長白落葉松不同皆伐帶寬對生物多樣性的影響

劉 奇，孫 楠，張怡春(.黑龍江省林業科學院，黑龍江哈爾濱5008;.黑龍江省林業科學研究所，黑龍江哈爾濱5008)

20世紀中期由于過度采伐造成森林資源短缺，長白落葉松生長速度快，適應性強成為黑龍江省主要的造林樹種［1－4］。大面積的長白落葉松人工純林密度偏大，林下植被稀疏、群落結構簡單、生物多樣性銳減、土壤酸化、養分衰竭、土壤板結、地力下降、涵養水源能力下降，生態系統十分脆弱，無法發揮生態公益效能［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，為現有長白落葉松人工純林的可持續經營提供技術支撐。

1 研究區域概況

孟家崗林場位于黑龍江省樺南縣東北部，地理坐標為130°32'42″～130°52'36″E，46°20'16″～46°30'50″N。地處完達山西麓余脈，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，屬東亞大陸性季風氣候。年平均氣溫2.7℃，年≥10℃積溫2 547℃，年平均降水量550 mm，無霜期120 d左右。

2 研究方法

2.1 試驗設計 試驗設在黑龍江省佳木斯市孟家崗林場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 區采伐帶寬為 15 m，8，9，10 區采伐帶寬為30 m，1，2，3區采伐帶寬為50 m，每個小區設置固定標準地1塊，共計9塊。各區的試驗設計為:1區穴狀整地，株行距為2.0 m ×2.5 m，2區穴狀整地，株行距為2.0 m ×1.5 m，3區不整地，4區為未采伐對照區，5區穴狀整地，株行距為2.0 m ×2.5 m，6 區不整地，7 區穴狀整地，株行距為2.0 m×1.5 m，8 區不整地，9 區穴狀整地，株行距為2.0 m ×1.5 m，10 區穴狀整地，株行距為2.0 m ×2.5 m。

圖1 試驗區設置

2.2 生物多樣性調查 在不同試驗區內設置固定標準地，共計10塊，標準地大小為20 m×30 m，對標準地內沿樣地的4個角和中心的位置設置5個2 m×2 m的樣方。在樣方內調查草本的種名、個體數(叢數)、高度、蓋度，調查灌木的種類、數量、高度，將喬木幼苗統計為林下更新。生物多樣性的分析采用物種豐富度指數、多樣性指數和均勻度指數。

(1)物種豐富度指數。

S=出現在所有樣方中的物種總數

(2)物種多樣性指數采用Simpson多樣性指數和Shannon－Wiener多樣性指數。

(3)均勻度指數采用Pielou指數和Alatalo指數:

Pielou指數:

Alatalo指數:

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

由于科技創新政策的制定主體多樣化，也就導致了科技創新政策目的的多元化，如何保證不同的制定主體的科技創新政策最后形成政策合力，對我國的科技創新形成促進作用，對其政策制定過程進行綜合協調就顯得十分必要。針對科技創新政策的制定過程，各部門之間要加強溝通與綜合協調，對于各部門制定的科技創新政策要進行充分的論證，力爭將科技創新政策沖突減至最小。國家科技教育領導小組要加強科技創新政策制定的協調力度和政策沖突性審查，針對互相沖突的科技創新政策要督促相關部門進行及時整改。

3 結果與分析

3.1 皆伐帶寬對林下物種豐富度的影響 長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較對照有不同程度的增加，其中，皆伐帶寬為15 m的長白落葉松人工林的草本植物種數較對照林分增加了17.39%，灌木種數與對照相同;皆伐帶寬為30 m的長白落葉松人工林的草本植物種數較對照林分增加了21.74%，灌木種數較對照增加了25.00%;皆伐帶寬為50 m的長白落葉松人工林的草本植物種數較對照林分增加了21.74%，灌木種數較對照增加了100.00%。草本物種數和灌木種數隨著皆伐帶寬的增大而增多。

表1 不同皆伐帶寬林下草本及灌木種數

3.2 皆伐帶寬對林下物種密度、蓋度、平均高的影響 長白落葉松帶狀皆伐后，對不同皆伐帶寬的物種密度、蓋度和平均高進行調查。由表2可知，長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、蓋度和平均高較對照林分高出51.88%、191.41%和18.88%，長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，灌木平均高較對照林分低，30 m和50 m皆伐帶寬的林分，灌木平均高較對照林分高出2.14%和26.33%，長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。

表2 不同皆伐帶寬林下草本及灌木的密度、蓋度、平均高

3.3 皆伐帶寬對林下植物重要值的影響 由表3可知，長白落葉松采伐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到0.740 0。未采伐對照林分，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達到了0.547 4，是長白落葉松人工林草本植物的主體。與對照林分相比，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。這是由于蕨類植物適宜在陰濕的環境下生長，帶狀皆伐后，林地的光照增加，喜光的草本植物會侵入，而喜陰耐濕的蕨類就會減少。

帶狀皆伐2年后，灌木植物重要值較對照林分也有相應的變化，對照林分灌木植物重要值的排序從大到小為繡線菊、衛矛、溲疏、刺老芽、刺梅，其中，繡線菊和衛矛的重要值合計達到了近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、Shannon-Wiener多樣性指數、Pielou均勻度指數、Alatalo均勻度指數4個指數均低于未采伐的對照林分，而灌木植物的4個指數均高于對照林分。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。產生上述結果的原因是:帶狀皆伐后，林地內的光照、溫度、濕度等發生改變，林地內喜光的草本植物就會快速生長，其他草本植物的比例就相對降低，造成多樣性指數和均勻度指數降低，皆伐帶寬越大，草本多樣性指數和均勻度指數就越低。而灌木植物隨著光照的增加，物種數增加，灌木的多樣性指數和均勻度指數都增加，皆伐帶寬越大，灌木植物的多樣性指數和均勻度指數就越高。

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

表3 不同間伐強度林分林下草本及灌木的重要值

表4 不同皆伐帶寬林分林下草本及灌木的多樣性及均勻度指數

表5 不同皆伐帶寬林下天然更新苗木種類、密度、平均高

4 結論與討論

(2)帶狀皆伐后，草本植物和灌木植物的重要值也發生變化，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，林地內光照增加后，喜光的草本植物快速生長，數量劇增，其他競爭力弱或耐陰種類數量減少或消失，皆伐后，灌木種類增加，數量增加不大，所以計算結果顯示草本植物的多樣性和均勻度均低于對照林分，皆伐帶寬越大，草本多樣性指數和均勻度指數就越低，灌木植物的多樣性和均勻度高于對照林分，皆伐帶寬越大，灌木植物的多樣性指數和均勻度指數就越高。

(3)長白落葉松人工林按照3種不同帶寬皆伐后，天然更新樹種較對照林分增加，平均高增大，但單位面積株數降低，這是由于生長環境和營養空間的改變，使外來樹種容易下種，同時，由于帶狀皆伐后幼樹在早春會發生凍害，熱量增高后蟲害增加，還有草本植物和幼樹間的競爭，都會導致林下更新幼樹株數的降低。

(4)建議對長白落葉松人工林進行帶狀皆伐時，皆伐帶寬大于30 m，出于水土流失和防護等原因，皆伐帶寬不要超過50 m。

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