透光抚育对“栽针保阔”红松林幼苗更新和林下植被多样性的影响

鲍国涛

(本溪县林业发展服务中心，辽宁 本溪 117100)

阔叶红松林是我国东北地区的地带性顶极群落，具有生产力高，森林生态环境优良、生物多样性丰富、稳定性强等优点[1]，因20世纪过度砍伐利用，大部分原始林已经退化成次生林，生态功能大幅下降。陈大珂等提出在阔叶树下栽植红松或其它较耐荫的针叶树种，促进了次生林向红松阔叶混交林方向演替，为东北次生林的恢复和发展指明了方向[2-4]。但目前“栽针保阔”红松林出现了红松在幼年期生长缓慢，死亡率高，树木提前结实，分杈严重等问题[5-6]，给阔叶红松林的恢复和可持续经营带来一定困难。有研究表明，透光抚育能够促进红松生长，提高林地生产效率[7-9]。因此，采取“栽针保阔”并结合上层透光抚育经营可能是恢复东北地带性阔叶红松林行之有效的经营方式之一[10]。本研究以辽东山区“栽针保阔”红松林为对象，对不同透光强度幼苗更新特征和林下植被物种多样性进行探索，以期为完善“栽针保阔”红松林经营体系，加速次生林向顶极阔叶红松林演替提供科学依据。

1 研究区概况

试验地位于抚顺市新宾县赵家林场，地理位置124°27′E，41°40′N，属温带季风性大陆气候，年均降水量750～850 mm，多集中在7-8月，≥10 ℃有效积温2 750 ℃。该区为长白山余脉，自然植被属长白山植物区系，兼有华北和蒙古植物区系特征，属温带针阔混交林区，主要乔木树种蒙古栎Quercusmongolica、核桃楸Juglansmandshurica、水曲柳Fraxinusmandshurica、色木槭Acermono、春榆Ulmuspropinqua等，灌木树种主要有卫矛Euonymusalatus、五味子Schisandrachinensis，常见的草本植物有木贼Equisetumhyemale、异叶天南星Arisaemaheterophyllum、尾叶香茶菜Plectranthusexcisus、水金凤Impatiensnolitangere、辽宁堇菜Violarossii、鹿药Smilacinajaponica等。

2 研究方法

2.1 样地设置

在全面踏查的基础上，选择立地条件较好、林木分布均匀的天然次生林，割除灌木，冠下更新红松，栽植密度1 200株·hm-2。经过数年生长，上层阔叶乔木严重影响林下红松生长发育，2016年选择林分状况相对一致的进行透光抚育，透光强度分别为全透光(100%)、弱度透光(29%)、中度透光(45%)、对照(0%)。2019年8月，分别在4个透光抚育的林地内设置30 m×30 m的标准地，在标准地的四角和中心分别设置面积2 m×2 m灌木样方和1 m×1 m草本样方，共设置20个灌木样方和20个草本样方，并对样方内的灌木、草本及更新情况进行调查，记录灌木种类、数量、高度等，草本种类、平均高、盖度、株数/丛数等，更新幼苗种类、数量、高度和地径。透光抚育前后林分基本情况见表1。

表1 林分基本情况

2.2 多样性指数

物种丰富度因各样地面积一致，采用样方内物种数目表示物种丰富度；

Shannon-Wiener多样性指数：

式中：Pi=Ni/N；

Simpson指数：

均匀度指数：

Jsw=H′/Hmax

式中：Hmax=lnS，S为样方内物种数目；Pi为第i个物种个体数在群落中的比率；N为物种个体总数；Ni为第i个物种的个体数。

重要值(Iv)：

Iv=Dr+Pr+Fr

式中：Dr为相对密度；Pr为相对优势度；Fr为相对频度。

2.3 数据处理

采用SPSS 20.0软件对数据进行统计分析。采用单因素方差分析(one-wayANOVA)和LSD法进行多重比较(α=0.05)。

3 结果与分析

3.1 透光抚育对林下更新的影响

3.1.1 林下更新树种组成

由表2可知，不同透光强度林下更新幼苗种类不同，其中，对照样地幼苗种类最多，共14种，弱度、中度和全透光样地分别比对照少3种、5种和5种。色木槭幼苗最多，在全透光、弱度透光样地重要值均位列第1，优势度明显。优势种(蒙古栎、花曲柳、核桃楸和黄波罗)在各样地的重要值之和均大于1/3，在更新幼苗中占优势地位，其中中度透光样地4个优势树种的重要值之和最大，说明优势种在中度透光样地更新最好。

