塞罕壩華北落葉松人工純林和混交林林下植被多樣性研究

姚丹陽

(河北省塞罕壩機械林場總場，河北 承德 064866)

物種多樣性代表著不同物種的空間演化和環境的生態適應性[1]，對不同林分、不同環境或者不同干擾下林下植被多樣性的研究可以找出各種因素對林下植被多樣性的影響，進而揭示出其變化規律和內在機理。因而，許多學者對林下植被多樣性進行了大量的科學研究[2-5]，以期能夠找到不同地區不同條件下不同群落的內在規律，為優化森林結構，提高森林生態系統的穩定性提供出有利建議。華北落葉松是塞罕壩地區的鄉土樹種，同時也是塞罕壩地區最主要的造林樹種，目前該地區一半以上的人工林為華北落葉松人工林，因而本文調查了華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)純林和華北落葉松與樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)混交林林下的喬灌草，對這兩種林分林下植被的豐富度、重要值、多樣性指數以及均勻度指數進行分析研究，以期為優化華北落葉松人工林森林結構、做好森林經營管理工作提供技術基礎。

1 研究地概況

塞罕壩機械林場位于河北省承德市圍場滿族蒙古族自治縣最北部，地理位置是116°51′—117°39′ E、42°02′—42°36′ N，為內蒙古高原渾善達克沙地南緣。地貌以高原和山地為主，海拔1 010～1 940 m，是灤河、遼河兩大水系的發源地之一。塞罕壩有林地面積為74 690.85 hm2，其中純林面積為69 387.32 hm2，混交林面積為5 303.53 hm2，森林覆蓋率達80%。塞罕壩的森林類型主要是以華北落葉松為主的落葉針葉林，以落葉松、云杉、白樺等為建群種的針闊混交林以及以山楊、樺木為優勢種的落葉闊葉林。林區內土壤以灰色森林土為主，存在少量的棕壤和沼澤土等。

2 研究方法

2.1 樣地設置

在塞罕壩機械林場選擇地形和土壤條件基本相同且初始造林樹種為華北落葉松的純林和華北落葉松與樟子松的混交林，樣地面積設置為50 m×50 m，樣地基本情況詳見表1。

表1 不同類型華北落人工林樣地基本情況

2.2 調查方法

將50 m×50 m劃分成10個5 m×5 m的小樣方，調查10個樣方內所有喬灌木(胸徑超過1 cm)的高度、數量、胸徑、冠幅、地徑；然后再在每個小樣方內設置1個1 m×1 m 的草本樣方，調查樣方內所有草本植物的種類、數量、高度、蓋度。

2.3 數據分析

整理調查數據種類并計算出每種林分的豐富度、重要值(IV)、 Shannon-Wiener多樣性指數、 Simpson多樣性指數、Simpson優勢度指數和Pielou均勻度指數。

豐富度=物種的種數

灌木重要值=相對胸高斷面積+相對頻度+相對密度

草本重要值=相對蓋度+相對頻度+相對密度

Simpson多樣性指數(D)：

加強設計咨詢企業成本管控意識，提高員工的財務管理認知水平，在企業中形成成本管控的氛圍，摒棄成本管控無所謂的錯誤觀念。尤其針對企業高層管理人員，牽頭對項目管理制度進行完善，結合實際，逐步轉變，行成以合同為成本歸集對象的成本管控模式。針對設計咨詢企業相關業務的工作環節及流程，行成標準工時及標準費用，通過工時管理系統來不斷優化相關工作環節的人工工時，完善工時管理系統，培養行成對應工作后的工時打卡習慣，優化人員薪酬管理及登記辦法，將人員成本逐項分劈到項目中去。

Shannon-Wiener多樣性指數(H′)：

H′=-∑PilnPi

皮洛均勻度指數：

皮洛均勻度指數1JSW=-∑PilnPi/lnS

Simpson優勢度指數C：

式中：Pi為物種i的個體數占樣地內總個體數的比例，i=1,2,…S；S為植物種類總數

3 結果分析

3.1 林下植被組成

表2 不同類型華北落人工林林下植被組成

華北落葉松純林和混交林的灌木層均有2種裸子植物1種雙子葉植物，草本層以菊科、毛茛科、豆科、禾本科以及薔薇科居多，不同林分植物優勢科的分布見圖1和圖2。

圖1 華北落葉松純林草本層優勢科種類分布

圖2 華北落葉松與樟子松混交林草本層優勢科種類分布

由圖1和圖2可以看出，華北落葉松純林和混交林均是菊科植物最多，菊科分別占總種數的30%和19.82%。在華北落葉松純林中薔薇科占總種數的13.33%，排在第二位，第三和第四分別為毛茛科和豆科植物，菊科、薔薇科、毛茛科和豆科這4科植物在純林中占總種數的60%；而華北落葉松混交林中排第二的是禾本科植物，其占總種數的13.51%，排第三和第四的是豆科和毛茛科，菊科、禾本科、毛茛科和豆科這四科植物在混交林中合計占總種數的52.25%。可見，菊科、禾本科、薔薇科、毛茛科和豆科在落葉松純林和混交林的優勢較明顯。

