遼東山區落葉松-東部白松混交林林分生長和植被特征研究

杜建平

(國有清原滿族自治縣大邊溝林場,遼寧撫順 113309)

落葉松是我國重要的造林和用材樹種,現有人工林面積達316.29萬hm2,蓄積達2.37億m3,是我國北方地區重要的針葉用材樹種。東部白松為北美地區引進樹種,其具有速生、采種優良、樹形美觀等優點,是原產地優質用材和綠化樹種,其在遼寧地區引種可追溯到19世紀末。長期以來,這2個樹種在遼寧地區栽植主要以純林為主。以往研究表明,人工純林存在生產力低、生物多樣性低、抵御災害能力弱等不足[1]。相反,已有研究表明,混交林在這些方面具有一定優勢,如徐小牛等[2]研究馬尾松楓香混交林生長得出結論,混交林生長優勢明顯,與對照相比,12年生混交林蓄積量提高13.90%～7.25%。曹旭平等[3]研究黃龍山油松林和油松+遼東櫟混交林物種組成認為,松櫟混交林中灌木層和草本層植物種數均大于油松林。為了探討落葉松混交林和純林生長和林下植被方面的差異,筆者以落葉松-東部白松混交林和落葉松純林為研究對象,開展了樹木樹高、胸徑、冠幅、單株材積和林地蓄積等生長指標,灌木層和草本層物種組成、重要值和多樣性指數等物種多樣性指標的調查和分析,旨在為落葉松在遼寧地區高效經營提供技術和理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況調查樣地設在國有清原滿族自治縣大邊溝林場,林場信息參見馮健等文獻[4]。

1.2 樣地設置2020年在研究地挑選立地條件大致相似的林齡均為9年的落葉松-東部白松混交林(落葉松∶東部白松=6∶4)和落葉松純林作為樣地,每種林型樣地內分別選取3個20 m×20 m 的樣地。對樣地內的喬木(DBH≥3 cm)進行每木檢尺,測量其樹高、活枝下高、胸徑和冠幅等。樹木高度、活枝下高采用超聲波測高儀進行測量,精度0.1 m。胸徑采用測樹圍尺測量,測量精度0.1 cm。在每個樣地內根據對角線方法選取3個5 m×5 m的樣方調查灌木層,同時選取5個1 m×1 m 的小樣方調查草本層,記錄每種植物的種名、株數/叢數、高度、蓋度、冠幅等。

1.3 數據處理

1.3.1物種重要值計算。

灌木層和草本層的重要值=(相對頻度+相對多度+相對蓋度)/3

相對頻度=(某種的頻度/所有種的頻度之和)×100%

相對多度=(每一種的個體數/全部種的個體數)×100%

相對蓋度=(某一種的基面積之和/所有種的基面積之和)×100%

1.3.2多樣性指數計算。

(1)物種豐富度指數(S):樣地內出現的物種數量。

(2)物種多樣性指數。

Simpson多樣性指數(D):

Shannon-Wiener多樣性指數(H):

(3)物種均勻度指數。以Simpson多樣性指數為基礎的Pielou群落均勻度指數(JD)計算公式為:

以Shannon-Wiener多樣性指數為基礎的Pielou群落均勻度指數(JH)計算公式為:

式中:S為物種數目;N為物種的個體總數;Pi=ni/N,Pi為第i個物種的相對重要值;ni指樣方中第i種物種的個體數,且∑ni=N。

1.4 數據統計與分析采用 Excel 2003進行數據計算與作圖,使用SPSS 19.0對數據(包括林下植物多樣性、豐富度和土壤理化性質)進行單因素ANOVA方差分析,用Tukey法多重比較進行差異顯著性檢驗,對林下植物物種豐富度和多樣性與土壤理化性質進行Pearson相關性分析。

