塞罕坝华北落叶松人工纯林和混交林林下植被多样性研究

姚丹阳

(河北省塞罕坝机械林场总场，河北 承德 064866)

物种多样性代表着不同物种的空间演化和环境的生态适应性[1]，对不同林分、不同环境或者不同干扰下林下植被多样性的研究可以找出各种因素对林下植被多样性的影响，进而揭示出其变化规律和内在机理。因而，许多学者对林下植被多样性进行了大量的科学研究[2-5]，以期能够找到不同地区不同条件下不同群落的内在规律，为优化森林结构，提高森林生态系统的稳定性提供出有利建议。华北落叶松是塞罕坝地区的乡土树种，同时也是塞罕坝地区最主要的造林树种，目前该地区一半以上的人工林为华北落叶松人工林，因而本文调查了华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)纯林和华北落叶松与樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)混交林林下的乔灌草，对这两种林分林下植被的丰富度、重要值、多样性指数以及均匀度指数进行分析研究，以期为优化华北落叶松人工林森林结构、做好森林经营管理工作提供技术基础。

1 研究地概况

塞罕坝机械林场位于河北省承德市围场满族蒙古族自治县最北部，地理位置是116°51′—117°39′ E、42°02′—42°36′ N，为内蒙古高原浑善达克沙地南缘。地貌以高原和山地为主，海拔1 010～1 940 m，是滦河、辽河两大水系的发源地之一。塞罕坝有林地面积为74 690.85 hm2，其中纯林面积为69 387.32 hm2，混交林面积为5 303.53 hm2，森林覆盖率达80%。塞罕坝的森林类型主要是以华北落叶松为主的落叶针叶林，以落叶松、云杉、白桦等为建群种的针阔混交林以及以山杨、桦木为优势种的落叶阔叶林。林区内土壤以灰色森林土为主，存在少量的棕壤和沼泽土等。

2 研究方法

2.1 样地设置

在塞罕坝机械林场选择地形和土壤条件基本相同且初始造林树种为华北落叶松的纯林和华北落叶松与樟子松的混交林，样地面积设置为50 m×50 m，样地基本情况详见表1。

表1 不同类型华北落人工林样地基本情况

2.2 调查方法

将50 m×50 m划分成10个5 m×5 m的小样方，调查10个样方内所有乔灌木(胸径超过1 cm)的高度、数量、胸径、冠幅、地径；然后再在每个小样方内设置1个1 m×1 m 的草本样方，调查样方内所有草本植物的种类、数量、高度、盖度。

2.3 数据分析

整理调查数据种类并计算出每种林分的丰富度、重要值(IV)、 Shannon-Wiener多样性指数、 Simpson多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数。

丰富度=物种的种数

灌木重要值=相对胸高断面积+相对频度+相对密度

草本重要值=相对盖度+相对频度+相对密度

Simpson多样性指数(D)：

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Shannon-Wiener多样性指数(H′)：

H′=-∑PilnPi

皮洛均匀度指数：

皮洛均匀度指数1JSW=-∑PilnPi/lnS

Simpson优势度指数C：

式中：Pi为物种i的个体数占样地内总个体数的比例，i=1,2,…S；S为植物种类总数

3 结果分析

3.1 林下植被组成

表2 不同类型华北落人工林林下植被组成

华北落叶松纯林和混交林的灌木层均有2种裸子植物1种双子叶植物，草本层以菊科、毛茛科、豆科、禾本科以及蔷薇科居多，不同林分植物优势科的分布见图1和图2。

图1 华北落叶松纯林草本层优势科种类分布

图2 华北落叶松与樟子松混交林草本层优势科种类分布

由图1和图2可以看出，华北落叶松纯林和混交林均是菊科植物最多，菊科分别占总种数的30%和19.82%。在华北落叶松纯林中蔷薇科占总种数的13.33%，排在第二位，第三和第四分别为毛茛科和豆科植物，菊科、蔷薇科、毛茛科和豆科这4科植物在纯林中占总种数的60%；而华北落叶松混交林中排第二的是禾本科植物，其占总种数的13.51%，排第三和第四的是豆科和毛茛科，菊科、禾本科、毛茛科和豆科这四科植物在混交林中合计占总种数的52.25%。可见，菊科、禾本科、蔷薇科、毛茛科和豆科在落叶松纯林和混交林的优势较明显。

3.2 林下植被重要值

3.2.1 灌木层植被重要值 华北落叶松纯林和混交林灌木层植被均较少，都为2科3属3种。由表3可以看出，纯林中华北落叶松的优势地位明显，重要值达266.23%，樟子松和大果榆的重要值仅为17.29%和16.49%；而混交林的优势种为华北落叶松和樟子松，重要值分别为192.74%和101.02%，山丁子的重要值为16.24%，由此可以看出这两种林分造林树种的优势地位明显，林分正处于生长旺盛期。

