邊緣效應(yīng)對暖溫帶植物生物量的影響研究

翟靜娟

（朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 朔州 036002）

近些年，由于我國經(jīng)濟的快速增長，林業(yè)自然資源持續(xù)消耗，原始森林面積逐步萎縮，產(chǎn)生了大面積的次生林帶，并且與農(nóng)田、荒地等逐漸相連。林區(qū)邊緣地帶是自然界各種物質(zhì)和能量交換的關(guān)鍵地區(qū)。該地區(qū)的穩(wěn)定對于物種的多樣性至關(guān)重要，一旦破壞嚴重，會對森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響。邊緣效應(yīng)(edge effect)是指不同生態(tài)系統(tǒng)交匯處的生態(tài)因子、系統(tǒng)屬性等的變化。隨著我國對生態(tài)環(huán)境的逐步重視，邊緣效應(yīng)研究成為近些年生態(tài)學(xué)研究的熱點之一。

我國邊緣效應(yīng)的相關(guān)研究主要集中在廣東、四川、云南、福建、海南等地進行。而在山西，邊緣效應(yīng)的研究區(qū)域主要集中在霍州市霍山的七里峪。不同的生態(tài)學(xué)家因研究對象、目的、角度、手段等的不同，最終所獲得的研究結(jié)果也不同。近年來，一些學(xué)者對邊緣效應(yīng)的特征和機理作了有益的探討。在國外，邊緣效應(yīng)的研究起步較早，但大多數(shù)都集中在動物分布的變化。一項調(diào)查片斷化森林中邊緣效應(yīng)的研究顯示，森林喪失對昆蟲群落的普遍負面影響可能對自然界和農(nóng)業(yè)產(chǎn)生影響。另一項研究顯示，邊緣效應(yīng)增強了溫帶闊葉林的碳吸收。有研究顯示，片斷化的林地對于生物多樣性的保持也具有重要作用。

邊緣效應(yīng)是自然界普遍存在的。由于人類活動的加強產(chǎn)生了較多新的邊緣，從而產(chǎn)生了許多新的邊緣效應(yīng)。同時，原有的一些邊緣效應(yīng)也會消失。這些都影響新環(huán)境的建立和生態(tài)系統(tǒng)的平衡。因此，這一領(lǐng)域的研究愈加活躍，以期通過對邊緣效應(yīng)的研究來達到對其進行調(diào)控的目的。本研究以不同的森林群落類型為研究對象，調(diào)查了暖溫帶地區(qū)不同群落類型的邊際效應(yīng)及對生物量的影響。

1 材料和方法

1.1 采樣點的選擇

本研究的采樣地點位于山西省南部的霍山地區(qū)，處于北緯36°21'~36°45'與東經(jīng)115°40'~112°20'之間，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為9.3~12.3℃，年平均降水量為500~700 mm。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地的基本概況 本研究采用樣方法對4個落葉闊葉林地和2個針葉林地進行調(diào)查，如表1所示。

表1 霍山地區(qū)采樣點特征

1.2.2 樣方的設(shè)計 在霍山七里峪地區(qū)，通過勘察，選取具有明顯邊緣特征的落葉闊葉林和針葉林。落葉闊葉林樣地覆蓋面積占樣地面積的80%，針葉林樣地覆蓋面積占樣地面積的20%。每個樣地的樣方選取方法如圖1所示。緣特征種和指示種。

圖1 樣方調(diào)查及樣方命名示意圖

1.2.5 數(shù)據(jù)分析方法 采用SPSS19.0和EXCEL2007進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

1.2.3 樣方調(diào)查 每個樣方大小為5 m×5 m，每個樣地樣方設(shè)置如圖1所示，測量方法如下：每個樣方中，灌木地上部分進行收割，稱量其鮮質(zhì)量。采用全稱重法，將樣品在80℃下進行烘干，計算樣品干質(zhì)量與鮮質(zhì)量之比，進而獲得樣木地上部分的干質(zhì)量，單位為千克每平方米（kg·m）。

