關(guān)帝山林區(qū)華北落葉松人工林撫育間伐對林下植被的影響

李淑輝，梁芳，郭晉平

（1.山西省關(guān)帝山國有林管理局 吳城林場，山西 離石033017；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，山西 太谷030801）

森林撫育間伐作為一種重要的森林經(jīng)營措施，是調(diào)整林分組成和結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)林分密度、改善林下環(huán)境條件的主要技術(shù)途徑，會直接影響林下植被種類及多樣性，影響林分生長和群落穩(wěn)定性。合理的撫育間伐對調(diào)整林分密度和林木個體間關(guān)系，改善林下環(huán)境，從而促進(jìn)林分生長有著重要的作用。同時，不同的間伐周期與間伐強(qiáng)度對林下植物種類、數(shù)量、生物量、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和林下植物總生物量以及林下植物結(jié)構(gòu)層次也有明顯的影響。撫育間伐對林下土壤水分條件也會有顯著影響，林下不同需水性植物的組成和結(jié)構(gòu)的變化也有明顯的影響［1～3］。全面掌握撫育間伐對林下植被變化趨勢與規(guī)律，是確定撫育間伐周期和強(qiáng)度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，是控制不同生長階段的人工林密度的重要依據(jù)，也是優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)、提高人工林生物多樣性、維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)健康和穩(wěn)定、提高人工林生態(tài)公益林效能和實(shí)現(xiàn)人工林的可持續(xù)經(jīng)營的主要技術(shù)措施［4～7］。

華北落葉松（Larix principis－rupprechtii）抗逆性強(qiáng)、生長速度快、豐產(chǎn)性能好，在華北地區(qū)山地人工林營造中占重要地位［8］。自1980年以來，隨著人工林經(jīng)營水平的提高，對人工林地力衰退等問題的認(rèn)識逐步深化［9，10］，特別是近20年來，對華北地區(qū)以華北落葉松人工林為主的山地林區(qū)生態(tài)公益林缺乏及時撫育間伐，導(dǎo)致林分組成樹種單一、結(jié)構(gòu)和密度不合理、生長量下降、穩(wěn)定性差等問題。為此，本研究通過在換被落葉松人工林中設(shè)置不同強(qiáng)度的撫育間伐試驗(yàn)地，進(jìn)行林下群落學(xué)調(diào)查和分析探討間伐措施對人工林下植被的影響及其對林下水分條件的指示意義，為制定人工林撫育間伐技術(shù)指標(biāo)提供依據(jù)。

1 研究地區(qū)概況

研究地區(qū)位于山西省文水縣西部關(guān)帝山林區(qū)三道川林場，地理位置在東經(jīng)110°30′～111°54′，北緯37°28′～37°35′，屬暖溫帶大陸性山地氣候，年平均氣溫8.85℃，1月平均氣溫－7.7℃，極端最低氣溫－19.6℃，7月平均氣溫23.0℃，極端最高氣溫34.5℃，無霜期年際變幅較大，平均100～120 d，≥10℃積溫3000℃，年均降水量550mm，65%集中于7～9月。海拔1300～2169m，土壤多為褐土。

研究地區(qū)自然植被主要是天然次生林，也分布較大面積的人工林，灌木和草本植物種類也比較豐富。其中，喬木樹種主要有油松（Pinus tabulaeformis）、華北落葉松（Larix principis－rupprechtii）、遼 東 櫟 （Quercus liaotungensis）、山 楊（Populus davidiana）、白 樺 （Betula mongolica）等；灌木樹種主要有沙棘（Hippophae rhamnoides）、毛榛（Corylus.mandshurica）、忍冬（Lonicera chrysantha）、高山繡線菊（Spiraea alpine）、土莊繡線菊（Spiraea Pubescene）等；草本植物主要有細(xì)針苔草（Carex rigescens Franch）、糙蘇（Phlomis.umbrosa）、瓣 蕊 唐 松 草 （Thalictrum.petaloideum）、華北耬斗菜（Aquileg.Yabeana）、地榆（Sanguisorba officinalis）等。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究方法

