长白落叶松不同皆伐带宽对生物多样性的影响

刘奇 孙楠 张怡春

摘要 以黑龙江省佳木斯市孟家岗林场长白落叶松人工林为研究对象，采用3种带宽（15 m，30 m和50 m）进行带状皆伐，2年后对采伐后的林地和对照林分林下生物多样性情况进行调查分析，结果显示：带状皆伐后，草本植物、灌木植物和天然更新树种种类较对照增加，平均高也增加，并随着皆伐带宽的增大而增多；皆伐后喜光草本植物和灌木植物的重要值增加，耐阴植物重要值降低，草本植物的多样性和均匀度均低于对照林分，灌木植物的多样性和均匀度高于对照林分，皆伐带宽越大，草本多样性指数和均匀度指数就越低，灌木植物的多样性指数和均匀度指数就越高。

关键词 长白落叶松；皆伐；生物多样性；天然更新

中图分类号 S718 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）27-164-03

Effect of Different Clear-cutting Band Widths of Larix olgensis Henry on the Bio-diversity

LIU Qi1， SUN Nan2*， ZHANG Yi-chun2

（1. Forest Science Academy of Heilongjiang Province， Harbin， Heilongjiang 150081； 2. Forest Science Research Institute of Heilongjiang Province， Harbin， Heilongjiang 150081）

Abstract An experiment was clear-cutted by 3 band widths（15 m， 30 m and 50 m） on the Larix olgensis Henry plantation of Mengjiagang forest in Heilongjiang Province， the result under investigating and analyzing the bio-diversity in woodland after cutting and control plot show that： the species of herbaceous plants， shrubs and natural regeneration increased after the strip cutting and the average height was increased too with the increase of the bandwidth of the cutting. The important value of herbaceous and shrubs of bright light increased and that of low light decreased. The diversity and evenness of herbaceous plant were lower and that of shrubs were higher than the contrast， the diversity and evenness of herbaceous plant decreased and that of shrubs increased with the increase of the bandwidth of the cutting.

Key words Larix olgensis Henry； Clear-cutting； Bio-diversity； Natural regeneration

20世紀中期由于过度采伐造成森林资源短缺，长白落叶松生长速度快，适应性强成为黑龙江省主要的造林树种[1-4]。大面积的长白落叶松人工纯林密度偏大，林下植被稀疏、群落结构简单、生物多样性锐减、土壤酸化、养分衰竭、土壤板结、地力下降、涵养水源能力下降，生态系统十分脆弱，无法发挥生态公益效能[5-7]。该文研究不同皆伐带宽的林下生物多样性及林下的天然更新情况，为现有长白落叶松人工纯林的可持续经营提供技术支撑。

1 研究区域概况

孟家岗林场位于黑龙江省桦南县东北部，地理坐标为130°32′42″～130°52′36″ E，46°20′16″～46°30′50″ N。地处完达山西麓余脉，以低山丘陵为主，坡度较为平缓，大部分坡度在10°～20°，平均海拔250 m，属东亚大陆性季风气候。年平均气温2.7 ℃，年≥10 ℃积温2 547 ℃，年平均降水量550 mm，无霜期120 d左右。

2 研究方法

2.1 试验设计

试验设在黑龙江省佳木斯市孟家岗林场52林班的11小班和69林班的11、12小班，林龄为41年，面积为10.8 hm2，其中5，6，7区采伐带宽为15 m，8，9，10区采伐带宽为30 m，1，2，3区采伐带宽为50 m，每个小区设置固定标准地1块，共计9块。各区的试验设计为：1区穴状整地，株行距为2.0 m×2.5 m，2区穴状整地，株行距为2.0 m×1.5 m，3区不整地，4区为未采伐对照区，5区穴状整地，株行距为2.0 m×2.5 m，6区不整地，7区穴状整地，株行距为2.0 m×1.5 m，8区不整地，9区穴状整地，株行距为2.0 m×1.5 m，10区穴状整地，株行距为2.0 m×2.5 m。

