經(jīng)營(yíng)模式對(duì)馬尾松天然次生林林下植被生物量及其分布格局的影響

羅 佳， 鄧鷹鴻， 田育新， 周小玲，陳建華， 曾掌權(quán)， 牛艷東，姚 敏

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 3.湖南省林業(yè)廳， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

經(jīng)營(yíng)模式對(duì)馬尾松天然次生林林下植被生物量及其分布格局的影響

羅 佳1,2， 鄧鷹鴻3， 田育新1*， 周小玲1，陳建華2， 曾掌權(quán)1， 牛艷東1，姚 敏1

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長(zhǎng)沙 410004； 3.湖南省林業(yè)廳， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

以不同森林經(jīng)營(yíng)模式下馬尾松天然次生林為研究對(duì)象，對(duì)經(jīng)營(yíng)1年后其林下植被生物量的分布特征進(jìn)行研究。結(jié)果表明：不同經(jīng)營(yíng)模式下，馬尾松天然次生林下活地被生物量均以灌木層生物量為主，枯落物層生物量對(duì)林下植被總生物量的貢獻(xiàn)亦大。經(jīng)營(yíng)模式為保留密度900株/hm2的馬尾松林下植被總生物量最高，而保留密度為2100株/hm2的馬尾松林下植被總生物量最低。保留密度過(guò)大或過(guò)小林下植被生物量都不高，說(shuō)明適宜的保留密度才有利于提高馬尾松天然次生林下植被的生物量。

林下植被； 生物量； 分布格局； 森林經(jīng)營(yíng)

林下植被作為森林生態(tài)系統(tǒng)重要組分，由森林林下灌木、草本和藤本植物等組成。它在維持森林的生物多樣性、生態(tài)功能穩(wěn)定性、森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、林地生產(chǎn)力以及森林的發(fā)展與演替等方面具有重要的作用[1-6]。國(guó)外針對(duì)林下植物的相關(guān)研究起源于19世紀(jì)末，主要是研究林下植物對(duì)立地指示作用，其后對(duì)林下植被生物量和其他相關(guān)生態(tài)學(xué)特征進(jìn)行了研究。而我國(guó)對(duì)這方面的研究起步較晚，且多數(shù)集中在對(duì)杉木林下植被的研究，研究?jī)?nèi)容相對(duì)較窄[7-11]。近年來(lái)，林下植被的研究逐漸受到重視[12-15]，但對(duì)林下植被生物量的研究較少。目前，針對(duì)不同經(jīng)營(yíng)措施對(duì)馬尾松天然次生林下植被生物量及其分布格局影響的有關(guān)報(bào)道更為鮮見(jiàn)，我們進(jìn)行相關(guān)研究旨在為馬尾松天然次生林下植被的科學(xué)管理及可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于張家界市慈利縣二坊坪鄉(xiāng)雙聯(lián)村，地處北緯29°16′0.56″、東經(jīng)111°10′48.41″，海拔為116.91m。該區(qū)域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，年降雨量1615.1mm，年平均氣溫為18.2℃，年日照時(shí)數(shù)1482.8h，無(wú)霜期302天，相對(duì)濕度75.8%。馬尾松林地土壤為板頁(yè)巖發(fā)育的紅壤，從1998年開(kāi)始陸續(xù)飛播造林，造林密度約為3300株/ hm2。

2 研究方法

于2012年對(duì)馬尾松林進(jìn)行了不同措施的森林經(jīng)營(yíng)。根據(jù)不同的林分密度設(shè)計(jì)4個(gè)處理，每1個(gè)處理重復(fù)3次或6次，共設(shè)置20m×30m的600m2標(biāo)準(zhǔn)地18個(gè)，按照不同的密度進(jìn)行間伐、擇伐。林地生境因子基本相同，標(biāo)準(zhǔn)地概況見(jiàn)表1。

