間伐對油松人工林林下植物多樣性的影響

趙渺

(遼寧省林業調查規劃監測院，遼寧 沈陽 110122)

通過研究不同間伐強度對油松林的影響，得出最佳間伐強度。通過試驗得到此林分最適宜的間伐強度，可以在相似林分中應用，為林業生產經營服務。森林間伐可降低林木密度，改善林木生長條件，還能收獲部分木材，取得一定的經濟效益。但是在兼顧經濟效益的同時，應重點考慮森林的生態效益，通過試驗可以得到不同間伐強度林分林下植被多樣性，得到其變化趨勢和最適強度，為森林生態系統和恢復建設提供依據。[1]

1 研究區域概況

1.1 植被條件

木蘭圍場自然保護區共有種子植物 793種，隸屬 90 科 371 屬，分別占河北植物區系總數的36.9%、70.3%和52.0%。其中，裸子植物3科7屬11 種，即松科(Pinaceae)、柏科(Cupressaceae)和麻黃科(Ephedraceae)；被子植物87 科364 屬782種。其中，雙子葉植物76 科 293 屬 653 種，單子葉植物 11 科 71 屬 129 種，其中物種較多的科為禾本科(Gramineae)、薔薇科(Rosaceae)、菊科(Compositae)、豆科(Leguminosae)等。

1.2 試驗地概況

河北省承德市木蘭圍場海拔1 220 m，坡度 25°～35°的陽坡山地。林齡均為28 a。為了保證樣地設置的科學性，盡量保證變量外的其他因子保持一致。

1.3 樣地設置

空白對照：即原密度林分作為對照(CK)。

間伐強度分為四級：弱度(27.3%)、中度(40.5%)、強度(50.4%)、超強度(67.8%)。

每個采伐強度設置3個20 m×20 m的樣地。在每個樣地的四個角上設置5 m×5 m的正方形樣方進行灌木調查，共設置60個灌木樣方；同時在每個灌木樣方的四個角上設置1 m×1 m的正方形樣方進行草本調查，共設置240個草本樣方。

2 研究方法

詳細記錄標準地內每一樣方內灌木的種數、高度和蓋度，調查并記錄草本樣方內植物的物種、高度和蓋度。將更新的喬木幼苗(高<1 m)統計在灌木中。 統計各樣方中植物的物種蓋度、頻度，分別計算每個樣地中各植物的相對蓋度(RC)和相對頻度(RF)，進而得到各植物的重要值。各指標計算公式如下：

相對蓋度(RC)=C(某個種的蓋度)/∑C(全部種的蓋度之和)×100

相對頻度(RF)=F(某個種的頻度)/∑F(全部種的總頻度)×100

重要值(VI)=(RC+RF)/2

物種均勻度指數

Jsw= -∑PilnPi/lns

Simpson多樣性指數

D=-∑(PilnPi)

Shannon-Wiener多樣性指數

H′=1-∑Pi2

式中Pi為種i的相對重要值，S為樣方出現的物種數。[2]

3 結果與分析

3.1 不同間伐強度對灌木及草本種類數量的影響

3.1.1 對灌木種類的影響分析 通過對灌木、草本樣方進行調查，得到不同間伐強度的灌木和草本物種的數量，通過與對照進行對比和不同間伐強度之間類比，得到植物種類變化規律(表1)。

表1 不同間伐強度油松林林下植物種類變化

由表1可知，隨著間伐強度的增大，油松林下灌木種類增加。對照林分出現灌木種類5種，優勢種為大果榆和繡線菊。由于林內環境改善，林下植物迅速更新，弱度、中度、強度間伐的林分林下植物分別比對照增加了3、5、4 種。這與李國雷研究北京山區間伐后油松林下植被變化結果一致。[3]其中弱度間伐后林分出現了蒙古櫟、五角楓、榆樹等幼苗更新和山丁子、金銀木等灌木，優勢種除了大果榆和繡線菊外還增加了榆樹幼苗，說明間伐有利于林分自然更新。中度間伐林分增加了蒙古櫟、胡枝子、銳齒鼠李、圓葉鼠李和小葉鼠李等幼苗更新，其中除大果榆外，蒙古櫟幼苗也具有一定優勢。強度間伐增加的物種與中度間伐基本一致，大果榆、繡線菊和蒙古櫟為優勢種。

在弱度、中度和強度間伐以及對照林分中，大果榆均為優勢種，作為主要物種，鼠李、繡線菊也均出現。與弱度間伐相比，中度間伐林分中出現新物種與弱度間伐不同，出現的新的優勢種均為喬木更新，可能與周圍林分種子傳播有關，但與對照相比物種數均有增加，間伐效果很明顯。強度間伐和中度間伐出現的新物種基本一致，喬木更新效果也很明顯。可以看出，間伐后林分更新效果好，灌木物種數也有所增加。這幾種間伐強度均有利于灌木的生長。

