邊緣效應(yīng)對(duì)暖溫帶植物生物量的影響研究

翟靜娟

（朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 朔州 036002）

近些年，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，林業(yè)自然資源持續(xù)消耗，原始森林面積逐步萎縮，產(chǎn)生了大面積的次生林帶，并且與農(nóng)田、荒地等逐漸相連。林區(qū)邊緣地帶是自然界各種物質(zhì)和能量交換的關(guān)鍵地區(qū)。該地區(qū)的穩(wěn)定對(duì)于物種的多樣性至關(guān)重要，一旦破壞嚴(yán)重，會(huì)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響。邊緣效應(yīng)(edge effect)是指不同生態(tài)系統(tǒng)交匯處的生態(tài)因子、系統(tǒng)屬性等的變化。隨著我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境的逐步重視，邊緣效應(yīng)研究成為近些年生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。

我國(guó)邊緣效應(yīng)的相關(guān)研究主要集中在廣東、四川、云南、福建、海南等地進(jìn)行。而在山西，邊緣效應(yīng)的研究區(qū)域主要集中在霍州市霍山的七里峪。不同的生態(tài)學(xué)家因研究對(duì)象、目的、角度、手段等的不同，最終所獲得的研究結(jié)果也不同。近年來，一些學(xué)者對(duì)邊緣效應(yīng)的特征和機(jī)理作了有益的探討。在國(guó)外，邊緣效應(yīng)的研究起步較早，但大多數(shù)都集中在動(dòng)物分布的變化。一項(xiàng)調(diào)查片斷化森林中邊緣效應(yīng)的研究顯示，森林喪失對(duì)昆蟲群落的普遍負(fù)面影響可能對(duì)自然界和農(nóng)業(yè)產(chǎn)生影響。另一項(xiàng)研究顯示，邊緣效應(yīng)增強(qiáng)了溫帶闊葉林的碳吸收。有研究顯示，片斷化的林地對(duì)于生物多樣性的保持也具有重要作用。

邊緣效應(yīng)是自然界普遍存在的。由于人類活動(dòng)的加強(qiáng)產(chǎn)生了較多新的邊緣，從而產(chǎn)生了許多新的邊緣效應(yīng)。同時(shí)，原有的一些邊緣效應(yīng)也會(huì)消失。這些都影響新環(huán)境的建立和生態(tài)系統(tǒng)的平衡。因此，這一領(lǐng)域的研究愈加活躍，以期通過對(duì)邊緣效應(yīng)的研究來達(dá)到對(duì)其進(jìn)行調(diào)控的目的。本研究以不同的森林群落類型為研究對(duì)象，調(diào)查了暖溫帶地區(qū)不同群落類型的邊際效應(yīng)及對(duì)生物量的影響。

1 材料和方法

1.1 采樣點(diǎn)的選擇

本研究的采樣地點(diǎn)位于山西省南部的霍山地區(qū)，處于北緯36°21'~36°45'與東經(jīng)115°40'~112°20'之間，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為9.3~12.3℃，年平均降水量為500~700 mm。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地的基本概況 本研究采用樣方法對(duì)4個(gè)落葉闊葉林地和2個(gè)針葉林地進(jìn)行調(diào)查，如表1所示。

表1 霍山地區(qū)采樣點(diǎn)特征

1.2.2 樣方的設(shè)計(jì) 在霍山七里峪地區(qū)，通過勘察，選取具有明顯邊緣特征的落葉闊葉林和針葉林。落葉闊葉林樣地覆蓋面積占樣地面積的80%，針葉林樣地覆蓋面積占樣地面積的20%。每個(gè)樣地的樣方選取方法如圖1所示。緣特征種和指示種。

圖1 樣方調(diào)查及樣方命名示意圖

1.2.5 數(shù)據(jù)分析方法 采用SPSS19.0和EXCEL2007進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

1.2.3 樣方調(diào)查 每個(gè)樣方大小為5 m×5 m，每個(gè)樣地樣方設(shè)置如圖1所示，測(cè)量方法如下：每個(gè)樣方中，灌木地上部分進(jìn)行收割，稱量其鮮質(zhì)量。采用全稱重法，將樣品在80℃下進(jìn)行烘干，計(jì)算樣品干質(zhì)量與鮮質(zhì)量之比，進(jìn)而獲得樣木地上部分的干質(zhì)量，單位為千克每平方米（kg·m）。

