透光撫育對(duì)甘肅省小隴山東岔林區(qū)植物多樣性的影響

張江濤，劉小林，陳瑞鋒，李安民，周卓玲?，楊燕萍，孫斌

（1 甘肅省小隴山林業(yè)科學(xué)研究所/甘肅省次生林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅小隴山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家級(jí)定位觀測(cè)研究站，甘肅天水 741022；2 甘肅省小隴山林業(yè)保護(hù)中心東岔林場(chǎng)，甘肅天水 741039）

1 林區(qū)概況

小隴山林區(qū)位于甘肅省東南部，而東岔林場(chǎng)是小隴山林區(qū)21 個(gè)國(guó)有林場(chǎng)之一，林場(chǎng)位于西秦嶺北坡，地理坐標(biāo)東經(jīng)106°28＇～106°44＇，北緯34°14＇～34°26＇之間，屬渭河峽谷區(qū)域，森林資源豐富，總經(jīng)營(yíng)面積42.6hm2，森林覆蓋率達(dá)88.6%。

1.1 植物資源方面

東岔林場(chǎng)為落葉闊葉林帶，以萌生闊葉混交林為主，現(xiàn)有植物800 余種，其中，野生林木種質(zhì)資源有61科146 屬，約300 余種。區(qū)內(nèi)植物呈明顯帶狀分布，主要有：華山松、油松、側(cè)柏、巴山冷杉、紅樺、白樺、短梗菝葜、防己葉菝葜、鞘柄菝葜、托柄菝葜、藏刺榛、木梨、山杏、陜甘山桃、毛櫻桃、托葉櫻桃、微毛櫻桃、多毛櫻桃等。

1.2 氣候方面

東岔林區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，平均氣溫12℃，年均濕度65%，無(wú)霜期180d，年降水量700mm，年中極端高溫38.6℃，極端低溫-18.2℃，域內(nèi)受渭河北上暖濕氣流影響嚴(yán)重。

1.3 土壤方面

以山地褐土和山地棕壤為主，海拔1800m 以下為地帶性土壤，偏堿性，通氣較好，肥力一般。

2 研究方法與內(nèi)容

2.1 樣本設(shè)置

在東岔林區(qū)選取2 塊樣本地：一塊按照全透光進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置面積為600m2，框定域內(nèi)后再進(jìn)行細(xì)分，將其平均分為24 份小樣本地，每個(gè)小樣本地面積為25m2；另一塊按照半透光進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置面積為600m2，同樣采取再細(xì)分的方式，設(shè)置等面積的小樣本地，每個(gè)小樣本地面積為25m2。在2 塊樣本地，分別調(diào)查植物科屬種、具體高度、胸徑等指標(biāo)。在調(diào)查期內(nèi)，進(jìn)行不同對(duì)應(yīng)設(shè)置蓄積比例，在全透光樣本地透光率為100%，在半透光樣本地透光率為50%。在不同強(qiáng)度透光撫育試驗(yàn)下，研究植物多樣性變化，調(diào)查樹(shù)種組成結(jié)構(gòu)、徑級(jí)結(jié)構(gòu)、林分蓄積量、蓄積生產(chǎn)力。

另外，在類似地形地貌區(qū)域，設(shè)置同比例大小對(duì)照樣本區(qū)，面積為600m2，框定域內(nèi)后再進(jìn)行細(xì)分，將其平均分為24 份小樣本地，每個(gè)小樣本地面積為25m2，作為研究透光撫育對(duì)甘肅省小隴山東岔林區(qū)植物多樣性影響的對(duì)照樣本區(qū)。各樣本區(qū)選擇在立地條件和林分狀況基本一致的區(qū)域，并按照透光撫育成效監(jiān)測(cè)小班記錄表，記錄各樣本區(qū)域植物調(diào)查數(shù)據(jù)。在具體記錄中，小班調(diào)查以實(shí)測(cè)與目測(cè)相結(jié)合的方式進(jìn)行，對(duì)目標(biāo)樹(shù)種進(jìn)行實(shí)測(cè)，全面掌握林木分布、樹(shù)種更新、樹(shù)種組成等調(diào)查因子。

