疏伐施肥對白蘭林下植物多樣性的影響

吳華俊，鄒曉君，陳海英，潘俊杰，黎富榮，陸惠華，王 敏

(1.佛山市云勇生態(tài)林養(yǎng)護(hù)中心，廣東 佛山 528518； 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院, 廣東 廣州 510642)

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在調(diào)節(jié)全球能量平衡、降低大氣中溫室氣體濃度和維持生態(tài)平衡等方面發(fā)揮著不可替代的作用。我國天然林資源不斷減少，人工林栽植面積不斷增加。隨著人工林的生長，個(gè)體樹冠面積不斷增加，對生長空間和土壤養(yǎng)分的競爭日趨激烈，導(dǎo)致林下環(huán)境陰濕、土壤肥力下降，林下植物衰退，影響森林資源的可持續(xù)發(fā)展。林下植物是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，對于維持森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和平衡具有重要作用。通過疏伐和施肥等森林撫育措施，可以調(diào)節(jié)林分密度，擴(kuò)大保留木個(gè)體生長空間，改善土壤理化性質(zhì)，影響林下植被的多樣性。

白蘭(MicheliaalbaDC.)是原產(chǎn)于印度尼西亞爪哇的常綠喬木樹種，現(xiàn)已成為我國華南地區(qū)著名的庭園觀賞樹種。廣東省佛山市高明區(qū)云勇生態(tài)林養(yǎng)護(hù)中心于2008年栽植了白蘭生態(tài)景觀林。由于林分密度大、林內(nèi)光照弱、土壤退化等原因，林下植物多樣性下降，需要進(jìn)行撫育。目前罕見對生態(tài)景觀林的撫育技術(shù)研究,尚未見到有關(guān)白蘭林撫育的報(bào)道。通過對白蘭生態(tài)景觀林進(jìn)行疏伐施肥，研究其林下植物的變化，可以從林下植被的角度探討如何提高其生態(tài)功能和景觀效益。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣東省佛山市高明區(qū)云勇生態(tài)林養(yǎng)護(hù)中心，屬于丘陵地帶，氣候炎熱多雨，具有典型的亞熱帶季風(fēng)氣候特征，降雨主要集中在夏季，高達(dá)2 100 mm.土壤母巖為花崗巖，土壤類型為酸性赤紅壤。2017年，9年生白蘭林分的郁閉度為0.9，平均胸徑14.1 cm，樹高17.3 m，位于海拔278 m，坡向SW44，坡度11°的山坡上。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017年12月在白蘭生態(tài)景觀林內(nèi)進(jìn)行疏伐施肥試驗(yàn)。疏伐按照“疏小留大，照顧均勻”的原則，保留木密度約為750株/hm2.疏伐后在林木上坡位挖深15 cm～20 cm，半徑100 cm的半月溝，將有機(jī)肥(5 kg/株)和鈣鎂磷肥(1 kg/株)混合施入半月溝并覆土。

1.3 林下植物調(diào)查

于2017年和2019年，分別在試驗(yàn)地內(nèi)建立一個(gè)30 m×40 m的樣地，調(diào)查喬木生長情況，包括胸徑、樹高和冠幅。在每個(gè)樣地內(nèi)按梅花形設(shè)置5個(gè)面積為2 m×2 m的樣方，調(diào)查、記錄樣方內(nèi)全部灌木和草本的種類、蓋度、株數(shù)及平均高度，從而計(jì)算物種多樣性。

林下植物的物種多樣性指數(shù)計(jì)算方法如下：

物種豐富度指數(shù)(S)為樣方內(nèi)所有物種數(shù)目。

相對多度(%)=某一種植物的個(gè)體總數(shù)/同一生活型植物個(gè)體總數(shù)×100%；

相對蓋度(%)=某一種植物的蓋度/所有種的蓋度和×100%；

相對頻度(%)=某一個(gè)種的頻度/所有種的頻度總和×100%；

相對重要值Pi=(相對多度+相對蓋度+相對頻度)/3；

Pielou均勻度指數(shù)(J)：Jsw=H/lnS，

式中：S——樣方中的物種數(shù)；

Pi——第i物種的重要值。

2 結(jié)果分析

2.1 疏伐施肥后林下植物組成種類和個(gè)數(shù)

白蘭林下草本的種類和重要值見表1.

表1 白蘭林下草本的種類和重要值

由表1可知，2017年白蘭林下草本有7種，2019年有8種。按照物種相對重要值>10%劃分優(yōu)勢種群,2017年的優(yōu)勢種有烏毛蕨(Blechnumorientale)(38.54%)、扇葉鐵線蕨(Adiantumflabellulatum)(21.49%)和團(tuán)葉鱗始蕨(Lindsaeaorbiculata)(20.37%)3種，2019年的優(yōu)勢種有烏毛蕨(50.02%)和芒萁(Dicranopterispedata)(15.74%)2種。

白蘭林下灌木的種類和重要值見第32頁表2.