2 結果與分析

2.1 落葉松-東部白松混交林林分生長特性由表1可知,胸徑、樹高、冠幅、單株材積和蓄積均表現為落葉松-東部白松混交林中落葉松大于落葉松純林,且落葉松-東部白松混交林中落葉松分別是落葉松純林的2.00、1.58、1.19、6.67和4.03倍。t檢驗結果表明,除蓄積外,胸徑、樹高、冠幅和單株材積在兩者間差異達到極顯著水平(P<0.01)。高徑比、冠高比和冠徑比均表現為落葉松-東部白松混交林中落葉松小于落葉松純林,其中,與落葉松純林相比,落葉松-東部白松混交林中落葉松的高徑比更接近于1。t檢驗結果表明,高徑比、冠高比和冠徑比在兩者間差異均達到極顯著水平(P<0.01)。

表1 落葉松-東部白松混交林中落葉松生長特性

2.2 落葉松-東部白松混交林植被特性基于樣地的調查數據統計可知,落葉松-東部白松混交林林下植物有35種,隸屬27科30屬,其中灌木樹種13種,隸屬10科11屬,草本植物22種,隸屬于17科19屬。落葉松純林林下植物40種,隸屬33科36屬,其中灌木樹種8種,隸屬8科8屬;草本植物32種,隸屬于25科28屬。從物種數量看,草本層表現為落葉松純林大于落葉松-東部白松混交林,而灌木層則相反。物種共有情況表明,落葉松-東部白松混交林與落葉松純林共有物種20種,其中,草本植物14種,分別為白花碎米薺(Cardamineleucantha)、白屈菜(Chelidoniummajus)、穿龍薯蕷(Dioscoreanipponica)、廣布鱗毛蕨(Dryopterisexpansa)、猴腿蹄蓋蕨(Athyriummultidentatum)、寬葉苔草(Carexsiderosticta)、龍常草(Diarrhenamandshurica)、落新婦(Astilbechinensis)、茜草(Rubiacordifolia)、山楂葉懸鉤子(Rubuscrataegifolius)、凸脈苔草(CarexlanceolataBoott)、五葉黃精(Polygonatumacuminatifolium)、蕁麻葉龍頭草(Meehaniaurticifolia)和羊胡苔草(Eriophorumvaginatum);灌木植物6種,分別為刺龍芽(Araliaelatavar.glabrescens)、東北山梅花(Philadelphusschrenkii)、狗棗獼猴桃(Actinidiaarguta)、毛榛子(Corylusmandshurica)、山葡萄(Vitisamurensis)和五味子(Schisandrachinensis)。物種獨有情況表明,落葉松-東部白松混交林中出現了荷青花(Hylomeconjaponica)、寬葉山蒿(Artemisiastolonifera)、鈴蘭(Convallariamajalis)、鹿藥(Maianthemumjaponicum)、球子蕨(Onocleasensibilis)和歪頭菜(Viciaunijuga)等草本植物,簇毛槭(Acerbarbinerve)、胡枝子(Lespedezabicolor)、假色槭(Acerpseudosieboldianum)、青楷槭(Acertegmentosum)、軟棗獼猴桃(Actinidiaarguta)和衛矛(Euonymusalatus)等灌木植物。

不同林型人工林林下灌木和草本層主要物種的重要值見表2。表2顯示,草本層中,重要值在10.00%以上的優勢物種在落葉松-東部白松混交林中有8種,在落葉松純林中有7種;灌木層中,重要值在10.00%以上的優勢物種在落葉松-東部白松混交林中有7種,在落葉松純林中有6種。

表2 落葉松-東部白松混交林和落葉松純林林下灌木層、草本層主要物種的重要值

由表3可知,草本層中,除了物種豐富度指數(S)表現為落葉松-東部白松混交林小于落葉松純林外,Simpson多樣性指數(D)、Shannon-Wiener多樣性指數(H)、以Simpson多樣性指數為基礎的Pielou群落均勻度指數(JD)和以Shannon-Wiener多樣性指數為基礎的Pielou群落均勻度指數(JH)4個指數均表現為落葉松-東部白松混交林大于落葉松純林;灌木層中,5個多樣性指數均表現為落葉松-東部白松混交林大于落葉松純林。t檢驗結果表明,上述灌木層和草本層多樣性指數間差異均未達到顯著水平(P>0.05)[5]。

