林分因子對遼寧章古臺樟子松人工林草本植物多樣性的影響

王景璽　趙浩唱　宋啟民　郝玉杰　李清華　賈姊薇　劉小粉

摘要 樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）是我國北方沙地人工林建設中的關鍵針葉樹種，研究樟子松人工林林分因子與草本物種多樣性之間的關系有助于維持樟子松人工林生態系統的穩定性。在遼寧章古臺地區選取了8個樟子松人工林樣地進行了樟子松的每木檢尺及林下草本調查，分析了樟子松人工林的林分因子、草本多樣性及其相關關系。結果表明：樟子松人工林林下草本層共出現植物20科37屬49種，其中以禾本科和藜科最多;8個樣地間草本物種豐富度變異系數最大，其次為Shannon指數和Simpson指數，Pielou指數變異系數最小;6個林分因子中平均樹高的變異系數最大，死亡率的變異系數最小;平均樹高對草本物種多樣性影響最大，Pielou均勻度指數與平均樹高呈顯著負相關（P<0.05）。樟子松人工林林分因子對林下草本多樣性存在一定影響，在樟子松人工林生態系統的經營管理時需要統籌考慮系統內喬灌草的整體穩定性。

關鍵詞 樟子松人工林;草本物種多樣性;林分因子;章古臺

中圖分類號：S718.54，791.253文獻標識碼：Adoi：10.13601/j.issn.1005-5215.2022.04.004

Effects of Stand Factors on Herbaceous Species Diversity in Pinus sylvestris var. mongolica Plantations in Zhanggutai Area，Liaoning Province

Wang Jingxi，Zhao Haochang，Song Qimin，Hao Yujie，Li Qinghua，Jia Ziwei，Liu Xiaofen

（Hebei University of Engineering，Handan 056038，Hebei）

AbstractPinus sylvestris var. mongolica is a key conifer species in the construction of sandy plantation in northern China，and it is benefit for maintaining the stability of the plantation ecosystem of P.? sylvestris var. mongolica to study the relationship between the plantation factors of P.? sylvestris var. mongolica and the diversity of herbaceous species. In this study，eight P.? sylvestris var. mongolica plantations were selected in Zhanggutai area，Liaoning province，to survey each wood ruler and understory herbaceous and analyze the relationships of the stand factors and herbaceous diversity. The results showed that there were 49 species of plants belonging to 37 genera and 20 families in the understory，among which Gramineae and Chenopodiaceae were the most. The variation coefficient of herbaceous species richness among 8 plots was the highest，followed by the Shannon index and the Simpson index，and Pielou index was the lowest. Among the six forest stand factors，the variation coefficient of average tree height was the highest，the variation coefficient of mortality was the lowest. Average tree height had the greatest influence on herbaceous species diversity，and Pielou evenness index was significantly negatively with average tree height （P<0.05）. It is concluded that the stand factors? have certain influence on the understory herbaceous diversity，and the overall stability of trees，shrubs and grasses in the ecosystem of P.? sylvestris var. mongolica plantation should be considered in the management of the ecosystem.

Key wordsPinus sylvestris var. mongolica plantation;herbaceous species diversity;stand factor;Zhanggut09CF64C2-C98A-419A-90E1-A7FB40A4C6DA

章古臺位于遼寧省彰武縣北部。樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）人工林營造是章古臺地區重要的防風固沙手段，對該地區改善風沙環境、生態建設提供了強有力的保障。保持樹種不同混交方式，增加防護林下灌木種類，合理配置喬、灌、草，有利于提高防護林物種多樣性[1]。有研究表明，林分密度是森林經營中的一個可控因子，因此，可以通過調整人工林密度來有效提高林分胸徑、冠幅、樹高等指標的生長，改善植物的物種多樣性[2]。此外，在遼寧省章古臺地區針對樟子松人工林的研究表明，林分內灌木物種種類在很大程度上取決于該地區原有植被的種類[3]。

多年來，章古臺地區樟子松人工林的培育和維持一直在不斷進行中，但由于時間、空間及地理環境等的變化，導致章古臺地區樟子松人工林的生長不斷遭受新的考驗，例如衰退、蟲害等原因導致人工林的健康受到嚴重挑戰。維持樟子松人工林物種多樣性穩定也是當前該地區固沙造林的關鍵所在。因此，本研究以章古臺地區樟子松人工林為研究對象，研究不同林分因子下，樟子松人工林林下草本層物種多樣性的變化，以期為章古臺地區以樟子松為主的固沙治沙模式提供理論基礎。

1 研究區概況

遼寧省彰武縣章古臺地區地處科爾沁沙地南緣，地勢平坦，少丘陵，屬溫帶大陸性季風氣候，其特點是濕熱同步。生長期年平均140 d，無霜期年平均155 d，最長達158 d，最短為150 d。年平均日照時數3 000 h，年平均降水量450 mm。降雨集中在每年7—9月，8月最多。章古臺沙地主要受北部內蒙古科爾沁沙地的侵蝕影響和柳河沖擊泛濫、風積所致，分為流動沙地、半固定和固定沙地，其中流動及半流動沙地約占20%，固定沙地約占80%，主要成分為石英沙。經過人們長期探索，從數百種植物中篩選出易繁殖、再生能力強、耐風蝕沙埋的小黃柳（Salix gordejevii）、差巴嘎蒿（Artemisia haloden-dron）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、小葉錦雞兒（Caragana microphylla）、紫穗槐（Amorpha fruticosa）等固沙植物種。

2 研究方法

2.1 樣地選擇與設置

對試驗區域進行全方位踏查，挑選8種不同林齡的50 m×50 m的樟子松人工林作為標準樣地，每個標準樣地中設置3個1 m×1 m的草本樣方，即a、b、c。各樣地概況見表1。

