不同經(jīng)營模式杉木人工林林下植被的比較研究

韓豐澤 馬祥慶 吳鵬飛

摘要 [目的]比較不同經(jīng)營模式下杉木人工林林下植被種類和生物量。[方法]選擇福建農(nóng)林大學(xué)莘口教學(xué)林場杉木人工純林為研究對象，通過設(shè)計近自然經(jīng)營模式Ⅰ、近自然經(jīng)營模式Ⅱ、常規(guī)經(jīng)營和封育對照4個不同經(jīng)營模式處理，對不同經(jīng)營模式杉木林林下植被種類和生物量進(jìn)行了2年的定位觀測。[結(jié)果]近自然經(jīng)營方式相比常規(guī)經(jīng)營方式在增加林地植被豐富度和生物量上有較大的優(yōu)勢。在近自然經(jīng)營9個月后Simpson指數(shù)、Shannon.Wiener指數(shù)以及Pielou均勻度均較之前有所增加，而常規(guī)經(jīng)營9個月后Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度分別降低了0.06和0.02。[結(jié)論]在杉木人工林實施近自然經(jīng)營是更貼近自然規(guī)律且優(yōu)于常規(guī)經(jīng)營的營林方式。

關(guān)鍵詞 杉木；林下植被；多樣性；經(jīng)營模式；近自然經(jīng)營

中圖分類號 S750 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）16-05109-05

近自然經(jīng)營是20世紀(jì)80年代開始流行于歐洲的兼顧森林保護(hù)和利用，即在保護(hù)森林生態(tài)持續(xù)健康的前提下讓人類能夠持久地獲取木材的一種森林經(jīng)營模式[1-4]。近自然林業(yè)經(jīng)營把培育目標(biāo)放在目標(biāo)樹和大徑級用材上，以目標(biāo)樹為核心進(jìn)行經(jīng)營，通過調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造林窗，改變林內(nèi)光照、溫度及土壤水分等方式，促進(jìn)林下植被更新，盡可能地運用自然力來經(jīng)營森林[5-6]。近年來人工林不合理的經(jīng)營引起地力衰退、物種多樣性下降等一系列生態(tài)問題日趨嚴(yán)重，使得人工林的近自然經(jīng)營成為研究的熱點，人們試圖通過近自然經(jīng)營來解決這些人工林不合理經(jīng)營引起的生態(tài)問題。

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國南方最重要的造林樹種，長期以來杉木人工林連栽造成的地力衰退成為限制杉木人工林可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸[7]。如何解決杉木人工林經(jīng)營引起的生態(tài)問題成為當(dāng)前林業(yè)生產(chǎn)中亟需解決的重大課題。目前國內(nèi)有關(guān)杉木近自然經(jīng)營的研究甚少。鑒于此，為探討杉木近自然經(jīng)營效果，筆者于2012年開始在福建農(nóng)林大學(xué)莘口教學(xué)林場設(shè)立杉木近自然經(jīng)營、常規(guī)經(jīng)營和封育對照的不同經(jīng)營模式的固定樣地，開展了不同經(jīng)營模式對杉木林林下植被多樣性影響的定位研究，分析不同經(jīng)營模式對杉木林林下植被種類和生物量的影響規(guī)律，試圖為評價杉木林不同經(jīng)營模式的經(jīng)營效果提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地位于福建農(nóng)林大學(xué)莘口教學(xué)林場，該地屬亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，年均降水量1 749 mm，年平均蒸發(fā)量1 585 mm，年平均氣溫19.1 ℃，≥10 ℃年積溫5 240.2～6 677.9 ℃，全年日照時數(shù)1 840 h，無霜期300 d左右。土壤為山地紅壤，成土母質(zhì)以粉砂頁巖為主。

試驗地為林場94林班1大班1小班1957年格氏栲天然林皆伐后營造的杉木人工純林，海拔為212～231 m，現(xiàn)存密度1 425株/hm2，杉木平均樹高20.6 m，平均胸徑24.7 cm。試驗地位置見圖1。

在1957年營造的杉木人工純林中，選擇海拔、坡向和坡度等立地條件基本一致的林分，設(shè)計近自然經(jīng)營模式Ⅰ、近自然經(jīng)營模式Ⅱ、常規(guī)經(jīng)營Ⅲ和封育對照Ⅳ 4個不同經(jīng)營模式處理（具體措施見表1）。分別在每個處理林分內(nèi)設(shè)置20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)地3個，共12個。