2.2 分析方法

2.2.1 多樣性指數(shù)計(jì)算方法。主要用于研究東岔林區(qū)樣本區(qū)內(nèi)植物多樣性的范圍和分布，具體來(lái)講，就是劃分樣本區(qū)內(nèi)的植物多樣性，而豐富度、均勻度是具體驗(yàn)證植物多樣性的2 個(gè)子項(xiàng)指標(biāo)，離散度為輔助指標(biāo)。豐富度用來(lái)測(cè)量現(xiàn)有植物占據(jù)多少生態(tài)位空間，均勻度用來(lái)測(cè)量植物性狀所占據(jù)性狀空間的分布規(guī)律，意指樣本區(qū)域中，全部植物種類個(gè)體數(shù)目的分配狀況。而離散度用來(lái)測(cè)量植物群落在性狀空間的離散程度。

計(jì)算方法如下：豐富度指數(shù)使用辛普森多樣性指數(shù)計(jì)算，公式為：

公式中，D 代表著多樣性指數(shù)；N 是樣本區(qū)域內(nèi)所有植物種類的個(gè)體總數(shù)；ni 表示第i 個(gè)植物的個(gè)體數(shù)；S是總體種數(shù)的數(shù)目。

物種均勻度一般用觀察多樣性比最高多樣性進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算方法是基于Shannon-Wiener 指數(shù)計(jì)算物種多樣性，計(jì)算公式為：

S 為樣本區(qū)域內(nèi)物種數(shù)；ln 為群落內(nèi)各物種的個(gè)體總數(shù)量；H′為Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)。

本研究中，在甘肅省小隴山東岔林區(qū)植物多樣性的測(cè)算主要是綜合豐富度和均勻度2 項(xiàng)指標(biāo)。

2.2.2 群落重要值分析方法。在東岔林區(qū)樣本區(qū)域內(nèi)，分別計(jì)算全透光樣本區(qū)和半透光樣本區(qū)的樹(shù)種組成重要值，并將其與對(duì)照樣本區(qū)進(jìn)行比對(duì)。綜合分析后，研究不同透光強(qiáng)度對(duì)樣本區(qū)植物多樣性組成結(jié)構(gòu)的影響。群落重要值分析方法主要是用重要值，研究樣本區(qū)域內(nèi)植被種屬在樣本群落中的基礎(chǔ)地位和相關(guān)作用的綜合性數(shù)量指標(biāo)。該指標(biāo)由相對(duì)密度、相對(duì)頻度、相對(duì)優(yōu)勢(shì)度共同組成，數(shù)值取值在0～300 之間，指標(biāo)的高低直接顯示植物物種在群落中的相對(duì)重要值。計(jì)算方法如下：

重要值（IV）=相對(duì)密度+相對(duì)頻度+相對(duì)蓋度

其中，相對(duì)密度為某個(gè)種的株數(shù)占所有種的總株數(shù)比例；相對(duì)頻率為某個(gè)種在樣方中出現(xiàn)的次數(shù)占所有種出現(xiàn)的總次數(shù)比值；相對(duì)蓋度是指某個(gè)種的胸高斷面積占所有種胸高斷面積之和的比值。