1.2.4 邊緣效應(yīng)指示種的調(diào)查 對霍山七里峪進行邊緣效應(yīng)指示種的調(diào)查研究。由邊緣內(nèi)至邊緣外分別記錄落葉闊葉林邊緣特征種和指示種、針葉林邊

2.1 邊緣效應(yīng)對落葉闊葉林植物灌叢地上生物量的影響及邊緣特征種和指示種

2.1.1 邊緣效應(yīng)對落葉闊葉林灌木地上總生物量的影響 由圖2可以看出，灌木地上總生物量在邊緣-5 m左右達到最大值26.57 kg。邊緣-5 m以外的區(qū)域灌木地上總生物量較邊緣-5 m左右區(qū)域小。邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域灌木總生物量也較邊緣-5 m左右區(qū)域??；且隨著距離邊緣的距離變遠，其灌木地上總生物量呈下降趨勢。例如，距離邊緣5~10 m范圍內(nèi)灌木地上總生物量大約為17.5 kg，距離邊緣10~15 m范圍內(nèi)灌木地上總生物量大約為15.0 kg，距離邊緣15~20 m灌木地上總生物量大約為5 kg。另外，經(jīng)過野外目測觀察邊緣內(nèi)15 m以內(nèi)的區(qū)域，其灌木地上生物量總量的變化幅度較小，基本維持在5 kg左右。

圖2 各樣地樣方平均地上生物量變化曲線圖

2.1.2落葉闊葉林邊緣特征種 邊緣內(nèi)至邊緣外都有分布的物種，一般是屬于耐陰植物。如圖3所示，部分此類物種隨著距離邊緣的距離的變化生物量沒有太大變化，例如：紅瑞木（L.）。部分此類物種隨著距離邊緣的距離的變化生物量發(fā)生很大變化，在距離邊緣±5 m左右區(qū)域的區(qū)域生物量劇增，例如：遼東櫟（Koidz.）、榛子（Bess.）、連翹（(Thunb.)Vahl.）。這種在邊緣區(qū)域物種生物量很大的物種稱為邊緣特征種。

圖3 幾種植物地上生物量隨邊緣變化情況

2.1.3 落葉闊葉林邊緣指示種 部分物種只分布在邊緣±5 m左右區(qū)域，在其他區(qū)域沒有分布，例如照山白（Turcz.）、山楂（Bunge.）、鼠李（Pall.）等。此類物種一般都是比較耐旱、多刺的植物。由此推斷，這類物種有助于防止牛、羊等進入森林，對森林起到一定的保護作用。此類物種稱為邊緣指示種。

2.2 邊緣效應(yīng)對針葉林植物灌叢地上生物量的影響及邊緣特征種和指示種

2.2.1 邊緣效應(yīng)對針葉林灌木地上總生物量的影響由圖4可以看出，灌木地上總生物量在邊緣-5m左右達到最大值3.58 kg。邊緣-5 m以外的區(qū)域灌木地上總生物量較邊緣-5 m左右區(qū)域小，每5 m×5 m樣方灌木地上總生物量維持在1～3 kg之間，距離邊緣較遠的區(qū)域比距離邊緣較近的區(qū)域的灌木生物量大。邊緣5m以內(nèi)的區(qū)域灌木總生物量也較邊緣-5m左右區(qū)域小；隨著距離邊緣的距離變遠，其灌木地上總生物量急劇下降。例如，距離邊緣5～10 m范圍內(nèi)灌木地上總生物量為0.74 kg，距離邊緣10～15 m范圍內(nèi)灌木地上總生物量大約為0.49 kg，15 m以內(nèi)灌木地上總生物量為0.1 kg。邊緣-5 m以外的區(qū)域灌木地上總生物量比邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域灌木總生物量大。另外，經(jīng)過野外目測觀察邊緣內(nèi)15 m以內(nèi)的區(qū)域，灌木以及草本數(shù)量極少，基本維持在0.1 kg左右。

