关帝山林区华北落叶松人工林抚育间伐对林下植被的影响

李淑辉，梁芳，郭晋平

（1.山西省关帝山国有林管理局 吴城林场，山西 离石033017；2.山西农业大学 林学院，山西 太谷030801）

森林抚育间伐作为一种重要的森林经营措施，是调整林分组成和结构、调节林分密度、改善林下环境条件的主要技术途径，会直接影响林下植被种类及多样性，影响林分生长和群落稳定性。合理的抚育间伐对调整林分密度和林木个体间关系，改善林下环境，从而促进林分生长有着重要的作用。同时，不同的间伐周期与间伐强度对林下植物种类、数量、生物量、多样性指数、均匀度指数和林下植物总生物量以及林下植物结构层次也有明显的影响。抚育间伐对林下土壤水分条件也会有显著影响，林下不同需水性植物的组成和结构的变化也有明显的影响［1～3］。全面掌握抚育间伐对林下植被变化趋势与规律，是确定抚育间伐周期和强度等关键技术指标，是控制不同生长阶段的人工林密度的重要依据，也是优化林分结构、提高人工林生物多样性、维护生态系统健康和稳定、提高人工林生态公益林效能和实现人工林的可持续经营的主要技术措施［4～7］。

华北落叶松（Larix principis－rupprechtii）抗逆性强、生长速度快、丰产性能好，在华北地区山地人工林营造中占重要地位［8］。自1980年以来，随着人工林经营水平的提高，对人工林地力衰退等问题的认识逐步深化［9，10］，特别是近20年来，对华北地区以华北落叶松人工林为主的山地林区生态公益林缺乏及时抚育间伐，导致林分组成树种单一、结构和密度不合理、生长量下降、稳定性差等问题。为此，本研究通过在换被落叶松人工林中设置不同强度的抚育间伐试验地，进行林下群落学调查和分析探讨间伐措施对人工林下植被的影响及其对林下水分条件的指示意义，为制定人工林抚育间伐技术指标提供依据。

1 研究地区概况

研究地区位于山西省文水县西部关帝山林区三道川林场，地理位置在东经110°30′～111°54′，北纬37°28′～37°35′，属暖温带大陆性山地气候，年平均气温8.85℃，1月平均气温－7.7℃，极端最低气温－19.6℃，7月平均气温23.0℃，极端最高气温34.5℃，无霜期年际变幅较大，平均100～120 d，≥10℃积温3000℃，年均降水量550mm，65%集中于7～9月。海拔1300～2169m，土壤多为褐土。

研究地区自然植被主要是天然次生林，也分布较大面积的人工林，灌木和草本植物种类也比较丰富。其中，乔木树种主要有油松（Pinus tabulaeformis）、华北落叶松（Larix principis－rupprechtii）、辽 东 栎 （Quercus liaotungensis）、山 杨（Populus davidiana）、白 桦 （Betula mongolica）等；灌木树种主要有沙棘（Hippophae rhamnoides）、毛榛（Corylus.mandshurica）、忍冬（Lonicera chrysantha）、高山绣线菊（Spiraea alpine）、土庄绣线菊（Spiraea Pubescene）等；草本植物主要有细针苔草（Carex rigescens Franch）、糙苏（Phlomis.umbrosa）、瓣 蕊 唐 松 草 （Thalictrum.petaloideum）、华北耧斗菜（Aquileg.Yabeana）、地榆（Sanguisorba officinalis）等。

2 试验设计与研究方法

2.1 试验林分概况和标准地的设置

2.1.1 试验林分概况

试验林分选在三道川林场的五一沟、丁羊沟、李山沟和南介沟的油松人工林分内，立地条件相近，试验前林分生长状况基本一致，林地平均海拔1729m，坡度16°～22°，土层厚60cm以上。林分是在次生杂木林的基础上，经1990年穴状整地，用3年生华北落叶松裸根苗造林后形成的，株行距1.5m×2.0m，由于造林时一穴两株，本试验前未进行过抚育间伐，伐前密度一般在5000～5500株·hm－2。

2.1.2 试验标准地设置

试验在2007年7月进行，采用下层抚育法，共设20m×20m的正方形标准地12块，标准地间设10m的隔离带，间伐按株数设4个梯度，每个强度设3个重复标地，分别是对照、轻度、中度和重度，各标准地基本情况和间伐强度见表1。

表1 标准地基本情况Table 1 Site general situation

2.2 林下植物多样性调查

抚育间伐1年后，在每个标准地沿对角线设置2m×2m的灌木调查样方5个，1m×1m的草本调查样方5个。分别调查样方内灌木和草本植物种类、株数、盖度和高度，乔木树种的更新幼苗按灌木统计。汇总统计各标准地的物种丰富度和重要值，计算植物多样性Simpson指数和Shannonwiener指数，进一步Pielou指数和Gini指数。

