林分因子对辽宁章古台樟子松人工林草本植物多样性的影响

王景玺　赵浩唱　宋启民　郝玉杰　李清华　贾姊薇　刘小粉

摘要 樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）是我国北方沙地人工林建设中的关键针叶树种，研究樟子松人工林林分因子与草本物种多样性之间的关系有助于维持樟子松人工林生态系统的稳定性。在辽宁章古台地区选取了8个樟子松人工林样地进行了樟子松的每木检尺及林下草本调查，分析了樟子松人工林的林分因子、草本多样性及其相关关系。结果表明：樟子松人工林林下草本层共出现植物20科37属49种，其中以禾本科和藜科最多;8个样地间草本物种丰富度变异系数最大，其次为Shannon指数和Simpson指数，Pielou指数变异系数最小;6个林分因子中平均树高的变异系数最大，死亡率的变异系数最小;平均树高对草本物种多样性影响最大，Pielou均匀度指数与平均树高呈显著负相关（P<0.05）。樟子松人工林林分因子对林下草本多样性存在一定影响，在樟子松人工林生态系统的经营管理时需要统筹考虑系统内乔灌草的整体稳定性。

关键词 樟子松人工林;草本物种多样性;林分因子;章古台

中图分类号：S718.54，791.253文獻标识码：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2022.04.004

Effects of Stand Factors on Herbaceous Species Diversity in Pinus sylvestris var. mongolica Plantations in Zhanggutai Area，Liaoning Province

Wang Jingxi，Zhao Haochang，Song Qimin，Hao Yujie，Li Qinghua，Jia Ziwei，Liu Xiaofen

（Hebei University of Engineering，Handan 056038，Hebei）

AbstractPinus sylvestris var. mongolica is a key conifer species in the construction of sandy plantation in northern China，and it is benefit for maintaining the stability of the plantation ecosystem of P.  sylvestris var. mongolica to study the relationship between the plantation factors of P.  sylvestris var. mongolica and the diversity of herbaceous species. In this study，eight P.  sylvestris var. mongolica plantations were selected in Zhanggutai area，Liaoning province，to survey each wood ruler and understory herbaceous and analyze the relationships of the stand factors and herbaceous diversity. The results showed that there were 49 species of plants belonging to 37 genera and 20 families in the understory，among which Gramineae and Chenopodiaceae were the most. The variation coefficient of herbaceous species richness among 8 plots was the highest，followed by the Shannon index and the Simpson index，and Pielou index was the lowest. Among the six forest stand factors，the variation coefficient of average tree height was the highest，the variation coefficient of mortality was the lowest. Average tree height had the greatest influence on herbaceous species diversity，and Pielou evenness index was significantly negatively with average tree height （P<0.05）. It is concluded that the stand factors  have certain influence on the understory herbaceous diversity，and the overall stability of trees，shrubs and grasses in the ecosystem of P.  sylvestris var. mongolica plantation should be considered in the management of the ecosystem.

Key wordsPinus sylvestris var. mongolica plantation;herbaceous species diversity;stand factor;Zhanggut09CF64C2-C98A-419A-90E1-A7FB40A4C6DA

章古台位于辽宁省彰武县北部。樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）人工林营造是章古台地区重要的防风固沙手段，对该地区改善风沙环境、生态建设提供了强有力的保障。保持树种不同混交方式，增加防护林下灌木种类，合理配置乔、灌、草，有利于提高防护林物种多样性[1]。有研究表明，林分密度是森林经营中的一个可控因子，因此，可以通过调整人工林密度来有效提高林分胸径、冠幅、树高等指标的生长，改善植物的物种多样性[2]。此外，在辽宁省章古台地区针对樟子松人工林的研究表明，林分内灌木物种种类在很大程度上取决于该地区原有植被的种类[3]。