2.2 草本層物種統計及多樣性指數計算方法

針對設定的草本樣方，區分出物種的種類，名稱以物種學名為準確定。根據調查結果，逐個計算出樣方內物種的相對高度、相對生物量及相對蓋度[2]。

2.3 數據處理

本研究使用SPSS 23.0對數據進行方差分析和Pearson相關性分析，并使用Excel2016作圖[4]。

3 結果與分析

3.1 林下草本物種組成

經調查，研究區域內林下草本層共計發現維管植物47種，已知物種20科37屬，其中以禾本科（Gramineae）和藜科（Chenopodiaceae）物種最多，分別為8屬8種及4屬6種。樣地1中a、b、c均以馬唐（Digitaria sanguinalis）為優勢種;樣地2中a、b以狗尾草（Setaria viridis）為優勢種，c以披堿草（Elymus dahuricus）為優勢種;樣地3中a、b以其余禾本科為優勢種，c以馬塘為優勢種;樣地4中a以披堿草為優勢種，b以苔草（Carex spp.）為優勢種，c以馬塘為優勢種;樣地5中a以馬唐為優勢種，b、c以披堿草為優勢種;樣地6中a、b以馬唐為優勢種，c以狗尾草為優勢種;樣地7中a以馬唐為優勢種，b和c以畫眉草（Eragrostis pilosa）為優勢種;樣地8中a、b以馬唐為優勢種，c以大籽蒿（Artemisia sieversiana）為優勢種。

3.2 草本物種多樣性分析

由表2、圖1可知，8個樣地的物種豐富度指數、Shannon指數和Simpson指數的變化基本無差別，物種豐富度指數為2～19，平均為10.625，變異系數為35.20%，是多樣性指數里最大變異類型的指數，樣地1、2、3、5、6、7、8的豐富度指數顯著高于樣地4;Simpson指數為0.04～0.781，平均為0.586，變異系數為30.98%，樣地1、4、5的Simpson指數最低，明顯低于樣地2、3、6、7、8;Shannon指數的范圍變化為0.1～1.792，平均為1.260，變異系數為33.06%，樣地1、4的Shannon指數明顯低于樣地2、3、5、6、7、8;Pielou均勻度指數數值為0.145～0.778，平均為0.543，變異系數為27.58%，是上述多樣性指數之中變異程度最小的，各樣地之間不存在顯著性差異。

3.3 林分因子分析

針對章古臺地區各樟子松林分因子的采樣檢測發現（表3），各樣地的林分死亡率平均值為31.73%，數值范圍為0～100%，變異系數為0.2%，是所有樣地林分因子里變異系數最小的因子;各樣地的樹高平均為8.38 m，所有樣地內最大樹高為21.9 m，最小樹高為0.7 m，變異系數為12.36%，是所有樣地林分因子里變異系數最大的因子，其中樣地8的平均樹高最小，顯著低于其他所有樣地;各樣地的平均枝下高為4.52 m，所有樣地內最大枝下高為9.5 m，最小為0 m，變異系數為6.55%;各樣地的平均胸徑為17.1 cm，所有樣地中最大的胸徑為35.3 cm，最小的胸徑為2 cm，變異系數為6.96%;各樣地的平均冠幅為3.48 m，所有樣地內最大冠幅為9.2 m，最小冠幅為0.3 m;林分密度的均值為1 808株Wingdings^B@hm-2。調查結果顯示，樣地8的死亡率、平均樹高、平均枝下高、平均冠幅均低于其他樣地。09CF64C2-C98A-419A-90E1-A7FB40A4C6DA

3.4 林分因子與草本群落物種多樣性指數的關聯

林分因子對樟子松人工林的物種多樣性起到關鍵性的作用。本研究將物種豐富度指數、Shannon指數、Simpson指數及Pielou指數與8個樣地的林分因子做了皮爾遜相關性分析[5]，得到了對樟子松林下草本層物種多樣性的影響因子。由表4可得，Pielou指數與平均樹高呈顯著負相關（P<0.05），相關系數為-0.712。物種豐富度指數、Simpson指數及Shannon指數與各林分因子之間均無顯著相關性。

經過對林分因子和樟子松人工林物種多樣性指數之間的相關分析做出X、Y散點圖[6]。根據圖2可得，Pielou指數隨著平均樹高的增加呈遞減的趨勢，在平均樹高3～5 m時最高。

4 結論與討論

遼寧章古臺區域內樟子松人工林下草本層發現維管植物47種，已知物種屬于20科37屬，物種數量最多的前2個科為禾本科和藜科;物種豐富度指數、Simpson指數和Shannon指數在所有樣地中有明顯差異，其中物種豐富度的變異程度最大，Pielou指數在所有樣地中無明顯差異，變異程度最小;各林分因子在所有樣地之間存在顯著性差異，其中平均樹高的差異程度最大，平均死亡率的差異程度最小;對Pielou均勻度指數有影響的林分因子為平均樹高，其余所有林分因子對物種豐富度指數、Simpson指數及Shannon指數的影響均無明顯差異。本研究表明，遼寧省章古臺地區樟子松人工林平均樹高對林下草本層物種多樣性有顯著影響。

根據本研究發現，遼寧省章古臺地區樟子松人工林平均樹高3～5 m時林下草本層Pielou均勻度指數最優，隨平均樹高的增加，Pielou均勻度指數降低。為維持章古臺地區樟子松人工林發展的穩定性，可定期播種，使平均樹高穩定在3～5 m，對章古臺地區樟子松人工林的生態系統的經營與管理需要保持整體系統穩定。

參考文獻：

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