不同经营模式杉木人工林林下植被的比较研究

韩丰泽 马祥庆 吴鹏飞

摘要 [目的]比较不同经营模式下杉木人工林林下植被种类和生物量。[方法]选择福建农林大学莘口教学林场杉木人工纯林为研究对象，通过设计近自然经营模式Ⅰ、近自然经营模式Ⅱ、常规经营和封育对照4个不同经营模式处理，对不同经营模式杉木林林下植被種类和生物量进行了2年的定位观测。[结果]近自然经营方式相比常规经营方式在增加林地植被丰富度和生物量上有较大的优势。在近自然经营9个月后Simpson指数、Shannon.Wiener指数以及Pielou均匀度均较之前有所增加，而常规经营9个月后Shannon.Wiener指数和Pielou均匀度分别降低了0.06和0.02。[结论]在杉木人工林实施近自然经营是更贴近自然规律且优于常规经营的营林方式。

关键词 杉木；林下植被；多样性；经营模式；近自然经营

中图分类号 S750 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）16-05109-05

近自然经营是20世纪80年代开始流行于欧洲的兼顾森林保护和利用，即在保护森林生态持续健康的前提下让人类能够持久地获取木材的一种森林经营模式[1-4]。近自然林业经营把培育目标放在目标树和大径级用材上，以目标树为核心进行经营，通过调整林分结构，创造林窗，改变林内光照、温度及土壤水分等方式，促进林下植被更新，尽可能地运用自然力来经营森林[5-6]。近年来人工林不合理的经营引起地力衰退、物种多样性下降等一系列生态问题日趋严重，使得人工林的近自然经营成为研究的热点，人们试图通过近自然经营来解决这些人工林不合理经营引起的生态问题。

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国南方最重要的造林树种，长期以来杉木人工林连栽造成的地力衰退成为限制杉木人工林可持续发展的重要瓶颈[7]。如何解决杉木人工林经营引起的生态问题成为当前林业生产中亟需解决的重大课题。目前国内有关杉木近自然经营的研究甚少。鉴于此，为探讨杉木近自然经营效果，笔者于2012年开始在福建农林大学莘口教学林场设立杉木近自然经营、常规经营和封育对照的不同经营模式的固定样地，开展了不同经营模式对杉木林林下植被多样性影响的定位研究，分析不同经营模式对杉木林林下植被种类和生物量的影响规律，试图为评价杉木林不同经营模式的经营效果提供科学依据。

1 试验地概况

试验地位于福建农林大学莘口教学林场，该地属亚热带季风性气候区，年均降水量1 749 mm，年平均蒸发量1 585 mm，年平均气温19.1 ℃，≥10 ℃年积温5 240.2～6 677.9 ℃，全年日照时数1 840 h，无霜期300 d左右。土壤为山地红壤，成土母质以粉砂页岩为主。

试验地为林场94林班1大班1小班1957年格氏栲天然林皆伐后营造的杉木人工纯林，海拔为212～231 m，现存密度1 425株/hm2，杉木平均树高20.6 m，平均胸径24.7 cm。试验地位置见图1。

在1957年营造的杉木人工纯林中，选择海拔、坡向和坡度等立地条件基本一致的林分，设计近自然经营模式Ⅰ、近自然经营模式Ⅱ、常规经营Ⅲ和封育对照Ⅳ 4个不同经营模式处理（具体措施见表1）。分别在每个处理林分内设置20 m×20 m标准地3个，共12个。

2 研究方法

分别于2012年12月（试验处理前）、2013年3月（试验处理后3个月）和2013年12月（试验处理后1年）对12块标准地进行林下植被种类和生物量等调查。

2.1 林下植被种类调查 在每个标准地内随机布设5个2 m×2 m的小样方进行林下植被调查，调查样方内林下植被种类、数量、盖度、频度、平均高度等，计算各物种的重要值。

灌木层重要值=（相对密度+相对显著度+相对盖度）/3；

草本层重要值=（相对盖度+相对高度）/2。

2.2 植被生物量测定 在每个标准地内随机布设5个1 m×1 m的样方，采用收获法进行林下植被生物量调查，即将样方内所有植物的地上部分收获，称完鲜重带回实验室，在105 ℃下烘至恒重计算含水率，换算成生物量[8]。

2.3 林下植被多样性测定 采用物种相似度、物种丰富度指数、物种多样性指数、均匀度指数[9]等指标分析林下植物物种多样性指标，其计算公式如下：

式中，S为物种数，即丰富度指数；D为多样性指数；Pi为某植物群落中第i物种的个数占群落中各种植物个数总和的百分比；H为物种多样性指数；J为群落均匀度指数；A为甲地区全部种数，B为乙地区全部种数，c为2个地区共有种数，SS为Czechanowski相似度系数。