2 研究方法

分別于2012年12月（試驗處理前）、2013年3月（試驗處理后3個月）和2013年12月（試驗處理后1年）對12塊標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行林下植被種類和生物量等調(diào)查。

2.1 林下植被種類調(diào)查 在每個標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)隨機布設(shè)5個2 m×2 m的小樣方進(jìn)行林下植被調(diào)查，調(diào)查樣方內(nèi)林下植被種類、數(shù)量、蓋度、頻度、平均高度等，計算各物種的重要值。

灌木層重要值=（相對密度+相對顯著度+相對蓋度）/3；

草本層重要值=（相對蓋度+相對高度）/2。

2.2 植被生物量測定 在每個標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)隨機布設(shè)5個1 m×1 m的樣方，采用收獲法進(jìn)行林下植被生物量調(diào)查，即將樣方內(nèi)所有植物的地上部分收獲，稱完鮮重帶回實驗室，在105 ℃下烘至恒重計算含水率，換算成生物量[8]。

2.3 林下植被多樣性測定 采用物種相似度、物種豐富度指數(shù)、物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)[9]等指標(biāo)分析林下植物物種多樣性指標(biāo)，其計算公式如下：

式中，S為物種數(shù)，即豐富度指數(shù)；D為多樣性指數(shù)；Pi為某植物群落中第i物種的個數(shù)占群落中各種植物個數(shù)總和的百分比；H為物種多樣性指數(shù)；J為群落均勻度指數(shù)；A為甲地區(qū)全部種數(shù)，B為乙地區(qū)全部種數(shù)，c為2個地區(qū)共有種數(shù)，SS為Czechanowski相似度系數(shù)。

2.4 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Excel 2003和SPSS 12.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同經(jīng)營模式對杉木林下植被物種組成的影響 從圖2可以看出，2012年12月初次調(diào)查時試驗地植被種數(shù)為：Ⅰ種數(shù)>CK種數(shù)>Ⅱ種數(shù)>Ⅲ種數(shù)，其中近自然林業(yè)經(jīng)營模式Ⅰ植被種數(shù)達(dá)到32種，與封育對照林地植被種類數(shù)相接近；實施近自然經(jīng)營后，2013年3月調(diào)查時試驗地植被種數(shù)為：CK種數(shù)>Ⅲ種數(shù)>Ⅱ種數(shù)>Ⅰ種數(shù)，封育對照林地的植被種數(shù)遠(yuǎn)高于其他試驗地；在2013年12月，試驗地植被種數(shù)表現(xiàn)為：CK種數(shù)>Ⅰ種數(shù)>Ⅱ種數(shù)>Ⅲ種數(shù)。

近自然經(jīng)營模式下植被種數(shù)在2013年3月呈現(xiàn)最低值之后迅速升高，林下植被種數(shù)隨時間變化呈現(xiàn)出“V”型趨勢，即呈現(xiàn)先降低后迅速升高的趨勢，這與近自然林業(yè)經(jīng)營后對干擾目標(biāo)樹的其他喬灌木進(jìn)行剔除，產(chǎn)生人為對林地踩踏破壞和植被壓倒性破壞相關(guān)。這可能是由于外力因素改變了土壤物理性質(zhì)，造成土壤容重的變化，進(jìn)而造成了對林地內(nèi)物種的破壞和植被種數(shù)的短暫性降低，之后植被種數(shù)迅速增加。這與李潮海[15]、何淑勤[16]等人的研究結(jié)果一致，只在土壤物理性質(zhì)處于合適的階段，根系活動和水、肥、氣、熱才能協(xié)調(diào)，從而創(chuàng)造良好的土壤結(jié)構(gòu)和肥力，促進(jìn)作物生長[17]。近自然經(jīng)營方式下1 a內(nèi)植被種數(shù)表現(xiàn)為先降低之后逐漸升高的趨勢，但1 a后林地內(nèi)植被種數(shù)均較之前有所降低，這可能是由于觀測時間較短，出現(xiàn)結(jié)果延后現(xiàn)象。常規(guī)經(jīng)營和封育對照林地的林下植被種數(shù)在1 a后均改變不大。