2.2 生物多样性调查

在不同试验区内设置固定标准地，共计10块，标准地大小为20 m×30 m，对标准地内沿样地的4个角和中心的位置设置5个2 m×2 m的样方。在样方内调查草本的种名、个体数（丛数）、高度、盖度，调查灌木的种类、数量、高度，将乔木幼苗统计为林下更新。生物多样性的分析采用物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数。

（1）物种丰富度指数。

S=出现在所有样方中的物种总数

（2）物种多样性指数采用Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数。

Simpson多样性指数：D=1-si=1（Pi）2

Shannon-Wiener多樣性指数：H′=-si=1（PilnPi）

（3）均匀度指数采用Pielou指数和Alatalo指数：

Pielou指数：

Jsw=-PilnPi/lnS；Jsi=[1-（Pi）2]/（1-1/S）

Alatalo指数：

AL=[1/（Pi）2-1]/[exp（-PilnPi）-1]

式中，Pi为第i种的重要值，灌木植物Pi =（相对密度 +相对频度）/ 2；草本植物Pi=（相对密度 +相对盖度 +相对频度）/ 3；S=出现在所有样方中的物种总数。

3 结果与分析

3.1 皆伐带宽对林下物种丰富度的影响

长白落叶松人工林带状皆伐林分林下草本植物共有43种，3种皆伐带宽的林分林下物种数较对照有不同程度的增加，其中，皆伐带宽为15 m的长白落叶松人工林的草本植物种数较对照林分增加了17.39%，灌木种数与对照相同；皆伐带宽为30 m的长白落叶松人工林的草本植物种数较对照林分增加了21.74%，灌木种数较对照增加了25.00%；皆伐带宽为50 m的长白落叶松人工林的草本植物种数较对照林分增加了21.74%，灌木种数较对照增加了100.00%。草本物种数和灌木种数随着皆伐带宽的增大而增多。

3.2 皆伐带宽对林下物种密度、盖度、平均高的影响

长白落叶松带状皆伐后，对不同皆伐带宽的物种密度、盖度和平均高进行调查。由表2可知，长白落叶松带状皆伐后，草本密度、盖度和平均高都有所增加，15 m皆伐带宽的林分，草本密度、盖度和平均高较对照林分高出18.50%、95.99%和4.82%；30 m皆伐带宽的林分，草本密度、盖度和平均高较对照林分高出28.57%、169.63%和8.47%；50 m皆伐带宽的林分，草本密度、盖度和平均高较对照林分高出51.88%、191.41%和18.88%，长白落叶松带状皆伐后，草本密度、盖度和平均高随着皆伐带宽的增大而增加。带状皆伐后灌木的密度较未采伐对照的林分有不同程度的降低，15 m皆伐带宽的林分，灌木平均高较对照林分低，30 m和50 m皆伐带宽的林分，灌木平均高较对照林分高出2.14%和26.33%，长白落叶松带状皆伐后，灌木密度和平均高随着皆伐带宽的增大而增加。

3.3 皆伐带宽对林下植物重要值的影响

由表3可知，长白落叶松采伐2年后，3种皆伐带宽的林分，重要值排在前10位的草本植物有益母草、水金凤、箭叶蓼、牡蒿、繁缕、野苏子、蚊子草、电灯花、老鹳草和荨麻，皆伐带宽15 m的林分，这10种草本植物的重要值达到0.751 1，皆伐带宽30 m的林分，这10种草本植物的重要值达到0.743 6，皆伐带宽50 m的林分，这10种草本植物的重要值达到0.740 0。未采伐对照林分，蚊子草、蹄盖蕨、电灯花、牡蒿和猪秧秧5种草本植物的重要值合计达到了0.547 4，是长白落叶松人工林草本植物的主体。与对照林分相比，采伐后林分中繁缕、野苏子和箭叶蓼等喜光草本的重要值增加，蹄盖蕨的重要值下降。这是由于蕨类植物适宜在阴湿的环境下生长，带状皆伐后，林地的光照增加，喜光的草本植物会侵入，而喜阴耐湿的蕨类就会减少。

