長(zhǎng)白落葉松不同皆伐帶寬對(duì)生物多樣性的影響

劉奇 孫楠 張怡春

摘要 以黑龍江省佳木斯市孟家崗林場(chǎng)長(zhǎng)白落葉松人工林為研究對(duì)象，采用3種帶寬（15 m，30 m和50 m）進(jìn)行帶狀皆伐，2年后對(duì)采伐后的林地和對(duì)照林分林下生物多樣性情況進(jìn)行調(diào)查分析，結(jié)果顯示：帶狀皆伐后，草本植物、灌木植物和天然更新樹(shù)種種類(lèi)較對(duì)照增加，平均高也增加，并隨著皆伐帶寬的增大而增多；皆伐后喜光草本植物和灌木植物的重要值增加，耐陰植物重要值降低，草本植物的多樣性和均勻度均低于對(duì)照林分，灌木植物的多樣性和均勻度高于對(duì)照林分，皆伐帶寬越大，草本多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)就越低，灌木植物的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)就越高。

關(guān)鍵詞 長(zhǎng)白落葉松；皆伐；生物多樣性；天然更新

中圖分類(lèi)號(hào) S718 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）27-164-03

Effect of Different Clear-cutting Band Widths of Larix olgensis Henry on the Bio-diversity

LIU Qi1， SUN Nan2*， ZHANG Yi-chun2

（1. Forest Science Academy of Heilongjiang Province， Harbin， Heilongjiang 150081； 2. Forest Science Research Institute of Heilongjiang Province， Harbin， Heilongjiang 150081）

Abstract An experiment was clear-cutted by 3 band widths（15 m， 30 m and 50 m） on the Larix olgensis Henry plantation of Mengjiagang forest in Heilongjiang Province， the result under investigating and analyzing the bio-diversity in woodland after cutting and control plot show that： the species of herbaceous plants， shrubs and natural regeneration increased after the strip cutting and the average height was increased too with the increase of the bandwidth of the cutting. The important value of herbaceous and shrubs of bright light increased and that of low light decreased. The diversity and evenness of herbaceous plant were lower and that of shrubs were higher than the contrast， the diversity and evenness of herbaceous plant decreased and that of shrubs increased with the increase of the bandwidth of the cutting.

Key words Larix olgensis Henry； Clear-cutting； Bio-diversity； Natural regeneration

20世紀(jì)中期由于過(guò)度采伐造成森林資源短缺，長(zhǎng)白落葉松生長(zhǎng)速度快，適應(yīng)性強(qiáng)成為黑龍江省主要的造林樹(shù)種[1-4]。大面積的長(zhǎng)白落葉松人工純林密度偏大，林下植被稀疏、群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生物多樣性銳減、土壤酸化、養(yǎng)分衰竭、土壤板結(jié)、地力下降、涵養(yǎng)水源能力下降，生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱，無(wú)法發(fā)揮生態(tài)公益效能[5-7]。該文研究不同皆伐帶寬的林下生物多樣性及林下的天然更新情況，為現(xiàn)有長(zhǎng)白落葉松人工純林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)域概況

孟家崗林場(chǎng)位于黑龍江省樺南縣東北部，地理坐標(biāo)為130°32′42″～130°52′36″ E，46°20′16″～46°30′50″ N。地處完達(dá)山西麓余脈，以低山丘陵為主，坡度較為平緩，大部分坡度在10°～20°，平均海拔250 m，屬東亞大陸性季風(fēng)氣候。年平均氣溫2.7 ℃，年≥10 ℃積溫2 547 ℃，年平均降水量550 mm，無(wú)霜期120 d左右。

2 研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)在黑龍江省佳木斯市孟家崗林場(chǎng)52林班的11小班和69林班的11、12小班，林齡為41年，面積為10.8 hm2，其中5，6，7區(qū)采伐帶寬為15 m，8，9，10區(qū)采伐帶寬為30 m，1，2，3區(qū)采伐帶寬為50 m，每個(gè)小區(qū)設(shè)置固定標(biāo)準(zhǔn)地1塊，共計(jì)9塊。各區(qū)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)為：1區(qū)穴狀整地，株行距為2.0 m×2.5 m，2區(qū)穴狀整地，株行距為2.0 m×1.5 m，3區(qū)不整地，4區(qū)為未采伐對(duì)照區(qū)，5區(qū)穴狀整地，株行距為2.0 m×2.5 m，6區(qū)不整地，7區(qū)穴狀整地，株行距為2.0 m×1.5 m，8區(qū)不整地，9區(qū)穴狀整地，株行距為2.0 m×1.5 m，10區(qū)穴狀整地，株行距為2.0 m×2.5 m。

