基于分層的19a生半天然杉闊混交林特征分析

李志明

(福建省順昌縣林業(yè)局,福建 順昌 353200)

充分利用當(dāng)?shù)氐奶烊桓聵淠?是保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳种脖?發(fā)展人工林生物多樣性的一個(gè)重要措施,也是使人工林形成混交林的一種方式；人工混交林樹種間常常不一定能相互適應(yīng)形成穩(wěn)定的群落,而天然更新的常常是能相互適應(yīng)而較易形成穩(wěn)定的群落[1]。半天然林是指通過造林和人工促進(jìn)天然更新方式經(jīng)營(yíng)與調(diào)整后的森林,是介于人工林和天然林之間的重要的森林類型,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)半天然林的研究較少[2-6]。本研究以源于第二代人工杉木林、未經(jīng)撫育間伐形成的19a生半天然杉闊混交林為對(duì)象,研究其樹種組成、多樣性和林分生長(zhǎng)等林分特征,旨在為研究人工杉林的植被控制、天然闊葉林的保護(hù)和鄉(xiāng)土闊葉樹的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處福建萬木林省級(jí)自然保護(hù)區(qū),位于福建省建甌市房道鎮(zhèn)境內(nèi),北緯27°03′,東經(jīng)118°09′,面積189 hm2,屬武夷山南坡低山丘陵,海拔230～556 m；中生代燕山運(yùn)動(dòng)侵入的花崗巖為主要成土母巖,紅壤。屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,熱量豐富、降水充沛、季風(fēng)顯著、四季分明；年平均氣溫18.7 ℃,1月份平均氣溫8.0 ℃,極端最低氣溫-7.3 ℃,7月份平均氣溫28.5 ℃,極端最高氣溫41.4 ℃ ；日均氣溫 ≥10℃ 的活動(dòng)積溫累計(jì)平均5 966 ℃ ；年平均降水量1 664 mm,5—6月最多,雨日年平均137 d；年平均日照1 813 h,7月最多,2月最少；全年無霜期277 d；年平均相對(duì)濕度80%；年平均蒸發(fā)量1 327.3～1 605.4 mm。保護(hù)區(qū)內(nèi)有維管束植物1 145種、61亞種及變種,分屬161科581屬。

19a生半天然杉闊混交林位于萬木林省級(jí)自然保護(hù)區(qū)東北部邊界099林班02大班030小班,面積2.2 hm2,立地類型為Ⅰ類地,位于東北坡中下部,平均坡度21°,海拔320～420 m。源于第二代人工杉木林,前茬林分為35a生人工杉木林,前茬林分2001年皆伐后經(jīng)過采伐跡地清理、煉山、穴狀整地,于2002年春進(jìn)行植苗造林,造林密度2 500株/hm2,按常規(guī)要求進(jìn)行幼林撫育(第1年擴(kuò)穴一次除草1次、第2和第3年每年全面除草2次、第4年全面劈草1次),未進(jìn)行過撫育間伐。前茬林分(第一代人工杉木林)為1967年皆伐天然闊葉林后,經(jīng)過采伐跡地清理、煉山、穴狀整地,于1968年春季進(jìn)行植苗造林,造林密度2 500株/hm2,按常規(guī)要求進(jìn)行幼林撫育和撫育間伐。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查與數(shù)據(jù)處理

采用樣地法進(jìn)行調(diào)查[7-8],選擇代表性地段設(shè)置2個(gè)600 m2樣地,每個(gè)樣地劃為6個(gè)100 m2樣方進(jìn)行調(diào)查,調(diào)查胸徑≥5.0 cm的所有喬木層林木。對(duì)所有喬木層林木進(jìn)行定位并準(zhǔn)確調(diào)查記錄每株林木的樹種名稱、胸徑、樹高、枝下高、冠幅和冠形等因子。在進(jìn)行喬木層林木每木調(diào)查時(shí),采用最大受光面(Maximum Light Receiving Plane,MLRP)法[9]進(jìn)行林層劃分,確定并記錄所有林木所屬喬木亞層。

2.2 數(shù)據(jù)處理

采用重要值(相對(duì)多度、相對(duì)優(yōu)勢(shì)度和相對(duì)頻度之和除以3)表達(dá)某個(gè)物種在群落中的地位及作用。采用物種豐富度、物種多樣性指數(shù)、物種均勻度及生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指標(biāo)綜合測(cè)度物種多樣性。物種豐富度(R)采用物種的數(shù)目,即群落種的豐富度(S)；Shannon-Wiener指數(shù)(SW)表示物種多樣性；物種均勻度(E)采用Shannon-Wiener均勻度；生態(tài)優(yōu)勢(shì)度(ED)用Simpson生態(tài)優(yōu)勢(shì)度[7]。各計(jì)算公式為:

