摘要:本次试验主要是针对人工林生产经营中的重要措施抚育间伐,此次研究利用利川地区马尾松人工林为研究对象,并与不同的地形条件设置对照、轻度、中度和强度4种不同抚育间伐处理水平的8块样地相结合,调查研究了间伐前和间伐5年马尾松人工林生长情况,结果得出,抚育间伐对马尾松胸径的生长的促进,和马尾松种群的物种丰富度的提升有着推动作用,各种多样性指数随着间伐水平的变化存在着不同差异。
1、研究区概况
本研究的试验区选择在湖北省恩施土家族苗族自治州利川市汪营镇(108°21'~109°18'E,29°42'~30°39'N),平均海拔处于800~1400m,研究区属于亚热带大陆性季风气候,春迟秋早,潮湿多雨,降水量充沛,年降水量1200~1400mm,年平均气温12.3℃无霜期232d。日照时数:1298.9h,土壤以山地黄棕壤为主。该区域森林类型为季风亚热带常绿阔叶林,常见的乔木层树种包括马尾松、杉木、柳杉、青冈栎、麻栎、栓皮栎、樟树、桢楠、枫香、桤木、厚朴、檫木等,常见的灌木包括以山茶、乌药、杜鹃花、乌饭树为主。
2、研究方法
2.1 样地设置
2008年4月在研究区内选择立地条件相对一致,林下植被相对完整,经营措施相同的林龄为37年的马尾松次生林样地,通过目标树作业法对林分进行三种强度的抚育间伐试验,抚育间伐强度分别为轻度间伐(保留原密度的80%),中度间伐(保留原密度的65%)和强度间伐(保留原密度的45%),通过间伐清楚病虫木、风倒木等不利于目标树发展的林木,保留对林分结构有促进作用的林木。间伐前,分别在三个强度间伐处理水平以及对照组内各选择2块共8块30×30m的正方形样地,记录样地的经纬度、海拔、坡度、坡向等信息,对于样地内DBH>5cm的乔木,调查其树种、林龄、胸径和树高等信息,并计算郁闭度。在每个样地内沿着对角线方向布设3个5×5m的样方,用来测量林下灌木的种类和盖度以及幼树更新信息(苗高、地径、数量和种类)。再在样地内按照“S”形设置5个1×1m的草本样方,用以调查林下灌草种类、数量、分布等信息。间伐后5年对指标进行重复调查。
2.2 物种多样性计算
在样地内对植物群落乔木层、灌木层和草本层的植物数量、种类进行调查统计,然后根据公式计算物种丰富度指数(S),Shannon-wiener指数(H'),Simpson优势度指数(D)以及Pielou均匀度指数(J),其公式如下:
物种丰富度(S)=样地内植物物种的总数(1)
使用excel2016对实验数据进行预处理,计算各指标的均值和标准差,再通过R语言程序对各指标进行统计分析,对林下各因子生长状况进行单因素方差分析(ANONA)和多种比较检验分析,从而对马尾松人工林群落特征进行综合评价。
3、结果与分析
3.1 抚育间伐对马尾松生长特性的影响
图1为不同坡向马尾松人工林经抚育间伐后胸径和树高的生长情况。总体来看,随着抚育间伐强度的增强,胸径和树高都呈现随着强度增强而升高的趋势。对照组胸径为14.9cm(阴坡),树高11.5m(阴坡),随着间伐强度的增强,当强度间伐时,马尾松平均胸径为18.1cm(阴坡),13.6m(阴坡)。但胸径和树高的升高趋势不尽相同,随着间伐强度的增大,阴坡和阳坡的胸径生长量在各间伐强度之间差异显著(p<0.05),阴坡和阳坡的树高生长量在各间伐强度之间不存在显著差异。从不同的坡向来看,不同的间伐强度下,阴坡马尾松胸径的生长量匀高于阳坡,但阴坡和阳坡胸径生长量不存在显著差异,同样的,不同的间伐强度下,阴坡马尾松树高的生长量匀高于阳坡,但阴坡和阳坡树高生长量不存在显著差异。说明阴坡环境下,马尾松各生长指标要优于阳坡,其差异不显著,说明坡向并不是影响马尾松生长的主要因素。
图1 不同坡向的马尾松抚育间伐后胸径和树高变化
3.2 马尾松人工林种群物种组成
通过调查间伐样地和对照样地,间伐后样地共发现53个物种,其中乔木8种,灌木21种,草本24种,灌木种类比间伐前多1种,草本植物种类毕间伐前多3种。进一步统计不同间伐强度下重要值>2的乔木、灌木和草本植物,其中乔木6种,灌木8种,草本10种。乔木层重要值为马尾松>杉木>柳杉>樟树>青冈栎>枫香,且随着间伐强度的增大,乔木层植物的重要性呈现下降的趋势,其中马尾松的重要性从73.94(对照)下降至60.73(强度间伐);枫香的重要性随着间伐强度的增加而呈现先降低后增高的趋势。灌木层中,灌木植物重要性最高的是山茶、其重要性>30,乌药、杜鹃花、乌饭树的重要性也>10,随着间伐强度的增加,山茶、乌药、杜鹃花、吴茱萸等植物的重要性呈现下降趋势,乌饭树、野樱桃、山胡椒、山茱萸等植物的重要性呈现增加的趋势。草本层中,草本植物重要性最高的是鸢尾、其重要性>18,麦冬、酢浆草的重要性也较高(>15)中华常春藤、马齿苋、婆婆纳的重要性也>10,随着间伐强度的增加,鸢尾、马齿苋、婆婆纳等植物的重要性呈现下降趋势,麦冬、贯众、沿阶草等植物的重要性呈现增加的趋势,中华常春藤、酢浆草等植物的重要性保持相对稳定。