表3 落葉松-東部白松混交林和落葉松純林林下植物的物種多樣性指數

3 結果與討論

該研究表明,落葉松-東部白松混交林中落葉松的胸徑、樹高、冠幅和單株材積分別達到7.69 cm、6.65 m、2.02 m和0.020 m3,混交林蓄積達到29.63 m3/hm2,分別是落葉松純林的2.00、1.58、1.19、6.67和4.03倍,且混交林中落葉松形質指標優于落葉松純林,這說明落葉松和東部白松混交后促進了落葉松的生長。這一研究結果與以往研究結果相似,如夏成財等[6]研究落葉松白樺純林與混交林林分生長量認為,落葉松-白樺人工天然混交林較落葉松人工純林有較大幅度的增產效益。該研究中混交林中落葉松生長表現優于落葉松純林。李永哲等[7]對23年生落葉松-黃波羅混交林及落葉松純林林分生長過程研究表明:混交林顯著促進了林分平均胸徑的生長;混交林林分蓄積顯著高于落葉松純林,混交林較落葉松純林更有利于林分的生長。7年生混交林4種(馬尾松和紅椎混交比例為9∶1、8∶2、7∶3、6∶4)造林模式馬尾松和紅椎兩者生長效果均優于純林[8]。

該研究表明,落葉松-東部白松混交林林下植物有35種,隸屬27科30屬,其中灌木樹種13種,隸屬10科11屬,草本植物22種,隸屬于17科19屬。落葉松純林林下植物40種,隸屬33科36屬,其中灌木樹種8種,隸屬8科8屬;草本植物32種,隸屬于25科28屬。從物種數量看,落葉松-東部白松混交林灌木層物種數量高于落葉松純林,而草本層則表現為落葉松純林大于落葉松-東部白松混交林。從多樣性指數看,草本層中除了表現為落葉松-東部白松混交林S小于落葉松純林外,D、H、JD、JH4個多樣性指數和灌木層中S、D、H、JD、JH5個多樣性指數均表現為落葉松-東部白松混交林大于落葉松純林。這一研究結果與其他研究結果類似。徐鄭周等[9]研究燕山山地華北落葉松人工林群落生物多樣性得出結論,華北落葉松白樺混交林最高,為17 科34種,其次為華北落葉松山楊混交林,為20科32種,華北落葉松純林最少,僅17科28種,可見混交林內的植物種類更豐富。王俊玲等[10]研究六盤山華北落葉松也表明,落葉松-闊葉混交林大于落葉松純林。

該研究作為落葉松混交林生長和林下植被情況的一個階段性結果,證實了落葉松和東部白松混交造林,在一定程度上促進了林木生長,豐富了林地植被多樣性,可為遼東山區高效培育落葉松人工林,改善落葉松純林林地地力及提高經營效果提供參考。上述研究結果說明合理經營優化人工林林分樹種結構,增加人工林喬木層樹種組成,大力營造多樹種混交林,構建形成樹種多樣、布局合理、結構優化的資源培育體系,發展優質、速生、大徑級用材林,推動森林培育經營轉型升級是未來遼東山區人工林發展方向。

4 結論

(1)落葉松與東部白松混交促進了落葉松生長。落葉松-東部白松混交林中落葉松的胸徑、樹高、冠幅、單株材積和蓄積分別為7.69 cm、6.65 m、2.02 m、0.020 m3和29.63 m3/hm2,分別是落葉松純林的2.00、1.58、1.19、6.67和4.03倍。落葉松-東部白松混交林中落葉松形質指標優于落葉松純林。

(2)落葉松與東部白松混交提高了林地物種多樣性。 從數量上看,物種總數量和草本植物數量表現為落葉松純林高于落葉松-東部白松混交林,灌木植物則相反。從多樣性指數上看,除了草本植物豐富度指數(S)之外,其他多樣性指數均表現為落葉松-東部白松混交林優于落葉松純林。

(3)營造多樹種混交林是未來遼東山區人工林培育經營的發展方向。