冀西北小五臺山區針闊混交林樣地監測分析及對策研究

李瑞平+杜娟+劉潤萍

摘 要： 為搞清小五臺山區針闊混交林林分結構以及影響其生長的因素，通過選取林分類型為天然次生林中針闊混交林具有代表性的臭冷杉-樺樹建立1 hm2生態樣地，調查并記錄樹高≥1.5 m的喬木名稱、胸徑、樹高、冠幅、枝下高、坐標等，掛牌作為永久標記；同時對幼苗更新、喬灌草種類等進行調查。通過對設置樣地的監測，分析不同林分類型空間分布格局（包括單種內空間格局分析和種間關系分析）和不同林分類型物種組成及多樣性（包括物種組成分析和物種多樣性分析），對林下幼苗更新、森林生態系統健康分析和林分密度及立地條件對典型群落影響的研究等，針對所存在問題進行分析并提出相應的解決建議。

關鍵詞： 小五臺山；針闊混交林；樣地監測

中圖分類號： S725.1 文獻標識碼：A 文章編號：1004-3020（2017）01-0051-04

冀西北小五臺山區森林類型主要呈現以落葉闊葉林、針葉林、針闊混交林為主的群落特征，為了更好的保護和利用森林資源并研究林木的天然更新和培育，在保護區相對穩定、具有代表性的森林生態群落設置固定樣地，進行長期觀測。通過選定具有代表群落基本特征的地段作為森林生態系統長期定位觀測樣地，獲取森林生態系統結構參數的樣地觀測數據，為森林生態系統水文、土壤、氣候等觀測提供背景資料。為深入研究森林生態系統的結構與功能、揭示森林生態系統生物群落的動態變化規律提供數據服務。臭冷杉Abies nephrolepis屬松科、冷杉屬。常綠喬木，高可達30 m。生態習性極耐蔭耐水濕，常在山地中腹以下緩傾斜地及谷地上形成小面積的純林，臭冷杉生長速度較快，特別是在稍濕排水良好之處生長良好。臭冷杉自然分布于東北、華北各地。在華北許多地區己殘存無幾，被列為河北省珍惜瀕危和重點保護植物，而小五臺山區內，卻有天然次生林，這在華北地區實屬稀少。臭冷杉材質輕柔，樹形宛如寶塔，亭亭玉立，姿態優美，為華北地區珍貴樹種之一，其樹脂膠可提制高級香精，是重要的化工原料。因此，通過合理有效保護臭冷杉的生境，促進臭冷杉的生長和繁育直接關系到物種多樣性保護和可持續發展，野生種質資源的廣泛利用，不僅有利于珍稀瀕危植物保護和種群數量的增加，而且對保護生物多樣性，保護生態環境，維護森林生態平衡有著重要的意義。

1 樣地監測的工作內容

1.1 永久監測樣地的布設

通過調查小五臺山范圍內臭冷杉的分布，并經過現場考察和對比分析，在金河口溝的草熏溝選取有代表性的臭冷杉森林群落設置樣地，地理位置：東經115°00′58″，北緯39°55′42″，海拔1 720～1 820 m，面積1 hm2（100 m×100 m），林分類型為天然次生林。

1.2 資料收集整理

收集“中華人民共和國林業行業標準”，“森林生態系統長期定位觀測方法”以及森林生態樣地建設的相關資料。

1.3 健康示范林的選擇與調查

對小五臺山區的典型森林類型地進行了調查，在金河口溝選擇生長狀況最好的臭冷杉（白杄）-樺樹作為健康典型的示范林，按照小樣方的編號順序，以順時針方向清查各小樣方的植物，記錄樹高≥1.5 m的喬木名稱，胸徑，樹高，冠幅，枝下高，坐標等。用鋁牌按依次給各株植物編號，作為永久標記。同時進行幼苗更新調查、喬灌草種類等。

1.4 不同森林生態系統結構和功能研究

采用樣方法對小五臺山區的典型森林群落進行植被調查，根據調查數據，比較了不同林分類型的物種組成及多樣性（喬、灌、草）分析、林木的空間分布格局、林分幼苗更新、森林群落生態系統健康分析等。

