潮河流域典型天然次生林群落植物多樣性研究

韓建國，項福星，張 娣，賈士偉，陳柏華

（1.承德市農林科學院，河北 承德 067000；2.承德市灤平國有林場總場，河北 承德 068250；3.承德縣紅旗林場，河北 承德 067400）

植物多樣性是反應森林群落特征的重要指標，是現(xiàn)代生態(tài)學研究中的熱點問題之一，可反映群落結構和功能，能反映在自然地理條件不同時生態(tài)系統(tǒng)的復雜性及多樣性程度[1]。林下物種多樣性及其變化能反映森林群落的結構穩(wěn)定性、功能復雜性和能量流動速率[2，3]。當前針對森林植物多樣性研究的角度非常多，郭文月等[4]闡述胃森林植物物種多樣性的定義、價值分類、價值機理和評價方法，我國對有關植物多樣性與地形[5]、林分結構特征因子[6]、生態(tài)功能[7]等方面的研究也有一定的研究成果，干擾對植物多樣性的影響[8]和森林公園植物多樣性保護研究[9]是學者們關注較多的方向之一。

承德市潮河流域位于密云水庫上游，是密云水庫的主要入庫河流，地處內蒙古高原與燕山山脈地質過渡帶，干流長195.8 km，流經豐寧、灤平2 個縣，比降3.7‰～5‰，年地表水資源量為2.46×108m3。潮河流域發(fā)揮著重要的防風固沙、水源涵養(yǎng)和水土保持等生態(tài)功能，但潮河流域天然次生林仍存在著土壤瘠薄、林地生態(tài)功能較差的情況。本文通過對承德地區(qū)潮河流域典型的天然次生林在不同經營管理措施下，植物多樣性現(xiàn)狀及變化趨勢進行研究，旨在為該地區(qū)植物多樣性保護、森林生態(tài)功能發(fā)揮和資源可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于承德市灤平縣虎什哈鎮(zhèn)，隸屬于承德市灤平國有林場總場?；⑹补?zhèn)屬于中溫帶向暖溫帶過渡、半干旱間半濕潤、大陸性季風型燕山山地氣候，四季分明，冬長夏短，春季干旱少雨，夏季溫和，雨水充沛，多雷陣雨，秋季涼爽，晝夜溫差大，冬季寒冷少雪，年平均氣溫7.4℃～9.6℃。有效積溫3 295.3℃，最低氣溫-29.9℃，無霜期150 d 左右。研究區(qū)土壤類型主要為壤土、砂土等，研究區(qū)內主要喬木樹種有蒙古櫟、油松、山杏等。

2 研究方法

2.1 樣地設置

本研究區(qū)沿潮河流域在拉海嶺林場共選了5塊600 m2樣地，均為20 m×30 m 的長方形。其中，樣地I、II、III、IV 所采取的經營措施分別為撫育間伐、修枝、油松造林和側柏造林，對照CK 樣地為常規(guī)經營。在調查灌木多樣性和林下更新時，在樣地的四角和中心位置分別設置了5 個5 m×5 m 小樣方，共25 個。在灌木樣方正中間位置選取面積大小為1 m×1 m 的草本樣方。調查記錄灌木層和林下更新的種類、數(shù)量、高度、蓋度、基徑，記錄草本層的種類、數(shù)量、高度、蓋度。各樣地概況詳見表1。

表1 研究區(qū)樣地概況Tab.1 General situation of sample plot in study area

2.2 計算方法

物種多樣性指數(shù)是種類及種的個體重要價值之間的比例，它能反映群落中的物種數(shù)量、物種個體數(shù)量及分配均勻程度等的變化情況。目前，最廣泛用于測定物種多樣性的是Simpson 多樣性指數(shù)和Shannon-Wiene 多樣性指數(shù)[10]。Simpson 多樣性指數(shù)是基于概率論提出的，并廣泛用于群落學研究；Shannon-Wiene 多樣性指數(shù)是以信息論范疇的Shannon-Wiene函數(shù)為基礎的研究。

均勻度為群落中不同物種的多度（生物量、蓋度或其他指標）分布的均勻程度，群落的均勻度是對物種多度相似程度的一種測度。本文選用Pielou 均勻度指數(shù)。Pielou 均勻度指數(shù)定義為群落的實測多樣性（H'）與最大多樣性（max 即在給定物種數(shù)下的完全均勻群落的多樣性）之比率。各指標統(tǒng)計方法：①種類統(tǒng)計。統(tǒng)計群落中物種（喬木、灌木、草本）的多度；②蓋度統(tǒng)計。記錄單位面積內灌木、草本的蓋度值；③多樣性統(tǒng)計。物種多樣性統(tǒng)計選用Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)（H）、Simpson多樣性指數(shù)（D）、Pielou均勻度指數(shù)（E）。

