疏伐轉化對山楊林分林下植物多樣性的影響

徐國巧，馬嬌嬌，陳哲，王海濤，李娟，盧金平

摘要：為了探究疏伐轉化對林分林下植物多樣性的影響，以53a山楊林分為研究對象，設置對照和疏伐轉化試驗固定樣地，分別于2015、2017、2019年對各樣地進行林下植物多樣性的定期觀察與測定，比較分析疏伐轉化對林下植物多樣性的影響。結果表明，疏伐轉化增加了草本層林下植物種類數(shù)，且疏伐轉化后草本層林下植物重要值發(fā)生變化。疏伐轉化降低了灌木層林下植物種類數(shù)，且疏伐轉化后灌木層林下植物重要值變化不明顯，毛榛始終為灌木層林下植物優(yōu)勢種。疏伐轉化提高了草本層林下植物多樣性指數(shù)。各年份疏伐轉化Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)均大于對照，2015年疏伐轉化Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)分別比對照增加了0.14、0.21、0.02，但Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)差異不顯著（P>0.05）;2017年Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)分別比對照增加了0.14、0.51、0.12，疏伐轉化和對照Simpson指數(shù)和Pielou指數(shù)均差異不顯著（P>0.05），Shannon-Wiener指數(shù)呈顯著差異（P<0.05）;2019年分別比對照增加了0.08、0.49、0.05，疏伐轉化和對照Simpson指數(shù)和Pielou指數(shù)均差異不顯著（P>0.05），Shannon-Wiener指數(shù)呈顯著差異（P<0.05）。隨著時間的變化疏伐轉化對灌木層林下植物多樣性指數(shù)無明顯影響。各年份疏伐轉化與對照除Shannon-Wiener指數(shù)差異顯著（P<0.05）外，Simpson指數(shù)和Pielou指數(shù)均差異不顯著（P>0.05）。因此，疏伐轉化對山楊林下植物多樣性有促進作用。

關鍵詞：疏伐轉化;山楊;林下植物多樣性

The effect of thinning and transformation on understory plant diversity

（XuGuoqiao1，MaJiaojiao1，ChenZhe2，Wang haitao1，LiJuan1，LuJinping1）

（1. Mulanweichang State-owned Forest Farm in Hebei Province，Hebei，Chengde，068450;

2.Agricultural University of Hebei，Hebei，Baoding，071000）

Abstract： In order to explore the impact of thinning and transformation on the diversity of understory plants， a 53-year poplar forest was used as the research object， and a fixed sample plot for the control and thinning transformation experiment was set up. Periodic observation and measurement of understory plant diversity， and comparative analysis of the impact of thinning transformation on understory plant diversity. The results showed that the thinning transformation increased the number of understory plants in the herb layer， and the important value of the undergrowth plants in the herb layer changed after the thinning transformation. Thinning transformation reduced the number of undergrowth plants in the shrub layer， and the important value of undergrowth plants in the shrub layer did not change significantly after thinning and transformation. Corylus mandshurica was always the dominant species of undergrowth plants in the shrub layer. Thinning transformation improves the diversity index of understory plants in the herb layer. The Simpson index， Shannon-Wiener index， and Pielou index of thinning conversion in each year were all larger than the control. In 2015， the thinning conversion Simpson index， Shannon-Wiener index and Pielou index increased by 0.14， 0.21， and 0.02， respectively. The difference between Wiener index and Pielouindex is not significant （P>0.05）; in 2017， Simpson index， Shannon-Wiener index and Pielou index increased by 0.14， 0.51， and 0.12 respectively compared with the control， and the thinning conversion and the control Simpson index and Pielou index were all different Not significant （P>0.05）， the Shannon-Wiener index showed a significant difference （P<0.05）; in 2019， it increased by 0.08， 0.49， and 0.05 compared with the control， respectively. There was no significant difference between the thinning transformation and the control Simpson index and Pielou index （P>0.05）， the Shannon-Wiener index showed a significant difference （P<0.05）. Transformation of thinning over time has no obvious effect on the plant diversity index of shrub layer understory. There was no significant difference between the thinning transformation and the control Simpson indexand Pielou index in each year （P>0.05），except Shannon-Wiener indexshowed a significant difference （P<0.05）.Therefore，thinning and transformation can promote plant diversity under poplar forests.