于2013年對(duì)經(jīng)營(yíng)1年后的標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行每木調(diào)查，按對(duì)角線分別設(shè)置小樣方5個(gè)，規(guī)格為1m×1m，記錄每個(gè)小樣方內(nèi)植物種類(lèi)和數(shù)量。林下植被生物量的測(cè)定采用“全體收獲法”[16]，按不同層次不同器官稱(chēng)取鮮重，采集樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，在80～85℃恒溫下烘干至恒重并稱(chēng)重，求出干鮮重之比，最后將鮮重?fù)Q算成干重。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地概況Tab.1 Generalconditionofstandardplots林分類(lèi)型處理標(biāo)準(zhǔn)地個(gè)數(shù)(樣地編號(hào))經(jīng)營(yíng)措施16(1,3,8,11,15,17)通過(guò)間伐、擇伐,保留馬尾松27株,闊葉樹(shù)18株,密度450株/hm226(2,4,5,10,13,14)通過(guò)間伐、擇伐,保留馬尾松54株,闊葉樹(shù)14株,密度900株/hm2馬尾松天然次生林33(6,7,9)保留馬尾松81株,闊葉樹(shù)9株,其他間伐、擇伐,密度1350株/hm24(CK)3(12,16,18)未間伐,密度2100株/hm2

3 結(jié)果與分析

3.1 不同經(jīng)營(yíng)模式對(duì)林下活地被生物量的影響

林下活地被作為林下植被總生物量的主要貢獻(xiàn)者之一，對(duì)林木、小氣候條件、土壤的更新有一定影響。由表2可知，不同森林經(jīng)營(yíng)措施，馬尾松林林下活地被總生物量不同，大小排序是處理2>處理3>處理1>處理4(CK)，經(jīng)處理2經(jīng)營(yíng)后的馬尾松林下活地被生物量為5369.74kg/hm2，是處理4的1.4倍，其他兩種處理方式下馬尾松林下活地被生物量亦高于處理4。不同的保留密度處理方式使林下光照強(qiáng)度、土壤養(yǎng)分狀況等各不相同，從而影響林下活地被生物量。研究結(jié)果在一定程度上表明處理2的經(jīng)營(yíng)措施有助于提高馬尾松活地被生物量，處理3次之。4個(gè)不同處理中，草本層生物量均低于灌木層，且兩個(gè)層次總生物量相差很大，這與馬尾松林下植被以灌木為主，草本植物分布較少存在一定關(guān)系。在灌木層各組分生物量中，葉的生物量最低，范圍在802.62～1076.47kg/hm2之間。在不同處理中，草本層地上部分與地下部分生物量相差不大，地下部分略高于地上部分。

表2 不同經(jīng)營(yíng)模式下馬尾松林下活地被生物量 Tab.2 ThebiomassoflivingvegetationofPinusmassonianaforestunderdifferentforestmanagement (kg/hm2)林分類(lèi)型處理灌木層草本層葉莖根地上部分地下部分合計(jì)1865.721657.431474.36105.78140.214243.502953.902183.152045.7680.38106.555369.74馬尾松天然次生林31076.471817.322122.9270.1993.045179.944802.621553.701263.6282.05108.763810.75

3.2 不同經(jīng)營(yíng)模式對(duì)枯落物生物量的影響

由表3可以看出，馬尾松林枯落物層總生物量范圍在3970.35～6227.12kg/hm2之間，馬尾松林內(nèi)的枯枝落葉層較厚，生物量較大。未分解凋落物與半分解凋落物生物量基本相當(dāng)，占枯落物生物量的20%左右。在不同處理下，經(jīng)處理2經(jīng)營(yíng)后的馬尾松林已分解凋落物生物量所占比例最高，說(shuō)明該經(jīng)營(yíng)措施下的林地凋落物最易分解，生物物質(zhì)循環(huán)速度快，最有利于養(yǎng)分元素歸還土壤。針對(duì)不同的經(jīng)營(yíng)措施，馬尾松林枯落物生物量大小排序?yàn)樘幚?>處理1>處理3>處理4(CK)，此結(jié)果表明，處理2的森林經(jīng)營(yíng)措施最有利于提高枯落物生物量，從而可對(duì)林地起到更好的保水保肥作用。