2 標準地的選擇和調查方法

2.1 標準地的選擇和確定

標準地通常是在調查林分內，實測一定的局部地塊，據此，對全林進行推測和估算。通過典型選樣方法，選取的局部地塊稱為典型樣地，通常稱為標準地。標準地是根據人為主觀判斷選取的，選出的標準地期望能代表被調查林分的平均狀況，應該是整個林分的縮影。

2.2 喬木每木調查

首先在標準樣地內用測繩打出小網格，并簡單標定小網格的邊界點（如圖A1、B1、C1、D1四點）。小網格調查路線按照S型沿等高線進行，并按調查的先后對網格小樣地編號記錄。小網格具體尺寸，視樣地狀況而定，一般選定為10 m×10 m。

然后在小網格內對每木進行定位記錄，如圖，分別測出每木（如樹木E）到小網格邊界的垂直距離EG、EH，分別記錄為D1、D2，將量測數據結果記錄。

對喬木樹種、胸徑、樹高、枝下高、冠幅、樹齡、優勢度、層次、起源、損傷、干形質量、樹齡和病蟲害狀況等，進行調查并記錄（對于植物名稱不確定的種類，應采集標本，栓上標簽，寫明樣地號及標本編號）。具體調查步驟如下：

（1）胸徑的量測：胸徑從樹高1.3 m處用胸徑尺進行量測，精度要求到0.1 cm。起測值為樹高高于1.5 m。

（2）冠幅的量測：指對樹木冠層的垂直投影面積，進行東西和南北測定。

（3）樹高和枝下高量測：利用望遠測樹儀對樹木高度進行量測，枝下高可用標桿量測。

（4）優勢度按以下編號進行記錄：①優勢木、②中庸木、③被壓木、④瀕死木、⑤枯立木。

（5）起源：①植苗實生、②播種實生、③天然實生（由種子起源）、④ 天然萌生（由根株上萌發）。

（6）損傷：①無損傷、②輕度損傷、③中度損傷、④重度損傷。

（7）林分類型：臭冷杉、白杄、白樺和紅樺混交林。

（8）干形質量：①通直完滿、②多分枝、③二分枝、④彎曲（扭曲）。

（9）病蟲害狀況：①無、②輕微、③中等、④嚴重。

2.3 幼苗（樹高小于1.5 m）更新調查

在標準地內均勻選取25個小樣方，按照順序對小樣方進行編號和分別量測記錄。樣方取10 m×10 m，并用測繩標出界線。調查內容有：幼苗的種類、樹高、株數和病蟲害狀況。將所量測的數據記錄。

2.4 灌木調查

在標準地內均勻選取20個小樣方進行量測，小樣方5 m×5 m大小，并用測繩標出界線。調查內容有： 灌木的種類、高度、地徑、生長狀況和分布狀況等，并將量測的數據記錄。（對于植物名稱不確定的種類，應采集標本，栓上標簽，寫明樣地號及標本編號）用標桿對高度進行量測。用游標卡尺對地徑進行量測。生長狀況：良、中、差。分布狀況為：均勻、隨機（散生）、群團（叢生）。

2.5 草本調查

在標準地內均勻選取20～25個小樣方進行量測，小樣方1 m×1 m大小，用測繩標出界線。調查內容有：草本的種類、高度、生長狀況和分布狀況等，并將量測的數據記錄。（對于植物名稱不確定的種類，應采集標本，栓上標簽，寫明樣地號及標本編號）。用鋼卷尺對地徑進行量測。生長狀況為：良、中、差。分布狀況為：均勻、隨機（散生）、群團（叢生）。

