辽东山区不同经营模式落叶松林下草本植物生物量及多样性研究

杨瑞光

（桓仁满族自治县二户来林场，辽宁 本溪 117217）

近自然经营（Near natural forest management）又名恒续林（Continuous-cover forest management）经营，是以促进目标树生长为核心的抚育伐，主要以目标树为核心定期标记并伐除与其形成竞争的树木(干扰树)，定期对目标树进行割灌并清除杂草，直到其达到目标直径后采伐利用。近自然经营理论的原理是当森林发展到一定阶段，林分就越接近自然，各树种间的关系也越和谐，许多立地会呈现出自然现象，并通过保持森林最基本的自然结构特征，来实现林木生长和林分发育的长期稳定。林下草本植被是森林系统的重要组成部分，尤其对于垂直结构简单、树种单一的落叶松人工林来说[1-2]，在维持森林物种多样性、养分循环、水源涵养等方面具有不可忽视的作用。研究表明，不同环境条件、森林经营和人为干预在很大程度上影响着森林生态系统，特别是林分、林型、密度、更新等因素影响较大，而针对林下草本植物生物量及多样性的研究较少[1-4]。为此，开展辽东山区不同经营模式落叶松林下草本植物生物量及多样性系列研究，以期为后续深入研究提供参考。

1 试验设计

1.1 试验地选择

试验时间为2012—2021 年，试验地点选设在本溪市南芬区财神庙村的高山（N41°11′59″，E123°54′09″）地区，这里海拔320～400 m，北坡，坡度＜25 °，属北温带湿润气候区，全年降水量800～900 mm，年均气温6.1～7.8 ℃，土壤为棕壤土，地表覆盖自然杂草或3～5 cm 腐叶土。落叶松人工林内选设试验地11.7 hm2，株行距3 m×4 m，经营时长10 a，中龄林，林龄10 a，郁闭度＜0.6。落叶松样地分别采用常规经营和近自然经营两种模式（详见表1），每组经营模式设置3个重复样地，每块样地为半径15 m的圆形。

表1 落叶松不同经营模式抚育方法Table 1 Cultivating methods of larch with different management modes

1.2 试验方法与测定

1.2.1 草本植被生物量调查及测定 生物量是指某一时间某个区域内单位面积所有生物种量的总和，通常用kg/m2或t/hm2表示，用以计算林地草本植被的生物量，主要为草本植被的地上部分，采用植物干质量法进行测定。调查及测定方法：在每个样地内，以圆心为中心点在东西南北4个方向随机选取3个1 m×1 m的草本样方，分别记录草本植物的种类、高度、株数和生长情况。将调查完的草本植物地上部齐地收割，带回实验室进行生物量测定。测定时先称质量，记录草本植物鲜质量，再将其放入烘箱内，在105 ℃温度下杀青处理30 min后，将烘箱温度调至80 ℃烘干至恒质量，称其质量即为干物质质量。最后，结合测定的生物量数据，估算出整个样方内单位面积的草本生物量，3次重复求其平均值。

1.2.2 草本植被生物多样性调查及测定 植物群落多样性主要包括植物丰富度、植物多样性和植物的均匀度，分别用丰富度指数F、多样性指数H 和均匀度指数J来表达[5]。其中，丰富度Margalef 指数是反映物种在群落中所占多寡程度的测度指数；多样性Shannon指数反映的是一定范围内生物种类的丰富度程度，林地草本多样性指数越高，则林下生物稳定性就越好；Pielou 均匀度指数代表各植物群落在植物整体中的占比，均匀度越好，生态系统越稳定。不同指数的计算公式如下：

