疏伐施肥对白兰林下植物多样性的影响

吴华俊，邹晓君，陈海英，潘俊杰，黎富荣，陆惠华，王 敏

(1.佛山市云勇生态林养护中心，广东 佛山 528518； 2.华南农业大学林学与风景园林学院, 广东 广州 510642)

森林作为陆地生态系统的主体，在调节全球能量平衡、降低大气中温室气体浓度和维持生态平衡等方面发挥着不可替代的作用。我国天然林资源不断减少，人工林栽植面积不断增加。随着人工林的生长，个体树冠面积不断增加，对生长空间和土壤养分的竞争日趋激烈，导致林下环境阴湿、土壤肥力下降，林下植物衰退，影响森林资源的可持续发展。林下植物是森林生态系统重要的组成部分，对于维持森林生态系统的稳定和平衡具有重要作用。通过疏伐和施肥等森林抚育措施，可以调节林分密度，扩大保留木个体生长空间，改善土壤理化性质，影响林下植被的多样性。

白兰(MicheliaalbaDC.)是原产于印度尼西亚爪哇的常绿乔木树种，现已成为我国华南地区著名的庭园观赏树种。广东省佛山市高明区云勇生态林养护中心于2008年栽植了白兰生态景观林。由于林分密度大、林内光照弱、土壤退化等原因，林下植物多样性下降，需要进行抚育。目前罕见对生态景观林的抚育技术研究,尚未见到有关白兰林抚育的报道。通过对白兰生态景观林进行疏伐施肥，研究其林下植物的变化，可以从林下植被的角度探讨如何提高其生态功能和景观效益。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于广东省佛山市高明区云勇生态林养护中心，属于丘陵地带，气候炎热多雨，具有典型的亚热带季风气候特征，降雨主要集中在夏季，高达2 100 mm.土壤母岩为花岗岩，土壤类型为酸性赤红壤。2017年，9年生白兰林分的郁闭度为0.9，平均胸径14.1 cm，树高17.3 m，位于海拔278 m，坡向SW44，坡度11°的山坡上。

1.2 试验设计

2017年12月在白兰生态景观林内进行疏伐施肥试验。疏伐按照“疏小留大，照顾均匀”的原则，保留木密度约为750株/hm2.疏伐后在林木上坡位挖深15 cm～20 cm，半径100 cm的半月沟，将有机肥(5 kg/株)和钙镁磷肥(1 kg/株)混合施入半月沟并覆土。

1.3 林下植物调查

于2017年和2019年，分别在试验地内建立一个30 m×40 m的样地，调查乔木生长情况，包括胸径、树高和冠幅。在每个样地内按梅花形设置5个面积为2 m×2 m的样方，调查、记录样方内全部灌木和草本的种类、盖度、株数及平均高度，从而计算物种多样性。

林下植物的物种多样性指数计算方法如下：

物种丰富度指数(S)为样方内所有物种数目。

相对多度(%)=某一种植物的个体总数/同一生活型植物个体总数×100%；

相对盖度(%)=某一种植物的盖度/所有种的盖度和×100%；

相对频度(%)=某一个种的频度/所有种的频度总和×100%；

相对重要值Pi=(相对多度+相对盖度+相对频度)/3；

Pielou均匀度指数(J)：Jsw=H/lnS，

式中：S——样方中的物种数；

Pi——第i物种的重要值。

2 结果分析

2.1 疏伐施肥后林下植物组成种类和个数

白兰林下草本的种类和重要值见表1.

表1 白兰林下草本的种类和重要值

由表1可知，2017年白兰林下草本有7种，2019年有8种。按照物种相对重要值>10%划分优势种群,2017年的优势种有乌毛蕨(Blechnumorientale)(38.54%)、扇叶铁线蕨(Adiantumflabellulatum)(21.49%)和团叶鳞始蕨(Lindsaeaorbiculata)(20.37%)3种，2019年的优势种有乌毛蕨(50.02%)和芒萁(Dicranopterispedata)(15.74%)2种。

白兰林下灌木的种类和重要值见第32页表2.

