撫育間伐對舟山海島典型森林-楓香林多樣性的影響

黃海明，陳 斌，柳海兵，劉博文，許力琦

（1.舟山市林場，浙江舟山316000 ；2.舟山市林業(yè)科學(xué)研究院，浙江舟山316000；3.舟山市普陀區(qū)林業(yè)服務(wù)中心，浙江舟山316000；4.舟山市定海去林業(yè)服務(wù)中心，浙江舟山316000；5.舟山市自然資源和規(guī)劃局，浙江舟山3160230）

撫育間伐是對森林進(jìn)行人工干預(yù)的重要手段，也是對森林按照人類自身認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行科學(xué)的管理的主要方式，既是保持森林可持續(xù)發(fā)展的重要手段，也是推動森林可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，又是最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。通過撫育間伐這種手段，加大森林生態(tài)活性，豐富生態(tài)多樣性，發(fā)揮森林生態(tài)效益，提高森林抵御各種自然災(zāi)害的能力。

森林的間伐撫育在17世紀(jì)前，理論尚未成熟。20世紀(jì)50年代前，提出的撫育間伐作業(yè)主要根據(jù)林木林分做出決策。20世紀(jì)50年代以后，撫育間伐的作業(yè)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到林分生長效果上來，開始用數(shù)學(xué)手段定量分析采用間伐撫育后林分單位面積上發(fā)生的一系列變化。2000年后，撫育間伐目的轉(zhuǎn)為擴(kuò)大目標(biāo)樹種生長空間、改善林分結(jié)構(gòu)、提高群落多樣性、增強(qiáng)林分穩(wěn)定性多目標(biāo)共同推進(jìn)。

1 研究地區(qū)和研究方法

1.1 自然概況

舟山群島地處長江口以南，杭州灣外緣的東海海域，位于29°32'N-31°04'N，121°31'E-123°25'E，陸域面積1439.8km2，由1393 個島嶼組成，以低山丘陵為主，最高峰為桃花島的對峙山，海拔544.5m[1]。

30年來，浙江省舟山市的森林群落外觀發(fā)生了巨大變化，曾占85%以上的黑松(Pinus thunbergii)林和馬尾松(Pinus massoniana)林，90年代初開始受到松材線蟲病(Bursaphelenchus xylophilus)影響，目前只占林地總面積的8%，群島現(xiàn)有丘陵山地植被除了原有松林次生更新外，次生闊葉林和灌木林成為當(dāng)前森林的主要構(gòu)成[2]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇與調(diào)查

本次研究對象選取舟山本島最為常見的楓香( Liquidambar formosana )林作為研究對象。研究地點(diǎn)在舟山定海長崗山公園。長崗山森林公園地處舟山市定海城區(qū)東北側(cè)山體，位于市區(qū)城東街道范圍內(nèi)，總面積499.4 hm2，涉及東灣、勝利、長崗山、洞橋、小洋岙、大洋岙六個行政村。地理坐標(biāo)介于東經(jīng)122°06'15″-122°09'30″，北緯30°01'00″-30°02'35″。本研究選取山體南側(cè)坡向的同一區(qū)域同一起源的楓香林作為研究對象，統(tǒng)一坡向，坡度，減小各種因子影響。對采取同樣作業(yè)設(shè)計(jì)（清除五節(jié)芒、藤本植物、病死的、倒伏的喬木，5 cm 以下的灌木和落葉喬木全部清理，對于高大的喬木樹種170 cm 以下枝下高全部修剪），對撫育間伐時間為15a，10a，5a 前的地塊進(jìn)行群落特征調(diào)查，同時選取未撫育區(qū)域設(shè)置樣地進(jìn)行對照。