由表2可以看出，2017年白蘭林下灌木有14種，2019年有13種。2017年的優(yōu)勢種有杉木(Cunninghamialanceolata)(21.81%)、三叉苦(Evodialepta)(18.51%)和黑面神(Breyniafruticosa)(11.67%)3種，2019年有貫眾(Cyrtomiumfortunei)(18.43%)、鴨腳木(Scheffleraoctophylla)(14.74%)、山蒼子(Litseacubeba)(13.31%)和杉木(Cunninghamialanceolata)(10.92%)4種。

表2 白蘭林下灌木的種類和重要值

2.2 疏伐施肥后林下植物多樣性指數(shù)

疏伐施肥后林下草本多樣性指數(shù)見第32頁圖1.

由圖1可以看出，2017年白蘭林下草本植物的Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、均勻度指數(shù)Jsw和均勻度指數(shù)Jsi分別為0.67，1.56，0.38和0.69，2019年分別達(dá)0.98，2.29，0.58和1.00.經(jīng)疏伐施肥后多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均明顯增加。

圖1 疏伐施肥后林下草木多樣性指數(shù)

疏伐施肥后林下灌木多樣性指數(shù)見圖2.

圖2 疏伐施肥后林下灌木多樣性指數(shù)

由圖2可以看出，2017年白蘭林下灌木植物的Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、均勻度指數(shù)Jsw和均勻度指數(shù)Jsi分別為0.85，2.05，0.59和0.88，2019年分別為0.87，2.06，0.66和0.91.經(jīng)疏伐施肥后，2019年多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均略有增加。

3 討論

重要值是衡量植物利用資源能力的指標(biāo)，重要值大的植物種類對可利用資源的競爭能力強(qiáng)。疏伐減小了林分的郁閉度，增強(qiáng)了林內(nèi)光照。生態(tài)位廣的耐蔭草本金毛狗、團(tuán)葉鱗始蕨、玉葉金花和耐蔭灌木牛白藤、黑面神、杉木、五指毛桃，在2017年和2019年均有出現(xiàn)，但2019年重要值下降；生態(tài)位廣的喜光草本烏毛蕨和喜光灌木牛白藤在2017年和2019年均有出現(xiàn)，但2019年重要值上升；而灌木白花酸藤子和酸藤子對光照不敏感，在2017年和2019年的重要值相近。間伐初期物種組成在資源競爭過程中發(fā)生了變化，林下出現(xiàn)或增加喜光的草本物種，耐蔭植物衰退，出現(xiàn)顯著的優(yōu)勢種烏毛蕨。疏伐增加了林地的光照強(qiáng)度和光照時(shí)間，施肥提高了土壤肥力，是引起林下植物種類變化的主要原因。2019年一些喜光草本，如，淡竹葉、芒萁、芒和十字苔草，及喜光灌木多花野牡丹、貫眾、山蒼子、山杜英鴨腳木、亮葉冬青和展毛野牡丹侵入；而一些耐蔭草本如華南鱗蓋蕨、山菅蘭和扇葉鐵線蕨及耐蔭灌木臭椿、鯽魚膽、了哥王、梅葉冬青、三叉苦、藤構(gòu)、陰香和棕竹被淘汰。

疏伐施肥可顯著提高草本植物的豐富度和均勻度。與2017年相比，2019年草本植物的Simpson指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)，Pielou(Jsw)和Pielou(Jsi)均勻度指數(shù)均明顯提高，而灌木層的與2017年相近。表明2019年草本植物的優(yōu)勢種和草本種類均勻度更加明顯，物種豐富度和均勻度增加。2017年灌木的4個(gè)指數(shù)大于草本，而2019年草本Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和均勻度指數(shù)Jsi大于灌木。疏伐施肥前，灌木比草本更具競爭優(yōu)勢,因?yàn)榱謨?nèi)光照弱，前者枝葉濃密，減少了草本植物的光照,因而和草本植物的競爭中處于優(yōu)勢。土壤中的磷主要來源于礦物巖石的緩慢風(fēng)化。由于華南地區(qū)土壤酸性強(qiáng)且富含鐵，土壤中的有效性P很容易被鐵離子和鋁離子結(jié)合成低溶性化合物，導(dǎo)致中國亞熱帶紅壤普遍缺磷。土壤磷的增加為一些快速生長的草本創(chuàng)造有利條件, 而不利于已適應(yīng)貧瘠土壤、生長緩慢的原有植物。王方超發(fā)現(xiàn)施磷肥提高了杉木林下植物多樣性。疏伐施肥后，林下光照增強(qiáng)，有利于草本植物侵入。加上施在土壤表層中的肥料含有大量可利用磷，而磷在土壤中較少移動，土壤表層的磷含量最高。草本比灌木根系淺、生長快，其對表層土壤的養(yǎng)分、特別是土壤磷的競爭占據(jù)優(yōu)勢。