3.2 林下植被重要值

3.2.1 灌木層植被重要值 華北落葉松純林和混交林灌木層植被均較少，都為2科3屬3種。由表3可以看出，純林中華北落葉松的優勢地位明顯，重要值達266.23%，樟子松和大果榆的重要值僅為17.29%和16.49%；而混交林的優勢種為華北落葉松和樟子松，重要值分別為192.74%和101.02%，山丁子的重要值為16.24%，由此可以看出這兩種林分造林樹種的優勢地位明顯，林分正處于生長旺盛期。

表3 不同類型華北落葉松人工林灌木層植物重要值

3.2.2 草本層植被重要值 草本層的植被較灌木層豐富。由表4可以看出，純林的優勢物種為阿爾泰狗娃花、白花草芍藥和草原老鸛草，這三種植物的重要值分別為68.22%、42.15%、33.24%，重要值之和為143.61%，約占整個草本層的一半，重要值大于20%小于10%的物種有10種，小于10%的有17種種類。混交林中最優勢種類也為阿爾泰狗娃花，重要值為59.18%，其次為白蓮蒿和冰草，重要值分別為36.42%、28.44%，重要值第四和第五的分別為叢生隱子草和細葉苔草，重要值分別為20.31%和18.15%，混交林的草本層分布較為均勻。

整體上，華北落葉松純林和混交林最優勢種類均為阿爾泰狗娃花，混交林草本層物種分布較純林均勻。

表4 不同類型華北落葉松人工林草本層植物重要值

注：由于物種較多，本表只列出重要值在10%以上的物種。

3.3 林下植被多樣性指數

由表5可以看出，華北落葉松純林灌木層的Simpson多樣性指數和Shannon-Wiener 多樣性指數分別為0.06和0.1，均勻度指數1、2均為0.09；混交林灌木層的Simpson多樣性指數和Shannon-Wiener 多樣性指數分別為0.27和0.42，均勻度指數1、2分別為0.38和0.41，高于純林，這主要與純林的造林樹種華北落葉松在灌木層的優勢地位明顯，而混交林華北落葉松和樟子松的占比較均勻有關。

華北落葉松純林的草本層的Simpson多樣性指數和Shannon-Wiener 多樣性指數分別為0.63和1.74，均勻度指數1、2分別為0.51和0.65；混交林灌木層的Simpson多樣性指數和Shannon-Wiener 多樣性指數分別為0.8和2.04，均勻度指數1、2分別為0.56和0.82。草本層的多樣性和均勻度也是混交林高于純林。

總體來看，塞罕壩地區華北落葉松混交林的多樣性和均勻度指數高于華北落葉松純林，同時草本層的物種豐富度、多樣性和均勻度指數均高于灌木層。

表5 不同類型華北落葉松人工林林下植被多樣性

4 結論與討論

豐富的林下植被，較高的物種多樣性以及合理的喬灌草結構可以保持森林生態系統的穩定，促進森林生態系統的健康發展[6]。李品榮等[7]研究發現西南樺混交林的林下植被較純林種類復雜，多樣性高，林分生境優越，群落穩定性高；潘世龍等[8]研究發現杉木與厚樸混交后可以改善林分結構，提高森林林下植物的多樣性和豐富度；胡玉燕[9]通過對比發現杉木米櫧混交林的多樣性和豐富度高于純林，建議在生產實踐中發展混交林套種模式；王世雷等[10]研究發現混交林可以增加林分生境的異質性，為更多物種的進入創造有利條件。本研究中華北落葉松純林下有33種植物，混交林林下共出現了40種植物。混交林草本層的Simpson多樣性指數、Shannon-Wiener 多樣性指數以及基于這兩個指數的均勻度指數1、2分別為0.8、2.04、0.56和0.82，純林草本層的相應指數分別為0.63、1.74、0.51和0.65。總體表現為混交林林下植被的豐富度、多樣性指數以及均勻度指數均高于純林。這個結果與以上研究結果吻合，說明混交林較純林具有較高的豐富度和物種多樣性，可以有效地改善林分結構，增加林分生境的異質性，促進林分的穩定和健康發展。

塞罕壩地區華北落葉松純林和混交人工林林下植被均表現為草本層的豐富度、多樣性和均勻度高于灌木層，這個結果在姚丹陽等[11]、郭靖麗等[12]的研究中也有相同的結論。這主要是與該地區的氣候環境以及造林初始密度較大有關，塞罕壩地區海拔高、氣候寒冷，因而適宜生長的喬灌木較少，同時林分中優勢物種的相對密度高，所以林下喬灌木較少。

塞罕壩地區華北落葉松純林和混交人工林草本層都是菊科植物最多，分別占植物總種數的30%和19.82%，在純林中薔薇科、毛茛科和豆科占植物總種數比在10%和15%之間，遠低于菊科的30%，而混交林中的禾本科、豆科和毛茛科占植物總種數比分別為13.51%、10.81%和8.11%，略低于菊科的19.82%，由此可以看出混交林林下優勢科的分布較純林均勻。阿爾泰狗娃花均是純林和混交林的優勢物種，重要值最高，從重要值的分布來看，同樣是混交林的物種分布較純林均勻。