樣地設(shè)置為20m×20m，每塊樣地中劃分為4 個10m×10m 基本單元。群落特征記錄表中，垂直結(jié)構(gòu)劃分為5 個層次，其中根據(jù)森林更新和培育需要，將林下木本植物的喬木樹種和灌木樹種分別劃分為更新層和灌木層。各樣地的基本樣方面積分別為：喬木層樣地10m×10m，更新層、灌木層和藤本層樣地均為5m×5m，草本層樣地為1m×1m，記錄喬木層內(nèi)所有胸徑≥5cm 樹種的胸徑、高度、蓋度和株數(shù)，更新層記錄所有種的株數(shù)，灌木層、草本層和藤本層記錄所有種，胸徑采用圍尺測量，高度和蓋度采用目測法，同時分別記錄海拔、坡度、坡向、土壤類型等樣地的生境因子。樣地基本情況見表1。

1.2.2 物種多樣性評價

本研究的物種多樣性采用物種多樣性指數(shù)、群落均勻度指數(shù)和物種豐富度指數(shù)進(jìn)行衡量。多樣性指數(shù)的計(jì)算依據(jù)采用均勻度指數(shù)、Shanmom 指數(shù)、物種豐富度，并以此作為評價標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 物種組成

2.1.1 樣地物種數(shù)量

在8 個樣地中，共有維管束植物15 科25 屬37種，其中蕨類植物2 科4 屬4 種、裸子植物2 科2 屬2 種、雙子葉植物9 科15 屬25 種、單子葉植物2 科4 屬6 種。按生長類型分，喬木樹種4 種，包括常綠喬木1 種，落葉喬木3 種;灌木樹種13 種，其中常綠灌木5 種，落葉灌木8 種;草本(包括蕨類植物)12種，其中多年生草本7 種，一年生草本1 種;藤本8種，其中木質(zhì)藤本(包括攀援灌木)4 種，草質(zhì)藤本(包括蕨類植物)3 種，木質(zhì)藤本中常綠藤本1 種，落葉藤本7 種。詳細(xì)數(shù)據(jù)具體見表2。

2.1.2 優(yōu)勢種

對不同年代同一間伐撫育模式條件下的楓香林進(jìn)行群落調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，由于目標(biāo)明確，楓香依舊是優(yōu)勢種外，原有林地結(jié)構(gòu)內(nèi)的樹種結(jié)構(gòu)也有所更新，其中Zs1 和Zs2 中出現(xiàn)了4 種喬木樹種，Zs3 和Zs4 中出現(xiàn)了3 種喬木樹種，說明在撫育間伐作業(yè)5年后，有新的樹種沙樸（Celtis tetrandra ssp.sinensis）進(jìn)入。10年后，紅楠（Machilus thunbergii）進(jìn)入（附近2 km有人工栽植的紅楠林，估計(jì)是鳥類帶入）。這些樹種出現(xiàn)頻度較高。其次，柃木（Eurya japonica）在撫育間伐后的10年間，在灌木層占據(jù)了主要地位，后期出現(xiàn)了紫金牛（Ardisia japonica）和朱砂根（Ardisia crenata）在不同高度占據(jù)了一定蓋度。草本層的淡竹葉和大吳風(fēng)草也在不斷的改變在群落中的定位。藤本層最為常見且占優(yōu)勢的有4 種，分別為中華常春藤(Hedera nepalensis var.sinensis)、絡(luò)石(Trachelospermum jasminoides)、薜荔(Ficus pumila)、菝葜(Smilax china)。

表1 樣地基本情況

表2 8 個樣地物種組成及其生活性

優(yōu)勢種的變化趨勢是伴隨著撫育時間的增加而增加，新的植物種類在不同層次的優(yōu)勢也發(fā)生一定有規(guī)律的變化。

2.2 間伐撫育對楓香胸徑影響

間伐撫育對楓香胸徑影響明顯。在400 m2內(nèi)，未經(jīng)撫育間伐的Zs7 和Zs8，楓香數(shù)量分別為91、95株，撫育間伐后，數(shù)量在21-23 株之間。在樣地中，根據(jù)徑級范圍，以5cm 為徑階，把楓香胸徑分為6個徑級（設(shè)為C1-C6），具體數(shù)據(jù)見表3。

