低质油松人工林改培对更替层及灌草的影响

廉凯敏，吴应建，郭晓东，张田鹏，高 龙

(1.山西省中条山国有林管理局， 山西 侯马 043000； 2.山西省林业和草原科学研究院， 山西 太原 030012)

油松(Pinustabulaeformis)为我国特有阳性树种，具有深根性、耐干旱、抗瘠薄、适应性强等特点，属华北温性针叶林的代表类型，是北方地区造林的主要树种之一。中条山东部侵蚀中山区分布着大量油松人工纯林，由于立地条件差，缺乏有效的经营，形成了大面积低质林。低质林林分结构单一，生物多样性低，抗火灾、病虫害能力弱，生态功能低下，不能充分发挥其涵养水源、保持水土的作用。

目前，对林分改培技术的研究很多，如，全面改造、复壮改造、抚育改造、封育改造等。为满足森林可持续经营的需求，中条林局引进德国近自然经营理念，在中德林业合作项目的具体实施过程中，提出了多种新型的森林经营技术，通过块状改培，调整树种结构，变低质林为优质林，具有一定的创新性。笔者以中条山侵蚀中山区低质油松人工林为研究对象，从林下更替及灌草多样性的角度出发，运用多样性指数研究短期改培成效，对提升营林水平、改善林分质量具有指导意义。

1 研究区概况

研究区位于山西省中条山东部，地理坐标为35°33′46.94＂～35°33′59.59＂N,112°11′9.32＂～112°11′27.3＂E，总面积 1 000 hm2.属暖温带大陆性季风气候，年均温10.8 ℃，海拔850 m～1 100 m.该区位于侵蚀中山地带，山地褐土厚20 cm，多雨导致土壤有机质含量极低。研究区森林类型为油松人工纯林，主要分布在阳坡，林龄50 a，平均郁闭度0.9以上，平均树高5.8 m，平均胸径9.2 cm，密度1 350株/hm2，蓄积量75 m3/hm2.主林层树种为油松(Pinustabuliformis)，零星分布有臭椿(Ailanthusaltissima)、君迁子(Diospyroslotus)、山桑(Morusmongolica)等，林下更新植物少；灌木主要为荆条(Vitexnegundovar.heterophylla)、黄刺玫(Rosaxanthina)等。

2 研究方法

2.1 改培方式

改培方式为块状改造，即打造林中空地(林窗)。具体措施：在林内均匀设置多个样点，块状伐除样点所有林木，打造5 m×5 m的林中空地。在林中空地上人工栽植辽东栎幼苗，栽植模式为3- 4- 5- 4- 3，株行距1 m.

2.2 调查方法

改培4 a后，2020年8月调查40个改培后的油松人工林样方，记录5 m×5 m林中空地内辽东栎幼苗、幼树及灌木、草本的生长变化状况。同时，在未改培林地内调查灌草样方20个，记录每个样地内的物种名、地径、高度、盖度、丛数，及经纬度、海拔、坡度、坡向、坡位、干扰状况等。

2.3 数据处理

2.3.1 林下更替测算方法

计算林下人工栽植幼苗的保存率、完好率及生长量。保存率为4 a后成活数量的占比，完好率指未受动物危害的数量占比，生长量以幼苗地径和高度作为指标。计算生长量时去除遭动物啃食的幼苗。

2.3.2 灌草多样性计算方法

采用Patric丰富度指数R0，Simpson多样性指数λ和Shannon-Wiener多样性指数H′，Pielou均匀度指数E进行林下物种多样性计算。具体公式同参考文献。

3 结果与分析

3.1 林下更替

由于调查区域坡度基本保持在10°左右，偶有出现坡度>10°的现象，辽东栎幼苗生长并没有表现出明显差异。因此，忽略坡度对幼苗更新的影响。改培后各坡位辽东栎幼苗生长情况见表1.

表1 改培后各坡位幼苗生长情况

由表1可知，下坡位栽植的幼苗平均保存率78.6%，完好率22.8%，平均地径1.25 cm，平均高度121.2 cm.中坡位幼苗平均保存率86.5%，完好率48.1%，平均地径1.67cm，平均高度139.0 cm.上坡位平均保存率85.6%，完好率33.4%，平均地径1.26 cm，平均高度132.5 cm.坡位影响辽东栎生长量，辽东栎幼苗在中坡位具有明显生长优势。卡方检验结果显示，各坡位之间，保存率不存在差异(P>0.05)，完好率、地径、高度存在显著性差异(P<0.05)。

研究区域鼠、兔活动频繁，特别是野猪啃食严重，对辽东栎幼苗的成活率、保存率及完好率有很大影响。中坡位人类活动频繁，动物破坏机率小，苗木长势良好。人为活动较少的上坡位、下坡位，动物危害较重，苗木长势不良。

林窗有利于植物天然更新。改培前，基本没有林下更新的幼苗。改培后，调查样方内出现少量天然更新的幼苗，如，君迁子、臭椿、山桃(Amygdalusdavidiana)、核桃(Juglansregia)、山桑、构树(Broussonetiapapyrifera)等，不仅增加了林地内原有阔叶树种的比例，又引入了新的乔木树种，对于今后树种比例的调节具有促进作用。

3.2 灌草多样性

改培前后，林内灌草层物种发生了很大的变化，林窗有利于物种引入，提高灌草层物种多样性。改培和未改培林地灌草植物重要值对比见第29页表2.

