基于分层的19a生半天然杉阔混交林特征分析

李志明

(福建省顺昌县林业局,福建 顺昌 353200)

充分利用当地的天然更新树木,是保护当地的森林植被,发展人工林生物多样性的一个重要措施,也是使人工林形成混交林的一种方式；人工混交林树种间常常不一定能相互适应形成稳定的群落,而天然更新的常常是能相互适应而较易形成稳定的群落[1]。半天然林是指通过造林和人工促进天然更新方式经营与调整后的森林,是介于人工林和天然林之间的重要的森林类型,目前国内外对半天然林的研究较少[2-6]。本研究以源于第二代人工杉木林、未经抚育间伐形成的19a生半天然杉阔混交林为对象,研究其树种组成、多样性和林分生长等林分特征,旨在为研究人工杉林的植被控制、天然阔叶林的保护和乡土阔叶树的发展提供科学依据。

1 研究区概况

研究区地处福建万木林省级自然保护区,位于福建省建瓯市房道镇境内,北纬27°03′,东经118°09′,面积189 hm2,属武夷山南坡低山丘陵,海拔230～556 m；中生代燕山运动侵入的花岗岩为主要成土母岩,红壤。属中亚热带海洋性季风气候,热量丰富、降水充沛、季风显著、四季分明；年平均气温18.7 ℃,1月份平均气温8.0 ℃,极端最低气温-7.3 ℃,7月份平均气温28.5 ℃,极端最高气温41.4 ℃ ；日均气温 ≥10℃ 的活动积温累计平均5 966 ℃ ；年平均降水量1 664 mm,5—6月最多,雨日年平均137 d；年平均日照1 813 h,7月最多,2月最少；全年无霜期277 d；年平均相对湿度80%；年平均蒸发量1 327.3～1 605.4 mm。保护区内有维管束植物1 145种、61亚种及变种,分属161科581属。

19a生半天然杉阔混交林位于万木林省级自然保护区东北部边界099林班02大班030小班,面积2.2 hm2,立地类型为Ⅰ类地,位于东北坡中下部,平均坡度21°,海拔320～420 m。源于第二代人工杉木林,前茬林分为35a生人工杉木林,前茬林分2001年皆伐后经过采伐迹地清理、炼山、穴状整地,于2002年春进行植苗造林,造林密度2 500株/hm2,按常规要求进行幼林抚育(第1年扩穴一次除草1次、第2和第3年每年全面除草2次、第4年全面劈草1次),未进行过抚育间伐。前茬林分(第一代人工杉木林)为1967年皆伐天然阔叶林后,经过采伐迹地清理、炼山、穴状整地,于1968年春季进行植苗造林,造林密度2 500株/hm2,按常规要求进行幼林抚育和抚育间伐。

2 研究方法

2.1 样地调查与数据处理

采用样地法进行调查[7-8],选择代表性地段设置2个600 m2样地,每个样地划为6个100 m2样方进行调查,调查胸径≥5.0 cm的所有乔木层林木。对所有乔木层林木进行定位并准确调查记录每株林木的树种名称、胸径、树高、枝下高、冠幅和冠形等因子。在进行乔木层林木每木调查时,采用最大受光面(Maximum Light Receiving Plane,MLRP)法[9]进行林层划分,确定并记录所有林木所属乔木亚层。

2.2 数据处理

采用重要值(相对多度、相对优势度和相对频度之和除以3)表达某个物种在群落中的地位及作用。采用物种丰富度、物种多样性指数、物种均匀度及生态优势度指标综合测度物种多样性。物种丰富度(R)采用物种的数目,即群落种的丰富度(S)；Shannon-Wiener指数(SW)表示物种多样性；物种均匀度(E)采用Shannon-Wiener均匀度；生态优势度(ED)用Simpson生态优势度[7]。各计算公式为:

(1)

E=SW/log2S

(2)

(3)

式中:SW表示Shannon-Wiener多样性指数；S表示物种数量；ni表示某一物种的个体数；N表示全部物种的个数；Pi表示第i个物种个体数量的百分数；E为基于Shannon-Wiener多样指数的均匀度；ED为Simpson生态优势度。

3 结果与分析

3.1 林层结构

由于未进行过抚育间伐,19a生半天然杉阔混交林高度郁闭,郁闭度高达0.95,林分层次结构已明显分化,可明显划分为受光层(第Ⅰ亚层)和非受光层(第Ⅱ亚层)2个亚层,最大受光面高度13.0 m。虽然为第二代人工杉木林(前茬林分为35a生人工杉木林),林分还未进行过抚育间伐,人工杉木密度大、人工杉木林郁闭度高,但由于上坡和除东北方向外的周边均为天然阔叶林,仍然有不少天然更新阔叶林木生长在人工杉木林中,在受光层和非受光层均有一定比例的天然阔叶林木,第Ⅰ亚层与第Ⅱ亚层中天然阔叶林木株数占亚层林木株数比例达到12.00%和29.38%。

3.2 乔木层树种组成

19a生半天然杉阔混交林各亚层树种重要值如表1所示。乔木层共有杉木、木荷、白花龙、拟赤杨、椤木石楠、枫香、南酸枣和多脉榆等17种树种。乔木层中,仍然是人工杉木绝对优势,重要值高达61.88%(其中相对优势度高达80.78%)；其他16种天然更新阔叶树已是重要的组成部分,重要值合计为38.12%，有木荷、拟赤杨、枫香、南酸枣和蓝果树等高价值树种，也有较大比例的落叶阔叶树种。第Ⅰ亚层组成树种有杉木、木荷、椤木石楠、南酸枣、多脉榆、拟赤杨、枫香和蓝果树等8种树种,杉木占绝对优势,重要值高达76.20%(其中相对多度高达88.00%)。第Ⅱ亚层组成树种有杉木、木荷、白花龙、枫香、拟赤杨、合欢、厚壳树和南酸枣等17种树种,组成树种比第Ⅰ亚层明显增多,杉木依然占绝对优势(重要值为58.31%)、但优势程度比第Ⅰ亚层有明显降低；阔叶树种种数、数量和重要性比第Ⅰ亚层均有明显增大。