超強度間伐后物種少于對照，沒有出現新物種，可能是由于間伐強度過大導致林內光照驟增，陰生植物不適宜生長所致。由此得到超強度間伐可能不利于林分灌木生長。

3.1.2 對草本種類的影響分析 比較對照幾個間伐強度林下草本物種數，可以看出中度、強度和超強度間伐草本數量有所增加，弱度間伐草本物種數減少，說明中度以上間伐強度有利于增加草本種數。結合重要值進行比較，發現雖然林下草本種類波動很大，但是總的物種數量相差不大，而其優勢種變化范圍更是十分有限。在對照和幾個間伐梯度中，寬葉苔草、細葉苔草和唐松草均為優勢種；弱度、中度和強度間伐出現了鵝觀草這一新的優勢種。超強度間伐林分林下較弱度、中度和強度間伐又出現了鐵桿蒿和糙蘇這兩種新的優勢種。

由此可以看出，隨著間伐強度的增加，草本種類有所波動，其優勢種數量增加。通過此結果可認為間伐強度增加，優勢種物種數在增加，間伐強度增加有利于草本植物生長。

3.2 對植物多樣性的影響分析

通過油松林下各物種的蓋度和頻度，計算其相對蓋度和相對頻度，取其平均值作為該物種重要值，分別計算各間伐強度下灌木和草本的均勻度指數、Simpson 多樣性指數和 Shannon-Wiener 多樣性指數，比較其物種多樣性，得到表2和3。

表2 不同間伐強度林分植物多樣性指數(灌木)

注：Jsw—物種均勻度指數；D—Simpson 指數；H′—Shannon-Wiener 指數

表3 不同間伐強度林分植物多樣性指數(草本)

注：Jsw：物種均勻度指數；D：Simpson 指數；H′：Shannon-Wiener 指數

根據計算得出油松不同間伐強度林下植物多樣性指數。由表 3.3可以看出，與對照相比，間伐后油松林下灌木Simpson 多樣性指數和Shannon-Wiener 多樣性指數變化趨勢基本一致，弱度和中度間伐其多樣性指數在逐漸增大，強度和超強度間伐其林下灌木多樣性指數又降低。這與李國雷等研究北京山區油松林植被發育影響物種豐富度和多樣性增加的結果一致。比較對照和各間伐強度灌木均勻度指數，發現除中度間伐外，其他間伐強度情況下均勻度指數均小于對照。因此，間伐對油松林下灌木多樣性的顯著提高不具有長期性，經過較長時間后，林下灌木種類、數量均會比間伐初期有所降低。

由此可看出，間伐改善了林分條件，弱度和中度間伐有利于促進灌木多樣性的增加；由于間伐強度過大，導致耐陰性植物生長受阻，繼續增大間伐強度，其多樣性又會逐漸減小。對照林分中的林下灌木均勻度已經很高，而間伐后樣地上出現的種類均沒有形成優勢，其均勻度指數均小于對照。因此從灌木多樣性的角度考慮，對此類人工林中度間伐更為適合。

與對照相比，各間伐強度林分中草本的 Simpson 多樣性指數和Shannon-Wiener 多樣性指數變化趨勢基本一致。弱度間伐后其多樣性指數急劇減小，中度間伐后開始增加，其中強度間伐情況下的Simpson 多樣性指數略有反彈。草本的均勻度指數隨著間伐強度增加而增加，但都小于對照。中度以上間伐有利于草本多樣性提高，有利于改善林分環境。

4 結論與討論

除超強度間伐外，其他幾個間伐強度灌木物種數均有所增加，有利于灌木的生長。超強度間伐后植物種類少于對照，沒有出現新物種，由此得到超強度間伐可能不利于林分灌木生長。隨著間伐強度的增加，草本種類有所波動，其優勢種數量增加。通過此結果可認為間伐強度增加，優勢種物種數在增加，間伐強度增加有利于草本植物生長。

與對照相比，弱度間伐后草本多樣性指數急劇減小，中度間伐后開始增加。草本的均勻度指數隨著間伐強度增加而增加，但都小于對照。從草本多樣性的角度看，中度以上間伐有利于其多樣性提高，有利于改善林分環境。[4]

綜合考慮林下植被種類數量和多樣性指數，得到在中度以上間伐強度有利于樹木生長和林分健康，但不能高于超強度間伐強度。因此，間伐強度在中度到強度之間效果最好，保留木為 900～1 000 株·hm-2，間伐強度為40%～50%。