植物群落丰富度Margalef指数：

式中，S为植物种总数；N为样地里所有草本植物的总株数。

植物群落多样性Shannon指数：

式中，Pi为第i 种植物的个体数占全部植物个体数的百分比。

植物群落均匀度Pielou指数：

式中，H代表多样性Shannon 指数，S代表全部植物个体数。

1.3 数据统计与分析

试验数据分析处理作图使用软件SPSS 18.0 和Excel完成。

2 结果与分析

2.1 林下草本植物种类调查与分析

通过林下草本植物种类调查，落叶松林下共收集到15个科23个属23种植物样本，见表2。

表2 样方内草本植物种类调查情况表Table 2 Survey of herb species in the quadrat

由表2可知，不同林龄不同经营模式下林下草本植物的种类在各年度之间调查结果无明显差异，表明该区域内生态系统较为稳定。

2.2 林下草本植物生物量测定与分析

不同经营模式下不同林分的单位面积生物量见表3。

表3 不同经营模式下林下草本植物生物量调查汇总表Table 3 Summary of survey of understory herbaceous biomass with different management modes

由表3 可知，落叶松生物量呈现出幼龄林＞中龄林，常规经营＞近自然经营。其中，在幼龄林阶段，常规经营模式下的单位面积生物量为1.27 t/hm2，显著(P＜0.05)高于近自然经营模式；中龄林阶段常规经营模式下的单位面积生物量为1.00 t/hm2，虽然高于近自然经营模式下单位面积生物量0.91 t/hm2，但两者者差异不显著(P＜0.01)。

2.3 林下草本植物生物多样性分析

在落叶松幼龄林和中龄林中不同经营模式下，林下草本植物生物多样性指数呈不同差异趋势，详见表4。

表4 不同经营模式下林下草本植物生物多样性调查汇总表Table 4 Summary of survey of understory herbaceous biodiversity with different management modes

由表4 可知，在幼龄林阶段，常规经营模式下的丰富度指数2.07 显著(P＜0.05)高于近自然经营模式下的1.71，多样性指数0.20显著(P＜0.05)低于近自然经营模式下的0.30，均匀度指数存在一定差异，但差异并不显著。在中龄林阶段，常规经营模式下丰富度指数为1.62，多样性指数0.24，均匀度指数为0.8，上述3 个指数数值除丰富度指数外均较幼龄林阶段有所增加，但显著(P＜0.05)低于同时期近自然经营模式下的生物多样性。

3 结论与讨论

开展辽东山区不同经营模式落叶松林下草本植物生物量及多样性研究，结果表明：

1）林下草本植物种类在各年度之间调查结果无明显差异。即使在林间资源分配更倾向于林木的情况下，林下草本植物种类和分布并未受到影响，呈现出更为均衡的效果，可见其生态稳定性较好。

2）落叶松生物量呈现出幼龄林＞中龄林，常规经营＞近自然经营，这是因为幼龄林阶段林木对养分竞争力较低、林分郁闭度不高，能为林下草本尤其是草本植被提供充足的空间和资源环境，如光照、营养物质、水源等，也更利于林下植被生长。中龄林阶段因林木遮挡阳光、争夺养分及其他资源，阻碍着草本植被的生长繁殖，因此形成以上规律。不同经营模式下，林分内部资源分配呈显著区别，即近自然经营模式与常规经营模式相比，林木可比林下草本植物获得更多资源，常规经营模式下草本植物和木本植物之间的资源分配更为均衡。

3）在幼龄林阶段，常规经营丰富度指数＞近自然经营丰富度指数，常规经营多样性指数＜近自然经营多样性指数，但均匀度指数差异不显著。在中龄林阶段，常规经营模式多样性和均匀度指数较幼龄林阶段有所增加，但显著(P＜0.05)低于同期近自然经营模式下的生物多样性，落叶松林下草本植物的生物多样性未表现出随林龄增加而增加的情况，且在不同经营模式中呈现出较大的差异，由此可进一步推断出在落叶松林幼龄林阶段，常规经营模式下林下草本植物的丰富程度较为突出，但随着林龄增加，近自然经营模式的优势逐渐显现，林下草本植物并未随着林木的生长而影响其种类和分布。