多年来，章古台地区樟子松人工林的培育和维持一直在不断进行中，但由于时间、空间及地理环境等的变化，导致章古台地区樟子松人工林的生长不断遭受新的考验，例如衰退、虫害等原因导致人工林的健康受到严重挑战。维持樟子松人工林物种多样性稳定也是当前该地区固沙造林的关键所在。因此，本研究以章古台地区樟子松人工林为研究对象，研究不同林分因子下，樟子松人工林林下草本层物种多样性的变化，以期为章古台地区以樟子松为主的固沙治沙模式提供理论基础。

1 研究区概况

辽宁省彰武县章古台地区地处科尔沁沙地南缘，地势平坦，少丘陵，属温带大陆性季风气候，其特点是湿热同步。生长期年平均140 d，无霜期年平均155 d，最长达158 d，最短为150 d。年平均日照时数3 000 h，年平均降水量450 mm。降雨集中在每年7—9月，8月最多。章古台沙地主要受北部内蒙古科尔沁沙地的侵蚀影响和柳河冲击泛滥、风积所致，分为流动沙地、半固定和固定沙地，其中流动及半流动沙地约占20%，固定沙地约占80%，主要成分为石英沙。经过人们长期探索，从数百种植物中筛选出易繁殖、再生能力强、耐风蚀沙埋的小黄柳（Salix gordejevii）、差巴嘎蒿（Artemisia haloden-dron）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、紫穗槐（Amorpha fruticosa）等固沙植物种。

2 研究方法

2.1 样地选择与设置

对试验区域进行全方位踏查，挑选8种不同林龄的50 m×50 m的樟子松人工林作为标准样地，每个标准样地中设置3个1 m×1 m的草本样方，即a、b、c。各样地概况见表1。

2.2 草本层物种统计及多样性指数计算方法

针对设定的草本样方，区分出物种的种类，名称以物种学名为准确定。根据调查结果，逐个计算出样方内物种的相对高度、相对生物量及相对盖度[2]。

2.3 数据处理

本研究使用SPSS 23.0对数据进行方差分析和Pearson相关性分析，并使用Excel2016作图[4]。

3 结果与分析

3.1 林下草本物种组成

经调查，研究区域内林下草本层共计发现维管植物47种，已知物种20科37属，其中以禾本科（Gramineae）和藜科（Chenopodiaceae）物种最多，分别为8属8种及4属6种。样地1中a、b、c均以马唐（Digitaria sanguinalis）为优势种;样地2中a、b以狗尾草（Setaria viridis）为优势种，c以披碱草（Elymus dahuricus）为优势种;样地3中a、b以其余禾本科为优势种，c以马塘为优势种;样地4中a以披碱草为优势种，b以苔草（Carex spp.）为优势种，c以马塘为优势种;样地5中a以马唐为优势种，b、c以披碱草为优势种;样地6中a、b以马唐为优势种，c以狗尾草为优势种;样地7中a以馬唐为优势种，b和c以画眉草（Eragrostis pilosa）为优势种;样地8中a、b以马唐为优势种，c以大籽蒿（Artemisia sieversiana）为优势种。

3.2 草本物种多样性分析

由表2、图1可知，8个样地的物种丰富度指数、Shannon指数和Simpson指数的变化基本无差别，物种丰富度指数为2～19，平均为10.625，变异系数为35.20%，是多样性指数里最大变异类型的指数，样地1、2、3、5、6、7、8的丰富度指数显著高于样地4;Simpson指数为0.04～0.781，平均为0.586，变异系数为30.98%，样地1、4、5的Simpson指数最低，明显低于样地2、3、6、7、8;Shannon指数的范围变化为0.1～1.792，平均为1.260，变异系数为33.06%，样地1、4的Shannon指数明显低于样地2、3、5、6、7、8;Pielou均匀度指数数值为0.145～0.778，平均为0.543，变异系数为27.58%，是上述多样性指数之中变异程度最小的，各样地之间不存在显著性差异。