Keywords： thinning and transformation; poplar; understory plant diversity

疏伐轉化是一種撫育間伐措施。關于撫育間伐對林下植物多樣性的影響已有相關研究。董凱麗等[1]研究了撫育間伐對濕地松人工林林下植物多樣性的影響，結果表明，撫育間伐后，林下植被種類數(shù)增加，Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)均有所提高。馬雙嬌等[2]研究弱度間伐對水曲柳天然林植物多樣性的影響，結果得出，間伐增加了灌木層和草本層的種數(shù)，草本層的Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)，以及灌木層的Simpson指數(shù)均有顯著提高（P<0.05），灌木層和草本層的Margalef豐富度指數(shù)也呈現(xiàn)增加的趨勢，草本層增加幅度大于灌木層。湯景明等[3]按照不同撫育間伐強度對日本落葉松人工林林下植物多樣性進行研究，研究得出，撫育間伐能增加植物多樣性，而且強度間伐促進效果最好。劉俊杰等[4]按照不同目標樹經營密度對杉木人工林林下植物多樣性進行研究，結果表明，目標樹經營能顯著增加灌木層的生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)、多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)（P<0.05）。關于疏伐轉化對山楊林下植物多樣性的影響的研究較少。所以本文以53年生山楊天然次生林為研究對象，研究疏伐轉化對山楊天然次生林林下植物多樣性的影響。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)設置在河北省承德市圍場縣木蘭圍場國有林場孟灤分場。該林場地處河北省圍場縣西北部的灤河上游地區(qū)，北與渾善達克沙地南緣相望，總經營面積1.87萬公頃、有林地面積1.53萬公頃、森林覆蓋率82 %，是為京津阻沙源、為灤河蓄水源的重要生態(tài)屏障。地理位置為北緯41°35'～42°40'， 東經116°32'～118°14'， 海拔為700～2000m， 地勢西北高， 東南低;該地區(qū)屬于半濕潤半干旱的過渡地區(qū)，冬季酷寒干燥，夏季涼爽無暑熱，春秋兩季多風沙，年均降水量為445mm，年均氣溫為3.3℃，喬木樹種主要為華北落葉松（Larix principis-rupprechtii ）、山楊（Populus davidiana）、白樺（Betula platyphylla）、五角楓（Acer elegantulum）、蒙古櫟（Quercus mongolica）等，林下灌木主要為平榛（Corylus heterophylla）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、毛榛（Corylus mandshurica）等，草本植物主要為烏蘇里薹草（Carex ussuriensis）、龍牙草（Agrimonia pilosa）、林地早熟禾（Poa nemoralis）等。

2 研究方法

2.1 樣地設置與調查

2013年在孟灤分場選擇林分生長狀況、地形、海拔、坡位、坡向、坡度、土壤類型等立地條件相對一致，林分密度相差不多，林齡為53a的山楊人工林作為研究對象，設置標準地大小為20m×30m，對照與疏伐轉化樣地各設置3次重復，間伐強度為36%。在每個標準地四角和中心位置設置5個5m×5m灌木小樣方，再在每個灌木樣方內設置1個1m×1m 的草本小樣方，調查樣方中灌木、草本的種類、株數(shù)、高度（m）、蓋度（%），記錄樣方中的更新苗的狀況。分別于2015、2017、2019年對標準地保留木進行重新檢尺，記錄樹高、胸徑等，調查灌木和草本的種類、高度、蓋度、株數(shù)、更新幼苗種類和數(shù)量。樣地基本信息如表1所示。