2.3 林下植物生态习性分类

为了分析林下植物变化的水分的生态意义，根据植物对土壤水分的需求分为极干（0级）、干燥（1级）、潮润（2级）、湿润（3级）、潮湿（4级）和极湿（5级）6级［11］。

3 结果与分析

3.1 间伐对林下植物丰富度的影响

间伐后的华北落叶松人工林林下植物丰富度的变化见图1和图2。由图1、图2可以看出，所设计的间伐强度对林下植物丰富度都有影响。林下木本植物丰富度表现为随间伐强度加大，物种数下降，草本植物的物种丰富度数随间伐强度的加大而升高，且强度间伐与对照的差异显著。伐后林分郁闭度减小，林下光照条件得到改善，草本植物有新种侵入定居，但间伐时伐去一些灌木种，伐后恢复时间短，导致灌木种类下降。

图1 不同间伐类型林下草本物种数图Fig.1 Number of herb species under－crown after thinning of different intensities

图2 不同间伐类型林下灌木物种数Fig.2 Number of shrub species under－crown fter thinning of different intensities

3.2 间伐对林下水分指示植物的影响

不同强度间伐后，林下水分状况指示植物见表2。

表2 华北落叶松人工林不同强度间伐的水分指示植物Table 2 The indicator plant of Larixprincipis－rupprechtii Plantation with different thinning intensities

由表2可见，未间伐、弱度伐、中度伐和强度伐林分1级指示植物种有4种、2种、2种和2种；2级指示植物种有21种、23种、23种和22种；3级指示植物种有5种、7种、8种和8种。由此看出，试验地林下以潮润型植物为主，经过弱度、中度和强度间伐后，2级指示植物比对照林分增加2种、2种和1种，3级指示植物比对照增加2种、3种和3种，伐后潮润型和湿润型指示植物都有所增加，而干燥型指示植物有所减少，说明人工林间伐一定程度上改善了林下水分和光照条件，增加了植物种类组成，但不同间伐强度的林分之间差异不大。从植物种类组成上来看，伐后林下原有的一些植物种如二叶兜被兰、羊红膻、黄花铁线莲等植物消失，喜阳的植物种如玉竹、北乌头、蕨菜、地榆、歪头菜等增加。

3.3 间伐对林下植物多样性的影响

不同强度抚育间伐后林下植物多样性指数和均匀度指数的变化见图3和图4。

图3 不同间伐类型林下植物多样性指数Fig.3 Diversity index after thinning with different intensities注：SP＝Simpson指数，SW＝Shannon－wiener

由图3可见，不同强度间伐后林下灌木层的多样性表现出未伐区最高，其次是弱度区、中度区和强度区，草本层的多样性则相反，其中Shannon－Wiener多样性指数对间伐强度更敏感，更能表现出这种规律。由图4可见，均匀度指数呈现出与多样性相同的变化趋势，即随林分间伐强度的增加，灌木植被下降，草本植被增加。植物多样性指数是物种数、个体数和分布特征等信息的综合指标，能反应林分中植物盖度、均匀度的过程。伐后草本植物多样性提高是因为间伐后林分郁闭度减小，林内光照条件改善，但林下灌木多样性和均匀度都有所下降则与伐后时间短，部分灌木被人为伐除尚未得到恢复有关。

4 结论与讨论

关帝山华北落叶松人工林实施不同强度间伐后，草本层多样性指数和均匀度指数增加；间伐后在一定程度上改善了林下水分和光照条件，林下植物种类有所增加，但不同间伐强度之间差异不大；在草本层，间伐前林下草本植物以干旱型为主，间伐后潮润型和湿润型植物种类增加；在灌木层，间伐后植物种的丰富度、多样性、均匀度都有所下降。

图4 不同间伐类型林下植物均匀度指数Fig.4 The evenness index after thinning with different intensities注：Jsw＝Pielou指数，Jsi＝Gini指数

抚育间伐不仅对林下植被的种类、数量及其分布变化有明显的影响，同时对林下土壤的理化性质，林分的生长结构规律、单位面积材积生长量、林分总的生物量等均有影响，目前的研究结果还没有一致的结论，且多为单项因子的研究。本文也仅限于对关帝山华北落叶松人工林抚育间伐后林下植物的变化的结果，从对植物种类及其变化的影响来分析，对初始密度在5000～5500株·hm－2，20～22年生的华北落叶松人工林来说，实施40%～45%的间伐措施，可以在短期内改善林下的植被组成，提高林下植物丰富度和多样性。但森林抚育间伐的效果需要在此基础上继续进行长期跟踪调查，包括林下土壤理化性质等因子的影响，进一步探索不同抚育间伐强度对不同林分类型的效应，为完善抚育间伐技术、优化相关技术指标提供依据。

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