3.3 林分因子分析

针对章古台地区各樟子松林分因子的采样检测发现（表3），各样地的林分死亡率平均值为31.73%，数值范围为0～100%，变异系数为0.2%，是所有样地林分因子里变异系数最小的因子;各样地的树高平均为8.38 m，所有样地内最大树高为21.9 m，最小树高为0.7 m，变异系数为12.36%，是所有样地林分因子里变异系数最大的因子，其中样地8的平均树高最小，显著低于其他所有样地;各样地的平均枝下高为4.52 m，所有样地内最大枝下高为9.5 m，最小为0 m，变异系数为6.55%;各样地的平均胸径为17.1 cm，所有样地中最大的胸径为35.3 cm，最小的胸径为2 cm，变异系数为6.96%;各样地的平均冠幅为3.48 m，所有样地内最大冠幅为9.2 m，最小冠幅为0.3 m;林分密度的均值为1 808株Wingdings^B@hm-2。调查结果显示，样地8的死亡率、平均树高、平均枝下高、平均冠幅均低于其他样地。09CF64C2-C98A-419A-90E1-A7FB40A4C6DA

3.4 林分因子与草本群落物种多样性指數的关联

林分因子对樟子松人工林的物种多样性起到关键性的作用。本研究将物种丰富度指数、Shannon指数、Simpson指数及Pielou指数与8个样地的林分因子做了皮尔逊相关性分析[5]，得到了对樟子松林下草本层物种多样性的影响因子。由表4可得，Pielou指数与平均树高呈显著负相关（P<0.05），相关系数为-0.712。物种丰富度指数、Simpson指数及Shannon指数与各林分因子之间均无显著相关性。

经过对林分因子和樟子松人工林物种多样性指数之间的相关分析做出X、Y散点图[6]。根据图2可得，Pielou指数随着平均树高的增加呈递减的趋势，在平均树高3～5 m时最高。

4 结论与讨论

辽宁章古台区域内樟子松人工林下草本层发现维管植物47种，已知物种属于20科37属，物种数量最多的前2个科为禾本科和藜科;物种丰富度指数、Simpson指数和Shannon指数在所有样地中有明显差异，其中物种丰富度的变异程度最大，Pielou指数在所有样地中无明显差异，变异程度最小;各林分因子在所有样地之间存在显著性差异，其中平均树高的差异程度最大，平均死亡率的差异程度最小;对Pielou均匀度指数有影响的林分因子为平均树高，其余所有林分因子对物种丰富度指数、Simpson指数及Shannon指数的影响均无明显差异。本研究表明，辽宁省章古台地区樟子松人工林平均树高对林下草本层物种多样性有显著影响。

根据本研究发现，辽宁省章古台地区樟子松人工林平均树高3～5 m时林下草本层Pielou均匀度指数最优，随平均树高的增加，Pielou均匀度指数降低。为维持章古台地区樟子松人工林发展的稳定性，可定期播种，使平均树高稳定在3～5 m，对章古台地区樟子松人工林的生态系统的经营与管理需要保持整体系统稳定。

参考文献：

[1] 朱媛君，杨晓晖，时忠杰，等. 林分因子对张北杨树人工林林下草本层物种多样性的影响[J]. 生态学杂志，2018，37（10）：2869-2879

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[3] 韩辉，张柏习，张素清，等. 2种密度下樟子松人工林的物种多样性特征[J]. 防护林科技，2015（4）：1-3

[4] 方精云，王襄平，沈泽昊，等. 植物群落清查的主要内容、方法和技术规范[J]. 生物多样性，2009，17（6）：533-548

[5] 张柳桦，齐锦秋，李婷婷，等. 林分密度对新津文峰山马尾松人工林林下物种多样性和生物量的影响[J]. 生态学报，2019，39（15）：5709-5717

[6] 孟祥楠，赵雨森，郑磊，等. 嫩江沙地不同年龄樟子松人工林种群结构与林下物种多样性动态[J]. 应用生态学报，2012，23（9）：2332-233809CF64C2-C98A-419A-90E1-A7FB40A4C6DA