2.2 生物多樣性調(diào)查

在不同試驗(yàn)區(qū)內(nèi)設(shè)置固定標(biāo)準(zhǔn)地，共計(jì)10塊，標(biāo)準(zhǔn)地大小為20 m×30 m，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)沿樣地的4個(gè)角和中心的位置設(shè)置5個(gè)2 m×2 m的樣方。在樣方內(nèi)調(diào)查草本的種名、個(gè)體數(shù)（叢數(shù)）、高度、蓋度，調(diào)查灌木的種類(lèi)、數(shù)量、高度，將喬木幼苗統(tǒng)計(jì)為林下更新。生物多樣性的分析采用物種豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)。

（1）物種豐富度指數(shù)。

S=出現(xiàn)在所有樣方中的物種總數(shù)

（2）物種多樣性指數(shù)采用Simpson多樣性指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)。

Simpson多樣性指數(shù)：D=1-si=1（Pi）2

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：H′=-si=1（PilnPi）

（3）均勻度指數(shù)采用Pielou指數(shù)和Alatalo指數(shù)：

Pielou指數(shù)：

Jsw=-PilnPi/lnS；Jsi=[1-（Pi）2]/（1-1/S）

Alatalo指數(shù)：

AL=[1/（Pi）2-1]/[exp（-PilnPi）-1]

式中，Pi為第i種的重要值，灌木植物Pi =（相對(duì)密度 +相對(duì)頻度）/ 2；草本植物Pi=（相對(duì)密度 +相對(duì)蓋度 +相對(duì)頻度）/ 3；S=出現(xiàn)在所有樣方中的物種總數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 皆伐帶寬對(duì)林下物種豐富度的影響

長(zhǎng)白落葉松人工林帶狀皆伐林分林下草本植物共有43種，3種皆伐帶寬的林分林下物種數(shù)較對(duì)照有不同程度的增加，其中，皆伐帶寬為15 m的長(zhǎng)白落葉松人工林的草本植物種數(shù)較對(duì)照林分增加了17.39%，灌木種數(shù)與對(duì)照相同；皆伐帶寬為30 m的長(zhǎng)白落葉松人工林的草本植物種數(shù)較對(duì)照林分增加了21.74%，灌木種數(shù)較對(duì)照增加了25.00%；皆伐帶寬為50 m的長(zhǎng)白落葉松人工林的草本植物種數(shù)較對(duì)照林分增加了21.74%，灌木種數(shù)較對(duì)照增加了100.00%。草本物種數(shù)和灌木種數(shù)隨著皆伐帶寬的增大而增多。

3.2 皆伐帶寬對(duì)林下物種密度、蓋度、平均高的影響

長(zhǎng)白落葉松帶狀皆伐后，對(duì)不同皆伐帶寬的物種密度、蓋度和平均高進(jìn)行調(diào)查。由表2可知，長(zhǎng)白落葉松帶狀皆伐后，草本密度、蓋度和平均高都有所增加，15 m皆伐帶寬的林分，草本密度、蓋度和平均高較對(duì)照林分高出18.50%、95.99%和4.82%；30 m皆伐帶寬的林分，草本密度、蓋度和平均高較對(duì)照林分高出28.57%、169.63%和8.47%；50 m皆伐帶寬的林分，草本密度、蓋度和平均高較對(duì)照林分高出51.88%、191.41%和18.88%，長(zhǎng)白落葉松帶狀皆伐后，草本密度、蓋度和平均高隨著皆伐帶寬的增大而增加。帶狀皆伐后灌木的密度較未采伐對(duì)照的林分有不同程度的降低，15 m皆伐帶寬的林分，灌木平均高較對(duì)照林分低，30 m和50 m皆伐帶寬的林分，灌木平均高較對(duì)照林分高出2.14%和26.33%，長(zhǎng)白落葉松帶狀皆伐后，灌木密度和平均高隨著皆伐帶寬的增大而增加。

