低質(zhì)油松人工林改培對更替層及灌草的影響

廉凱敏，吳應建，郭曉東，張?zhí)稆i，高 龍

(1.山西省中條山國有林管理局， 山西 侯馬 043000； 2.山西省林業(yè)和草原科學研究院， 山西 太原 030012)

油松(Pinustabulaeformis)為我國特有陽性樹種，具有深根性、耐干旱、抗瘠薄、適應性強等特點，屬華北溫性針葉林的代表類型，是北方地區(qū)造林的主要樹種之一。中條山東部侵蝕中山區(qū)分布著大量油松人工純林，由于立地條件差，缺乏有效的經(jīng)營，形成了大面積低質(zhì)林。低質(zhì)林林分結(jié)構(gòu)單一，生物多樣性低，抗火災、病蟲害能力弱，生態(tài)功能低下，不能充分發(fā)揮其涵養(yǎng)水源、保持水土的作用。

目前，對林分改培技術(shù)的研究很多，如，全面改造、復壯改造、撫育改造、封育改造等。為滿足森林可持續(xù)經(jīng)營的需求，中條林局引進德國近自然經(jīng)營理念，在中德林業(yè)合作項目的具體實施過程中，提出了多種新型的森林經(jīng)營技術(shù)，通過塊狀改培，調(diào)整樹種結(jié)構(gòu)，變低質(zhì)林為優(yōu)質(zhì)林，具有一定的創(chuàng)新性。筆者以中條山侵蝕中山區(qū)低質(zhì)油松人工林為研究對象，從林下更替及灌草多樣性的角度出發(fā)，運用多樣性指數(shù)研究短期改培成效，對提升營林水平、改善林分質(zhì)量具有指導意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山西省中條山東部，地理坐標為35°33′46.94＂～35°33′59.59＂N,112°11′9.32＂～112°11′27.3＂E，總面積 1 000 hm2.屬暖溫帶大陸性季風氣候，年均溫10.8 ℃，海拔850 m～1 100 m.該區(qū)位于侵蝕中山地帶，山地褐土厚20 cm，多雨導致土壤有機質(zhì)含量極低。研究區(qū)森林類型為油松人工純林，主要分布在陽坡，林齡50 a，平均郁閉度0.9以上，平均樹高5.8 m，平均胸徑9.2 cm，密度1 350株/hm2，蓄積量75 m3/hm2.主林層樹種為油松(Pinustabuliformis)，零星分布有臭椿(Ailanthusaltissima)、君遷子(Diospyroslotus)、山桑(Morusmongolica)等，林下更新植物少；灌木主要為荊條(Vitexnegundovar.heterophylla)、黃刺玫(Rosaxanthina)等。

2 研究方法

2.1 改培方式

改培方式為塊狀改造，即打造林中空地(林窗)。具體措施：在林內(nèi)均勻設(shè)置多個樣點，塊狀伐除樣點所有林木，打造5 m×5 m的林中空地。在林中空地上人工栽植遼東櫟幼苗，栽植模式為3- 4- 5- 4- 3，株行距1 m.

2.2 調(diào)查方法

改培4 a后，2020年8月調(diào)查40個改培后的油松人工林樣方，記錄5 m×5 m林中空地內(nèi)遼東櫟幼苗、幼樹及灌木、草本的生長變化狀況。同時，在未改培林地內(nèi)調(diào)查灌草樣方20個，記錄每個樣地內(nèi)的物種名、地徑、高度、蓋度、叢數(shù)，及經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡向、坡位、干擾狀況等。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 林下更替測算方法

計算林下人工栽植幼苗的保存率、完好率及生長量。保存率為4 a后成活數(shù)量的占比，完好率指未受動物危害的數(shù)量占比，生長量以幼苗地徑和高度作為指標。計算生長量時去除遭動物啃食的幼苗。

2.3.2 灌草多樣性計算方法

采用Patric豐富度指數(shù)R0，Simpson多樣性指數(shù)λ和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H′，Pielou均勻度指數(shù)E進行林下物種多樣性計算。具體公式同參考文獻。

3 結(jié)果與分析

3.1 林下更替

由于調(diào)查區(qū)域坡度基本保持在10°左右，偶有出現(xiàn)坡度>10°的現(xiàn)象，遼東櫟幼苗生長并沒有表現(xiàn)出明顯差異。因此，忽略坡度對幼苗更新的影響。改培后各坡位遼東櫟幼苗生長情況見表1.

表1 改培后各坡位幼苗生長情況

由表1可知，下坡位栽植的幼苗平均保存率78.6%，完好率22.8%，平均地徑1.25 cm，平均高度121.2 cm.中坡位幼苗平均保存率86.5%，完好率48.1%，平均地徑1.67cm，平均高度139.0 cm.上坡位平均保存率85.6%，完好率33.4%，平均地徑1.26 cm，平均高度132.5 cm.坡位影響遼東櫟生長量，遼東櫟幼苗在中坡位具有明顯生長優(yōu)勢?？ǚ綑z驗結(jié)果顯示，各坡位之間，保存率不存在差異(P>0.05)，完好率、地徑、高度存在顯著性差異(P<0.05)。

研究區(qū)域鼠、兔活動頻繁，特別是野豬啃食嚴重，對遼東櫟幼苗的成活率、保存率及完好率有很大影響。中坡位人類活動頻繁，動物破壞機率小，苗木長勢良好。人為活動較少的上坡位、下坡位，動物危害較重，苗木長勢不良。

林窗有利于植物天然更新。改培前，基本沒有林下更新的幼苗。改培后，調(diào)查樣方內(nèi)出現(xiàn)少量天然更新的幼苗，如，君遷子、臭椿、山桃(Amygdalusdavidiana)、核桃(Juglansregia)、山桑、構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)等，不僅增加了林地內(nèi)原有闊葉樹種的比例，又引入了新的喬木樹種，對于今后樹種比例的調(diào)節(jié)具有促進作用。

3.2 灌草多樣性

改培前后，林內(nèi)灌草層物種發(fā)生了很大的變化，林窗有利于物種引入，提高灌草層物種多樣性。改培和未改培林地灌草植物重要值對比見第29頁表2.

