中强度间伐情况下的Simpson 多样性指数略有反弹。草本的均匀度指数随着间伐强度增加而增加，但都小于对照。中度以上间伐有利于草本多样性提高，有利于改善林分环境。

4 结论与讨论

除超强度间伐外，其他几个间伐强度灌木物种数均有所增加，有利于灌木的生长。超强度间伐后植物种类少于对照，没有出现新物种，由此得到超强度间伐可能不利于林分灌木生长。随着间伐强度的增加，草本种类有所波动，其优势种数量增加。通过此结果可认为间伐强度增加，优势种物种数在增加，间伐强度增加有利于草本植物生长。

与对照相比，弱度间伐后草本多样性指数急剧减小，中度间伐后开始增加。草本的均匀度指数随着间伐强度增加而增加，但都小于对照。从草本多样性的角度看，中度以上间伐有利于其多样性提高，有利于改善林分环境。[4]

综合考虑林下植被种类数量和多样性指数，得到在中度以上间伐强度有利于树木生长和林分健康，但不能高于超强度间伐强度。因此，间伐强度在中度到强度之间效果最好，保留木为 900～1 000 株·hm-2，间伐强度为40%～50%。