表3 不同經(jīng)營(yíng)模式下馬尾松林下枯落物生物量Tab.3 LitterbiomassofPinusmassonianaforestunderdifferentforestmanagement(kg/hm2)林分類(lèi)型處理未分解半分解已分解合計(jì)11205.231095.673177.435478.3321183.151245.423798.556227.12馬尾松天然次生林31039.19897.482786.934723.6041071.99794.072104.293970.35

3.3 不同經(jīng)營(yíng)模式對(duì)地被物生物量空間分布的影響

生物量空間分布特征表示生態(tài)系統(tǒng)生物量在喬木、灌木、草本以及枯落物等不同層次的分配。由圖1可知，不同經(jīng)營(yíng)措施下馬尾松林生物量空間分布特征不同，馬尾松林地被物灌木層與枯落物層生物量所占比例大小亦不同，這與不同經(jīng)營(yíng)措施下喬木層的優(yōu)勢(shì)高、樹(shù)冠覆蓋度等林分特征因素對(duì)林下植被生物量的影響有關(guān)。不同處理方式下，草本層生物量所占比例均低，僅在1.6%～2.5%之間，這是因?yàn)轳R尾松林下植被中草本植物并不多。經(jīng)處理2經(jīng)營(yíng)后的馬尾松林下植被總生物量最大，達(dá)11596.86kg/hm2，說(shuō)明此經(jīng)營(yíng)措施最有利于馬尾松林下植被生物量的提高。

圖1 馬尾松林地被物生物量的空間分布Fig.1 Spatial distribution of undergrowth vegetation biomass of Pinus massoniana forest

4 結(jié)論與討論

(1) 不同森林經(jīng)營(yíng)模式下，馬尾松林下活地被物生物量均表現(xiàn)為草本層生物量低于灌木層，草本層地上部分與地下部分生物量相差不大，地下部分略高于地上部分；枯落物層生物量的變化趨勢(shì)大致為：已分解凋落物>未分解凋落物>半分解凋落物。在林下植被生物量空間分布中，不同經(jīng)營(yíng)措施下枯落物層生物量所占比例均較大，在35.7%～67.2%之間。

(2) 不同的經(jīng)營(yíng)模式造成喬木層優(yōu)勢(shì)高、平均胸徑等林分特征因素各不相同，從而影響林下植被生物量。經(jīng)過(guò)處理2(保留密度900株/hm2)經(jīng)營(yíng)后的馬尾松林下植被生物量最高，說(shuō)明該馬尾松林郁閉度適中，灌木生長(zhǎng)良好，有利于群落更新與演替，枯枝落葉覆蓋量大，對(duì)林地的保水保肥作用大。傳統(tǒng)經(jīng)營(yíng)模式下(未間伐，保留密度2100株/hm2)馬尾松林下植被生物量最低，保留密度過(guò)大或過(guò)小林下植被生物量都不高，適宜的保留密度才有利于提高馬尾松林下植被的生物量。

[1] 楊承棟,焦如珍,屠星南,等.杉木林下植被對(duì)5～15cm土壤性質(zhì)的改良[J].林業(yè)科學(xué)研究, 1995,8(5):514-519.

[2] 方奇.加強(qiáng)土壤和地被物管理對(duì)杉木生態(tài)系統(tǒng)生物量能量利用與養(yǎng)分循環(huán)的影響[J].林業(yè)科學(xué),1990,26(3):201-208.

[3] Chastain Jr R A,Currie W S,Townsend P A.Carbon sequestration and nutrient cycling implications of the evergreen understory layer in Appalachian forests[J].Forest Ecology and Management,2006(231):63-77.

[4] 林開(kāi)敏,黃寶龍.杉木人工林林下植物物種β多樣性的研究[J].生物多樣性,2001,9(2):157-161.

[5] Chapin F.S. Nitrogen and phosphorus nutrition and nutrition cycling by evergreen and deciduous understory shrubs in an Alaskan black spruce forests[J].Can J For Res,1983,13(5):773-781.