(1)

E=SW/log2S

(2)

(3)

式中:SW表示Shannon-Wiener多樣性指數(shù)；S表示物種數(shù)量；ni表示某一物種的個(gè)體數(shù)；N表示全部物種的個(gè)數(shù)；Pi表示第i個(gè)物種個(gè)體數(shù)量的百分?jǐn)?shù)；E為基于Shannon-Wiener多樣指數(shù)的均勻度；ED為Simpson生態(tài)優(yōu)勢(shì)度。

3 結(jié)果與分析

3.1 林層結(jié)構(gòu)

由于未進(jìn)行過撫育間伐,19a生半天然杉闊混交林高度郁閉,郁閉度高達(dá)0.95,林分層次結(jié)構(gòu)已明顯分化,可明顯劃分為受光層(第Ⅰ亞層)和非受光層(第Ⅱ亞層)2個(gè)亞層,最大受光面高度13.0 m。雖然為第二代人工杉木林(前茬林分為35a生人工杉木林),林分還未進(jìn)行過撫育間伐,人工杉木密度大、人工杉木林郁閉度高,但由于上坡和除東北方向外的周邊均為天然闊葉林,仍然有不少天然更新闊葉林木生長(zhǎng)在人工杉木林中,在受光層和非受光層均有一定比例的天然闊葉林木,第Ⅰ亞層與第Ⅱ亞層中天然闊葉林木株數(shù)占亞層林木株數(shù)比例達(dá)到12.00%和29.38%。

3.2 喬木層樹種組成

19a生半天然杉闊混交林各亞層樹種重要值如表1所示。喬木層共有杉木、木荷、白花龍、擬赤楊、欏木石楠、楓香、南酸棗和多脈榆等17種樹種。喬木層中,仍然是人工杉木絕對(duì)優(yōu)勢(shì),重要值高達(dá)61.88%(其中相對(duì)優(yōu)勢(shì)度高達(dá)80.78%)；其他16種天然更新闊葉樹已是重要的組成部分,重要值合計(jì)為38.12%，有木荷、擬赤楊、楓香、南酸棗和藍(lán)果樹等高價(jià)值樹種，也有較大比例的落葉闊葉樹種。第Ⅰ亞層組成樹種有杉木、木荷、欏木石楠、南酸棗、多脈榆、擬赤楊、楓香和藍(lán)果樹等8種樹種,杉木占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),重要值高達(dá)76.20%(其中相對(duì)多度高達(dá)88.00%)。第Ⅱ亞層組成樹種有杉木、木荷、白花龍、楓香、擬赤楊、合歡、厚殼樹和南酸棗等17種樹種,組成樹種比第Ⅰ亞層明顯增多,杉木依然占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(重要值為58.31%)、但優(yōu)勢(shì)程度比第Ⅰ亞層有明顯降低；闊葉樹種種數(shù)、數(shù)量和重要性比第Ⅰ亞層均有明顯增大。

表1 19a生半天然杉闊混交林各亞層樹種重要值

(續(xù)表)

3.3 喬木層與灌木層物種多樣性

19a生半天然杉闊混交林喬木層各亞層與灌木層物種多樣性如表2所示。喬木層物種豐富度S、多樣性指數(shù)SW、均勻度E、生態(tài)優(yōu)勢(shì)度ED分別為17,1.46,0.36,0.62。其中：第Ⅰ亞層分別為8,0.83,0.28,0.78；第Ⅱ亞層分別為17,1.80,0.44,0.51。灌木層分別為11,3.06,0.88,0.12。

表2 19a生半天然杉闊混交林各亞層物種多樣性

3.4 主要林分調(diào)查因子

19a生半天然杉闊混交林各亞層主要林分調(diào)查因子如表3所示,全林平均胸徑13.7 cm,平均樹高14.6 m,株數(shù)密度2 867株/hm2,單位面積蓄積量309.7 m3/hm2。該林分單位面積蓄積量高,年平均生長(zhǎng)量高達(dá)16.30 m3/(hm2·a)。第Ⅰ亞層和第Ⅱ亞層的平均胸徑分別為17.1 cm和10.3 cm,平均樹高分別為16.4 m和10.6 m,株數(shù)占全林的百分比分別為43.60%和56.40%,單位面積蓄積量占全林的百分比分別為74.98%和25.02%。由于未進(jìn)行過撫育間伐,喬木層中杉木的株數(shù)密度保持較高水平,為2 242株/hm2,基本保持造林時(shí)的密度狀態(tài)。