表3 不同类型华北落叶松人工林灌木层植物重要值

3.2.2 草本层植被重要值 草本层的植被较灌木层丰富。由表4可以看出，纯林的优势物种为阿尔泰狗娃花、白花草芍药和草原老鹳草，这三种植物的重要值分别为68.22%、42.15%、33.24%，重要值之和为143.61%，约占整个草本层的一半，重要值大于20%小于10%的物种有10种，小于10%的有17种种类。混交林中最优势种类也为阿尔泰狗娃花，重要值为59.18%，其次为白莲蒿和冰草，重要值分别为36.42%、28.44%，重要值第四和第五的分别为丛生隐子草和细叶苔草，重要值分别为20.31%和18.15%，混交林的草本层分布较为均匀。

整体上，华北落叶松纯林和混交林最优势种类均为阿尔泰狗娃花，混交林草本层物种分布较纯林均匀。

表4 不同类型华北落叶松人工林草本层植物重要值

注：由于物种较多，本表只列出重要值在10%以上的物种。

3.3 林下植被多样性指数

由表5可以看出，华北落叶松纯林灌木层的Simpson多样性指数和Shannon-Wiener 多样性指数分别为0.06和0.1，均匀度指数1、2均为0.09；混交林灌木层的Simpson多样性指数和Shannon-Wiener 多样性指数分别为0.27和0.42，均匀度指数1、2分别为0.38和0.41，高于纯林，这主要与纯林的造林树种华北落叶松在灌木层的优势地位明显，而混交林华北落叶松和樟子松的占比较均匀有关。

华北落叶松纯林的草本层的Simpson多样性指数和Shannon-Wiener 多样性指数分别为0.63和1.74，均匀度指数1、2分别为0.51和0.65；混交林灌木层的Simpson多样性指数和Shannon-Wiener 多样性指数分别为0.8和2.04，均匀度指数1、2分别为0.56和0.82。草本层的多样性和均匀度也是混交林高于纯林。

总体来看，塞罕坝地区华北落叶松混交林的多样性和均匀度指数高于华北落叶松纯林，同时草本层的物种丰富度、多样性和均匀度指数均高于灌木层。

表5 不同类型华北落叶松人工林林下植被多样性

4 结论与讨论

丰富的林下植被，较高的物种多样性以及合理的乔灌草结构可以保持森林生态系统的稳定，促进森林生态系统的健康发展[6]。李品荣等[7]研究发现西南桦混交林的林下植被较纯林种类复杂，多样性高，林分生境优越，群落稳定性高；潘世龙等[8]研究发现杉木与厚朴混交后可以改善林分结构，提高森林林下植物的多样性和丰富度；胡玉燕[9]通过对比发现杉木米槠混交林的多样性和丰富度高于纯林，建议在生产实践中发展混交林套种模式；王世雷等[10]研究发现混交林可以增加林分生境的异质性，为更多物种的进入创造有利条件。本研究中华北落叶松纯林下有33种植物，混交林林下共出现了40种植物。混交林草本层的Simpson多样性指数、Shannon-Wiener 多样性指数以及基于这两个指数的均匀度指数1、2分别为0.8、2.04、0.56和0.82，纯林草本层的相应指数分别为0.63、1.74、0.51和0.65。总体表现为混交林林下植被的丰富度、多样性指数以及均匀度指数均高于纯林。这个结果与以上研究结果吻合，说明混交林较纯林具有较高的丰富度和物种多样性，可以有效地改善林分结构，增加林分生境的异质性，促进林分的稳定和健康发展。

塞罕坝地区华北落叶松纯林和混交人工林林下植被均表现为草本层的丰富度、多样性和均匀度高于灌木层，这个结果在姚丹阳等[11]、郭靖丽等[12]的研究中也有相同的结论。这主要是与该地区的气候环境以及造林初始密度较大有关，塞罕坝地区海拔高、气候寒冷，因而适宜生长的乔灌木较少，同时林分中优势物种的相对密度高，所以林下乔灌木较少。

塞罕坝地区华北落叶松纯林和混交人工林草本层都是菊科植物最多，分别占植物总种数的30%和19.82%，在纯林中蔷薇科、毛茛科和豆科占植物总种数比在10%和15%之间，远低于菊科的30%，而混交林中的禾本科、豆科和毛茛科占植物总种数比分别为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优势科的分布较纯林均匀。阿尔泰狗娃花均是纯林和混交林的优势物种，重要值最高，从重要值的分布来看，同样是混交林的物种分布较纯林均匀。