3.3 皆伐帶寬對(duì)林下植物重要值的影響

由表3可知，長(zhǎng)白落葉松采伐2年后，3種皆伐帶寬的林分，重要值排在前10位的草本植物有益母草、水金鳳、箭葉蓼、牡蒿、繁縷、野蘇子、蚊子草、電燈花、老鸛草和蕁麻，皆伐帶寬15 m的林分，這10種草本植物的重要值達(dá)到0.751 1，皆伐帶寬30 m的林分，這10種草本植物的重要值達(dá)到0.743 6，皆伐帶寬50 m的林分，這10種草本植物的重要值達(dá)到0.740 0。未采伐對(duì)照林分，蚊子草、蹄蓋蕨、電燈花、牡蒿和豬秧秧5種草本植物的重要值合計(jì)達(dá)到了0.547 4，是長(zhǎng)白落葉松人工林草本植物的主體。與對(duì)照林分相比，采伐后林分中繁縷、野蘇子和箭葉蓼等喜光草本的重要值增加，蹄蓋蕨的重要值下降。這是由于蕨類(lèi)植物適宜在陰濕的環(huán)境下生長(zhǎng)，帶狀皆伐后，林地的光照增加，喜光的草本植物會(huì)侵入，而喜陰耐濕的蕨類(lèi)就會(huì)減少。

帶狀皆伐2年后，灌木植物重要值較對(duì)照林分也有相應(yīng)的變化，對(duì)照林分灌木植物重要值的排序從大到小為繡線菊、衛(wèi)矛、溲疏、刺老芽、刺梅，其中，繡線菊和衛(wèi)矛的重要值合計(jì)達(dá)到了近0.800 0。3種皆伐帶寬的林分，繡線菊的重要值都有不同程度的下降，尤其是皆伐帶寬15 m的林分，繡線菊已經(jīng)從林地消失了，皆伐帶寬30 m和50 m的林分，繡線菊的重要值也分別降低，比較喜光的榛子進(jìn)入林地，3種皆伐帶寬的林分，榛子重要值分別為0.316 7、0.313 9和0.151 2。

3.4 皆伐帶寬對(duì)林下植物多樣性的影響

由表4可知，采伐2年后，草本植物的Simpson多樣性指數(shù)、 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Alatalo均勻度指數(shù)4個(gè)指數(shù)均低于未采伐的對(duì)照林分，而灌木植物的4個(gè)指數(shù)均高于對(duì)照林分。草本植物多樣性和均勻性較好的是皆伐帶寬為15 m的林分，灌木植物多樣性和均勻性較好的是皆伐帶寬為50 m的林分。產(chǎn)生上述結(jié)果的原因是：帶狀皆伐后，林地內(nèi)的光照、溫度、濕度等發(fā)生改變，林地內(nèi)喜光的草本植物就會(huì)快速生長(zhǎng)，其他草本植物的比例就相對(duì)降低，造成多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)降低，皆伐帶寬越大，草本多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)就越低。而灌木植物隨著光照的增加，物種數(shù)增加，灌木的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)都增加，皆伐帶寬越大，灌木植物的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)就越高。

3.5 皆伐帶寬對(duì)林下天然更新的影響

長(zhǎng)白落葉松不同帶寬皆伐后2年，對(duì)林下天然更新苗木的種類(lèi)、株數(shù)和平均高進(jìn)行調(diào)查。由表5可知，長(zhǎng)白落葉松帶狀皆伐后，林下天然更新的樹(shù)種為10種，分別是茶條槭、山槐、白樺、柞樹(shù)、榆樹(shù)、柳樹(shù)、落葉松、紫椴、楊樹(shù)和糖槭。從整體上看，帶狀皆伐后，林下天然更新樹(shù)種較未采伐林分增加，平均高增大，單位面積株數(shù)降低。3種皆伐帶寬（15 m、30 m、50 m）的林分，天然更新樹(shù)種數(shù)較對(duì)照林分分別高出20%、25%和75%；天然更新平均高較對(duì)照林分高出57.28%、64.97%和79.03%。其中，皆伐帶寬50 m的林分，出現(xiàn)了高度1.5 m以上的幼樹(shù)，而對(duì)照林分的天然更新幼樹(shù)的高度均在50 cm左右。帶狀皆伐后，天然更新的單位面積株數(shù)較對(duì)照林分有不同程度的降低，皆伐帶寬越大，天然更新的樹(shù)種數(shù)和株數(shù)就越多，平均高就越高。