2.1 試驗(yàn)林分概況和標(biāo)準(zhǔn)地的設(shè)置

2.1.1 試驗(yàn)林分概況

試驗(yàn)林分選在三道川林場的五一溝、丁羊溝、李山溝和南介溝的油松人工林分內(nèi)，立地條件相近，試驗(yàn)前林分生長狀況基本一致，林地平均海拔1729m，坡度16°～22°，土層厚60cm以上。林分是在次生雜木林的基礎(chǔ)上，經(jīng)1990年穴狀整地，用3年生華北落葉松裸根苗造林后形成的，株行距1.5m×2.0m，由于造林時一穴兩株，本試驗(yàn)前未進(jìn)行過撫育間伐，伐前密度一般在5000～5500株·hm－2。

2.1.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置

試驗(yàn)在2007年7月進(jìn)行，采用下層撫育法，共設(shè)20m×20m的正方形標(biāo)準(zhǔn)地12塊，標(biāo)準(zhǔn)地間設(shè)10m的隔離帶，間伐按株數(shù)設(shè)4個梯度，每個強(qiáng)度設(shè)3個重復(fù)標(biāo)地，分別是對照、輕度、中度和重度，各標(biāo)準(zhǔn)地基本情況和間伐強(qiáng)度見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地基本情況Table 1 Site general situation

2.2 林下植物多樣性調(diào)查

撫育間伐1年后，在每個標(biāo)準(zhǔn)地沿對角線設(shè)置2m×2m的灌木調(diào)查樣方5個，1m×1m的草本調(diào)查樣方5個。分別調(diào)查樣方內(nèi)灌木和草本植物種類、株數(shù)、蓋度和高度，喬木樹種的更新幼苗按灌木統(tǒng)計(jì)。匯總統(tǒng)計(jì)各標(biāo)準(zhǔn)地的物種豐富度和重要值，計(jì)算植物多樣性Simpson指數(shù)和Shannonwiener指數(shù)，進(jìn)一步Pielou指數(shù)和Gini指數(shù)。

2.3 林下植物生態(tài)習(xí)性分類

為了分析林下植物變化的水分的生態(tài)意義，根據(jù)植物對土壤水分的需求分為極干（0級）、干燥（1級）、潮潤（2級）、濕潤（3級）、潮濕（4級）和極濕（5級）6級［11］。

3 結(jié)果與分析

3.1 間伐對林下植物豐富度的影響

間伐后的華北落葉松人工林林下植物豐富度的變化見圖1和圖2。由圖1、圖2可以看出，所設(shè)計(jì)的間伐強(qiáng)度對林下植物豐富度都有影響。林下木本植物豐富度表現(xiàn)為隨間伐強(qiáng)度加大，物種數(shù)下降，草本植物的物種豐富度數(shù)隨間伐強(qiáng)度的加大而升高，且強(qiáng)度間伐與對照的差異顯著。伐后林分郁閉度減小，林下光照條件得到改善，草本植物有新種侵入定居，但間伐時伐去一些灌木種，伐后恢復(fù)時間短，導(dǎo)致灌木種類下降。

圖1 不同間伐類型林下草本物種數(shù)圖Fig.1 Number of herb species under－crown after thinning of different intensities

圖2 不同間伐類型林下灌木物種數(shù)Fig.2 Number of shrub species under－crown fter thinning of different intensities

3.2 間伐對林下水分指示植物的影響

不同強(qiáng)度間伐后，林下水分狀況指示植物見表2。

表2 華北落葉松人工林不同強(qiáng)度間伐的水分指示植物Table 2 The indicator plant of Larixprincipis－rupprechtii Plantation with different thinning intensities

