疏伐转化对山杨林分林下植物多样性的影响

徐国巧，马娇娇，陈哲，王海涛，李娟，卢金平

摘要：為了探究疏伐转化对林分林下植物多样性的影响，以53a山杨林分为研究对象，设置对照和疏伐转化试验固定样地，分别于2015、2017、2019年对各样地进行林下植物多样性的定期观察与测定，比较分析疏伐转化对林下植物多样性的影响。结果表明，疏伐转化增加了草本层林下植物种类数，且疏伐转化后草本层林下植物重要值发生变化。疏伐转化降低了灌木层林下植物种类数，且疏伐转化后灌木层林下植物重要值变化不明显，毛榛始终为灌木层林下植物优势种。疏伐转化提高了草本层林下植物多样性指数。各年份疏伐转化Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均大于对照，2015年疏伐转化Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数分别比对照增加了0.14、0.21、0.02，但Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数差异不显著（P>0.05）;2017年Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数分别比对照增加了0.14、0.51、0.12，疏伐转化和对照Simpson指数和Pielou指数均差异不显著（P>0.05），Shannon-Wiener指数呈显著差异（P<0.05）;2019年分别比对照增加了0.08、0.49、0.05，疏伐转化和对照Simpson指数和Pielou指数均差异不显著（P>0.05），Shannon-Wiener指数呈显著差异（P<0.05）。随着时间的变化疏伐转化对灌木层林下植物多样性指数无明显影响。各年份疏伐转化与对照除Shannon-Wiener指数差异显著（P<0.05）外，Simpson指数和Pielou指数均差异不显著（P>0.05）。因此，疏伐转化对山杨林下植物多样性有促进作用。

关键词：疏伐转化;山杨;林下植物多样性

The effect of thinning and transformation on understory plant diversity

（XuGuoqiao1，MaJiaojiao1，ChenZhe2，Wang haitao1，LiJuan1，LuJinping1）

（1. Mulanweichang State-owned Forest Farm in Hebei Province，Hebei，Chengde，068450;

2.Agricultural University of Hebei，Hebei，Baoding，071000）

Abstract： In order to explore the impact of thinning and transformation on the diversity of understory plants， a 53-year poplar forest was used as the research object， and a fixed sample plot for the control and thinning transformation experiment was set up. Periodic observation and measurement of understory plant diversity， and comparative analysis of the impact of thinning transformation on understory plant diversity. The results showed that the thinning transformation increased the number of understory plants in the herb layer， and the important value of the undergrowth plants in the herb layer changed after the thinning transformation. Thinning transformation reduced the number of undergrowth plants in the shrub layer， and the important value of undergrowth plants in the shrub layer did not change significantly after thinning and transformation. Corylus mandshurica was always the dominant species of undergrowth plants in the shrub layer. Thinning transformation improves the diversity index of understory plants in the herb layer. The Simpson index， Shannon-Wiener index， and Pielou index of thinning conversion in each year were all larger than the control. In 2015， the thinning conversion Simpson index， Shannon-Wiener index and Pielou index increased by 0.14， 0.21， and 0.02， respectively. The difference between Wiener index and Pielouindex is not significant （P>0.05）; in 2017， Simpson index， Shannon-Wiener index and Pielou index increased by 0.14， 0.51， and 0.12 respectively compared with the control， and the thinning conversion and the control Simpson index and Pielou index were all different Not significant （P>0.05）， the Shannon-Wiener index showed a significant difference （P<0.05）; in 2019， it increased by 0.08， 0.49， and 0.05 compared with the control， respectively. There was no significant difference between the thinning transformation and the control Simpson index and Pielou index （P>0.05）， the Shannon-Wiener index showed a significant difference （P<0.05）. Transformation of thinning over time has no obvious effect on the plant diversity index of shrub layer understory. There was no significant difference between the thinning transformation and the control Simpson indexand Pielou index in each year （P>0.05），except Shannon-Wiener indexshowed a significant difference （P<0.05）.Therefore，thinning and transformation can promote plant diversity under poplar forests.

Keywords： thinning and transformation; poplar; understory plant diversity

疏伐转化是一种抚育间伐措施。关于抚育间伐对林下植物多样性的影响已有相关研究。董凯丽等[1]研究了抚育间伐对湿地松人工林林下植物多样性的影响，结果表明，抚育间伐后，林下植被种类数增加，Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均有所提高。马双娇等[2]研究弱度间伐对水曲柳天然林植物多样性的影响，结果得出，间伐增加了灌木层和草本层的种数，草本层的Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数，以及灌木层的Simpson指数均有显著提高（P<0.05），灌木层和草本层的Margalef丰富度指数也呈现增加的趋势，草本层增加幅度大于灌木层。汤景明等[3]按照不同抚育间伐强度对日本落叶松人工林林下植物多样性进行研究，研究得出，抚育间伐能增加植物多样性，而且强度间伐促进效果最好。刘俊杰等[4]按照不同目标树经营密度对杉木人工林林下植物多样性进行研究，结果表明，目标树经营能显著增加灌木层的生态优势度指数、多样性指数、丰富度指数（P<0.05）。关于疏伐转化对山杨林下植物多样性的影响的研究较少。所以本文以53年生山杨天然次生林为研究对象，研究疏伐转化对山杨天然次生林林下植物多样性的影响。

