遼東山區不同經營模式落葉松林下草本植物生物量及多樣性研究

楊瑞光

（桓仁滿族自治縣二戶來林場，遼寧 本溪 117217）

近自然經營（Near natural forest management）又名恒續林（Continuous-cover forest management）經營，是以促進目標樹生長為核心的撫育伐，主要以目標樹為核心定期標記并伐除與其形成競爭的樹木(干擾樹)，定期對目標樹進行割灌并清除雜草，直到其達到目標直徑后采伐利用。近自然經營理論的原理是當森林發展到一定階段，林分就越接近自然，各樹種間的關系也越和諧，許多立地會呈現出自然現象，并通過保持森林最基本的自然結構特征，來實現林木生長和林分發育的長期穩定。林下草本植被是森林系統的重要組成部分，尤其對于垂直結構簡單、樹種單一的落葉松人工林來說[1-2]，在維持森林物種多樣性、養分循環、水源涵養等方面具有不可忽視的作用。研究表明，不同環境條件、森林經營和人為干預在很大程度上影響著森林生態系統，特別是林分、林型、密度、更新等因素影響較大，而針對林下草本植物生物量及多樣性的研究較少[1-4]。為此，開展遼東山區不同經營模式落葉松林下草本植物生物量及多樣性系列研究，以期為后續深入研究提供參考。

1 試驗設計

1.1 試驗地選擇

試驗時間為2012—2021 年，試驗地點選設在本溪市南芬區財神廟村的高山（N41°11′59″，E123°54′09″）地區，這里海拔320～400 m，北坡，坡度＜25 °，屬北溫帶濕潤氣候區，全年降水量800～900 mm，年均氣溫6.1～7.8 ℃，土壤為棕壤土，地表覆蓋自然雜草或3～5 cm 腐葉土。落葉松人工林內選設試驗地11.7 hm2，株行距3 m×4 m，經營時長10 a，中齡林，林齡10 a，郁閉度＜0.6。落葉松樣地分別采用常規經營和近自然經營兩種模式（詳見表1），每組經營模式設置3個重復樣地，每塊樣地為半徑15 m的圓形。

表1 落葉松不同經營模式撫育方法Table 1 Cultivating methods of larch with different management modes

1.2 試驗方法與測定

1.2.1 草本植被生物量調查及測定 生物量是指某一時間某個區域內單位面積所有生物種量的總和，通常用kg/m2或t/hm2表示，用以計算林地草本植被的生物量，主要為草本植被的地上部分，采用植物干質量法進行測定。調查及測定方法：在每個樣地內，以圓心為中心點在東西南北4個方向隨機選取3個1 m×1 m的草本樣方，分別記錄草本植物的種類、高度、株數和生長情況。將調查完的草本植物地上部齊地收割，帶回實驗室進行生物量測定。測定時先稱質量，記錄草本植物鮮質量，再將其放入烘箱內，在105 ℃溫度下殺青處理30 min后，將烘箱溫度調至80 ℃烘干至恒質量，稱其質量即為干物質質量。最后，結合測定的生物量數據，估算出整個樣方內單位面積的草本生物量，3次重復求其平均值。

1.2.2 草本植被生物多樣性調查及測定 植物群落多樣性主要包括植物豐富度、植物多樣性和植物的均勻度，分別用豐富度指數F、多樣性指數H 和均勻度指數J來表達[5]。其中，豐富度Margalef 指數是反映物種在群落中所占多寡程度的測度指數；多樣性Shannon指數反映的是一定范圍內生物種類的豐富度程度，林地草本多樣性指數越高，則林下生物穩定性就越好；Pielou 均勻度指數代表各植物群落在植物整體中的占比，均勻度越好，生態系統越穩定。不同指數的計算公式如下：