带状皆伐2年后，灌木植物重要值较对照林分也有相应的变化，对照林分灌木植物重要值的排序从大到小为绣线菊、卫矛、溲疏、刺老芽、刺梅，其中，绣线菊和卫矛的重要值合计达到了近0.800 0。3种皆伐带宽的林分，绣线菊的重要值都有不同程度的下降，尤其是皆伐带宽15 m的林分，绣线菊已经从林地消失了，皆伐带宽30 m和50 m的林分，绣线菊的重要值也分别降低，比较喜光的榛子进入林地，3种皆伐带宽的林分，榛子重要值分别为0.316 7、0.313 9和0.151 2。

3.4 皆伐带宽对林下植物多样性的影响

由表4可知，采伐2年后，草本植物的Simpson多样性指数、 Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Alatalo均匀度指数4个指数均低于未采伐的对照林分，而灌木植物的4个指数均高于对照林分。草本植物多样性和均匀性较好的是皆伐带宽为15 m的林分，灌木植物多样性和均匀性较好的是皆伐带宽为50 m的林分。产生上述结果的原因是：带状皆伐后，林地内的光照、温度、湿度等发生改变，林地内喜光的草本植物就会快速生长，其他草本植物的比例就相对降低，造成多样性指数和均匀度指数降低，皆伐带宽越大，草本多样性指数和均匀度指数就越低。而灌木植物随着光照的增加，物种数增加，灌木的多样性指数和均匀度指数都增加，皆伐带宽越大，灌木植物的多样性指数和均匀度指数就越高。

3.5 皆伐带宽对林下天然更新的影响

长白落叶松不同带宽皆伐后2年，对林下天然更新苗木的种类、株数和平均高进行调查。由表5可知，长白落叶松带状皆伐后，林下天然更新的树种为10种，分别是茶条槭、山槐、白桦、柞树、榆树、柳树、落叶松、紫椴、杨树和糖槭。从整体上看，带状皆伐后，林下天然更新树种较未采伐林分增加，平均高增大，单位面积株数降低。3种皆伐带宽（15 m、30 m、50 m）的林分，天然更新树种数较对照林分分别高出20%、25%和75%；天然更新平均高较对照林分高出57.28%、64.97%和79.03%。其中，皆伐带宽50 m的林分，出现了高度1.5 m以上的幼树，而对照林分的天然更新幼树的高度均在50 cm左右。带状皆伐后，天然更新的单位面积株数较对照林分有不同程度的降低，皆伐带宽越大，天然更新的树种数和株数就越多，平均高就越高。

4 结论与讨论

（1）长白落叶松人工林带状皆伐后，林下草本植物和灌木种数有所增加，草本密度、盖度和平均高有所增加，灌木的平均高也增加，且均隨着皆伐带宽的增大而增多。这是由于皆伐后，没有了上层木的遮挡，光照增加，营养空间增大，促进了草本植物和灌木植物的生长。

（2）带状皆伐后，草本植物和灌木植物的重要值也发生变化，耐阴植物减少，重要值降低（如蹄盖蕨），相反，喜光的草本植物和灌木植物的重要值增加（如繁缕、野苏子、榛子）。带状皆伐后的林分，林地内光照增加后，喜光的草本植物快速生长，数量剧增，其他竞争力弱或耐阴种类数量减少或消失，皆伐后，灌木种类增加，数量增加不大，所以计算结果显示草本植物的多样性和均匀度均低于对照林分，皆伐带宽越大，草本多样性指数和均匀度指数就越低，灌木植物的多样性和均匀度高于对照林分，皆伐带宽越大，灌木植物的多样性指数和均匀度指数就越高。

（3）长白落叶松人工林按照3种不同带宽皆伐后，天然更新树种较对照林分增加，平均高增大，但单位面积株数降低，这是由于生长环境和营养空间的改变，使外来树种容易下种，同时，由于带状皆伐后幼树在早春会发生冻害，热量增高后虫害增加，还有草本植物和幼树间的竞争，都会导致林下更新幼树株数的降低。

（4）建议对长白落叶松人工林进行带状皆伐时，皆伐带宽大于30 m，出于水土流失和防护等原因，皆伐带宽不要超过50 m。

参考文献

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责任编辑 杨莹莹 责任校对 况玲玲