由表2可以看出，2017年白兰林下灌木有14种，2019年有13种。2017年的优势种有杉木(Cunninghamialanceolata)(21.81%)、三叉苦(Evodialepta)(18.51%)和黑面神(Breyniafruticosa)(11.67%)3种，2019年有贯众(Cyrtomiumfortunei)(18.43%)、鸭脚木(Scheffleraoctophylla)(14.74%)、山苍子(Litseacubeba)(13.31%)和杉木(Cunninghamialanceolata)(10.92%)4种。

表2 白兰林下灌木的种类和重要值

2.2 疏伐施肥后林下植物多样性指数

疏伐施肥后林下草本多样性指数见第32页图1.

由图1可以看出，2017年白兰林下草本植物的Simpson指数、Shannon-Wiener指数、均匀度指数Jsw和均匀度指数Jsi分别为0.67，1.56，0.38和0.69，2019年分别达0.98，2.29，0.58和1.00.经疏伐施肥后多样性指数和均匀度指数均明显增加。

图1 疏伐施肥后林下草木多样性指数

疏伐施肥后林下灌木多样性指数见图2.

图2 疏伐施肥后林下灌木多样性指数

由图2可以看出，2017年白兰林下灌木植物的Simpson指数、Shannon-Wiener指数、均匀度指数Jsw和均匀度指数Jsi分别为0.85，2.05，0.59和0.88，2019年分别为0.87，2.06，0.66和0.91.经疏伐施肥后，2019年多样性指数和均匀度指数均略有增加。

3 讨论

重要值是衡量植物利用资源能力的指标，重要值大的植物种类对可利用资源的竞争能力强。疏伐减小了林分的郁闭度，增强了林内光照。生态位广的耐荫草本金毛狗、团叶鳞始蕨、玉叶金花和耐荫灌木牛白藤、黑面神、杉木、五指毛桃，在2017年和2019年均有出现，但2019年重要值下降；生态位广的喜光草本乌毛蕨和喜光灌木牛白藤在2017年和2019年均有出现，但2019年重要值上升；而灌木白花酸藤子和酸藤子对光照不敏感，在2017年和2019年的重要值相近。间伐初期物种组成在资源竞争过程中发生了变化，林下出现或增加喜光的草本物种，耐荫植物衰退，出现显著的优势种乌毛蕨。疏伐增加了林地的光照强度和光照时间，施肥提高了土壤肥力，是引起林下植物种类变化的主要原因。2019年一些喜光草本，如，淡竹叶、芒萁、芒和十字苔草，及喜光灌木多花野牡丹、贯众、山苍子、山杜英鸭脚木、亮叶冬青和展毛野牡丹侵入；而一些耐荫草本如华南鳞盖蕨、山菅兰和扇叶铁线蕨及耐荫灌木臭椿、鲫鱼胆、了哥王、梅叶冬青、三叉苦、藤构、阴香和棕竹被淘汰。

疏伐施肥可显著提高草本植物的丰富度和均匀度。与2017年相比，2019年草本植物的Simpson指数和Shannon-Weiner指数，Pielou(Jsw)和Pielou(Jsi)均匀度指数均明显提高，而灌木层的与2017年相近。表明2019年草本植物的优势种和草本种类均匀度更加明显，物种丰富度和均匀度增加。2017年灌木的4个指数大于草本，而2019年草本Simpson指数、Shannon-Wiener指数和均匀度指数Jsi大于灌木。疏伐施肥前，灌木比草本更具竞争优势,因为林内光照弱，前者枝叶浓密，减少了草本植物的光照,因而和草本植物的竞争中处于优势。土壤中的磷主要来源于矿物岩石的缓慢风化。由于华南地区土壤酸性强且富含铁，土壤中的有效性P很容易被铁离子和铝离子结合成低溶性化合物，导致中国亚热带红壤普遍缺磷。土壤磷的增加为一些快速生长的草本创造有利条件, 而不利于已适应贫瘠土壤、生长缓慢的原有植物。王方超发现施磷肥提高了杉木林下植物多样性。疏伐施肥后，林下光照增强，有利于草本植物侵入。加上施在土壤表层中的肥料含有大量可利用磷，而磷在土壤中较少移动，土壤表层的磷含量最高。草本比灌木根系浅、生长快，其对表层土壤的养分、特别是土壤磷的竞争占据优势。