2.3 透光撫育

透光撫育，即透光伐，一般選擇在幼林區(qū)中進(jìn)行，主要按照不同透光比例，砍伐遮陰或非目的樹(shù)種，以達(dá)到調(diào)整林分結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。重點(diǎn)砍伐次要的、密度高的、影響采光的、生長(zhǎng)不佳的樹(shù)種，透光伐后可以很好地引入光線，對(duì)土壤、氣溫進(jìn)行“再塑”。通過(guò)上層伐透，實(shí)現(xiàn)解放、孕育下層新生代樹(shù)種的效果，達(dá)到豐富植物多樣性的目的。在分區(qū)進(jìn)行透光伐時(shí)，著重把握2 個(gè)設(shè)置點(diǎn)：一是對(duì)全透光或半透光，這是形成有效對(duì)照樣本的關(guān)鍵，也是分區(qū)進(jìn)行透光撫育、驗(yàn)證植物多樣性的核心，全透光與半透光要“對(duì)標(biāo)設(shè)置”；二是對(duì)透光伐，在樣本區(qū)域，綜合進(jìn)行研判，在緩坡、平地宜進(jìn)行南北向設(shè)帶，有利于引光，以利于林木生長(zhǎng)；在坑洼地帶、陡坡，采取東西向及等高線平行設(shè)置法，以利于水土保持，消除“影響”因素。

3 結(jié)果分析

交叉分析可得，在透光伐前和透光后，全透光區(qū)、半透光區(qū)、對(duì)照區(qū)內(nèi)新生植物均有不同程度的增長(zhǎng)，且以野生林木種為主。根據(jù)調(diào)查班組對(duì)新生樹(shù)種及樹(shù)種分布的記錄情況，半透光區(qū)植物多樣性增長(zhǎng)顯著。

3.1 多樣性指數(shù)視角下，透光撫育對(duì)植物多樣性的影響

3.1.1 東岔林區(qū)植物豐富度分析。東岔林區(qū)的植物多樣性與不同類型的透光方式有著緊密關(guān)系，在全透光區(qū)和半透光區(qū)，樣本區(qū)內(nèi)野生林木種質(zhì)資源豐富度分別為14、20，變化幅度存在一定數(shù)量的差距。從柏科、禾本科、虎耳草科等抽樣選擇中，植物豐富度在透光撫育影響下，在沿坡位環(huán)境呈現(xiàn)有規(guī)律聚集，柏科、禾本科、虎耳草科在中坡優(yōu)勢(shì)明顯，植物種類數(shù)量略高于下坡位及高坡位。因此，在東岔林區(qū)樣本區(qū)內(nèi)半透光中坡位地帶，植物多樣性優(yōu)于對(duì)照組和全透光區(qū)，且影響方式主要是通過(guò)提高植物種類豐富度實(shí)現(xiàn)。

3.1.2 東岔林區(qū)植物均勻度分析。與豐富度相比，均勻度雖然在直觀上反映植物多寡存在短板，但在均勻程度層面表現(xiàn)顯著。均勻度越高，樣本區(qū)內(nèi)群落植物個(gè)體數(shù)量比較均衡，植物存在相對(duì)平衡的狀態(tài)，往往意味著區(qū)域內(nèi)植物狀態(tài)更穩(wěn)定。在東岔林區(qū)，物種均勻度隨著透光強(qiáng)度的增加出現(xiàn)較為規(guī)律的變化，在實(shí)踐中，東岔林區(qū)典型野生林木種均勻度依次為0.5、0.6、0.2，呈現(xiàn)半透光＞對(duì)照＞全透光的變化趨勢(shì)，均勻度平均值為0.43，全透光、半透光、對(duì)照區(qū)三方樣本區(qū)內(nèi)波動(dòng)幅度較大。從典型性野生林木種均勻程度來(lái)看，半透光在維持樣本區(qū)植物多樣性方面，尤其在植物種均勻度方面要明顯優(yōu)于對(duì)照區(qū)和全透光。究其原因，主要是由于半透光使樣本內(nèi)的光照條件趨于平衡，導(dǎo)致植物種在個(gè)體數(shù)量分布上相對(duì)均衡，進(jìn)而提高了植物多樣性均勻度。

3.2 群落重要值視角下，透光撫育對(duì)植物多樣性的影響

在東岔林區(qū)3 組樣本區(qū)內(nèi)，全透光、半透光及對(duì)照組在不同透光撫育下，對(duì)野生林木樹(shù)種影響有所差異，其中，柏科影響優(yōu)勢(shì)明顯。不同透光撫育強(qiáng)度下，植物多樣性呈現(xiàn)態(tài)勢(shì)明顯，并且區(qū)別較為顯著，可以看出，隨著透光影響的不同，植物多樣性呈現(xiàn)梯式變化。

