透光抚育对甘肃省小陇山东岔林区植物多样性的影响

张江涛，刘小林，陈瑞锋，李安民，周卓玲⋆，杨燕萍，孙斌

（1 甘肃省小陇山林业科学研究所/甘肃省次生林培育重点实验室/甘肃小陇山森林生态系统国家级定位观测研究站，甘肃天水 741022；2 甘肃省小陇山林业保护中心东岔林场，甘肃天水 741039）

1 林区概况

小陇山林区位于甘肃省东南部，而东岔林场是小陇山林区21 个国有林场之一，林场位于西秦岭北坡，地理坐标东经106°28＇～106°44＇，北纬34°14＇～34°26＇之间，属渭河峡谷区域，森林资源丰富，总经营面积42.6hm2，森林覆盖率达88.6%。

1.1 植物资源方面

东岔林场为落叶阔叶林带，以萌生阔叶混交林为主，现有植物800 余种，其中，野生林木种质资源有61科146 属，约300 余种。区内植物呈明显带状分布，主要有：华山松、油松、侧柏、巴山冷杉、红桦、白桦、短梗菝葜、防己叶菝葜、鞘柄菝葜、托柄菝葜、藏刺榛、木梨、山杏、陕甘山桃、毛樱桃、托叶樱桃、微毛樱桃、多毛樱桃等。

1.2 气候方面

东岔林区属暖温带大陆性季风气候，平均气温12℃，年均湿度65%，无霜期180d，年降水量700mm，年中极端高温38.6℃，极端低温-18.2℃，域内受渭河北上暖湿气流影响严重。

1.3 土壤方面

以山地褐土和山地棕壤为主，海拔1800m 以下为地带性土壤，偏碱性，通气较好，肥力一般。

2 研究方法与内容

2.1 样本设置

在东岔林区选取2 块样本地：一块按照全透光进行设置，设置面积为600m2，框定域内后再进行细分，将其平均分为24 份小样本地，每个小样本地面积为25m2；另一块按照半透光进行设置，设置面积为600m2，同样采取再细分的方式，设置等面积的小样本地，每个小样本地面积为25m2。在2 块样本地，分别调查植物科属种、具体高度、胸径等指标。在调查期内，进行不同对应设置蓄积比例，在全透光样本地透光率为100%，在半透光样本地透光率为50%。在不同强度透光抚育试验下，研究植物多样性变化，调查树种组成结构、径级结构、林分蓄积量、蓄积生产力。

另外，在类似地形地貌区域，设置同比例大小对照样本区，面积为600m2，框定域内后再进行细分，将其平均分为24 份小样本地，每个小样本地面积为25m2，作为研究透光抚育对甘肃省小陇山东岔林区植物多样性影响的对照样本区。各样本区选择在立地条件和林分状况基本一致的区域，并按照透光抚育成效监测小班记录表，记录各样本区域植物调查数据。在具体记录中，小班调查以实测与目测相结合的方式进行，对目标树种进行实测，全面掌握林木分布、树种更新、树种组成等调查因子。

2.2 分析方法

2.2.1 多样性指数计算方法。主要用于研究东岔林区样本区内植物多样性的范围和分布，具体来讲，就是划分样本区内的植物多样性，而丰富度、均匀度是具体验证植物多样性的2 个子项指标，离散度为辅助指标。丰富度用来测量现有植物占据多少生态位空间，均匀度用来测量植物性状所占据性状空间的分布规律，意指样本区域中，全部植物种类个体数目的分配状况。而离散度用来测量植物群落在性状空间的离散程度。

计算方法如下：丰富度指数使用辛普森多样性指数计算，公式为：

公式中，D 代表着多样性指数；N 是样本区域内所有植物种类的个体总数；ni 表示第i 个植物的个体数；S是总体种数的数目。

物种均匀度一般用观察多样性比最高多样性进行计算，具体计算方法是基于Shannon-Wiener 指数计算物种多样性，计算公式为：

S 为样本区域内物种数；ln 为群落内各物种的个体总数量；H′为Shannon-Wiener 多样性指数。

本研究中，在甘肃省小陇山东岔林区植物多样性的测算主要是综合丰富度和均匀度2 项指标。

2.2.2 群落重要值分析方法。在东岔林区样本区域内，分别计算全透光样本区和半透光样本区的树种组成重要值，并将其与对照样本区进行比对。综合分析后，研究不同透光强度对样本区植物多样性组成结构的影响。群落重要值分析方法主要是用重要值，研究样本区域内植被种属在样本群落中的基础地位和相关作用的综合性数量指标。该指标由相对密度、相对频度、相对优势度共同组成，数值取值在0～300 之间，指标的高低直接显示植物物种在群落中的相对重要值。计算方法如下：

重要值（IV）=相对密度+相对频度+相对盖度

其中，相对密度为某个种的株数占所有种的总株数比例；相对频率为某个种在样方中出现的次数占所有种出现的总次数比值；相对盖度是指某个种的胸高断面积占所有种胸高断面积之和的比值。

