不同管理措施下阔叶混交林林下的植物多样性和植被结构分析

2022-04-11高桂飞

林业科技情报 2022年1期

高桂飞

(凌源市小城子镇林业工作站，辽宁凌源 122500)

1 研究背景

植物多样性主要由植物均匀性及丰富度反映，现已成为生态学、环境科学领域研究重点。对任何地区而言，植物多样性都是保证当地植被得以恢复的关键。目前，国内恢复植被采取的首选方式均为栽培人工林，其优势主要体现在改良小气候、增强土壤肥力、减少水土流失方面，一般来说，具有越多植物种类的人工林，越有助于生态稳定性的增强[1]。由于人工林的栽培较易受到水土流失的影响，因此，工作人员应做到以实际情况为依据，在植被恢复规律指导下，对植被结构与物种类型进行配置，确保生态系统能够得到长期维持[2]。除此之外，对人工林进行栽培时，工作人员还要对树种配置引起重视，切记不可过度追求绿化而选择对树种进行高密度种植，这会导致其他类型植物无法生长。

2 研究方法

研究表明，受物种组成单一影响，各地人工林均出现了肥力下降等问题，导致林地生产力无法得到保障，为尽快扭转这一局面，有关人员提出应对林下植被进行研究。该文所采用方法以样地取样调查为主，将样地分为3层进行调查，其中，乔木样方尺寸为20 m×20 m，按照每木检尺的方式，对样地乔木冠幅、高度和胸径进行调查[3]。随后，分别在样地内取尺寸为2 m×2 m的5个灌木样方、尺寸为1 m×1 m的10个草本样方，对灌木层高度平均值、实际盖度进行测定，通过目测的方式，确定各种对应株数及盖度，同时对平均高度进行测量，在此基础上，记录盖度、物种数和平均高度。灌木层需要测定的参数为高度及平均高度。乔木层则需要进行检尺，对样方乔木数量、种类和高度进行调查[4]。

配置的单位是行×株。见表1。计算物种多样性所用公式为

式中：S代表物种丰富度；Pi代表i种重要值。

表1 调查结果

3 研究结果及讨论

3.1 研究结果

3.1.1 林下植物生长情况

不同管理措施下植物生长情况见表2，在坡位、海拔、坡向、林龄大致相同的前提下，管理措施所造成影响，通常经由盖度和平均高度反映。

表2 植被层生长情况

(1)盖度

灌木层盖度约为16.5%～44.5%，云杉与落叶松的混交林盖度最小，云杉与白桦树的混交林盖度最大，中间分别为白桦林、落叶松林以及云杉林，其中，针叶林对应灌木盖度较其他人工林更低，通常在30%左右。由于前者样地有郁闭度高、密度大和林下枯枝落叶层较厚的特点，因此，植被生长受限较为严重。灌木盖度主要是对生长环境所提出要求较为严格，林下环境所能满足条件有限[5]。对草本层进行分析可知其盖度由高到低依次是白桦混交林、白桦林、落叶松林、云杉落叶混交林、云杉林。其中，仅有云杉林盖度未达到30%，其他人工林盖度均超过了30%。导致该情况出现的原因主要是云杉林具有郁闭度高、密度大的特点，在热量和光照因素的双重影响下，其林下草本层所具有高度自然较其他人工林更低。

(2)平均高度

灌木层高度平均值约为0.4～1.1 m，其中，高度最高的为白桦混交林，高度较低的为落叶松混交林，其他人工林的排序为白桦林、云杉林、落叶松林，而草本层高度所呈现出变化趋势，可被概括为“白桦混交林最高、落叶松混交林最低，中间为白桦林、落叶松林和云杉林”，这是因为落叶松混交林的林下草本层，无法接收到充足的光照，高度偏低的情况难以避免，而大量山羽藓的存在更是无形凸显了种间优势度。由于山羽藓的高度平均为0.02 m，落叶松混交林的林下草本植被高度必然会被降低，而导致大量山羽藓滋生的原因主要是林下环境潮湿且阴冷。

通过对不同管理措施下林下草本层和灌木层情况进行对比分析能够看出，若坡位、海拔、坡向、林龄大致相同，林下植被高度平均值和高度的变化趋势，均为针阔混交林较针叶混交林更大，剩余人工林由高到低依次为阔叶林、针叶林[6]。对郁闭度高且密度大的针叶混交林而言，林下无灌木的情况也极为常见，这表明林下植物生长情况与林分组成相关。

3.1.2 林下植物多样性

对综合量度的植物多样性进行分析时，关键要做到全面考虑测度指标。该文所讨论阔叶混交林灌木物种、草本物种的丰富度大致相同，受管理措施影响较小，其中，物种最多的是针阔混交林，物种最少的为针叶混交林，前者的物种数量为24，后者仅有6种且无灌木植物。通过对多方因素加以分析后得出“针阔混交林既有针叶林特征，又有阔叶林特征，可对环境资源进行充分利用，生物异质性随之增加，大量物种侵入使其表现出了更高的多样性”的结论。此外，现场调查结果表明，针叶混交林有以下特征：密度大、郁闭度高、林下高度低、受热量和光照因素影响，林下无灌木生长，相关丰富度指标为0。