3.1.2 更新幼苗密度

各透光样地林分更新密度为1.75万～3.15万株·hm-2(图1)，根据《国家森林资源连续清查技术规定》中幼苗幼树的更新数量看，更新状况良好，优势种(蒙古栎、花曲柳、黄波罗、核桃楸)更新密度占林分更新苗的33.33%～53.7%，可实现林分的连续更新。方差分析表明(图1)，透光抚育对林分更新幼苗密度影响较大，全透光样地更新幼苗密度显著低于对照(P<0.05)，仅为对照的60.34%。弱度、中度透光与对照之间差异不显著(P>0.05)。优势种更新幼苗密度表现为全透光显著低于对照，仅为对照的54.17%(P<0.05)，中度透光比对照高20.83%，弱度透光低于对照12.5%，但两者与对照差异并不显著(P>0.05)。

表2 不同透光强度更新树种重要值

注：图中不同小写字母表示0.05水平差异显著。图1 透光抚育对林分和优势种幼苗更新的影响

3.1.3 更新幼苗生长

由表3可知，全透光样地幼苗地径和苗高均显著高于对照(P<0.05)，分别为对照的1.7倍和1.8倍。弱度、中度透光样地幼苗地径和苗高分别高于对照24.59%、27.87%和7.58%、4.55%，但差异并不显著(P>0.05)。优势种更新幼苗生长状况，全透光、中度透光样地幼苗地径显著高于对照(P<0.05)，分别为对照的1.9倍和1.6倍，弱度透光高于对照27.4%，但差异不显著(P>0.05)。苗高方面，全透光样地较对照高66.7%(P<0.05)，弱度、中度透光均高于对照12.9%，但差异不显著(P>0.05)。随透光强度增加，更新幼苗地径和苗高呈增加趋势，说明透光抚育能够促进林下更新幼苗的生长，透光强度越大，越有利于更新幼苗地径和苗高的生长。

表3 透光强度对林分和优势种更新幼苗特征的影响

3.2 透光抚育对林下植被物种多样性的影响

由表4可知，4块样地灌木物种丰富度均较低，弱度、中度透光均7种，对照6种，全透光样地仅5种。在多样性指数方面，经弱度和中度透光抚育后，灌木层Shannon-Wiener指数和Simpson指数均高于对照，而全透光抚育后Shannon-Wiener指数和Simpson指数明显低于对照。Pielou均匀度指数与两个多样性指数规律一致，即中度透光>弱度透光>对照>全透光。可见一定强度的透光抚育能够提高和维持灌木物种的多样性，而全透光抚育则降低了灌木物种的丰富度和多样性，这是由于透光强度过大，生长快、侵占能力强的物种如山楂叶悬钩子、花木蓝迅速占据了林地空间，从而降低了灌木物种多样性。

草本物种丰富度和多样性指数与灌木不同。经透光抚育后草本层物种丰富度均高于对照，全透光、弱度和中度透光样地物种丰富度分别比对照增加了8种、10种和7种。在多样性指数方面，透光抚育促进了草本Shannon-Wiener指数和Simpson指数增加，且以全透光抚育增加的幅度最大。

表4 透光抚育对林下植被物种多样性的影响

4 结 论

不同透光强度对林下红松幼苗更新存在较大差异，弱度、中度透光抚育能够促进林下幼苗生长和密度增加，全透光抚育降低了更新幼苗密度，但能够促进更新幼苗地径和高生长。透光抚育对林下植被物种多样性的影响较大，弱度、中度透光有利于灌木和草本物种丰富度和多样性的增加，全透光抚育则降低了林下灌木的丰富度和多样性，但有利于草本物种多样性的增加。综合分析认为，中度透光抚育更有利于更新幼苗的生长和林下植被物种多样性的维持。