2.4 数据处理 采用Microsoft Excel 2003和SPSS 12.0软件进行数据统计分析。

3 结果与分析

3.1 不同经营模式对杉木林下植被物种组成的影响 从图2可以看出，2012年12月初次调查时试验地植被种数为：Ⅰ种数>CK种数>Ⅱ种数>Ⅲ种数，其中近自然林业经营模式Ⅰ植被种数达到32种，与封育对照林地植被种类数相接近；实施近自然经营后，2013年3月调查时试验地植被种数为：CK种数>Ⅲ种数>Ⅱ种数>Ⅰ种数，封育对照林地的植被种数远高于其他试验地；在2013年12月，试验地植被种数表现为：CK种数>Ⅰ种数>Ⅱ种数>Ⅲ种数。

近自然经营模式下植被种数在2013年3月呈现最低值之后迅速升高，林下植被种数随时间变化呈现出“V”型趋势，即呈现先降低后迅速升高的趋势，这与近自然林业经营后对干扰目标树的其他乔灌木进行剔除，产生人为对林地踩踏破坏和植被压倒性破坏相关。这可能是由于外力因素改变了土壤物理性质，造成土壤容重的变化，进而造成了对林地内物种的破坏和植被种数的短暂性降低，之后植被种数迅速增加。这与李潮海[15]、何淑勤[16]等人的研究结果一致，只在土壤物理性质处于合适的阶段，根系活动和水、肥、气、热才能协调，从而创造良好的土壤结构和肥力，促进作物生长[17]。近自然经营方式下1 a内植被种数表现为先降低之后逐渐升高的趋势，但1 a后林地内植被种数均较之前有所降低，这可能是由于观测时间较短，出现结果延后现象。常规经营和封育对照林地的林下植被种数在1 a后均改变不大。

从表2来看，1 a后封育对照和常规经营的杉木林，由于林分郁闭度很高，透光率较低，大部分为耐阴的植物，林下优势种为大叶紫珠、山矾、蕨类等，并占绝对重要值。与封育和常规经营方式相比，近自然经营1 a之后，杉木林下喜光植物增多。在近自然經营模式Ⅰ中，1 a后出现了山苍子和白花龙等喜光植物，并且成为该样地的优势种，以重要值为16.46%和12.68%位居第2和第3位，草本层在近自然经营1 a后优势种前3位首次出现了狗脊和芒萁，取代了1 a前位居第2和第3位置的蕨类植被。在近自然经营模式Ⅱ中，1 a后喜光植被优势度显著升高，比如山苍子重要值相比1 a前升高了4.39个百分点，并且成为了该样地的优势植被，草本层1 a后芒萁成为排名第3的优势物种。以上结果说明近自然经营方式下植被种类逐渐从耐阴性植被转变为喜光萌发性强的植被，这对改善杉木人工林林下植被群落结构有很好的促进作用。

以2013年12月调查为例，此次调查中共出现物种46种。由表3可知，近自然经营模式Ⅰ、近自然经营模式Ⅱ、封育对照样地比常规经营样地分别多出现9种、5种和9种。在不同处理之间共同出现的物种有5种。近自然经营模式Ⅰ和近自然经营模式Ⅱ林下植被种类多于常规经营，但都少于或等于封育对照林地。近自然经营模式Ⅰ与近自然经营模式Ⅱ、常规经营和CK封育对照的物种相似系数分别为64.01%、53.33%和62.96%；近自然经营模式Ⅱ与常规经营和CK封育对照的物种相似系数分别为34.15%和52.08%；常规经营和CK封育对照相似系数为57.78%。由此可知，林下植被相似性系数表现为，近自然经营模式林下植被与CK封育对照林地植被组成相似，但与常规经营林地的林下植被相似性不大。常规经营林地的林下植被种类与CK封育对照林下植被种类相似性较低。