從表2來看，1 a后封育對照和常規(guī)經(jīng)營的杉木林，由于林分郁閉度很高，透光率較低，大部分為耐陰的植物，林下優(yōu)勢種為大葉紫珠、山礬、蕨類等，并占絕對重要值。與封育和常規(guī)經(jīng)營方式相比，近自然經(jīng)營1 a之后，杉木林下喜光植物增多。在近自然經(jīng)營模式Ⅰ中，1 a后出現(xiàn)了山蒼子和白花龍等喜光植物，并且成為該樣地的優(yōu)勢種，以重要值為16.46%和12.68%位居第2和第3位，草本層在近自然經(jīng)營1 a后優(yōu)勢種前3位首次出現(xiàn)了狗脊和芒萁，取代了1 a前位居第2和第3位置的蕨類植被。在近自然經(jīng)營模式Ⅱ中，1 a后喜光植被優(yōu)勢度顯著升高，比如山蒼子重要值相比1 a前升高了4.39個百分點，并且成為了該樣地的優(yōu)勢植被，草本層1 a后芒萁成為排名第3的優(yōu)勢物種。以上結(jié)果說明近自然經(jīng)營方式下植被種類逐漸從耐陰性植被轉(zhuǎn)變?yōu)橄补饷劝l(fā)性強的植被，這對改善杉木人工林林下植被群落結(jié)構(gòu)有很好的促進(jìn)作用。

以2013年12月調(diào)查為例，此次調(diào)查中共出現(xiàn)物種46種。由表3可知，近自然經(jīng)營模式Ⅰ、近自然經(jīng)營模式Ⅱ、封育對照樣地比常規(guī)經(jīng)營樣地分別多出現(xiàn)9種、5種和9種。在不同處理之間共同出現(xiàn)的物種有5種。近自然經(jīng)營模式Ⅰ和近自然經(jīng)營模式Ⅱ林下植被種類多于常規(guī)經(jīng)營，但都少于或等于封育對照林地。近自然經(jīng)營模式Ⅰ與近自然經(jīng)營模式Ⅱ、常規(guī)經(jīng)營和CK封育對照的物種相似系數(shù)分別為64.01%、53.33%和62.96%；近自然經(jīng)營模式Ⅱ與常規(guī)經(jīng)營和CK封育對照的物種相似系數(shù)分別為34.15%和52.08%；常規(guī)經(jīng)營和CK封育對照相似系數(shù)為57.78%。由此可知，林下植被相似性系數(shù)表現(xiàn)為，近自然經(jīng)營模式林下植被與CK封育對照林地植被組成相似，但與常規(guī)經(jīng)營林地的林下植被相似性不大。常規(guī)經(jīng)營林地的林下植被種類與CK封育對照林下植被種類相似性較低。

3.2 不同經(jīng)營模式對杉木林下植被物種多樣性的影響 在不同經(jīng)營模式下隨著時間的遷移，林下植被多樣性指標(biāo)變化較為明顯（表4）。近自然經(jīng)營模式Ⅰ和近自然經(jīng)營模式Ⅱ物種豐富度在2013年3月呈現(xiàn)最低值之后迅速升高；Simpson指數(shù)、Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度1 a后均有不同程度的改變。對于近自然經(jīng)營模式Ⅰ，2013年12月較2013年3月，Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度3種指數(shù)分別升高了0.17、0.40和0.05。同時，近自然經(jīng)營模式Ⅰ在1 a后除Simpson指數(shù)較之前升高了0.03，Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度均有所降低。對于近自然經(jīng)營模式Ⅱ，2013年12月較2013年3月，Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度3種指數(shù)分別升高了0.02、0.23和0.05，但3種指數(shù)均低于1 a前。對于常規(guī)經(jīng)營，1 a后Simpson指數(shù)降低了0.02，Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度分別升高了0.07和0.01。而封育對照林地在1 a后，Simpson指數(shù)和Pielou均勻度分別升高0.05和0.01，Shannon.Wiener指數(shù)降低了0.04。由此可以看出，在2013年3月至2013年12月，近自然經(jīng)營方式的Simpson指數(shù)、Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度增量均優(yōu)于常規(guī)經(jīng)營，這也與何友均[18]等人的研究結(jié)果相似。近自然經(jīng)營通過調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造林窗，改變林內(nèi)光照、溫度及土壤水分等方式，促進(jìn)林下植被的更新，增加了林下植被的多樣性[19]。