植物群落豐富度Margalef指數：

式中，S為植物種總數；N為樣地里所有草本植物的總株數。

植物群落多樣性Shannon指數：

式中，Pi為第i 種植物的個體數占全部植物個體數的百分比。

植物群落均勻度Pielou指數：

式中，H代表多樣性Shannon 指數，S代表全部植物個體數。

1.3 數據統計與分析

試驗數據分析處理作圖使用軟件SPSS 18.0 和Excel完成。

2 結果與分析

2.1 林下草本植物種類調查與分析

通過林下草本植物種類調查，落葉松林下共收集到15個科23個屬23種植物樣本，見表2。

表2 樣方內草本植物種類調查情況表Table 2 Survey of herb species in the quadrat

由表2可知，不同林齡不同經營模式下林下草本植物的種類在各年度之間調查結果無明顯差異，表明該區域內生態系統較為穩定。

2.2 林下草本植物生物量測定與分析

不同經營模式下不同林分的單位面積生物量見表3。

表3 不同經營模式下林下草本植物生物量調查匯總表Table 3 Summary of survey of understory herbaceous biomass with different management modes

由表3 可知，落葉松生物量呈現出幼齡林＞中齡林，常規經營＞近自然經營。其中，在幼齡林階段，常規經營模式下的單位面積生物量為1.27 t/hm2，顯著(P＜0.05)高于近自然經營模式；中齡林階段常規經營模式下的單位面積生物量為1.00 t/hm2，雖然高于近自然經營模式下單位面積生物量0.91 t/hm2，但兩者者差異不顯著(P＜0.01)。

2.3 林下草本植物生物多樣性分析

在落葉松幼齡林和中齡林中不同經營模式下，林下草本植物生物多樣性指數呈不同差異趨勢，詳見表4。

表4 不同經營模式下林下草本植物生物多樣性調查匯總表Table 4 Summary of survey of understory herbaceous biodiversity with different management modes

由表4 可知，在幼齡林階段，常規經營模式下的豐富度指數2.07 顯著(P＜0.05)高于近自然經營模式下的1.71，多樣性指數0.20顯著(P＜0.05)低于近自然經營模式下的0.30，均勻度指數存在一定差異，但差異并不顯著。在中齡林階段，常規經營模式下豐富度指數為1.62，多樣性指數0.24，均勻度指數為0.8，上述3 個指數數值除豐富度指數外均較幼齡林階段有所增加，但顯著(P＜0.05)低于同時期近自然經營模式下的生物多樣性。

3 結論與討論

開展遼東山區不同經營模式落葉松林下草本植物生物量及多樣性研究，結果表明：

1）林下草本植物種類在各年度之間調查結果無明顯差異。即使在林間資源分配更傾向于林木的情況下，林下草本植物種類和分布并未受到影響，呈現出更為均衡的效果，可見其生態穩定性較好。

2）落葉松生物量呈現出幼齡林＞中齡林，常規經營＞近自然經營，這是因為幼齡林階段林木對養分競爭力較低、林分郁閉度不高，能為林下草本尤其是草本植被提供充足的空間和資源環境，如光照、營養物質、水源等，也更利于林下植被生長。中齡林階段因林木遮擋陽光、爭奪養分及其他資源，阻礙著草本植被的生長繁殖，因此形成以上規律。不同經營模式下，林分內部資源分配呈顯著區別，即近自然經營模式與常規經營模式相比，林木可比林下草本植物獲得更多資源，常規經營模式下草本植物和木本植物之間的資源分配更為均衡。

3）在幼齡林階段，常規經營豐富度指數＞近自然經營豐富度指數，常規經營多樣性指數＜近自然經營多樣性指數，但均勻度指數差異不顯著。在中齡林階段，常規經營模式多樣性和均勻度指數較幼齡林階段有所增加，但顯著(P＜0.05)低于同期近自然經營模式下的生物多樣性，落葉松林下草本植物的生物多樣性未表現出隨林齡增加而增加的情況，且在不同經營模式中呈現出較大的差異，由此可進一步推斷出在落葉松林幼齡林階段，常規經營模式下林下草本植物的豐富程度較為突出，但隨著林齡增加，近自然經營模式的優勢逐漸顯現，林下草本植物并未隨著林木的生長而影響其種類和分布。