由表2可見，未間伐、弱度伐、中度伐和強(qiáng)度伐林分1級指示植物種有4種、2種、2種和2種；2級指示植物種有21種、23種、23種和22種；3級指示植物種有5種、7種、8種和8種。由此看出，試驗(yàn)地林下以潮潤型植物為主，經(jīng)過弱度、中度和強(qiáng)度間伐后，2級指示植物比對照林分增加2種、2種和1種，3級指示植物比對照增加2種、3種和3種，伐后潮潤型和濕潤型指示植物都有所增加，而干燥型指示植物有所減少，說明人工林間伐一定程度上改善了林下水分和光照條件，增加了植物種類組成，但不同間伐強(qiáng)度的林分之間差異不大。從植物種類組成上來看，伐后林下原有的一些植物種如二葉兜被蘭、羊紅膻、黃花鐵線蓮等植物消失，喜陽的植物種如玉竹、北烏頭、蕨菜、地榆、歪頭菜等增加。

3.3 間伐對林下植物多樣性的影響

不同強(qiáng)度撫育間伐后林下植物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)的變化見圖3和圖4。

圖3 不同間伐類型林下植物多樣性指數(shù)Fig.3 Diversity index after thinning with different intensities注：SP＝Simpson指數(shù)，SW＝Shannon－wiener

由圖3可見，不同強(qiáng)度間伐后林下灌木層的多樣性表現(xiàn)出未伐區(qū)最高，其次是弱度區(qū)、中度區(qū)和強(qiáng)度區(qū)，草本層的多樣性則相反，其中Shannon－Wiener多樣性指數(shù)對間伐強(qiáng)度更敏感，更能表現(xiàn)出這種規(guī)律。由圖4可見，均勻度指數(shù)呈現(xiàn)出與多樣性相同的變化趨勢，即隨林分間伐強(qiáng)度的增加，灌木植被下降，草本植被增加。植物多樣性指數(shù)是物種數(shù)、個體數(shù)和分布特征等信息的綜合指標(biāo)，能反應(yīng)林分中植物蓋度、均勻度的過程。伐后草本植物多樣性提高是因?yàn)殚g伐后林分郁閉度減小，林內(nèi)光照條件改善，但林下灌木多樣性和均勻度都有所下降則與伐后時間短，部分灌木被人為伐除尚未得到恢復(fù)有關(guān)。

4 結(jié)論與討論

關(guān)帝山華北落葉松人工林實(shí)施不同強(qiáng)度間伐后，草本層多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)增加；間伐后在一定程度上改善了林下水分和光照條件，林下植物種類有所增加，但不同間伐強(qiáng)度之間差異不大；在草本層，間伐前林下草本植物以干旱型為主，間伐后潮潤型和濕潤型植物種類增加；在灌木層，間伐后植物種的豐富度、多樣性、均勻度都有所下降。

圖4 不同間伐類型林下植物均勻度指數(shù)Fig.4 The evenness index after thinning with different intensities注：Jsw＝Pielou指數(shù)，Jsi＝Gini指數(shù)

撫育間伐不僅對林下植被的種類、數(shù)量及其分布變化有明顯的影響，同時對林下土壤的理化性質(zhì)，林分的生長結(jié)構(gòu)規(guī)律、單位面積材積生長量、林分總的生物量等均有影響，目前的研究結(jié)果還沒有一致的結(jié)論，且多為單項(xiàng)因子的研究。本文也僅限于對關(guān)帝山華北落葉松人工林撫育間伐后林下植物的變化的結(jié)果，從對植物種類及其變化的影響來分析，對初始密度在5000～5500株·hm－2，20～22年生的華北落葉松人工林來說，實(shí)施40%～45%的間伐措施，可以在短期內(nèi)改善林下的植被組成，提高林下植物豐富度和多樣性。但森林撫育間伐的效果需要在此基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行長期跟蹤調(diào)查，包括林下土壤理化性質(zhì)等因子的影響，進(jìn)一步探索不同撫育間伐強(qiáng)度對不同林分類型的效應(yīng)，為完善撫育間伐技術(shù)、優(yōu)化相關(guān)技術(shù)指標(biāo)提供依據(jù)。

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