表1 19a生半天然杉阔混交林各亚层树种重要值

(续表)

3.3 乔木层与灌木层物种多样性

19a生半天然杉阔混交林乔木层各亚层与灌木层物种多样性如表2所示。乔木层物种丰富度S、多样性指数SW、均匀度E、生态优势度ED分别为17,1.46,0.36,0.62。其中：第Ⅰ亚层分别为8,0.83,0.28,0.78；第Ⅱ亚层分别为17,1.80,0.44,0.51。灌木层分别为11,3.06,0.88,0.12。

表2 19a生半天然杉阔混交林各亚层物种多样性

3.4 主要林分调查因子

19a生半天然杉阔混交林各亚层主要林分调查因子如表3所示,全林平均胸径13.7 cm,平均树高14.6 m,株数密度2 867株/hm2,单位面积蓄积量309.7 m3/hm2。该林分单位面积蓄积量高,年平均生长量高达16.30 m3/(hm2·a)。第Ⅰ亚层和第Ⅱ亚层的平均胸径分别为17.1 cm和10.3 cm,平均树高分别为16.4 m和10.6 m,株数占全林的百分比分别为43.60%和56.40%,单位面积蓄积量占全林的百分比分别为74.98%和25.02%。由于未进行过抚育间伐,乔木层中杉木的株数密度保持较高水平,为2 242株/hm2,基本保持造林时的密度状态。

乔木层蓄积量占比排在前8位的树种为杉木、木荷、椤木石楠、南酸枣、多脉榆、拟赤杨、枫香和白花龙,蓄积量占比分别为81.81%,7.93%,3.25%,2.32%,1.86%,0.81%,0.76%和0.71%。第Ⅰ亚层中蓄积量占比排在前6位的树种为杉木、木荷、椤木石楠、南酸枣、多脉榆和拟赤杨,蓄积量占比分别为83.61%,5.83%,4.21%,2.76%,2.43%和0.56%。第Ⅱ亚层中蓄积量占比排在前6位的树种为杉木、木荷、白花龙、拟赤杨、枫香和南酸枣,蓄积量占比分别为76.41%,14.22%,2.86%,1.55%,1.46%和1.02%。

表3 19a生半天然杉阔混交林各亚层主要调查因子

乔木层有少量萌生林木,株数密度192株/hm2,占乔木层林木的6.69%。萌生林木中,杉木和阔叶树占比分别为17.39%和82.61%。乔木层中,杉木萌生林木占杉木林木的1.49%,阔叶树萌生林木占阔叶树林木的25.33%。乔木层阔叶树萌生林木中,只有木荷和枫香2种树种,占比分别为89.47%和10.53%。

3.5 直径结构

19a生半天然杉阔混交林乔木层及杉木与阔叶树的直径分布如表4所示,乔木层林木直径分布倾向于反J 形,其中人工杉木林木倾向于正态分布,天然阔叶树林木呈反J 形。由于天然阔叶林木的持续不断加入,天然阔叶林木直径分布呈明显的反J 形,体现出异龄林的直径分布特征；本来应该呈正态分布的人工杉木林木,由于受持续加入的天然阔叶林木的竞争与影响,直径分布虽然还是倾向于正态分布,但已明显呈现出偏态；以上两部分林木叠加后的整个乔木层直径分布明显倾向于反J 形,已经初步体现出异龄林的直径分布特征。

表4 19a生半天然杉阔混交林直径分布

4 结论

主要依靠上坡和除东北方向外的周边天然阔叶林,源于第二代人工杉木林(前茬林分为35a生人工杉木林)、未经抚育间伐形成的19a生半天然杉阔混交林,是个既特殊又典型的半天然林案例。19a生半天然杉阔混交林高度郁闭,林分层次结构已明显分化,可明显划分为为受光层(第Ⅰ亚层)和非受光层(第Ⅱ亚层)2个亚层,最大受光面高度13.0 m。乔木层共有17种树种,人工杉木的重要值(61.88%)最大；其他16种天然更新阔叶树已是重要的组成部分(重要值合计为38.12%)，有较大比例的落叶阔叶树种，也有木荷、拟赤杨、枫香、南酸枣、蓝果树等高价值树种。第Ⅰ亚层和第Ⅱ亚层组成树种分别为8种和17种。杉木在第Ⅰ亚层和第Ⅱ亚层均占绝对优势,重要值分别为76.20%和58.31%。乔木层物种丰富度S、多样性指数SW、均匀度E和生态优势度ED分别为17,1.46,0.36,0.62。其中：第Ⅰ亚层分别为8,0.83,0.28,0.78；第Ⅱ亚层分别为17,1.80,0.44,0.51。全林平均胸

径13.7 cm,平均树高14.6 m,株数密度2 867株/hm2,单位面积蓄积量高,达309.7 m3/hm2；第Ⅰ亚层和第Ⅱ亚层的平均胸径分别为17.1 cm和10.3 cm,平均树高分别为16.4 m和10.6 m；第Ⅰ亚层和第Ⅱ亚层的株数占全林的百分比分别为43.60%和56.40%,单位面积蓄积量占全林的百分比分别为74.98%和25.02%。林分单位面积蓄积量高。乔木层林木直径分布倾向于反J 形,其中人工杉木林木倾向于正态分布,天然阔叶树林木呈反J 形。