泰山不同类型刺槐人工林林下植被结构与多样性研究

吕蒙蒙等

摘 要：研究了泰山3种类型刺槐人工林林下植被的垂直结构和物种多样性，结果表明：（1）刺槐侧柏混交林下灌木层的高度、盖度及草本层高度为最大，刺槐油松混交林次之，刺槐纯林最小；草本层的盖度表现为刺槐油松混交林>刺槐侧柏混交林>刺槐纯林。（2）刺槐纯林灌木层和草本层的丰富度指数、物种多样性指数最小，而均匀度指数最大；刺槐油松混交林除灌木层的Simpson指数较低外，其丰富度指数、草本层多样性指数、均匀度指数均高于刺槐侧柏混交林。（3）建议营建混交林以提高森林的生态功能。

关键词：刺槐；人工林；混交林；林下植被；物种多样性

中图分类号 S718 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）08-17-03

林下植被是森林林下灌木、草本及藤本等植物的总称。作为森林生态系统的一个重要组成部分，林下植被在土壤改良、水土保持、水源涵养及维护生态系统的多样性和稳定性等方面具有重要作用[1-4]。

刺槐（Robinia pseudoacacia L.）为豆科蝶形花亚科刺槐属植物，原产北美。我国于19世纪末引入山东青岛，现已成为华北、西北一带重要的速生用材和水土保持树种。泰山于20世纪20年代开始引种并栽植刺槐，现已成为泰山植被的主要组成树种[5-7]。目前关于泰山刺槐林下植被的研究较少。为探讨不同树种组成刺槐林下植被结构状况，以泰山年龄相对一致的刺槐林为研究对象，对其林下植被多样性进行调查研究，以期为该地区刺槐林合理经营及生态评估提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况 研究样地选取泰山风景区（E117°5′～117°24′、N36°5′～36°15′）内的刺槐林。泰山属典型的暖温带季风性气候，山顶年均气温5.3℃，年均降水量1 124.6mm；山下年均气温12.8℃，年均降水量715.0mm；平均无霜期为186～196d。土壤主要有棕壤、山地棕壤和山地灌丛草甸土3类。森林植被资源丰富，森林覆盖率达81.5%，植被覆盖率达90%以上。

1.2 样地设置 调查时间为2012年6月，选择坡向、坡度、海拔及树龄（刺槐树龄25a左右）等条件基本一致的地段，选择不同类型的刺槐林（刺槐纯林—CC；刺槐侧柏混交林—CB、刺槐油松混交林—CY）分别设置3个20m×20m的样地。样地基本概况见表1。

1.3 林下植被调查 在每个样地内沿对角线布设5个5m×5m的灌木样方，在每个灌木样方内沿对角线设置5个1m×1m的草本样方，分别调查样方内的灌木和草本植物的组成种类、数量、高度及盖度。灌木层的统计对象为胸径小于5cm的木本植物，包括乔木幼苗和幼树；草本层包括所有的草本藤本及蕨类[8-9]。

1.4 相关指标测定 灌木层、草本层的物种丰富度指数S=样方内所有物种数目；多样性指数Shannon-Wiener（H）=-∑PilnPi，Simpson多样性指数D=1-∑Pi2；均匀度指数 Pielou（J）=（-∑Pi/lnPi）/lnS。上述公式中，Pi代表第i个物种的相对多度，Pi=ni/N，其中ni为第i个物种的个体数，N为样方中观察到的所有物种的个体总数之和；S为一个样地内的物种数目。

2 结果与分析

2.1 不同类型刺槐林下植被的垂直结构 林分垂直结构的直观表现为林分的成层性。暖温带群落的垂直结构较为简单，仅从林下植被的高度和均盖度进行分析[10]，具体结果见表2。由表2可知，不同类型刺槐林下植被的垂直结构不同，混交林的灌木层、草本层的高度和盖度明显大于刺槐纯林。具体表现为：灌木层的高度和均盖度大小依次表现为刺槐侧柏混交林>刺槐油松混交林>刺槐纯林；草本层高度的变化规律与灌木层的相似，均盖度大小依次表现为刺槐油松混交林>刺槐侧柏混交林>刺槐纯林。人工林下植被的垂直结构及其生长情况与林分郁闭度及树种组成密切相关。一般情况下，林下灌木层和草本层的平均高度和盖度随郁闭度的降低而增大。纯林下，物种的生态位一致，林分达到郁闭后，严重影响林下植被的生长；而营建混交林后，不同树种占据各自的生态位，在一定程度上起到了互相抑制的作用，为林下植被释放了一定的生长空间，因此混交林下的植被垂直结构优于刺槐纯林。

2.2 不同类型刺槐林下植被物种多样性 不同类型刺槐人工林林下的物种丰富度、物种多样性及均匀度调查统计情况见表3。由表3可知，不同类型刺槐人工林林下的物种丰富度、物种多样性及均匀度存在明显的差异。首先从物种丰富度（S）来看，其数值结果表现为刺槐侧柏纯林>刺槐油松混交林>刺槐纯林，其中林下草本层种类以刺槐侧柏混交林最多，有17种植物，其次为刺槐油松混交林，最少为刺槐纯林，只有10种草本植物；而灌木层的物种丰富度大小比较则以刺槐油松混交林内最多，为7种，其次为刺槐油松混交林，刺槐纯林内最少，只有4种灌木植物。

由不同林分的物种多样性指数（H和D）看出，刺槐纯林灌木层和草本层的物种多样性指数最小，其中Shannon-Wiener指数（H）分别为0.355和1.549，Simpson指数（D）分别为0.217和0.603；刺槐油松混交林灌木层和草本层的Shannon-Wiener指数（H）最高，比刺槐侧柏混交林分别高0.089和0.116，而其草本层的Simpson指数（D）比刺槐侧柏混交林低0.037。

从均匀度指数（J）来看，不同林分的灌木层和草本层的均匀度指数大小依次表现为刺槐纯林>刺槐油松混交林>刺槐侧柏混交林。均匀度指数是指样方中各个种多度的均匀度，它反映的是各物种个体数目分配的均匀程度。刺槐纯林均匀度指数最大，表明刺槐林内植被分布均匀而且单一。这可能是因为刺槐纯林树种单一，郁闭度高，且刺槐无性扩张能力强，林下刺槐无性萌条较多，导致其他植物进入该林分比较困难，造成林内物种丰富度（S）、多样性指数最小。

3 结论与讨论

3种类型刺槐人工林以刺槐纯林的丰富度指数最小，刺槐侧柏混交林最大；物种多样性指数为刺槐油松混交林最大，刺槐纯林最小；均匀度则为刺槐纯林最大，刺槐侧柏混交林最小；林下植被垂直结构总体上表现为混交林下植被高度和盖度优于刺槐纯林，这与各林分的郁闭度、树种组成和生境条件等有关。刺槐纯林树种单一，生长到一定年龄后，种间竞争逐渐激烈，导致林分稳定性变差，不利于林下植被的发育[11]。同时，刺槐无性繁殖能力强，可在林下进行无性更新，也会压制林下植被的生长和其他植被的进入[12-13]。

生态系统的平衡稳定依赖于物种多样性，退化生态系统的恢复及其功能的发挥依赖其物种多样性的提高。通过调查发现混交林的林分稳定性较高，物种丰富度和多样性指数均高于纯林。因此，建议今后在造林时要注意营建混交林，并合理配置树种和林分密度，提高生态系统的稳定性，更好地发挥其生态功能。

参考文献

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（责编：陶学军）