封育对华北落叶松低效人工林林下植被的影响

郭敬丽，王　辉，张学民，郭万军

(河北省木兰围场国有林场管理局，河北 围场 068450)



封育对华北落叶松低效人工林林下植被的影响

郭敬丽，王辉，张学民，郭万军

(河北省木兰围场国有林场管理局，河北 围场 068450)

摘要：以木兰围场国有林场40 a左右生华北落叶松低效人工林为对象，采用样地、样方测定法研究了封育2a对不同抚育疏伐保留密度林分林下植物群落植物组成与结构的影响，结果是保留密度为825株·hm-2和500株·hm-2的低效人工林，经封育后林下植物种类及个体数量都增加，增加者主要为草本植物，增加量低密度林分高于高密度林分；灌木层平均高度和盖度增加，盖度增加幅度低密度林地大于高密度林地；高密度林地草本层优势种(批针薹草)不变，低密度林地原次优势种(小红菊)上升为优势种，而原先的优势种(金毛狗尾草)衰退为次优势；草本植物Margalef 丰富度指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数等4个物种多样性指数高密度样地和低密度样地都有相应提高，封育可以提高林分林下多样性，高密度林分提高幅度大于低密度林分；综合考虑,为改善林下植物群落结构，40 a生左右华北落叶松低效人工林抚育改造适宜保留林分密度为500株·hm-2左右。

关键词：华北落叶松；低效人工林；疏伐抚育；封育；林下植被；结构

随着生态环境的不断恶化和人类生态意识的不断觉醒，森林功能日趋多样，其防风固沙、水源涵养、旅游休憩等生态服务功能也得到进一步重视。林下植被作为森林生态系统的一个重要组成部分，因其在维护森林生态功能稳定性和生产力方面具有独特的功能和作用[1]逐渐被人们关注。林下植被研究最早可以追溯到19世纪末[2,3]，主要研究其对立地的指示作用。近20 a来，林下植被在林分养分循环及稳定林分生产力方面研究受到重视[4,5]。低效林是指受强烈自然和非自然因素干扰破坏，林分系统功能逆向发展，系统组成成分欠缺，林分生长缓慢，质量低劣，植被总盖度低，林下土壤结构受到严重侵蚀，整个林分生态系统功能几乎丧失自我恢复能力，防护效益或经济效益低下的林分。低效人工林因造林或人工更新等经营技术措施不当而导致，可分为低效纯林、树种(种源)不适林、病虫危害林、经营不当林、衰退过熟林等类型[6]。

华北落叶松是我国暖温带地区极为重要的造林树种，适应性强、成活率高、生长快、干形直、材质优良、耐湿耐腐、容易加工，在我国北方地区造林面积较大，因多方因素也出现了较大比例的人工低效林，直接影响林地生态效应发挥和生态系统稳定。为此，基于林下植物的调查，我们对华北落叶松低效人工林改造后的地被层群落结构进行了研究分析，以期为其经营改造技术选择提供参考，现总结如下。

1研究地概况

研究地区位于河北省围场县境内，该地区属于冀北山脉接坝区。气候属寒带向中温带过渡、半干旱向半湿润带过渡大陆季风气候，全年无霜期约128 d，年平均气温-1.4～4.7 ℃，全年≥0 ℃的有效积温为2 180 ℃，土壤类型为含石砾较多的山地褐土，成分母岩以花岗岩为主。

2研究方法

2.1样地设置

本研究主要针对因自然条件及人工干扰造成的低效人工林，样地设在克勒沟林场183C/85小班，海拔1 156 m，山地阴坡、中坡位、壤土。选择位于同一等高面、华北落叶松低效人工林[1]进行疏伐、封育。

2.2抚育及调查方法

2010年12月对林分密度为850株·hm-2华北落叶松低效人工林进行抚育疏伐，疏伐后密度分别为825株·hm-2(以下简称高密度)、500株·hm-2(以下简称低密度)；2013年7月进行封育前林下植物调查，并于2013年12月围栏封育，2015年7月进行封育2 a后林下植物调查，方法为梅花取样法，在试验地内分别设置5 m×5 m灌木样方和1 m×1 m的草本样方各5个进行林下灌木、草本调查,调查内容包括种类、个体数、高度、地上生物量、盖度等。

2.3生物多样性计算

重要值 F=(相对密度+相对优势度+相对频度)/3

Margalef 丰富度指数

Simpson多样性指数

Shannon-Weiner多样性指数

Pielou 均匀度指数

式中，Pi为第i种物种个体数占群落总个体数的比例，S为物种总数，N为某个物种的个体数。

3结果与分析

3.1林下植物种类及个体数量

从表1可以看出，封育2 a后，两种林分密度的低效人工林林下植被均有新物种进入，高密度样地增加了3科4属5种亦即草本植物增加了3科4属5种(乔木、灌木种类数量未变化)，低密度样地植物种类数量增加2科7属11种(草本10种，灌木1种)；封育后不同密度样地植物个体数量除乔木外也有增加，高密度样地个体数量灌木每样方(5 m×5 m)由40株增加为50株、草本每样方(1 m×1 m)由94株增加为144株;低密度样地个体数量灌木每样方由34株增加为45株、草本每样方由178株增加为242株。表明经2 a封育后，林下植物种类及个体数量增加，且增加种类数量和个体数量低密度林分高于高密度林分，增加的种类及个体数主要为草本植物。