綜合分析可得，在綜合相對(duì)密度、相對(duì)頻度、相對(duì)蓋度下，相對(duì)值在全透光、半透光、對(duì)照組數(shù)值排列（見(jiàn)表1），其中，半透光在實(shí)現(xiàn)植物豐富度方面明顯優(yōu)于對(duì)照組和全透光樣本區(qū)。分析原因，主要是由于適當(dāng)?shù)耐腹饴始巴革L(fēng)條件，有利于維持下層植物群落生長(zhǎng)，喜陰與喜陽(yáng)在此類環(huán)境下能得到充分生長(zhǎng)，半透光能同時(shí)滿足2 種喜好植物的生長(zhǎng)需求，從而有利于多植物共生和植物多樣性成長(zhǎng)。在全透光組，光照較強(qiáng)，不利于陰性物種生長(zhǎng)，而在對(duì)照組，林蔭較密，上層透光性較差，不利于喜陽(yáng)類植物生長(zhǎng)。這充分說(shuō)明，半透光在刺激植物多樣性方面優(yōu)勢(shì)明顯，此種透光撫育下，對(duì)東岔林區(qū)植物多樣性的繁衍具有實(shí)踐意義。

表1 東岔林場(chǎng)野生林木種質(zhì)資源涉及樹(shù)種各樣本區(qū)重要值一覽表

3.3 透光撫育對(duì)植物多樣性的試驗(yàn)影響

綜合分析可知，在豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)方面，經(jīng)全透光和半透光撫育后，柏科、禾本科、虎耳草科等樣本2 個(gè)多樣性指數(shù)規(guī)律較為一致，半透光明顯高于另外2個(gè)樣本區(qū)，Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)在半透光區(qū)優(yōu)勢(shì)明顯?？梢?jiàn)，一定強(qiáng)度透光能維持和繁育禾本科等物種的多樣性，與全透光相比，半透光區(qū)植物物種豐富度增加了7 種，分別為：矮箭竹、秦嶺箭竹、寶興茶藨子、華蔓茶藨子、漸尖茶藨子、莼蘭繡球、東陵繡球，半透光撫育增加幅度較大。在重要值方面，上層透光撫育對(duì)東岔林區(qū)側(cè)柏、刺柏等植物的影響規(guī)律顯著，在近似林分狀況下進(jìn)行透光撫育，在株數(shù)、高度、種類等層面，半透光區(qū)均好于另外2 個(gè)樣本區(qū)，以柏科等植物為代表的植物群落新增量高于全透光和對(duì)照組?？梢?jiàn)，半透光是促進(jìn)林木多樣化成長(zhǎng)的較好途徑。

4 結(jié)語(yǔ)

在甘肅省小隴山東岔林區(qū)，不同透光下對(duì)林下植物的更新存在一定差異，幼林成長(zhǎng)和密度增加與適度透光影響密切。在樣本區(qū)域，采用多樣性計(jì)算方法和群落重要值分析方法，分析不同透光撫育狀態(tài)（全透光、半透光、對(duì)照區(qū)）對(duì)東岔林區(qū)植物多樣性（豐富度、均勻度）的影響效果，半透光有利于柏科、禾本科等植物的豐富度和多樣性，有利于增加林下植物的多樣性。綜合對(duì)照結(jié)果，半透光植物多樣性影響顯著，半透光既有利于更新野生林木種豐富度，又有利于林下植物多樣性的維持。因此，在實(shí)現(xiàn)東岔林場(chǎng)生態(tài)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)注重對(duì)上層林區(qū)進(jìn)行適當(dāng)干擾，避免大規(guī)模破壞與長(zhǎng)期“散養(yǎng)”，積極構(gòu)建半透光生態(tài)，努力形成穩(wěn)定多樣的植物群落。