3.3 不同經(jīng)營模式對杉木林下植被生物量的影響 由圖3可知，近自然林業(yè)經(jīng)營林地Ⅰ、Ⅱ隨著時間的遷移林下植被生物量呈現(xiàn)“V”型趨勢，在2013年3月份林下植被生物量分別達(dá)到221.08 kg/hm2和248.15 kg/hm2最低值，之后迅速升高。常規(guī)經(jīng)營和封育對照林地隨著時間的遷移，林下植被生物量變化不大。在2012年12月不同處理的林地林下植被生物量表現(xiàn)為：CK生物量>Ⅱ生物量>Ⅲ生物量>Ⅰ生物量；在2013年3月不同處理的林地林下植被生物量表現(xiàn)為：CK生物量>Ⅲ生物量>Ⅱ生物量>Ⅰ生物量；在2013年12月不同處理的林地林下植被生物量表現(xiàn)為：CK生物量>Ⅰ生物量>Ⅱ生物量>Ⅲ生物量。

林下植被生物量隨時間變化呈現(xiàn)出“V”型趨勢，即呈現(xiàn)先降低后迅速升高的趨勢，這可能是由于近自然經(jīng)營過程中外力因素改變了土壤物理性質(zhì)，造成土壤容重的變化，進(jìn)而造成了林下植被生物量的先降低后增高的現(xiàn)象。常規(guī)經(jīng)營和封育對照林地的林下植被生物量在1 a后均改變不大。

4 結(jié)論與討論

（1）不同經(jīng)營模式對林下植被的組成有不同程度的影響。在近自然經(jīng)營模式下，植被種數(shù)均呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢，并且在2013年3月至2013年12月期間植被種數(shù)增量顯著大于常規(guī)經(jīng)營和封育對照。但1 a后近自然經(jīng)營模式的植被種數(shù)低于1 a之前，這可能是由于觀測時間過短，出現(xiàn)了結(jié)果延后的現(xiàn)象。

（2）從不同經(jīng)營模式下林下植被物種多樣性變化量可以看出，近自然經(jīng)營模式下2013年12月較2013年3月Simpson指數(shù)、Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度均有所升高。對于常規(guī)經(jīng)營和封育對照林地1 a內(nèi)3種指數(shù)均變化不大。在2013年3月至2013年12月，近自然經(jīng)營方式的Simpson指數(shù)、Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度增量均優(yōu)于常規(guī)經(jīng)營。

（3）從植被種類上可以發(fā)現(xiàn)，1 a后封育對照和常規(guī)經(jīng)營的杉木林，由于林分郁閉度很高，透光率較低，大部分為耐陰的植物，林下優(yōu)勢種為大葉紫珠、山礬、蕨類等，并占絕對重要值。與封育和常規(guī)經(jīng)營方式相比，近自然經(jīng)營1 a之后，杉木林下喜光萌發(fā)性強的植被顯著增多，例如，山蒼子和白花龍等喜光植物成為該樣地的優(yōu)勢種，草本層植被種類由占絕對優(yōu)勢的蕨類逐漸由狗脊和芒萁所取代。以上結(jié)果說明近自然經(jīng)營方式下植被種類逐漸從耐陰性植被轉(zhuǎn)變?yōu)橄补饷劝l(fā)性強的植被，這對改善杉木人工林林下植被群落結(jié)構(gòu)有很好的促進(jìn)作用。

（4）不同經(jīng)營模式對林下植被生物量均有不同程度的影響。在近自然經(jīng)營模式下，林下植被生物量隨時間變化均呈現(xiàn)出“V”型趨勢，即呈現(xiàn)出先降低后迅速升高，這與近自然經(jīng)營下林下植被種數(shù)所表現(xiàn)出的結(jié)果相一致。而常規(guī)經(jīng)營和封育對照林地的林下植被生物量在1 a內(nèi)均表現(xiàn)出較平穩(wěn)態(tài)勢。在2013年3月至2013年12月期間，近自然經(jīng)營模式相比常規(guī)經(jīng)營和封育對照林地在增加林下植被生物量上有較大的優(yōu)勢。

綜上所述，近自然經(jīng)營以培育目的樹為目標(biāo)，通過調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造林窗，改變了林內(nèi)光照、溫度及土壤水分等，促進(jìn)林下植被的更新，近自然經(jīng)營模式相比常規(guī)經(jīng)營和封育對照模式在增加林下植被種類和林下植被生物量上有較大的優(yōu)勢。近自然經(jīng)營模式下植被種類由耐陰性植被逐漸轉(zhuǎn)為喜光萌發(fā)性強的植被，這也說明近自然經(jīng)營方式達(dá)到了提高杉木林林下植被群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的目的。近自然林業(yè)經(jīng)營為杉木林的可持續(xù)經(jīng)營提供了一條更貼近自然，遵循自然規(guī)律的道路。

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