表1　调查林地植物种类构成

3.2林下植物结构组成

3.2.1灌木层华北落叶松人工林下植物主要由灌木和草本植物构成。本研究样地灌木木层植物种类和数量较少、草本层植物种类和数量较多，从表2可以看出，不管是封育前还是封育2 a后，林下灌木丛数都是高密度样地多于低密度样地，而灌木层平均高度、盖度却是低密度样地高于高密度样地；高密度样地灌木层仅有土庄绣线菊1种，封育前后物种组成无变化、个体数量增加2丛、平均高度增加9 cm、盖度增加6%；低密度样地灌木层封育2 a后物种增加1种，优势种仍为土庄绣线菊，增加种为细叶小檗，个体数量增加1丛、平均高度增加7 cm、盖度增加11%，表明经2 a封育不同密度样地灌木平均高度和盖度都有所增加，盖度增加幅度低密度样地大于高密度样地，原因可能是样地灌木层个体数量较少，在外来干扰(放牧)较轻的情况下，低密度样地光照条件改善，促进了灌木生长，较大林隙也为新入物种提供了条件。

表2　封育对样地灌木结构影响

3.2.2草本层从表3可以看出,草本层植物高密度样地封育前以莎草科批针薹草为优势种，禾本科金毛狗尾草和菊科细裂叶蒿次之，封育后以莎草科批针薹草为优势种，牻牛苗儿科草地老鹳草为次优势种，即封育前后优势种未改变，而次优势种发生改变；低密度样地封育前以禾本科金毛狗尾草为优势种，莎草科批针薹草和菊科细裂叶蒿次之，封育后以菊科小红菊为优势种，莎草科批针薹草和禾本科金毛狗尾草次之，即原先次优势种上升为优势种，而原先的优势种衰退为次优势种。表明对强烈干扰有较强适应能力的草本植物在封育前具有明显优势，封育后干扰消失，新物种出现及原有物种个体数量增加，使原优势种优势下降，改变了原有优势种或亚优势种在群落中的地位和作用。

表3　华北落叶松低效人工林林下草本植物重要值

表3(续)

种 名科 名属 名封育前高密度样地低密度样地封育后高密度样地低密度样地匍枝委陵菜蔷薇科委陵菜属0.23-5.33-光萼青兰唇形科青兰属0.230.11--裂叶堇菜堇菜科堇菜属0.230.48--中华小苦荬菊科小苦荬属0.221.063.691.95山丹百合科百合属0.21-1.37-猪毛蒿菊科蒿属0.180.720.240.23牡蒿菊科蒿属--0.120.07艾蒿菊科蒿属---2.80矮生嵩草莎草科嵩草---2.15掌叶堇菜堇菜科堇菜属--0.672.05兴安胡枝子豆科胡枝子属-1.750.421.34绒蒿菊科蒿属--0.181.27硬质早熟禾禾本科早熟禾属--0.841.23隐子草禾本科隐子草属--0.840.81早开堇菜堇菜科堇菜属---0.58蒲公英菊科蒲公英属---0.57瓣蕊唐松草毛茛科唐松草属-1.540.180.53狼毒瑞香科狼毒属-0.77-0.51细叶委陵菜蔷薇科委陵菜属---0.43白萼委陵菜蔷薇科委陵菜属---0.40白莲蒿菊科蒿属-0.11-0.37地榆蔷薇科地榆属-0.48-0.30朝天委陵菜蔷薇科委陵菜属--2.480.25林地早熟禾禾本科早熟禾属---0.23牻牛儿苗牻牛苗儿科牻牛苗儿属---0.21西伯利亚远志远志科远志属--0.290.18车前车前科车前属--1.420.12鸡眼草豆科鸡眼草属---0.12细叶柴胡伞形科柴胡属---0.08直立黄芪豆科黄耆属---0.08细叶韭百合科葱属-0.09-0.07香青兰唇形科青兰属---0.07达乌里小龙胆龙胆科龙胆属---0.07地蔷薇蔷薇科地蔷薇属--0.76-猪毛菜藜科猪毛菜属--0.39-抱茎小苦荬菊科小苦荬属--0.33-女娄菜石竹科蝇子草属--0.12-粟麻瑞香科草瑞香属--0.12-角蒿紫葳科角蒿属-0.09--野艾蒿菊科蒿属-1.28--金露梅蔷薇科委陵菜属-0.48--牛尾蒿菊科蒿属-0.33--绶草兰科绶草属-0.20--羊茅禾本科羊茅属-0.15--