1.2.4 邊緣效應(yīng)指示種的調(diào)查 對(duì)霍山七里峪進(jìn)行邊緣效應(yīng)指示種的調(diào)查研究。由邊緣內(nèi)至邊緣外分別記錄落葉闊葉林邊緣特征種和指示種、針葉林邊

2.1 邊緣效應(yīng)對(duì)落葉闊葉林植物灌叢地上生物量的影響及邊緣特征種和指示種

2.1.1 邊緣效應(yīng)對(duì)落葉闊葉林灌木地上總生物量的影響 由圖2可以看出，灌木地上總生物量在邊緣-5 m左右達(dá)到最大值26.57 kg。邊緣-5 m以外的區(qū)域灌木地上總生物量較邊緣-5 m左右區(qū)域小。邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域灌木總生物量也較邊緣-5 m左右區(qū)域小；且隨著距離邊緣的距離變遠(yuǎn)，其灌木地上總生物量呈下降趨勢(shì)。例如，距離邊緣5~10 m范圍內(nèi)灌木地上總生物量大約為17.5 kg，距離邊緣10~15 m范圍內(nèi)灌木地上總生物量大約為15.0 kg，距離邊緣15~20 m灌木地上總生物量大約為5 kg。另外，經(jīng)過野外目測(cè)觀察邊緣內(nèi)15 m以內(nèi)的區(qū)域，其灌木地上生物量總量的變化幅度較小，基本維持在5 kg左右。

圖2 各樣地樣方平均地上生物量變化曲線圖

2.1.2落葉闊葉林邊緣特征種 邊緣內(nèi)至邊緣外都有分布的物種，一般是屬于耐陰植物。如圖3所示，部分此類物種隨著距離邊緣的距離的變化生物量沒有太大變化，例如：紅瑞木（L.）。部分此類物種隨著距離邊緣的距離的變化生物量發(fā)生很大變化，在距離邊緣±5 m左右區(qū)域的區(qū)域生物量劇增，例如：遼東櫟（Koidz.）、榛子（Bess.）、連翹（(Thunb.)Vahl.）。這種在邊緣區(qū)域物種生物量很大的物種稱為邊緣特征種。

圖3 幾種植物地上生物量隨邊緣變化情況

2.1.3 落葉闊葉林邊緣指示種 部分物種只分布在邊緣±5 m左右區(qū)域，在其他區(qū)域沒有分布，例如照山白（Turcz.）、山楂（Bunge.）、鼠李（Pall.）等。此類物種一般都是比較耐旱、多刺的植物。由此推斷，這類物種有助于防止牛、羊等進(jìn)入森林，對(duì)森林起到一定的保護(hù)作用。此類物種稱為邊緣指示種。

2.2 邊緣效應(yīng)對(duì)針葉林植物灌叢地上生物量的影響及邊緣特征種和指示種

2.2.1 邊緣效應(yīng)對(duì)針葉林灌木地上總生物量的影響由圖4可以看出，灌木地上總生物量在邊緣-5m左右達(dá)到最大值3.58 kg。邊緣-5 m以外的區(qū)域灌木地上總生物量較邊緣-5 m左右區(qū)域小，每5 m×5 m樣方灌木地上總生物量維持在1～3 kg之間，距離邊緣較遠(yuǎn)的區(qū)域比距離邊緣較近的區(qū)域的灌木生物量大。邊緣5m以內(nèi)的區(qū)域灌木總生物量也較邊緣-5m左右區(qū)域小；隨著距離邊緣的距離變遠(yuǎn)，其灌木地上總生物量急劇下降。例如，距離邊緣5～10 m范圍內(nèi)灌木地上總生物量為0.74 kg，距離邊緣10～15 m范圍內(nèi)灌木地上總生物量大約為0.49 kg，15 m以內(nèi)灌木地上總生物量為0.1 kg。邊緣-5 m以外的區(qū)域灌木地上總生物量比邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域灌木總生物量大。另外，經(jīng)過野外目測(cè)觀察邊緣內(nèi)15 m以內(nèi)的區(qū)域，灌木以及草本數(shù)量極少，基本維持在0.1 kg左右。

圖4 各針葉林樣方平均地上生物量變化曲線圖

2.2.2 針葉林邊緣特征種 與落葉闊葉林相對(duì)比，針葉林灌木地上生物量明顯下降，各物種生物量都比較小。因此，很難找到較顯著的針葉林邊緣特征種，只發(fā)現(xiàn)遼東櫟幼苗（Quercus liaotungensis Koidz.）一種。隨著距離邊緣的距離變化，其生物量表現(xiàn)出明顯的差異（圖5）。