3 監測成果分析

3.1 不同林分類型空間分布格局分析

種群空間分布格局是指種群個體在水平空間的配置狀況或分布狀況，反映了種群個體在水平空間上彼此間的相互關系，與物種的生物學特性、種間競爭以及生境條件等密切相關。

3.1.1 單種內空間格局分析

各林分類型單種內空間格局分布隨著尺度的變化規律均明顯。臭冷杉和白杄在小尺度和中尺度上均呈現顯著集聚分布，在大尺度上呈現隨機分布；白樺在小尺度和中尺度上變化規律是一樣的，呈隨機分布，在大尺度上白樺分布格局呈顯著的聚集分布，且在所研究尺度上沒有達到最大聚集程度；紅樺在其單種空間格局在所研究尺度上呈顯著隨機分布；伴生樹種在小尺度上呈聚集分布，中尺度大尺度和上呈隨機分布，且伴生樹種在較大尺度上聚集性均有明顯減弱趨勢。

3.1.2 種間關系分析

在此生態樣地中針葉林和闊葉林在大尺度上競爭激烈，林分混交度較大，導致了林分間競爭激烈，并且隨著尺度的增加，競爭的激烈程度不斷增加，最終導致了群落的不穩定性。而且針葉林從數量、平均樹高、幼苗更新度等優勢度均明顯高于闊葉林，對資源占有和利用占有絕對優勢，并壓抑著闊葉林的生長，與其他種競爭激烈，且針葉林在競爭中占主導地位。而針葉林中臭冷杉和白杄兩個樹種在其群落內競爭激烈，群落處于不穩定階段。

3.2 不同林分類型物種組成及多樣性分析

3.2.1 物種組成分析

樣地的喬木統計結果顯示：臭冷杉-樺樹生態樣地喬木個體數量達2 273株（其中≥1.5 m喬木1 817株，<1.5 m臭冷杉214株，<1.5 m白杄242株）；其中優勢樹種中針葉樹臭冷杉550株，白杄460株（分別占總數的30.27%和25.32%），占總數的55.59%；有林窗的地方臭冷杉經常成叢出現，生長密度大。闊葉樹白樺609株，紅樺161株，占總數的44.41%；伴生種有花楸、五角楓和山柳，分別占總數的1.05%、1.10%和0.12%。

此森林生態樣地中針闊葉樹比例為1.2∶1，針葉樹中臭冷杉的最大胸徑達到30.2 cm，闊葉樹中白樺的最大胸徑達到38.2 cm。樣地內林冠層密集，地下植被稀疏，臭冷杉和白杄等占據林冠層，為優勢樹種，演替階段已經到達頂級。

灌木主要有六道木、毛榛、沙棶、東陵繡球、疏毛東北茶藨子、南蛇藤等，叢生隨機分布，少量刺五加、蒙古莢蒾、美薔薇等，呈零星隨機分布。

臭冷杉-白樺樣地內，被子植物29種，隸屬于19科27屬。其中喬木7種，灌木10種（包括藤本植物），草本植物13種（包括蕨類植物一種）。常見種類有：毛茛科Ranunculaceae的興安升麻和唐松草；菊科Compositae 的風毛菊；莎草科Cyperaceae的細葉苔草和披針葉苔草以及茜草科Rubiaceae的四葉葎。呈零星隨機分布。

3.2.2 物種多樣性分析

臭冷杉-樺樹群落內部，3個層片的物種豐富度平均值表現為：草本層物種豐富度值最大，灌木層居中，喬木層最低。且物種豐富度指數與物種多樣性指數和均勻度指數呈正相關。

3.3 不同林分類型幼苗更新分析

森林更新是生態系統動態中森林資源再生產的一個自然的生物學過程。在這個過程中。以木本樹木為主的生物種群在時間和空間上不斷延續、發展或發生演替，對未來森林群落的結構及其生物學多樣性具有深遠的影響，因而它是一個極為重要的生態學過程。幼苗更新有兩種方式：林緣更新和林窗更新。混交林的針葉林更新密度較大，闊葉樹種均沒有更新幼苗；而針葉林中白杄更新幼苗最多242株，臭冷杉214株。臭冷杉（白杄）-樺樹樣地幼苗更新為502株/hm2，均為天然實生苗。隨著臭冷杉、白杄幼樹和幼苗的崛起，針葉林的優勢種地位更加確定，最后達到相對穩定的針葉林頂級群落。