3.3 抚育间伐对马尾松人工林物种多样性的影响
根据公式(1)~(4),计算不同坡向的马尾松人工林在不同间伐强度下各林层的多样性指数。在阴坡和阳坡的环境下,经过抚育间伐处理的灌木层和草本层的植物多样性指数(Shannonwiener指数(H'),Simpson优势度指数(D)以及Pielou均匀度指数(J))均大于对照组,且差异显著(p<0.05),且随着间伐强度的增加,各指数的值呈增加的趋势。在阳坡环境中,灌木层H'、D和J指数在不同的间伐强度之间表现为强度>中度>轻度>对照,其中在强度和中度间伐样地中,H'、D和J指数差异不显著,轻度间伐与中度和强度间伐之间差异显著,草本层也呈现相同的趋势。在阴坡环境中,草本层H'、D和J指数在不同的间伐强度之间表现为强度>弱度>中度>对照样地,多样性指数(H')和均匀度(J)表现为强度>中度>弱度>对照样地,且中度和强度间伐之间差异明显。说明抚育间伐对于不同坡向马尾松人工林林下植物群落的分布有着很大的影响。
4、讨论
本研究探索了不同抚育间伐强度对马尾松人工林群落特征的影响。在马尾松人工林中,抚育间伐显著增加了马尾松胸径生长,这与大多数研究结果相一致,原因可能在于,随着抚育间伐,林分密度降低,一方面改善了林分内部水分和光照条件,从而促进保留木的生长,另一方面,随着抚育间伐,种内竞争强度降低,这也有利于马尾松单株木的生长。与胸径相比,抚育间伐对于马尾松树高的生长影响不大,不同间伐强度间马尾松树高生长不存在显著的差异。这个结果与王启美等人关于日本落叶松在不同抚育间伐后的生长研究的结论相类似:抚育间伐对于乔木胸径的生长有明显的影响,而树高生长则不受间伐强度的影响。这可能是由于该区域的马尾松已经处于树高生长的稳定期,因此树高生长变化不明显,此外也与树高因子与环境特征的敏感性有关。本研究还探讨了不同坡向的马尾松人工林间伐强度对生长的影响,发现阴坡和阳坡的马尾松人工林在不同的间伐强度下胸径和树高的生长不存在显著的差异,说明坡向对于马尾松的生长没有明显的影响,此结果与黄萍等人关于油松林分结构和地形关系的研究得出的结论相一致。本文还研究了抚育间伐对于马尾松人工林群落物种重要性的影响。研究表明,经过抚育间伐,林下灌木和草本植物的种类有所增加,说明抚育间伐有利于林下灌木和草本植物的生长,而且随着间伐强度的增强,不同种类的物种重要性也发生变化,在轻度间伐强度下,耐阴性植物种类较多,当间伐程度增加到强度时,耐阴性植物减少,喜光性植物增加,说明灌木和草本植物的分布受光照影响较大。之所以抚育间伐可以提高物种多样性原因在于:随着间伐强度的增加,林窗面积增大,林分内部受光面积增加,从而提高林分冠层的光合有效辐射,实现林下土壤增温,将有助于林分内部灌草种子萌发和生长;此外,随着间伐强度的增加,将有利于外部种子通过各种媒介进入林分,从而提高林分内部物种的数量和种类。通过对不同间伐强度的物种多样性指数研究发现,中度间伐(35%)和强度间伐(55%)能够显著提高马尾松人工林群落中灌木层和草本层物种的丰富度和多样性,这可能与马尾松林下物种的种类与个体数量的增加有关。灌木层的Shannon-wiener指数(H'),Simpson优势度指数(D)及Pielou均匀度指数(J)均要高于草本层,这与史作民等人宝天曼地区植物群落物种多样性研究得出的结论相类似。研究还发现不同的坡向植物群落物种多样性也不尽相同,在本研究中,阴坡环境的马尾松群落的物种多样性和丰富度均高于阳坡环境,但是群落物种Pielou均匀度指数没有随坡向的变化呈现明显的变化,这说明坡向因素对于群落单个种类的分布有影响,但是未能改变整个林下物种的分布格局。
5、结论
本研究以利川地区马尾松人工林为研究对象,结合不同的地形条件研究不同抚育间伐对于马尾松人工林生长的影响,以及对于人工林群落物种重要性和物种多样性的影响。结果表明,抚育间伐对于胸径的生长具有显著的促进作用;抚育间伐提高了马尾松种群的物种丰富度,阴坡灌草种类多于阳坡;Shannonwiener指数和Simpson优势度指数随着间伐强度的增强而变大,Pielou均匀度指数在不同的间伐强度下保持相对稳定。
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