圖5 各針葉林樣方遼東櫟平均地上生物量

2.2.3 落葉闊葉林邊緣指示種

筆者推測(cè)針葉林邊緣指示種為散花胡頹子（Thunb.），其分布于邊緣±5 m左右。

3 結(jié)論與討論

人為因素可能導(dǎo)致森林的片斷化，進(jìn)而引起局部氣候和土壤環(huán)境的變化，甚至引起生態(tài)系統(tǒng)功能的變化。本研究對(duì)形成約10年的暖溫帶落葉闊葉林和針葉林地邊緣的植物生物量進(jìn)行了深入的調(diào)查。

（1）落葉闊葉林地邊緣±5 m左右的區(qū)域是灌木物種數(shù)量最多，且地上生物量最大的區(qū)域。而邊緣-5 m以外的區(qū)域與邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域較邊緣±5 m左右區(qū)域灌木物種數(shù)量少。

（2）落葉闊葉林灌木地上總生物量在邊緣-5 m左右達(dá)到最大值26.57 kg。邊緣-5 m以外的區(qū)域灌木地上總生物量較邊緣5 m左右區(qū)域小，每5 m×5 m樣方灌木地上總生物量維持在5~15 kg之間。邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域灌木總生物量也較邊緣-5 m左右區(qū)域小；隨著距離邊緣的距離變遠(yuǎn)，其灌木地上總生物量呈下降趨勢(shì)。

（3）針葉林邊緣-5 m左右區(qū)域是灌木物種數(shù)量最多，且地上生物量最大的區(qū)域。而邊緣-5 m以外的區(qū)域與邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域較邊緣-5 m左右區(qū)域灌木物種數(shù)量少。邊緣-5 m以外的區(qū)域，主要的灌木物種為陽(yáng)生植物。邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域，主要的灌木物種為陰生植物。陽(yáng)生植物一般較陰生植物高大，因此邊緣-5 m以外的區(qū)域灌木總地上生物量較邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域大。

（4）針葉林灌木地上總生物量在邊緣-5 m左右達(dá)到最大值3.58 kg。邊緣-5 m以外的區(qū)域灌木地上總生物量較邊緣-5 m左右區(qū)域小，每5 m×5 m樣方灌木地上總生物量維持在1~3 kg之間，距離邊緣較遠(yuǎn)區(qū)域比距離邊緣較近區(qū)域的灌木生物量大。邊緣5 m以內(nèi)的區(qū)域灌木總生物量也較邊緣-5 m左右區(qū)域小；隨著距離邊緣的距離變遠(yuǎn)，其灌木地上總生物量急劇下降。

（5）落葉闊葉林邊緣區(qū)域具有邊緣特征種，例如：遼東櫟、榛子、連翹，以及邊緣指示種，例如：照山白、山楂、鼠李等。針葉林邊緣區(qū)域具有邊緣特征種，例如：遼東櫟幼苗，以及邊緣指示種，例如：散花胡頹子。各類植物根據(jù)其與光照強(qiáng)度的關(guān)系，分為陽(yáng)地植物、陰地植物和耐蔭植物。與陽(yáng)地植物相比，陰地植物要求較弱的光照強(qiáng)度。陰地植物多生長(zhǎng)于密林、草叢或陰濕背陰之處。耐蔭植物的特征介于陽(yáng)地植物與陰地植物之間，在全日照條件下生長(zhǎng)最好，對(duì)陰蔽地方也具有較好的適應(yīng)性，且不同種類植物的耐蔭程度差異較大。邊緣的產(chǎn)生會(huì)造成邊緣內(nèi)外不同位置光照強(qiáng)度的不同。因此，筆者推斷在邊緣的不同位置，其植物種類組成有所不同。

植被隨著邊緣的出現(xiàn)以及距離邊緣位置的不同，均表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。本研究對(duì)隨機(jī)選擇的落葉闊葉林和針葉林邊緣的物種生物量等進(jìn)行調(diào)查分析得出，邊緣不同區(qū)域的物種生物量不同，各物種生物量沿邊緣表現(xiàn)為邊緣±5 m區(qū)域＞邊緣-5 m以外區(qū)域＞邊緣5 m內(nèi)區(qū)域。