由表2可知，在改培后的林中空地內(nèi)，共調(diào)查到灌草植物52種。其中，灌木18種，草本34種。灌木層中占主要地位的是荊條和黃刺玫，重要值分別為37.386，24.602；其次為小花扁擔桿(Grewiabilobavar.parviflora)、截葉鐵掃帚(Lespedezacuneata)、少脈雀梅藤(Sageretiapaucicostata)、美麗胡枝子(Lespedezaformosa)、白刺花(Sophoradavidii)，重要值均在10以下。草本層優(yōu)勢種為早春苔草(Carexsubpediformis)、早熟禾(Poaannua)、茜草(Rubiacordifolia)，重要值分別為30.339，17.887，10.374；伴生有白蓮蒿(Artemisiasacrorum)、委陵菜(Potentillachinensis)、艾蒿(Artemisiaargyi)、煙管頭草(Carpesiumcernuum)等。

表2 改培和未改培林地灌草植物重要值對比

未改培林地內(nèi)灌草植物有24種，其中，灌木12種，草本12種。灌木層優(yōu)勢種為荊條、黃刺玫，重要值分別為41.294，24.391；其次為小花扁擔桿、少脈雀梅藤、截葉鐵掃帚、美麗胡枝子、烏頭葉蛇葡萄(Ampelopsisaconitifolia)，重要值均在10以下。草本層優(yōu)勢種為早春苔草、茜草、早熟禾，重要值為40.837，19.731，15.391；其次為委陵菜、披堿草、山蒿(Artemisiabrachyloba)、小苦荬(Ixeridiumdentatum)、石沙參(Adenophorapolyantha)等。由此可見，改培后油松人工林內(nèi)灌木層和草本層的物種數(shù)均明顯多于未改培林，林窗環(huán)境有利于灌草植物進入，但不同的植物對林窗環(huán)境的反應存在差異。在原有林分中占主要地位的荊條、黃刺玫、早春苔草、茜草、早熟禾，依舊占據(jù)絕對優(yōu)勢地位。同時林窗內(nèi)又增加了許多喜光耐旱植物，如，白刺花、杠柳、剛毛忍冬(Lonicerahispida)、糙葉黃芪(Astragalusscaberrimus)、煙管頭草等。有研究表明，林中空地溫暖的環(huán)境和較高的土壤溫度更易于激發(fā)微生物的活性，有利于土壤養(yǎng)分循環(huán)，促進植物生長。

改培和未改培林地物種多樣性指數(shù)見表3.

表3 改培和未改培林地物種多樣性指數(shù)

由表3可知，改培后灌草層的物種豐富度指數(shù)R0，多樣性指數(shù)H′，均勻度指數(shù)E均優(yōu)于未改培林地。改培后物種豐富度和均勻度指數(shù)升高，Shannon指數(shù)增大，但Simpson指數(shù)減小，說明其生態(tài)優(yōu)勢度低。在多數(shù)物種進入林窗后，個體間的分化程度沒有林內(nèi)強烈，仍處于種間競爭和共存階段。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

低質(zhì)油松人工林改培具有一定的初期成效，人為打造林中空地，栽植遼東櫟幼苗，成活率高。坡位影響遼東櫟生長，遼東櫟幼苗在中坡位具有明顯生長優(yōu)勢。上坡位、下坡位和中坡位之間，遼東櫟保存率不存在差異(P>0.05)，完好率、地徑、高度存在顯著性差異(P<0.05)。人為栽植的遼東櫟幼苗以及天然更新的君遷子、臭椿、山桃、核桃、山桑、構(gòu)樹幼苗，可以增加闊葉樹比例，調(diào)整樹種結(jié)構(gòu)，有利于

形成多功能的復層、異齡混交林，構(gòu)建健康穩(wěn)定的森林群落。

未改培的林地內(nèi)灌草植物有24種，其中，灌木12種，草本12種。改培后的林中空地有52種灌草植物，其中，灌木18種，草本34種。改培后增加了28種植物，除Simpson指數(shù)外，各多樣性指數(shù)均優(yōu)于未改培林地。因此，改培有利于灌草生長。林窗的形成，有助于光照、溫度、濕度、土壤理化性質(zhì)等環(huán)境因素轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)多種資源的再次分配，對于種子萌發(fā)、幼苗生長、灌草進入有促進作用，有利于物種多樣性的提高和生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

4.2 討論

本研究結(jié)果僅反映了林窗對人工更替及灌草多樣性的短期影響。隨著時間推移，周圍喬木樹冠伸展，林分郁閉，植物的種類組成和物種多樣性也會隨之發(fā)生變化。同時，研究僅限于幼苗和灌草，對喬木層林木林冠結(jié)構(gòu)、生物量、土壤有機質(zhì)含量、病蟲害、抗火災能力等的變化未進行充分考慮和研究。