3.2 不同经营模式对杉木林下植被物种多样性的影响 在不同经营模式下随着时间的迁移，林下植被多样性指标变化较为明显（表4）。近自然经营模式Ⅰ和近自然经营模式Ⅱ物种丰富度在2013年3月呈现最低值之后迅速升高；Simpson指数、Shannon.Wiener指数和Pielou均匀度1 a后均有不同程度的改变。对于近自然经营模式Ⅰ，2013年12月较2013年3月，Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度3种指数分别升高了0.17、0.40和0.05。同时，近自然经营模式Ⅰ在1 a后除Simpson指数较之前升高了0.03，Shannon.Wiener指数和Pielou均匀度均有所降低。对于近自然经营模式Ⅱ，2013年12月较2013年3月，Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度3种指数分别升高了0.02、0.23和0.05，但3种指数均低于1 a前。对于常规经营，1 a后Simpson指数降低了0.02，Shannon.Wiener指数和Pielou均匀度分别升高了0.07和0.01。而封育对照林地在1 a后，Simpson指数和Pielou均匀度分别升高0.05和0.01，Shannon.Wiener指数降低了0.04。由此可以看出，在2013年3月至2013年12月，近自然经营方式的Simpson指数、Shannon.Wiener指数和Pielou均匀度增量均优于常规经营，这也与何友均[18]等人的研究结果相似。近自然经营通过调整林分结构，创造林窗，改变林内光照、温度及土壤水分等方式，促进林下植被的更新，增加了林下植被的多样性[19]。

3.3 不同经营模式对杉木林下植被生物量的影响 由图3可知，近自然林业经营林地Ⅰ、Ⅱ随着时间的迁移林下植被生物量呈现“V”型趋势，在2013年3月份林下植被生物量分别达到221.08 kg/hm2和248.15 kg/hm2最低值，之后迅速升高。常规经营和封育对照林地随着时间的迁移，林下植被生物量变化不大。在2012年12月不同处理的林地林下植被生物量表现为：CK生物量>Ⅱ生物量>Ⅲ生物量>Ⅰ生物量；在2013年3月不同处理的林地林下植被生物量表现为：CK生物量>Ⅲ生物量>Ⅱ生物量>Ⅰ生物量；在2013年12月不同处理的林地林下植被生物量表现为：CK生物量>Ⅰ生物量>Ⅱ生物量>Ⅲ生物量。

林下植被生物量随时间变化呈现出“V”型趋势，即呈现先降低后迅速升高的趋势，这可能是由于近自然经营过程中外力因素改变了土壤物理性质，造成土壤容重的变化，进而造成了林下植被生物量的先降低后增高的现象。常规经营和封育对照林地的林下植被生物量在1 a后均改变不大。

4 结论与讨论

（1）不同经营模式对林下植被的组成有不同程度的影响。在近自然经营模式下，植被种数均呈现出先降低后升高的趋势，并且在2013年3月至2013年12月期间植被种数增量显著大于常规经营和封育对照。但1 a后近自然经营模式的植被种数低于1 a之前，这可能是由于观测时间过短，出现了结果延后的现象。

（2）从不同经营模式下林下植被物种多样性变化量可以看出，近自然经营模式下2013年12月较2013年3月Simpson指数、Shannon.Wiener指数和Pielou均匀度均有所升高。对于常规经营和封育对照林地1 a内3种指数均变化不大。在2013年3月至2013年12月，近自然经营方式的Simpson指数、Shannon.Wiener指数和Pielou均匀度增量均优于常规经营。

（3）从植被种类上可以发现，1 a后封育对照和常规经营的杉木林，由于林分郁闭度很高，透光率较低，大部分为耐阴的植物，林下优势种为大叶紫珠、山矾、蕨类等，并占绝对重要值。与封育和常规经营方式相比，近自然经营1 a之后，杉木林下喜光萌发性强的植被显著增多，例如，山苍子和白花龙等喜光植物成为该样地的优势种，草本层植被种类由占绝对优势的蕨类逐渐由狗脊和芒萁所取代。以上结果说明近自然经营方式下植被种类逐渐从耐阴性植被转变为喜光萌发性强的植被，这对改善杉木人工林林下植被群落结构有很好的促进作用。

（4）不同经营模式对林下植被生物量均有不同程度的影响。在近自然经营模式下，林下植被生物量随时间变化均呈现出“V”型趋势，即呈现出先降低后迅速升高，这与近自然经营下林下植被种数所表现出的结果相一致。而常规经营和封育对照林地的林下植被生物量在1 a内均表现出较平稳态势。在2013年3月至2013年12月期间，近自然经营模式相比常规经营和封育对照林地在增加林下植被生物量上有较大的优势。

综上所述，近自然经营以培育目的树为目标，通过调整林分结构，创造林窗，改变了林内光照、温度及土壤水分等，促进林下植被的更新，近自然经营模式相比常规经营和封育对照模式在增加林下植被种类和林下植被生物量上有较大的优势。近自然经营模式下植被种类由耐阴性植被逐渐转为喜光萌发性强的植被，这也说明近自然经营方式达到了提高杉木林林下植被群落结构复杂化的目的。近自然林业经营为杉木林的可持续经营提供了一条更贴近自然，遵循自然规律的道路。

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