喬木層蓄積量占比排在前8位的樹種為杉木、木荷、欏木石楠、南酸棗、多脈榆、擬赤楊、楓香和白花龍,蓄積量占比分別為81.81%,7.93%,3.25%,2.32%,1.86%,0.81%,0.76%和0.71%。第Ⅰ亞層中蓄積量占比排在前6位的樹種為杉木、木荷、欏木石楠、南酸棗、多脈榆和擬赤楊,蓄積量占比分別為83.61%,5.83%,4.21%,2.76%,2.43%和0.56%。第Ⅱ亞層中蓄積量占比排在前6位的樹種為杉木、木荷、白花龍、擬赤楊、楓香和南酸棗,蓄積量占比分別為76.41%,14.22%,2.86%,1.55%,1.46%和1.02%。

表3 19a生半天然杉闊混交林各亞層主要調(diào)查因子

喬木層有少量萌生林木,株數(shù)密度192株/hm2,占喬木層林木的6.69%。萌生林木中,杉木和闊葉樹占比分別為17.39%和82.61%。喬木層中,杉木萌生林木占杉木林木的1.49%,闊葉樹萌生林木占闊葉樹林木的25.33%。喬木層闊葉樹萌生林木中,只有木荷和楓香2種樹種,占比分別為89.47%和10.53%。

3.5 直徑結(jié)構(gòu)

19a生半天然杉闊混交林喬木層及杉木與闊葉樹的直徑分布如表4所示,喬木層林木直徑分布傾向于反J 形,其中人工杉木林木傾向于正態(tài)分布,天然闊葉樹林木呈反J 形。由于天然闊葉林木的持續(xù)不斷加入,天然闊葉林木直徑分布呈明顯的反J 形,體現(xiàn)出異齡林的直徑分布特征；本來應(yīng)該呈正態(tài)分布的人工杉木林木,由于受持續(xù)加入的天然闊葉林木的競(jìng)爭(zhēng)與影響,直徑分布雖然還是傾向于正態(tài)分布,但已明顯呈現(xiàn)出偏態(tài)；以上兩部分林木疊加后的整個(gè)喬木層直徑分布明顯傾向于反J 形,已經(jīng)初步體現(xiàn)出異齡林的直徑分布特征。

表4 19a生半天然杉闊混交林直徑分布

4 結(jié)論

主要依靠上坡和除東北方向外的周邊天然闊葉林,源于第二代人工杉木林(前茬林分為35a生人工杉木林)、未經(jīng)撫育間伐形成的19a生半天然杉闊混交林,是個(gè)既特殊又典型的半天然林案例。19a生半天然杉闊混交林高度郁閉,林分層次結(jié)構(gòu)已明顯分化,可明顯劃分為為受光層(第Ⅰ亞層)和非受光層(第Ⅱ亞層)2個(gè)亞層,最大受光面高度13.0 m。喬木層共有17種樹種,人工杉木的重要值(61.88%)最大；其他16種天然更新闊葉樹已是重要的組成部分(重要值合計(jì)為38.12%)，有較大比例的落葉闊葉樹種，也有木荷、擬赤楊、楓香、南酸棗、藍(lán)果樹等高價(jià)值樹種。第Ⅰ亞層和第Ⅱ亞層組成樹種分別為8種和17種。杉木在第Ⅰ亞層和第Ⅱ亞層均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),重要值分別為76.20%和58.31%。喬木層物種豐富度S、多樣性指數(shù)SW、均勻度E和生態(tài)優(yōu)勢(shì)度ED分別為17,1.46,0.36,0.62。其中：第Ⅰ亞層分別為8,0.83,0.28,0.78；第Ⅱ亞層分別為17,1.80,0.44,0.51。全林平均胸

徑13.7 cm,平均樹高14.6 m,株數(shù)密度2 867株/hm2,單位面積蓄積量高,達(dá)309.7 m3/hm2；第Ⅰ亞層和第Ⅱ亞層的平均胸徑分別為17.1 cm和10.3 cm,平均樹高分別為16.4 m和10.6 m；第Ⅰ亞層和第Ⅱ亞層的株數(shù)占全林的百分比分別為43.60%和56.40%,單位面積蓄積量占全林的百分比分別為74.98%和25.02%。林分單位面積蓄積量高。喬木層林木直徑分布傾向于反J 形,其中人工杉木林木傾向于正態(tài)分布,天然闊葉樹林木呈反J 形。