带状皆伐后更新密度对植物多样性的影响

孙 楠，郭树平

(黑龙江省林业科学研究所，哈尔滨 150081)



带状皆伐后更新密度对植物多样性的影响

孙 楠，郭树平*

(黑龙江省林业科学研究所，哈尔滨 150081)

针对长白落叶松人工纯林带来的生物多样性减退问题，在落叶松皆伐迹地采用5个树种(柞树、红松、胡桃楸、云杉和水曲柳)按照2 000株/hm2和3 300株/hm2两种更新密度进行人工更新，2 a后，对更新与未更新林分的植物多样性进行调查分析。结果显示：采伐后更新的林分，由于整地破坏了土壤表层，草本和灌木植物的种类增加，密度、盖度和平均高均较未更新的林分低；更新密度2 000株/hm2的林分，群落多样性较好，物种个体分配比较均匀，建议在长白落叶松带状皆伐后采用2 000株/hm2的更新密营造针阔混交林为宜。

长白落叶松；带状皆伐；更新密度；植物多样性；重要值

0 引 言

长白落叶松是黑龙江省主要是造林树种，每年的造林面积占总造林面积的50%左右[1-3]。在长白落叶松人工纯林面积不断增加的同时，也出现了林下植被稀疏、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、地力下降和涵养水源能力下降，生态系统十分脆弱，无法发挥生态公益效能等一系列问题[4-6]。本文在长白落叶松人工纯林带状皆伐后采用不同的更新密度进行人工更新，调查分析林下生物多样性及天然更新情况，为长白落叶松人工纯林的二代林经营提供技术支撑[7-10]。

1 研究区域概况

研究地点位于黑龙江省佳木斯市孟家岗林场(东经130°32′42″～130°52′36″，北纬46°20′16″～46°30′50″)。该林场以低山丘陵为主，平均海拔250 m，气候为大陆性季风气候，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。地带性土壤为暗棕壤。

该林场属小兴安岭——老爷岭植物区的小兴安岭——张广才岭亚区。现为以柞树、黑桦、山杨、白桦为主的次生落叶阔叶混交林和人工针叶林。主要乔木树种有红松、云杉、樟子松、赤松、落叶松、柞、黑桦、山杨、白桦、椴树、榆树、色树、胡桃楸、水曲柳和黄菠萝等，灌木和藤本植物有毛榛子、怀槐、胡枝子、刺五加、五味子、猕猴桃、山葡萄等，草本植物主要以苔草、铃兰、地榆、木贼、问荆、蚊子草、玉竹、舞鹤草、蕨类和百合等为主。菌类主要有榛蘑、元蘑、猴头蘑和黑木耳等。

2 研究方法

试验地设置在孟家岗林场52林班的11小班和69林班的11、12小班，林龄为41 a，面积为10.8 hm2。2012年冬季带状皆伐后，于2013年春季进行人工更新，更新树种为水曲柳、红松、胡桃秋、云杉和柞树，一个皆伐带宽平均分成5行，5个树种行状混交，更新密度为2 000株/hm2和3 300株/hm2，2014年8月对不同更新密度及未更新林分(带状皆伐后，穴状整地，但未更新)植物多样性进行调查，在标准地内沿样地的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[11-13]。

物种丰富度指数：

S=出现在所有样方中的物种总数。

物种多样性指数采用Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数：

Shannon-Wiener多样性指数：

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[14-15]。

3 结果与分析

3.1 更新密度对林下物种丰富度的影响

长白落叶松人工林带状皆伐后，进行了不同密度的人工更新，对不同更新密度林分的草本及灌木种类进行调查，见表1。结果显示：采伐后更新的林分草本植物种类较未更新的林分增加，更新密度为2 000株/hm2的林分草本植物种类增加了25.93%，更新密度为3 300株/hm2的林分草本植物种类增加了3.70%；更新密度为3 300株/hm2的林分灌木植物种类最多，较更新密度为2 000株/hm2的林分高60%，较未更新的林分高33.33%。

表1 不同更新密度林下草本及灌木种数Tab. 1 The species number of understory herbaceous and shrub in different regeneration density

3.2 更新密度对林下物种密度、盖度、平均高的影响

带状皆伐后，进行人工更新的林分草本植物和灌木植物的密度、盖度和平均高都有不同程度的降低，更新密度越大，降低的程度越大[17-18]。未更新林分草本植物的密度、盖度、平均高、灌木植物的密度和平均高较更新密度2 000株/hm2的林分高出3.18%、1.56%、10.14%、3.87%和4.53%，较更新密度3 300株/hm2的林分高出4.07%、4.78%、21.73%、12.59%和9.21%；更新密度2 000株/hm2的林分草本植物的密度、盖度、平均高、灌木植物的密度和平均高较更新密度3 300株/hm2的林分高出0.87%、3.18%、10.52%、8.39%和4.47%，见表2。

3.3 更新密度对林下植物重要值的影响

长白落叶松人工林带状皆伐后进行不同密度的人工更新，对各林分草本植物和灌木植物的重要值进行计算，统计结果见表3。不同更新密度林分草本重要值排在前10位草本有4种是相同的，分别是蚊子草、牡蒿、野苏子和水金凤，更新密度2 000株/hm2、更新密度3 300株/hm2和对照林分中这4种草本的重要值合计分别为39.14%、39.96%和39.48%，说明3种林分主要草本植物所占比例相差不大。在采伐后未进行人工更新的林分，刺梅、榛子和绣线菊的重要值合计达到了85.17%，是该林分主要的灌木组成部分，人工更新的林分，刺梅的重要值逐步降低，绣线菊与榛子的重要值增加，更新密度2 000株/hm2、更新密度3 300株/hm2和对照林分中绣线菊与榛子的重要值合计分别为63.13%、47.49%和44.96%。