3 結果與分析

3.1 不同經營措施對灌木多樣性的影響

通過對2021 年和2022 年樣地灌木多樣性連續(xù)監(jiān)測結果分析可知，撫育前和撫育1年后，各試驗樣地的灌木層豐富度變化不明顯，表明林下灌木種類幾乎沒有變化；其他多樣性指數(shù)均有所增加，其中Simpson 指數(shù)增加1.67%～4.84%，Shannon-Wiener 指數(shù)增加0.94%～3.74%，撫育樣地均明顯高于補植樣地。Simpson 指數(shù)增長情況表現(xiàn)為：I＞II＞III＞IV＞CK；Shannon-Wiener 指數(shù)增長情況表現(xiàn)為：I＞II＞IV＞III＞CK。Pielou 均勻度指數(shù)增長1.09%～3.75%，表現(xiàn)為III＞IV＞I＞CK＞II。蓋度均有所增加7.56%～28.8%，表現(xiàn)為樣地II＞I＞III＞CK＞IV。

3.2 不同經營措施對草本多樣性的影響

通過對2021 年和2022 年樣地灌木多樣性連續(xù)監(jiān)測結果數(shù)據(jù)分析可知，撫育前和撫育1年后，各試驗樣地指標均有不同程度的增加。相比于2021 年，豐富度增加0%～4.76%，Simpson 指 數(shù) 增 加0%～7.17%，Shannon-Wiener 指 數(shù) 增 加1.0%～6.93%，撫育樣地均明顯高于補植樣地。豐富度增長情況表現(xiàn)為：I＞II＞CK＞IV＞III；Simpson 指數(shù)增長情況表現(xiàn)為：II＞I＞IV＞III＞CK；Shannon-Wiener 指數(shù)增長情況表現(xiàn)為：II＞I＞III＞IV＞CK。Pielou 均勻度指數(shù)增長0%～2.41%，表 現(xiàn) 為：IV＞III＞II＞I＞CK。蓋 度 均 有 所 增 加7.56%～28.8%，表現(xiàn)為：樣地II＞I＞III＞CK＞IV。

3.3 不同經營措施對林下更新的影響

表2 為2021 年和2022 年對樣地林下更新情況連續(xù)監(jiān)測結果。分析表2 可知，撫育前和撫育1 年后，各樣地的林下更新數(shù)量有不同程度的提高，其中，樣地I、II的增長變化情況較為明顯，主要原因可能為間伐、修枝等撫育措施優(yōu)化了林分空間結構，提高了實生種子的成活率。各樣地總體增長變化表現(xiàn)為試驗樣地＞對照樣地，其中樣地I更新株數(shù)增加了480株/hm2，提升量達7.5%，遠高于其他樣地，表現(xiàn)為：樣地I＞II＞III＞IV＞CK。各樣地的更新樹種種類相差不大，均以蒙古櫟、山杏為主。

表2 不同樣地林下更新變化情況Tab.2 Change of understory regeneration in different places

4 討論與結論

4.1 討論

物種多樣性是森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與健康的重要指標，物種多樣性指數(shù)越高，說明群落的復雜性越高，林分越穩(wěn)定。在森林撫育經營過程中和經營后，物種多樣性會發(fā)生明顯的變化，林木撫育會改變林下灌木與草本的生存環(huán)境，進而物種分布與蓋度發(fā)生變化。

本研究中，樣地I 中灌木層的Simpson 指數(shù)和Shannon-Wiener 指數(shù)增長變化最為突出，其次為樣地II，而樣地III、IV的Pielou 均勻度指數(shù)增長較為明顯。上述灌木、草本物種在所有樣地中幾乎均有出現(xiàn)，這表明其對蒙古櫟天然次生林具有較強的適應性，分析間伐、修枝、補植等不同措施對于林下物種多樣性差異化影響的原因在于，隨著人工干預措施的實施，林分樹種組成、郁閉度、光照、溫濕度、種子傳播條件等因素均發(fā)生不同程度的變化，物種競爭和多樣性也隨之改變。

4.2 結論

本研究通過對潮河流域蒙古櫟天然次生林基于不同經營措施下植物多樣性的影響研究，主要得出以下結論。

（1）灌木層豐富度變化不明顯，其他指數(shù)均有所增加，就多樣性指數(shù)和蓋度而言，樣地I、II 較高，其中Simpson 指數(shù)增加1.67%～4.84%，Shannon-Wiener 指數(shù)增加0.94%～3.74%，蓋度增加7.56%～28.8%；Pielou 均勻度指數(shù)樣地III、IV 較高，增加1.09%～3.75%。

（2）草本層豐富度、多樣性指數(shù)、蓋度均有所增加，樣地I、II變化最為明顯，豐富度增加0%～4.76%，Simpson 指數(shù)增加0%～7.17%，Shannon-Wiener 指數(shù)增加1.0%～6.93%；Pielou 均勻度指數(shù)樣地III、IV增加0%～2.41%。

（3）林下更新數(shù)量均有提高，樣地I 的提升量達7.5%，其次為樣地II，表現(xiàn)為樣地I＞II＞III＞IV＞CK，各樣地的更新樹種種類相差不大，均以蒙古櫟、山杏為主。