1 研究区概况

研究区设置在河北省承德市围场县木兰围场国有林场孟滦分场。该林场地处河北省围场县西北部的滦河上游地区，北与浑善达克沙地南缘相望，总经营面积1.87万公顷、有林地面积1.53万公顷、森林覆盖率82 %，是为京津阻沙源、为滦河蓄水源的重要生态屏障。地理位置为北纬41°35'～42°40'， 东经116°32'～118°14'， 海拔为700～2000m， 地势西北高， 东南低;该地区属于半湿润半干旱的过渡地区，冬季酷寒干燥，夏季凉爽无暑热，春秋两季多风沙，年均降水量为445mm，年均气温为3.3℃，乔木树种主要为华北落叶松（Larix principis-rupprechtii ）、山杨（Populus davidiana）、白桦（Betula platyphylla）、五角枫（Acer elegantulum）、蒙古栎（Quercus mongolica）等，林下灌木主要为平榛（Corylus heterophylla）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、毛榛（Corylus mandshurica）等，草本植物主要为乌苏里薹草（Carex ussuriensis）、龙牙草（Agrimonia pilosa）、林地早熟禾（Poa nemoralis）等。

2 研究方法

2.1 样地设置与调查

2013年在孟滦分场选择林分生长状况、地形、海拔、坡位、坡向、坡度、土壤类型等立地条件相对一致，林分密度相差不多，林龄为53a的山杨人工林作为研究对象，设置标准地大小为20m×30m，对照与疏伐转化样地各设置3次重复，间伐强度为36%。在每个标准地四角和中心位置设置5个5m×5m灌木小样方，再在每个灌木样方内设置1个1m×1m 的草本小样方，调查样方中灌木、草本的种类、株数、高度（m）、盖度（%），记录样方中的更新苗的状况。分别于2015、2017、2019年对标准地保留木进行重新检尺，记录树高、胸径等，调查灌木和草本的种类、高度、盖度、株数、更新幼苗种类和数量。样地基本信息如表1所示。

2.2 数据分析方法

2.2.1 重要值分析

根据物种的相对多度、相对盖度或相对频度，计算每块标准地中各物种的重要值IV。

重要值IV=（RA+RF+RS）/3                 （1）

式中：RA为相对多度;RF为相对频度;RS为相对盖度。

2.2.2 林下植物多样性指数分析

植物多样性测定采用Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数进行评价。

Simpson指数：                           （2）

Shannon-Wiener指数：                         （3）

Pielou指数： （4）

式中，Pi为某物种个体数占样地群落总个体数的比例; S 为样方中出现的物种类群数。

3 结果与分析

3.1 疏伐转化对山杨林下植物种类数和重要值的影响

由表2可知，疏伐转化后草本层林下植物种类数呈现增加的趋势。随着时间的变化疏伐转化草本层林下植物种类数逐渐增加，对照则呈逐渐减小的趋势。2015年对照草本层林下植物种类数大于对照，但随着时间的延长，疏伐转化草本层林下植物种类数逐渐超过对照，2017、2019年分别比对照增加了6、10种。由此可知，疏伐转化能够提高草本层物种丰富度。

由表2可知，疏伐转化后草本层林下植物重要值发生变化。2015年对照草本层林下植物重要值较高的为五福花（12.73）、大叶糙苏（11.62），疏伐转化重要值较高的为大叶糙苏（20.25）、蹄盖蕨（12.51）;2017年对照草本层林下植物重要值较高的为匍枝委陵菜（17.14）、五福花（9.74），间伐样地重要值较高的变为大叶糙苏（21.17）、白花碎米荠（13.26）;2019年对照草本层林下植物重要值较高的为大叶糙苏（16.11），疏伐转化重要值较高的为大叶糙苏（25.53）、五福花（9.47）。由此可知，对照和疏伐转化的共有种为白花碎米荠、大叶糙苏、二叶舞鹤草、凤毛菊、广布野豌豆、鹿药、盘果菊、披针叶薹草、五福花、展枝唐松草，其中大叶糙苏始终为对照和疏伐轉化草本层林下植物重要值较高的物种。