隨著撫育后年限的增加，楓香胸徑年均生長量均呈顯著提高的趨勢。以未撫育間伐的樣地作為對照，對比發(fā)現(xiàn)，撫育間伐后15年的Zs1 和Zs2 的胸徑生長量最大，超過60%；撫育間伐后10年的Zs3和Zs4 次之，超過60%；撫育間伐后5年效果最差，也超過20%以上。

隨著撫育后年限的增加，楓香胸徑徑級大幅提升，撫育間伐后15年的Zs1 和Zs2 開始出現(xiàn)徑級（30-35cm）。未撫育間伐的樣地中楓香胸徑少數(shù)數(shù)還是處于徑級（5-10cm）和徑級（10-15cm）之間，大多數(shù)還是處于徑級（15-20cm），生長量顯著較少。

2.3 物種多樣性

根據(jù)各群落分層多樣性指數(shù)測定結(jié)果可見（表4），喬木層的Shanmom 指數(shù)和均勻度指數(shù)基本比較穩(wěn)定，大致是在撫育間伐后走低，在15年后基本郁閉后恢復(fù)到原來的水平。8 個樣地基本符合這一規(guī)律。更新層的的Shanmom 指數(shù)和均勻度指數(shù)在10年后達(dá)到最高，說明后期的樹種進(jìn)入后，形成了更激烈的競爭關(guān)系，促進(jìn)了生長。8 個樣地中，群落更新的白櫟幼苗占據(jù)了絕對優(yōu)勢，分布很不均勻，反映了未來落葉闊葉林的演替趨勢。灌木層在10年左右變化最大，說明此段時間會進(jìn)入了一定數(shù)量的灌木植物，促進(jìn)群落多樣性的發(fā)展。草本層和藤本層在間伐撫育后，物種數(shù)量、Shanmom 指數(shù)和均勻度指數(shù)都所上升，8 個樣地在數(shù)據(jù)對照后，可以發(fā)現(xiàn)，間伐撫育對促進(jìn)草本層和藤本層的多樣性有較大幫助。

6 個間伐撫育的樣地相應(yīng)層次均勻度均比較接近，說明間伐撫育后樹種模式結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，符合當(dāng)初作業(yè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

3 討論

3.1 撫育間伐模式的作用

通過對8 個不同撫育間伐時間的樣地的群落調(diào)查，可以發(fā)現(xiàn)撫育間伐模式通過清除藤本植物、病死的、倒伏的喬木，5 cm 以下的灌木和落葉喬木全部清理這一撫育作業(yè)設(shè)計(jì)，將影響森林健康發(fā)展的病態(tài)、枯死樹清除后，增加森林透光率，增大樹木對土壤營養(yǎng)的吸收力度，從而顯著促進(jìn)了目標(biāo)樹種楓香的胸徑生長。

表3 8 個樣地楓香數(shù)量和胸徑情況

表4 8 個樣地各層次物種多樣性指數(shù)

3.2 楓香林群落撫育后的優(yōu)勢種變化

雖然在楓香林群落中，目前還是以楓香為絕對優(yōu)勢樹種，但是后期撫育間伐作業(yè)5年后，有新的樹種沙樸和紅楠進(jìn)入，后期演替中，還可能有其他樹種進(jìn)入，改變?yōu)槌＞G落葉闊葉林的結(jié)構(gòu)。

3.3 楓香林群落撫育后的物種多樣性評價

由于8 個樣地起源相同，環(huán)境基本相同，以時間換空間的方法來模擬撫育采伐后不同時間的演替模式。通過群落調(diào)查分析后發(fā)現(xiàn)，伴隨撫育后時間的增加，主要是撫育間伐后，因林冠疏開，林分郁閉度減小，林木光照條件得到改善，喜光植物在林中旺盛生長[3，4]，提高了林下植物的豐富度。喬木層物種開始增加，灌木層和草本層物種豐富度、Shanmom 指數(shù)、均勻度指數(shù)顯著增加，藤本層多樣性開始增加到后期反而有所下降。綜合數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)行的撫育間伐模式適合楓香林，但還需要補(bǔ)植常綠闊葉樹種，促進(jìn)群落向常綠落葉闊葉林方向演進(jìn)。