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

2.2.1 重要值分析

根據(jù)物種的相對多度、相對蓋度或相對頻度，計算每塊標準地中各物種的重要值IV。

重要值IV=（RA+RF+RS）/3? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：RA為相對多度;RF為相對頻度;RS為相對蓋度。

2.2.2 林下植物多樣性指數(shù)分析

植物多樣性測定采用Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)進行評價。

Simpson指數(shù)：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

Shannon-Wiener指數(shù)：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

Pielou指數(shù)： （4）

式中，Pi為某物種個體數(shù)占樣地群落總個體數(shù)的比例; S 為樣方中出現(xiàn)的物種類群數(shù)。

3 結果與分析

3.1 疏伐轉化對山楊林下植物種類數(shù)和重要值的影響

由表2可知，疏伐轉化后草本層林下植物種類數(shù)呈現(xiàn)增加的趨勢。隨著時間的變化疏伐轉化草本層林下植物種類數(shù)逐漸增加，對照則呈逐漸減小的趨勢。2015年對照草本層林下植物種類數(shù)大于對照，但隨著時間的延長，疏伐轉化草本層林下植物種類數(shù)逐漸超過對照，2017、2019年分別比對照增加了6、10種。由此可知，疏伐轉化能夠提高草本層物種豐富度。

由表2可知，疏伐轉化后草本層林下植物重要值發(fā)生變化。2015年對照草本層林下植物重要值較高的為五?；ǎ?2.73）、大葉糙蘇（11.62），疏伐轉化重要值較高的為大葉糙蘇（20.25）、蹄蓋蕨（12.51）;2017年對照草本層林下植物重要值較高的為匍枝委陵菜（17.14）、五福花（9.74），間伐樣地重要值較高的變?yōu)榇笕~糙蘇（21.17）、白花碎米薺（13.26）;2019年對照草本層林下植物重要值較高的為大葉糙蘇（16.11），疏伐轉化重要值較高的為大葉糙蘇（25.53）、五?；ǎ?.47）。由此可知，對照和疏伐轉化的共有種為白花碎米薺、大葉糙蘇、二葉舞鶴草、鳳毛菊、廣布野豌豆、鹿藥、盤果菊、披針葉薹草、五?；?、展枝唐松草，其中大葉糙蘇始終為對照和疏伐轉化草本層林下植物重要值較高的物種。

由表3可知，疏伐轉化后降低了灌木層林下植物種類數(shù)。隨著時間的變化，疏伐轉化灌木層林下植物種類數(shù)逐漸減小，對照林下植物種類數(shù)逐漸增加。2015年疏伐轉化灌木層林下植物種類數(shù)大于對照，比對照增加了2種，但2017、2019年疏伐轉化灌木層林下植物種類數(shù)均小于對照。

由表3可知，疏伐轉化后灌木層林下植物重要值變化不明顯。2015年，對照灌木層林下植物重要值較高的為毛榛（56.84），疏伐轉化重要值較高的為毛榛（20.37）、胡枝子（18.61）、毛榆（15.45）;2017年對照灌木層林下植物重要值較高的為毛榛（51.22），疏伐轉化重要值較高的為毛榛（48.45）、胡枝子（13.2）;2019年對照灌木層林下植物重要值較高的也為毛榛（38.96）、雞樹條莢蒾（9.83），疏伐轉化重要值較高的為毛榛（40.11）、胡枝子（11.36）、華北忍冬（10.69）、栓翅衛(wèi)矛（10.27）。由此可知，疏伐轉化后，灌木層林下植物優(yōu)勢種始終為毛榛，而胡枝子（11.36）、華北忍冬（10.69）的重要值逐漸增強。