[6] 褚建民,盧琦,崔向慧,等.人工林林下植被多樣性研究進(jìn)展[J].世界林業(yè)研究,2007,20(3):9-13.

[7] 方海波,田大倫,康文星.杉木人工林間伐后林下植被生物量的研究[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào), 1998,18(1):5-9.

[8] 閆文德,田大倫,焦秀梅.會(huì)同第二代杉木人工林林下植被生物量分布及動(dòng)態(tài)[J].林業(yè)科學(xué)研究,2003,16(3):323-327.

[9] 方海波,田大倫,康文星.杉木人工林間伐后林下植被養(yǎng)分動(dòng)態(tài)的研究[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào),1998,18(2):1-5.

[10] 林開(kāi)敏,郭玉碩,俞新妥,等.老齡杉木林下植物成分結(jié)構(gòu)特征[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào), 1999,19(2):124-128.

[11] 姚茂和,盛煒彤,熊有強(qiáng).林下植被對(duì)杉木林地力影響的研究[J].林業(yè)科學(xué)研究, 1991,4(3):247-251.

[12] 袁正科,田育新,李錫泉,等.湘南丘陵幼林林下植被覆蓋對(duì)土壤侵蝕的影響[J].湖南林業(yè)科技,2000,27(3):67-71.

[13] 李春義,馬履一,王希群,等.撫育間伐對(duì)北京山區(qū)側(cè)柏人工林林下植物多樣性的短期影響[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,19(3):60-66.

[14] 唐效蓉, 徐清乾, 蔣秀文.間伐對(duì)馬尾松天然次生林林下植物多樣性的影響[J].湖南林業(yè)科技,2012,39(1):5-9.

[15] 侯琳,雷瑞德.秦嶺火地塘林區(qū)油松林下主要灌木碳吸存[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2009,29(11):6077-6084.

[16] 佐藤大七郎,堤利夫.陸地植物群落的物質(zhì)生產(chǎn)[M].聶紹荃,丁寶永,譯.北京:科學(xué)出版社,1986.

EffectofdifferentforestmanagementonthebiomassanddistributionpatternofundergrowthvegetationofthenaturalsecondaryforestofPinusmassoniana

LUO Jia1,2, DENG Yinghong3, TIAN Yuxin1*, ZHOU Xiaoling1, CHEN Jianhua2, ZENG Zhangquan1, NIU Yandong1, YAO Min1

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China;2.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China;3.Forestry Department of Hunan Province, Changsha 410004, China)

With the natural secondary forest ofPinusmassonianaby different forest management as the research object, the distribution pattern of the biomass of undergrowth vegetation after managing one year was analyzed. The results showed that, under different forest management, the biomass of living vegetation of levels of the natural secondary forest ofPinusmassonianawas the highest in shrub layer, the other contribution of total biomass of undergrowth vegetation was litter lay. The total biomass of undergrowth vegetation ofPinusmassonianaforest was the highest by treatment method of reserved density of 900 plants per hectare, the lowest by reserved density of 2100 plants per hectare. The biomass of undergrowth vegetation was not high when the reserved density was high or low, this demonstrated that the suitable reserved density could increase the biomass of undergrowth vegetation of the natural secondary forest ofPinusmassoniana.

undergrowth vegetation; biomass; distribution pattern; forest management

2014-02-14

中德財(cái)政合作湖南小農(nóng)戶造林項(xiàng)目(BMZ — 2002 65 702)；湖南省林業(yè)科技計(jì)劃項(xiàng)目“武陵山區(qū)森林資源可持續(xù)經(jīng)營(yíng)模式研究”(2012-10)；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2011BAD38B0405)。

羅 佳(1983-)，女，湖南省長(zhǎng)沙市人，助理研究員，博士研究生，主要從事生態(tài)學(xué)、水土保持學(xué)、生物學(xué)研究。

*為通訊作者。

S 718.54+2

A

1003 — 5710(2014)02 — 0065 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 02. 016

(文字編校：張 珉)