3.4 森林生態系統健康分析

生態系統健康是指一個生態系統所具有的穩定性和可持續性，即在時間上具有維持其組織結構、自我調節和對脅迫的抵御及受干擾后的自恢復能力。天然林群落的生態系統具有較高的物種多樣性（或異質性），天然林群落是由處于不同發育階段、具有不同組成結構的大小不同的眾多斑塊鑲嵌而成的，這些斑塊由相同的生態過程驅動且具有相似的循環過程，斑塊與群落內微環境的差異互為關聯。臭冷杉（白杄）-樺樹針闊混交林林分為天然次生林，不僅是一種高價值、高產量的自然資源，同時也是一種高效益的環境資源，是一個健康的生態系統，從監測的結果表明，林下針葉林幼樹和幼苗跟新密度大，表現為幼樹空間和養分不足，導致死亡；灌木和草本植物的數量減少，生物多樣性降低，表現為森林生態系統的亞健康特點。

3.5 林分密度及立地條件對典型群落影響的分析

林分密度對胸徑、樹高、冠幅、枝下高均有一定程度的影響。通過調查，結果顯示隨著林分密度的增加，胸徑、冠幅呈降低的趨勢，樹高、枝下高呈升高的趨勢。胸徑受林分密度的影響最大，其次是冠幅、樹高和枝下高。從胸徑、樹高、冠幅、枝下高等林分生長因子綜合考慮，在不同林分密度中，200株/hm2時林木生長最好，且此時灌木和草木植物的科、屬數及物種數目最多、物種多樣性指數和物種均勻度指數最高。

坡位和坡向是影響次群落林分生長最重要的兩大立地因子，臭冷杉、白杄主要分布在陰坡，半陰坡；而臭冷杉主要分布在中坡位和上坡位；海拔對臭冷杉的生長的影響較大。海拔、坡度、坡向、坡位各立地因子對臭冷杉-白樺林胸徑、樹高、枝下高影響的重要程度一致，依次為：坡向>坡位>海拔>坡度，而對冠幅影響的重要程度依次為：坡位>坡度>坡向>海拔。

4 資源監測發現的問題及建議

4.1 監測過程中發現的問題

（1）樣地監測發現的問題；①經營管理措施缺失。不當部分森林群落處于亞健康或不健康狀態，主要表現為部分臭冷杉、白杄等更新幼苗的密度過大，導致樹種的自然死亡等。②監測體系有待完善。森林生態系統監測是一個長期的過程，而影響森林生長的土壤健康指標、土壤類型、氣候以及植被類型的影響是各式各樣的，空間變異大，保護區有待建立一套完整的森林生態系統監測體系。

（2）工作中存在的不足：①管理措施不健全。保護區尚沒有完善的森林生態系統健康管理措施的制定。②技術人員相對不足。相關研究的技術人員匱乏以及現有技術人員知識儲備不足，有待加強學習。

4.2 對策建議

依法保護自然保護區資源，開展科學研究、監測、宣傳教育及合作交流。

探索合理的森林撫育以及營林措施來改變局部的小氣候環境，對不同林分類型健康狀況進行研究，為今后的造林樹種選擇以及中幼林的撫育管理提供理論依據。

通過對不同林分類型森林健康的調查研究，了解不同類型的森林健康狀況，并通過對其影響因素，如氣候、土壤等的研究，為有針對性地進行森林生態系統健康管理提供依據，并制定森林生態系統健康管理的措施。

參 考 文 獻

[1]趙建成，郭書彬，李盼威.小五臺山植物志[M].北京：科學出版社，2011：276 .

[2]于彭濤，劉鴻雁，崔海亭.小五臺山北臺林線附近的植被及其與氣候條件的關系分析[J].應用生態學報，2002，13（5）：523528.

[3]李盼威，李斌，杜娟.小五臺山常見植物圖鑒[M].河北：科學技術出版社，2016：596619.

（責任編輯：唐 嵐）