3.2 疏伐轉化對山楊林下植物多樣性指數(shù)的影響

3.2.1 疏伐轉化對山楊草本層林下植物多樣性指數(shù)的影響

由圖1可知，疏伐轉化提高了草本層林下植物多樣性指數(shù)。2015年疏伐轉化草本層Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)均大于對照，分別比對照增加了0.14、0.21、0.02，但疏伐轉化和對照Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)差異不顯著（P>0.05），2017年疏伐轉化Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)也均大于對照，分別比對照增加了0.14、0.51、0.12，疏伐轉化和對照Simpson指數(shù)和Pielou指數(shù)均差異不顯著（P>0.05），Shannon-Wiener指數(shù)呈顯著差異（P<0.05）;2019年疏伐轉化Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)均大于對照，分別比對照增加了0.08、0.49、0.05，疏伐轉化和對照Simpson指數(shù)和Pielou指數(shù)均差異不顯著（P>0.05），Shannon-Wiener指數(shù)呈顯著差異（P<0.05）。由此可知，疏伐轉化對草本層林下植物多樣性有促進作用。

由圖2可知2015年疏伐轉化灌木層Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)均大于對照，分別比對照增加了0.16、0.31、0.15，疏伐轉化和對照Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)均差異不顯著（P>0.05）;2017年疏伐轉化灌木層Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)大于對照，分別比對照增加了0.06、0.19，Pielou指數(shù)無變化，疏伐轉化和對照Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)均差異不顯著（P>0.05）;2019年疏伐轉化灌木層Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)大于對照，分別比對照增加了0.01、0.02，Pielou指數(shù)無變化，疏伐轉化和對照Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)均差異不顯著（P>0.05）。由此可知，隨著時間的變化，疏伐轉化對灌木層Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)無明顯影響。

4 結論與討論

撫育間伐可以調整林內關系，增大林窗，使林內裸露空間擴大，環(huán)境異質性增加，改變了林內光照、水分、溫度等環(huán)境因子，為植物的生長發(fā)育提供了充足的自然資源，使得林下植被迅速更新，從而提高了植物多樣性。疏伐轉化也是撫育間伐的一種，因此對林下植物多樣性有促進作用。本研究表明疏伐轉化增加了草本層林下植物種類數(shù)，這與馬雙嬌等[2]研究結果一致，且疏伐轉化后草本層林下植物重要值發(fā)生變化。疏伐轉化降低了灌木層林下植物種類數(shù)，且疏伐轉化后灌木層林下植物重要值變化不明顯，毛榛始終為灌木層林下植物優(yōu)勢種。疏伐轉化提高了草本層林下植物多樣性指數(shù)。各年份疏伐轉化Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)均大于對照，這與郭海灃等[5]、董凱麗等[1]研究結果一致。隨著時間的變化疏伐轉化對灌木層林下植物多樣性指數(shù)無明顯影響。各年份疏伐轉化與對照Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)均差異不顯著（P>0.05）。由此說明疏伐轉化對山楊林下植物多樣性有促進作用。

參考文獻

[1]董凱麗，張國湘，王瑞輝，等.撫育間伐對濕地松人工林生長及林下植被多樣性的影響[J].林業(yè)資源管理，2019（4）：59-68.

[2]馬雙嬌，王慶成，崔東海，等.撫育間伐對水曲柳天然林群落結構及植物多樣性的影響[J].東北林業(yè)大學學報，2019，47（2）：1-7.

[3]湯景明，孫擁康，馮駿，等.不同強度間伐對日本落葉松人工林生長及林下植物多樣性的影響[J].中南林業(yè)科技大學學報，2018，38（6）：90-93+122.

[4]劉俊杰，呂倩，沈逸，等.目標樹初期經營對杉木人工林林下植物多樣性和土壤理化性質的影響[J].應用與環(huán)境生物學報，2021，27（2）：408-415.

[5]郭海灃，王濤，賈煒瑋.撫育間伐對林口林業(yè)局主要針葉樹種生長結構及生物多樣性的影響[J].東北林業(yè)大學學報，2019，47（12）：1-6.