表2 不同更新密度林分草本及灌木的密度、盖度、平均高Tab. 2 The density，coverage and average height of understory herbaceous and shrub species in different regeneration density

表3 不同更新密度林分草本及灌木的重要值Tab. 3 The important value of understory herbaceous and shrub species in different regeneration density

续表3 不同更新密度林分草本及灌木的重要值Tab. 3 The important value of understory herbaceous and shrub species in different regeneration density

3.4 更新密度对林下植物多样性的影响

带状皆伐后人工更新2 a，对不同更新密度和未更新林分草本植物和灌木植物多样性指数和均匀度指数进行计算，结果显示更新密度2 000株/hm2的林分，草本植物的Simpson多样性指数、 Shannon-Wiener多样性指数、Alatalo均匀度指数较高，说明该林分草本植物的群落多样性较好，物种个体分配比较均匀，由于Pielou是与物种丰富度有关的均匀度指数(公式可以看出，呈负相关)，更新密度2 000株/hm2的林分草本植物种类较未更新林分增加25.93%，所以影响了Pielou指数，该林分灌木植物的多样性指数较低，均匀度指数较高，说明该林分灌木植物的种类较少，但各物种的株数分配相对均匀；更新密度3 300株/hm2的林分，草本植物的4个指数均最低，灌木植物的多样性指数较高，均匀度指数稍低，说明该林分的草本群落复杂程度不高，多样性和均匀度稍差，而灌木植物多样性较好，但均匀度较更新密度2 000株/hm2的林分稍差，见表4。

表4 不同更新密度林下草本及灌木的多样性及均匀度指数Tab.4 The diversity and evenness index of understory herbaceous and shrub species in different regeneration density

注：表中D为Simpson多样性指数，H′为Shannon-Wiener多样性指数，Jsw为Pielou均匀度指数，AL为Alatalo均匀度指数。

3.5 更新密度对林下天然更新的影响

长白落叶松皆伐后人工更新2 a，对林下天然更新苗木的种类、株数和平均高进行调查，见表5。结果显示：采伐后未更新的林分，天然更新的树种数与更新密度2 000株/hm2的林分相同，较更新密度3 300株/hm2的林分高出20%，每公顷天然更新株数较更新密度2 000株/hm2的林分高出56.24%，较更新密度3 300株/hm2的林分高出19.06%，平均高较更新密度2 000株/hm2的林分低18.48%，较更新密度3 300株/hm2的林分低5.05%。从整体上看，皆伐后进行人工更新的林分，天然更新树种种类和株数都有所下降，但平均高增加，人工更新密度越大，天然更新树种的种类越少，每公顷天然更新的株数越多，平均高越小。

表5 不同更新密度林下天然更新苗木种类、密度、平均高Tab.5 The density，coverage and average height of natural regeneration forest in different regeneration densityies

4 结论与讨论

长白落叶松人工林带状皆伐后，进行人工更新的林分草本植物种类和灌木植物种类增加，更新密度为2 000株/hm2的林分草本植物种类最多，更新密度为3 300株/hm2的林分灌木植物种类最多。更新林分草本植物和灌木植物的密度、盖度和平均高都会有不同程度的降低，更新密度3 300株/hm2的林分降低的较多。采伐后未更新的林分，天然更新的树种数和更新密度均较更新林分高。皆伐后更新与未更新的林分主要草本植物的重要值相差不大，更新林分中的刺梅重要值降低，榛子和绣线菊的重要值增加。

造成上述结论的原因是皆伐后更新的林分要进行穴状整地，在一定程度上影响了草本植物、灌木植物及天然更新的生长，所以种类、密度均低于未更新的林分，从经济角度和生态角度综合考虑，更新密度2 000株/hm2的林分，草本植物的Simpson多样性指数、 Shannon-Wiener多样性指数、Alatalo均匀度指数较高，林分草本植物的群落多样性较好，物种个体分配比较均匀，建议在长白落叶松带状皆伐后营造针阔混交林，人工更新密度为2 000株/hm2较好。

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Effect of Regeneration Density on Plant Diversity afterBand Clear Cutting

Sun Nan，Guo Shuping*

( Forest Science Research Institute of Heilongjiang Province，Harbin 150081)

Aiming at the problem of loss biodiversity ofLarixOlgensisplantation，five species ofQuercusmongolicaFischerexLedebour，QuercusmongolicaFischerexLedebour，JuglansmandshuricaMaxim，PiceakoraiensisNakaiandFraxinusmandschuricaRuprtrees were artificially regenerated by two kinds of densities of 2 000 plants/hm2and 3 300 plants/hm2after band clear cutting ofLarixolgensishenryin Meng Jiagang forest，Heilongjiang province.Two years later，the plant diversities of regenerated stand and without regeneration stand were investigated and analyzed respectively.The results showed that herb and shrub plant species of regenerated stand increased.The density，coverage and the average height were lower than without regeneration stand because the soil surface was destroyed due to the site preparation after clear cutting.After band clear-cutting ofLarixolgensishenryforest，it was recommended to construct a mixed forest of needle and broad species with 2 000 plants/hm2for its the better community diversity and more uniform individual species distribution

Larixolgensishenry；band clear cutting；regeneration density；plant diversity；important value

2016-04-14

“十二五”国家科技支撑项目(2015BAD07B03)；黑龙江省林业厅(黑林函[2012]649号)

孙楠，博士，副研究员。研究方向：森林经理学、森林培育学。

*通信作者：郭树平，硕士，研究员。研究方向：森林培育，E-mail：hljgsp@163.com

孙 楠，郭树平.带状皆伐后更新密度对植物多样性的影响[J].森林工程，2016，32(6)：15-19.

S 791

A

1001-005X(2016)06-0015-05