圖4 各針葉林樣方平均地上生物量變化曲線圖

2.2.2 針葉林邊緣特征種 與落葉闊葉林相對比，針葉林灌木地上生物量明顯下降，各物種生物量都比較小。因此，很難找到較顯著的針葉林邊緣特征種，只發(fā)現(xiàn)遼東櫟幼苗（Quercus liaotungensis Koidz.）一種。隨著距離邊緣的距離變化，其生物量表現(xiàn)出明顯的差異（圖5）。

圖5 各針葉林樣方遼東櫟平均地上生物量

2.2.3 落葉闊葉林邊緣指示種

筆者推測針葉林邊緣指示種為散花胡頹子（Thunb.），其分布于邊緣±5 m左右。

3 結(jié)論與討論

人為因素可能導(dǎo)致森林的片斷化，進而引起局部氣候和土壤環(huán)境的變化，甚至引起生態(tài)系統(tǒng)功能的變化。本研究對形成約10年的暖溫帶落葉闊葉林和針葉林地邊緣的植物生物量進行了深入的調(diào)查。

（1）落葉闊葉林地邊緣±5 m左右的區(qū)域是灌木物種數(shù)量最多，且地上生物量最大的區(qū)域。而邊緣-5 m以外的區(qū)域與邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域較邊緣±5 m左右區(qū)域灌木物種數(shù)量少。

（2）落葉闊葉林灌木地上總生物量在邊緣-5 m左右達到最大值26.57 kg。邊緣-5 m以外的區(qū)域灌木地上總生物量較邊緣5 m左右區(qū)域小，每5 m×5 m樣方灌木地上總生物量維持在5~15 kg之間。邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域灌木總生物量也較邊緣-5 m左右區(qū)域??；隨著距離邊緣的距離變遠，其灌木地上總生物量呈下降趨勢。

（3）針葉林邊緣-5 m左右區(qū)域是灌木物種數(shù)量最多，且地上生物量最大的區(qū)域。而邊緣-5 m以外的區(qū)域與邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域較邊緣-5 m左右區(qū)域灌木物種數(shù)量少。邊緣-5 m以外的區(qū)域，主要的灌木物種為陽生植物。邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域，主要的灌木物種為陰生植物。陽生植物一般較陰生植物高大，因此邊緣-5 m以外的區(qū)域灌木總地上生物量較邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域大。

（4）針葉林灌木地上總生物量在邊緣-5 m左右達到最大值3.58 kg。邊緣-5 m以外的區(qū)域灌木地上總生物量較邊緣-5 m左右區(qū)域小，每5 m×5 m樣方灌木地上總生物量維持在1~3 kg之間，距離邊緣較遠區(qū)域比距離邊緣較近區(qū)域的灌木生物量大。邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域灌木總生物量也較邊緣-5 m左右區(qū)域??；隨著距離邊緣的距離變遠，其灌木地上總生物量急劇下降。

（5）落葉闊葉林邊緣區(qū)域具有邊緣特征種，例如：遼東櫟、榛子、連翹，以及邊緣指示種，例如：照山白、山楂、鼠李等。針葉林邊緣區(qū)域具有邊緣特征種，例如：遼東櫟幼苗，以及邊緣指示種，例如：散花胡頹子。各類植物根據(jù)其與光照強度的關(guān)系，分為陽地植物、陰地植物和耐蔭植物。與陽地植物相比，陰地植物要求較弱的光照強度。陰地植物多生長于密林、草叢或陰濕背陰之處。耐蔭植物的特征介于陽地植物與陰地植物之間，在全日照條件下生長最好，對陰蔽地方也具有較好的適應(yīng)性，且不同種類植物的耐蔭程度差異較大。邊緣的產(chǎn)生會造成邊緣內(nèi)外不同位置光照強度的不同。因此，筆者推斷在邊緣的不同位置，其植物種類組成有所不同。

植被隨著邊緣的出現(xiàn)以及距離邊緣位置的不同，均表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。本研究對隨機選擇的落葉闊葉林和針葉林邊緣的物種生物量等進行調(diào)查分析得出，邊緣不同區(qū)域的物種生物量不同，各物種生物量沿邊緣表現(xiàn)為邊緣±5 m區(qū)域＞邊緣-5 m以外區(qū)域＞邊緣5 m內(nèi)區(qū)域。