不同管理措施下林下灌木和草本生物多样性的变化趋势大致相同。其中，具有最高指数的为针阔混交林，指数最低的则是针叶混交林，这是因为针阔混交林的物种数较高，加之在林分环境影响下，不同物种数量并无明显差异，其多样性指数自然较针叶混交林更高。灌木层多样性指数处于0.52～1.09，其中，由高到低依次为：白桦混交林、白桦林、云杉林、落叶松林、落叶松混交林，针叶纯林灌木类型较少，对应指数均未超过0.6。草本层所具有物种多样性存在显著差异，若以相关指数为依据，由高到低依次为：白桦混交林、白桦林、云杉林、落叶松林、落叶松混交林，各层多样性指数均未超过0.8，同时指数间所存在差异较小，这表示物种多样性极易被郁闭度、人工林密度所影响。针叶混交林有大量山羽藓，正是因为有优势种山羽藓的存在，其多样性指数才能够被控制在0.20左右，由此可见，郁闭度高且密度大的针叶混交林下所形成相对潮湿、光照较少的环境，符合藓类植被所提出生长需求。

均匀度指数所描述内容为林下植被中植株个体分布情况，研究表明，各林分人工林对应草本层、灌木层的物种均匀度所呈现出变化规律基本一致，其中，均匀度最高的人工林是针阔混交林，均匀度最低的人工林是针叶混交林。以均匀度指数为依据，由高到低依次为：白桦混交林、白桦林、云杉林、落叶松林、落叶松混交林。混交林、白桦林对应灌木层的植物，存在数量少且个体大的特点，分布相对均匀，在其他人工林中，落叶松及云杉在成熟后通常会产生较多种子，而乔木断顶所形成缝隙，又为灌木还有幼苗的生产提供了良好环境。这里要注意一点：灌木物种能否得到均匀分布，通常取决于林隙分布所表现出的均匀性。按照均匀指数对草本层进行排序，其结果同上，仅有白桦混交林指数偏低，其他人工林指数均较高，由此可见，无论是白桦林、云杉林，还是落叶松林，均具有稀疏种少、富集种多的特点。

综上，单纯从保护或是增加植物多样性的方面考虑，阔叶林、针阔混交林的林下植被均能够表现出更接近理想状态的更新及生长速度[7]。

3.1.3 林下植被结构分析

采用不同管理措施的阔叶混交林，其物种结构及功能往往有显著差异存在，这也是不同混交林物种具有不同多样性、均匀度、丰富度的主要原因。研究表明，在物种多样性与丰富度方面，草本层较灌木层更高，这也表明该文研究混交林的林下植被多为草本植被，而决定植物多样性的主体自然就是草本层。

即便管理措施不同，在植物多样性方面的表现，草本层始终高于灌木层。该情况出现的原因主要是对春季处于萌发期的草本层植物而言，给林下植物生长带来限制的因素并非光照，草本层植物往往会利用该时间差进行萌发与快速生长，数量自然有所增加[8-9]。关于生长环境，灌木植被所提出要求相对严格，其生物多样性较草本层更少的情况难以避免。由此可见，林分组成、造林密度均会给植物多样性带来影响。

而灌木层具有良好均匀度指数的原因主要是灌木数量更加稳定且适应性更强，管理措施与灌木生长的相关性并不显著，且不同植物个体分布相对均匀，稀有种、伴生种和优势种在数量上并无明显差异。草本层特点则是植物种类更多，较易受外界环境影响，以细叶苔草为代表的优势种数量较稀有种、伴生种更多，且个体分布并不均匀[10-11]。

3.2 讨论

研究表明，不同管理措施下，林下灌木及草本植物丰富度变化相近，由高到低依次是针叶混交林、阔叶林、针叶林及针叶混交林，草本层较灌木层更高，这表明该文研究阔叶混交林的林下植被，占比较大的为草本植物，且草本植物对植被丰富程度起决定作用。而具有更高均匀度的为灌木层，这是因为针阔混交可使环境资源得到充分利用，理想的稳定性使物种侵入成为可能，混交林侵入物种数量不断增加。对纯林而言，针叶林给林下植被生长所产生积极影响较阔叶林更为突出。受研究资料和时间制约，该文并没有将土壤情况给人工林所带来影响纳入研究范围，以往的研究表明，土壤差异会使环境出现异质性情况，进而影响到林下草本、灌木物种数量。鉴于此，未来研究的侧重点应落在生态系统还有群落生态学上，强调利用相关知识对生物变化机理进行研究，在对生物多样性、地面植被以及林地土壤进行充分结合的基础上，确定提升林地生产力，同时使环境质量得到优化的方法。

此外，该文还指出不同管理措施下，阔叶混交林的林下草本及灌木植物，其多样性指数均较为规律，由此可见，优先落实可使植物多样性得到保护与提高的管理措施很有必要。接下来将根据不同林分特点，对切实可行的管理措施进行说明，供相关人员参考。

第一种，针阔混交林的管理原则为封禁。事实证明，封禁能够使本层物种、乔木物种和灌木物种的多样性得到显著增加，林下空间结构自然更加复杂。高郁闭林分的管理重点在于通过间伐的方式，将林分密度降低到合理水平，为林下环境的天然更新提供有力支持[12]。

第二种，针叶混交林的管理原则为林分改造。虽然该文所研究针叶混交林，其群落变化趋同于地带森林变化，但存在速度缓慢的问题，基于现有针阔混交林，利用地带顶级群落主要植物对多树种、多层次阔叶混交林进行重建，可使人工林群落过渡至顶群落的速度大大加快。另外，管理人员还应当做到循序渐进，这是因为树种需光量与时间的关系多为正相关，时间的推移必然会使其需光量大幅增加，对上层乔木做科学剪枝处理，可使林下植被原有植物多样性得到恢复，生态景观自然更加平衡。关于郁闭度高且密度高的林分，最有效的管理措施便是间伐，旨在为林下草本与灌木提供充足生长空间[12]。