2.3 透光抚育

透光抚育，即透光伐，一般选择在幼林区中进行，主要按照不同透光比例，砍伐遮阴或非目的树种，以达到调整林分结构的目标。重点砍伐次要的、密度高的、影响采光的、生长不佳的树种，透光伐后可以很好地引入光线，对土壤、气温进行“再塑”。通过上层伐透，实现解放、孕育下层新生代树种的效果，达到丰富植物多样性的目的。在分区进行透光伐时，着重把握2 个设置点：一是对全透光或半透光，这是形成有效对照样本的关键，也是分区进行透光抚育、验证植物多样性的核心，全透光与半透光要“对标设置”；二是对透光伐，在样本区域，综合进行研判，在缓坡、平地宜进行南北向设带，有利于引光，以利于林木生长；在坑洼地带、陡坡，采取东西向及等高线平行设置法，以利于水土保持，消除“影响”因素。

3 结果分析

交叉分析可得，在透光伐前和透光后，全透光区、半透光区、对照区内新生植物均有不同程度的增长，且以野生林木种为主。根据调查班组对新生树种及树种分布的记录情况，半透光区植物多样性增长显著。

3.1 多样性指数视角下，透光抚育对植物多样性的影响

3.1.1 东岔林区植物丰富度分析。东岔林区的植物多样性与不同类型的透光方式有着紧密关系，在全透光区和半透光区，样本区内野生林木种质资源丰富度分别为14、20，变化幅度存在一定数量的差距。从柏科、禾本科、虎耳草科等抽样选择中，植物丰富度在透光抚育影响下，在沿坡位环境呈现有规律聚集，柏科、禾本科、虎耳草科在中坡优势明显，植物种类数量略高于下坡位及高坡位。因此，在东岔林区样本区内半透光中坡位地带，植物多样性优于对照组和全透光区，且影响方式主要是通过提高植物种类丰富度实现。

3.1.2 东岔林区植物均匀度分析。与丰富度相比，均匀度虽然在直观上反映植物多寡存在短板，但在均匀程度层面表现显著。均匀度越高，样本区内群落植物个体数量比较均衡，植物存在相对平衡的状态，往往意味着区域内植物状态更稳定。在东岔林区，物种均匀度随着透光强度的增加出现较为规律的变化，在实践中，东岔林区典型野生林木种均匀度依次为0.5、0.6、0.2，呈现半透光＞对照＞全透光的变化趋势，均匀度平均值为0.43，全透光、半透光、对照区三方样本区内波动幅度较大。从典型性野生林木种均匀程度来看，半透光在维持样本区植物多样性方面，尤其在植物种均匀度方面要明显优于对照区和全透光。究其原因，主要是由于半透光使样本内的光照条件趋于平衡，导致植物种在个体数量分布上相对均衡，进而提高了植物多样性均匀度。

3.2 群落重要值视角下，透光抚育对植物多样性的影响

在东岔林区3 组样本区内，全透光、半透光及对照组在不同透光抚育下，对野生林木树种影响有所差异，其中，柏科影响优势明显。不同透光抚育强度下，植物多样性呈现态势明显，并且区别较为显著，可以看出，随着透光影响的不同，植物多样性呈现梯式变化。

综合分析可得，在综合相对密度、相对频度、相对盖度下，相对值在全透光、半透光、对照组数值排列（见表1），其中，半透光在实现植物丰富度方面明显优于对照组和全透光样本区。分析原因，主要是由于适当的透光率及透风条件，有利于维持下层植物群落生长，喜阴与喜阳在此类环境下能得到充分生长，半透光能同时满足2 种喜好植物的生长需求，从而有利于多植物共生和植物多样性成长。在全透光组，光照较强，不利于阴性物种生长，而在对照组，林荫较密，上层透光性较差，不利于喜阳类植物生长。这充分说明，半透光在刺激植物多样性方面优势明显，此种透光抚育下，对东岔林区植物多样性的繁衍具有实践意义。

表1 东岔林场野生林木种质资源涉及树种各样本区重要值一览表

3.3 透光抚育对植物多样性的试验影响

综合分析可知，在丰富度指数、均匀度指数方面，经全透光和半透光抚育后，柏科、禾本科、虎耳草科等样本2 个多样性指数规律较为一致，半透光明显高于另外2个样本区，Shannon-Wiener 多样性指数在半透光区优势明显。可见，一定强度透光能维持和繁育禾本科等物种的多样性，与全透光相比，半透光区植物物种丰富度增加了7 种，分别为：矮箭竹、秦岭箭竹、宝兴茶藨子、华蔓茶藨子、渐尖茶藨子、莼兰绣球、东陵绣球，半透光抚育增加幅度较大。在重要值方面，上层透光抚育对东岔林区侧柏、刺柏等植物的影响规律显著，在近似林分状况下进行透光抚育，在株数、高度、种类等层面，半透光区均好于另外2 个样本区，以柏科等植物为代表的植物群落新增量高于全透光和对照组。可见，半透光是促进林木多样化成长的较好途径。

4 结语

在甘肃省小陇山东岔林区，不同透光下对林下植物的更新存在一定差异，幼林成长和密度增加与适度透光影响密切。在样本区域，采用多样性计算方法和群落重要值分析方法，分析不同透光抚育状态（全透光、半透光、对照区）对东岔林区植物多样性（丰富度、均匀度）的影响效果，半透光有利于柏科、禾本科等植物的丰富度和多样性，有利于增加林下植物的多样性。综合对照结果，半透光植物多样性影响显著，半透光既有利于更新野生林木种丰富度，又有利于林下植物多样性的维持。因此，在实现东岔林场生态经济高质量发展过程中，应注重对上层林区进行适当干扰，避免大规模破坏与长期“散养”，积极构建半透光生态，努力形成稳定多样的植物群落。