3.3林下植物多样性

从表4可以看出，经2a封育，不管是高密度样地还是低密度样地，测定的4个物种多样性指数相应都有所提高，多样性指数高密度样地和低密度样地增加值分别为Margalef 丰富度指数9.2和5.4、Simpson指数0.12和0.06、Shannon-Wiener指数0.38和0.26、Pielou均匀度指数0.13和0.02；封育前这4个指标都是低密度样地高于高密度样地，而封育后不尽如此，即Margalef 丰富度指数和Shannon-Wiener指数仍然是低密度样地高于高密度样地，Simpson指数和Pielou均匀度指数却是低密度样地低于高密度样地，说明封育可以提高林分林下草本植物多样性，高密度林分草本植物多样性提高的幅度大于低密度林分，用不同的指标比较二个不同林分草本植物多性性高低可能会出现相反的结果。

表4　华北落叶松低效人工林林下草本植物多样性

4结论与讨论

本研究40 a左右生华北落叶松疏伐后密度达到825株·hm-2和500株·hm-2的低效人工林样地，经2 a封育，林下植物种类及个体数量增加，增加量低密度林分高于高密度林分，主要为草本植物，高密度样地植物种类增加7种，个体数量每灌木样方、草本样方分别增加10个和50个;低密度样地植物种类增加11种，个体数量每灌木样方、草本样方分别增加11个和64个。灌木层平均高度和盖度增加，低密度样地盖度增加幅度大于高密度样地。草本层高密度样地优势种(批针薹草)不变，次优势种上升为优势种，低密度样地原先的次优势种(小红菊)上升为优势种，而原先的优势种(金毛狗尾草)衰退为次优势。草本层Margalef 丰富度指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数等4个物种多样性指数高密度样地和低密度样地都有相应提高，封育可以提高林分林下多样性，高密度林分提高幅度大于低密度林分。短期封育对林下灌木结构影响不明显，对林下草本层结构影响明显。

综合考虑为改善林下植物群落结构，对40 a左右的华北落叶松低效人工林抚育改造的适宜保留林分密度为500株·hm-2左右，这与张宏芝等[7]的研究结果不一致，可能因研究对象即实验林分的初始状态不同而引起。对遭受人为严重破坏而形成的华北落叶松低效人工林进行封育，可以有效地促进林下植被恢复，增加林下植被盖度和植物多样性，有利于乔—灌—草森林群落的形成和稳定森林生态系统的构建，促进林分生长。

参 考 文 献

[1]何艺玲，傅懋毅.人工林林下植被的研究现状[J].林业科学研究，2001,15(6):727-737.

[2]方奇.杉木连栽对土壤肥力及杉木生长的影响[J].林业科学,1987,23(4):298-397.

[3]RH费特克.植物群落分类[M].周纪纶等译,北京:科学出版社,1985.60-81.

[4]冯宗炜，陈楚莹，王开平，等.亚热带杉木纯林生态系统中营养元素的积累、分配和循环研究[J].植物生态学与地理学丛刊，1985,9(4):245-246.

[5]阳含熙.植物与植物的指示意义[J].植物生态学与地理学丛刊，1963,1(2):24-30.

[6]邓东周，张小平，鄢武先，等.低效林改造研究综述[J].世界林业研究，2010,23(4):66-69.

[7]张宏芝，白庆红，徐成立，等.间伐对华北落叶松林下植被的短期影响[J].林业资源管理，2011(6):40-44.

收稿日期：2016-02-18

基金项目：中央财政林业科技推广示范项目“华北落叶松低效人工林改建丰产林技术推广”[冀TG(2013)004]；河北省林业科学技术研究项目“木兰林区森林流域经营关键技术研究(1305448)”。

作者简介：郭敬丽(1982-)，女，河北隆尧人，硕士，林业工程师，从事森林经营技术与管理工作。

中图分类号:S755,S718.54

文献标识码:A

文章编号:1001-2117(2016)04-0018-05

Effect of Closure for Nature Regeneration of Larix principis-rupprechtii on Understory Vegetation

GUO Jin-li, WANG Hui, ZHANG Xue-min, GUO Wan-jun

(Mulan Paddock State-owned Forest Administration, Weichang, Hebei 068450)

Abstract:Larix principis-rupprechtii; forest of 40a in Mulan paddock state-owned forest farm was surveyed using sample plot and quadrat method to study the effect of two years closure of forest on the composition and structure of understory vegetation community.The result showed that density 825 plants per hm2 and density 500 plants per hm2 both increased understory vegetation species and quantities, mostly the herbal plants, the increment of which for low density forest were higher than for high density forest.Shrubs height and coverage were increased, with increment of coverage for low density forest to be higher than high density forest.For herbal vegetation the dominant species remain same in high-density forest and secondary dominant species went up to be dominant one.Of herbal vegetation of low-density forest, secondary dominant species went up to be dominant one while original dominant species went down to be the secondary dominant one.Species diversity indices like Margalef richness, Simpson index, Shannon-Wiener index, Pielou evenness index for both low-density forest and high-density forest were all increased.The amount increased for high-density forest was bigger than that of low-density forest.Based on the above analysis, the density after tending should be kept as 500 plants per hm2 for Larix principis-rupprechtii of 40 a.

Key words:Larix principis-rupprechtii; low productivity plantation; tending; forest understory vegetation; structure