由表3可知，疏伐转化后降低了灌木层林下植物种类数。随着时间的变化，疏伐转化灌木层林下植物种类数逐渐减小，对照林下植物种类数逐渐增加。2015年疏伐转化灌木层林下植物种类数大于对照，比对照增加了2种，但2017、2019年疏伐转化灌木层林下植物种类数均小于对照。

由表3可知，疏伐转化后灌木层林下植物重要值变化不明显。2015年，对照灌木层林下植物重要值较高的为毛榛（56.84），疏伐转化重要值较高的为毛榛（20.37）、胡枝子（18.61）、毛榆（15.45）;2017年对照灌木层林下植物重要值较高的为毛榛（51.22），疏伐转化重要值较高的为毛榛（48.45）、胡枝子（13.2）;2019年对照灌木层林下植物重要值较高的也为毛榛（38.96）、鸡树条荚蒾（9.83），疏伐转化重要值较高的为毛榛（40.11）、胡枝子（11.36）、华北忍冬（10.69）、栓翅卫矛（10.27）。由此可知，疏伐转化后，灌木层林下植物优势种始终为毛榛，而胡枝子（11.36）、华北忍冬（10.69）的重要值逐渐增强。

3.2 疏伐转化对山杨林下植物多样性指数的影响

3.2.1 疏伐转化对山杨草本层林下植物多样性指数的影响

由图1可知，疏伐转化提高了草本层林下植物多样性指数。2015年疏伐转化草本层Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均大于对照，分别比对照增加了0.14、0.21、0.02，但疏伐转化和对照Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数差异不显著（P>0.05），2017年疏伐转化Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数也均大于对照，分别比对照增加了0.14、0.51、0.12，疏伐转化和对照Simpson指数和Pielou指数均差异不显著（P>0.05），Shannon-Wiener指数呈显著差異（P<0.05）;2019年疏伐转化Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均大于对照，分别比对照增加了0.08、0.49、0.05，疏伐转化和对照Simpson指数和Pielou指数均差异不显著（P>0.05），Shannon-Wiener指数呈显著差异（P<0.05）。由此可知，疏伐转化对草本层林下植物多样性有促进作用。

由图2可知2015年疏伐转化灌木层Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均大于对照，分别比对照增加了0.16、0.31、0.15，疏伐转化和对照Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均差异不显著（P>0.05）;2017年疏伐转化灌木层Simpson指数、Shannon-Wiener指数大于对照，分别比对照增加了0.06、0.19，Pielou指数无变化，疏伐转化和对照Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均差异不显著（P>0.05）;2019年疏伐转化灌木层Simpson指数、Shannon-Wiener指数大于对照，分别比对照增加了0.01、0.02，Pielou指数无变化，疏伐转化和对照Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均差异不显著（P>0.05）。由此可知，随着时间的变化，疏伐转化对灌木层Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数无明显影响。

4 结论与讨论

抚育间伐可以调整林内关系，增大林窗，使林内裸露空间扩大，环境异质性增加，改变了林内光照、水分、温度等环境因子，为植物的生长发育提供了充足的自然资源，使得林下植被迅速更新，从而提高了植物多样性。疏伐转化也是抚育间伐的一种，因此对林下植物多样性有促进作用。本研究表明疏伐转化增加了草本层林下植物种类数，这与马双娇等[2]研究结果一致，且疏伐转化后草本层林下植物重要值发生变化。疏伐转化降低了灌木层林下植物种类数，且疏伐转化后灌木层林下植物重要值变化不明显，毛榛始终为灌木层林下植物优势种。疏伐转化提高了草本层林下植物多样性指数。各年份疏伐转化Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均大于对照，这与郭海沣等[5]、董凯丽等[1]研究结果一致。随着时间的变化疏伐转化对灌木层林下植物多样性指数无明显影响。各年份疏伐转化与对照Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均差异不显著（P>0.05）。由此说明疏伐转化对山杨林下植物多样性有促进作用。

参考文献

[1]董凯丽，张国湘，王瑞辉，等.抚育间伐对湿地松人工林生长及林下植被多样性的影响[J].林业资源管理，2019（4）：59-68.

[2]马双娇，王庆成，崔东海，等.抚育间伐对水曲柳天然林群落结构及植物多样性的影响[J].东北林业大学学报，2019，47（2）：1-7.

[3]汤景明，孙拥康，冯骏，等.不同强度间伐对日本落叶松人工林生长及林下植物多样性的影响[J].中南林业科技大学学报，2018，38（6）：90-93+122.

[4]刘俊杰，吕倩，沈逸，等.目标树初期经营对杉木人工林林下植物多样性和土壤理化性质的影响[J].应用与环境生物学报，2021，27（2）：408-415.

[5]郭海沣，王涛，贾炜玮.抚育间伐对林口林业局主要针叶树种生长结构及生物多样性的影响[J].东北林业大学学报，2019，47（12）：1-6.