由表2可知，在改培后的林中空地内，共调查到灌草植物52种。其中，灌木18种，草本34种。灌木层中占主要地位的是荆条和黄刺玫，重要值分别为37.386，24.602；其次为小花扁担杆(Grewiabilobavar.parviflora)、截叶铁扫帚(Lespedezacuneata)、少脉雀梅藤(Sageretiapaucicostata)、美丽胡枝子(Lespedezaformosa)、白刺花(Sophoradavidii)，重要值均在10以下。草本层优势种为早春苔草(Carexsubpediformis)、早熟禾(Poaannua)、茜草(Rubiacordifolia)，重要值分别为30.339，17.887，10.374；伴生有白莲蒿(Artemisiasacrorum)、委陵菜(Potentillachinensis)、艾蒿(Artemisiaargyi)、烟管头草(Carpesiumcernuum)等。

表2 改培和未改培林地灌草植物重要值对比

未改培林地内灌草植物有24种，其中，灌木12种，草本12种。灌木层优势种为荆条、黄刺玫，重要值分别为41.294，24.391；其次为小花扁担杆、少脉雀梅藤、截叶铁扫帚、美丽胡枝子、乌头叶蛇葡萄(Ampelopsisaconitifolia)，重要值均在10以下。草本层优势种为早春苔草、茜草、早熟禾，重要值为40.837，19.731，15.391；其次为委陵菜、披碱草、山蒿(Artemisiabrachyloba)、小苦荬(Ixeridiumdentatum)、石沙参(Adenophorapolyantha)等。由此可见，改培后油松人工林内灌木层和草本层的物种数均明显多于未改培林，林窗环境有利于灌草植物进入，但不同的植物对林窗环境的反应存在差异。在原有林分中占主要地位的荆条、黄刺玫、早春苔草、茜草、早熟禾，依旧占据绝对优势地位。同时林窗内又增加了许多喜光耐旱植物，如，白刺花、杠柳、刚毛忍冬(Lonicerahispida)、糙叶黄芪(Astragalusscaberrimus)、烟管头草等。有研究表明，林中空地温暖的环境和较高的土壤温度更易于激发微生物的活性，有利于土壤养分循环，促进植物生长。

改培和未改培林地物种多样性指数见表3.

表3 改培和未改培林地物种多样性指数

由表3可知，改培后灌草层的物种丰富度指数R0，多样性指数H′，均匀度指数E均优于未改培林地。改培后物种丰富度和均匀度指数升高，Shannon指数增大，但Simpson指数减小，说明其生态优势度低。在多数物种进入林窗后，个体间的分化程度没有林内强烈，仍处于种间竞争和共存阶段。

4 结论与讨论

4.1 结论

低质油松人工林改培具有一定的初期成效，人为打造林中空地，栽植辽东栎幼苗，成活率高。坡位影响辽东栎生长，辽东栎幼苗在中坡位具有明显生长优势。上坡位、下坡位和中坡位之间，辽东栎保存率不存在差异(P>0.05)，完好率、地径、高度存在显著性差异(P<0.05)。人为栽植的辽东栎幼苗以及天然更新的君迁子、臭椿、山桃、核桃、山桑、构树幼苗，可以增加阔叶树比例，调整树种结构，有利于

形成多功能的复层、异龄混交林，构建健康稳定的森林群落。

未改培的林地内灌草植物有24种，其中，灌木12种，草本12种。改培后的林中空地有52种灌草植物，其中，灌木18种，草本34种。改培后增加了28种植物，除Simpson指数外，各多样性指数均优于未改培林地。因此，改培有利于灌草生长。林窗的形成，有助于光照、温度、湿度、土壤理化性质等环境因素转变，实现多种资源的再次分配，对于种子萌发、幼苗生长、灌草进入有促进作用，有利于物种多样性的提高和生态系统的平衡。

4.2 讨论

本研究结果仅反映了林窗对人工更替及灌草多样性的短期影响。随着时间推移，周围乔木树冠伸展，林分郁闭，植物的种类组成和物种多样性也会随之发生变化。同时，研究仅限于幼苗和灌草，对乔木层林木林冠结构、生物量、土壤有机质含量、病虫害、抗火灾能力等的变化未进行充分考虑和研究。