4 結(jié)論與討論

（1）長(zhǎng)白落葉松人工林帶狀皆伐后，林下草本植物和灌木種數(shù)有所增加，草本密度、蓋度和平均高有所增加，灌木的平均高也增加，且均隨著皆伐帶寬的增大而增多。這是由于皆伐后，沒(méi)有了上層木的遮擋，光照增加，營(yíng)養(yǎng)空間增大，促進(jìn)了草本植物和灌木植物的生長(zhǎng)。

（2）帶狀皆伐后，草本植物和灌木植物的重要值也發(fā)生變化，耐陰植物減少，重要值降低（如蹄蓋蕨），相反，喜光的草本植物和灌木植物的重要值增加（如繁縷、野蘇子、榛子）。帶狀皆伐后的林分，林地內(nèi)光照增加后，喜光的草本植物快速生長(zhǎng)，數(shù)量劇增，其他競(jìng)爭(zhēng)力弱或耐陰種類(lèi)數(shù)量減少或消失，皆伐后，灌木種類(lèi)增加，數(shù)量增加不大，所以計(jì)算結(jié)果顯示草本植物的多樣性和均勻度均低于對(duì)照林分，皆伐帶寬越大，草本多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)就越低，灌木植物的多樣性和均勻度高于對(duì)照林分，皆伐帶寬越大，灌木植物的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)就越高。

（3）長(zhǎng)白落葉松人工林按照3種不同帶寬皆伐后，天然更新樹(shù)種較對(duì)照林分增加，平均高增大，但單位面積株數(shù)降低，這是由于生長(zhǎng)環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)空間的改變，使外來(lái)樹(shù)種容易下種，同時(shí)，由于帶狀皆伐后幼樹(shù)在早春會(huì)發(fā)生凍害，熱量增高后蟲(chóng)害增加，還有草本植物和幼樹(shù)間的競(jìng)爭(zhēng)，都會(huì)導(dǎo)致林下更新幼樹(shù)株數(shù)的降低。

（4）建議對(duì)長(zhǎng)白落葉松人工林進(jìn)行帶狀皆伐時(shí)，皆伐帶寬大于30 m，出于水土流失和防護(hù)等原因，皆伐帶寬不要超過(guò)50 m。

參考文獻(xiàn)

[1] 王秉術(shù).落葉松人工林采伐前后下層紙杯的演替[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，24（5）：82-85.

[2] 殷鳴放，周立君，畢剛?cè)铮?帶狀間伐對(duì)長(zhǎng)白落葉松人工春麗誘導(dǎo)復(fù)層林效果評(píng)價(jià)[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，41（5）：20-24.

[3] 馬煒.長(zhǎng)白落葉松人工林生態(tài)系統(tǒng)碳密度測(cè)定與預(yù)估[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2012.

[4] 閔志強(qiáng).長(zhǎng)白落葉松生物量估測(cè)模型研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2010.

[5] 李春義，馬履一，王希群，等.撫育間伐對(duì)北京山區(qū)側(cè)柏人工林林下植物多樣性的短期影響[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（3）：60-66.

[6] 張泱，宋啟亮，董希斌.帶狀皆伐改造對(duì)小興安嶺低質(zhì)林土壤養(yǎng)分的影響[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，41（6）：33-37.

[7] 李超，董希斌，李芝茹.大興安嶺低質(zhì)林不同皆伐改造后枯落物持水性能分析[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，40（4）：92-96.

責(zé)任編輯 楊瑩瑩 責(zé)任校對(duì) 況玲玲