辽东山区东部白松-白桦混交林林分生长和林下植物多样性研究

刘金义

（国有清原满族自治县大边沟林场，辽宁 抚顺 113309）

人工林指通过人工措施形成的森林，其优点在于按经营目的选择造林树种，形成的森林更符合人们的需要；一般为同龄林，林相整齐；生产周期较短，相对速生丰产，可快速满足人类对木材和非木材产品的需求。另外，其还可提供了多重的生态修复、景观重建和环境改善的功能[1]。我国是世界上人工林面积最大的国家，目前我国人工林保存面积6 933 万hm2、蓄积24.83 亿m3[2-3]。我国营建的人工林多为纯林，以往研究表明，人工纯林在生产力、物种多样性和抵御自然灾害及病虫害等方面均要低于混交林[4-5]。桉树与米老排、卷荚相思、灰木莲等树种套种后，既有效促进这些套种树种的生长，又在一定程度上改善了林地的土壤理化性状[6]。营建或者改建多树种混交林的人工林是未来人工林发展的方向[6-8]。

东部白松Pinus strobus为松科松属常绿乔木，原产于北美洲东北部。其具有材质优良、速生性好和树形优美等特点，是建筑、船舶和造纸等行业的优质木材来源，也是城市、家庭等绿化的优选树种。我国于20 世纪初期开始引种，目前在我国辽宁、吉林、山东、河北等省均有引种。白桦Betula platy-phylla为桦木科桦木属落叶乔木，木材可供一般建筑及制作器具之用，树皮可提桦油，为我国东北地区人工造林常用树种。以往这2 个树种造林绝大多数为纯林，为探讨这2 个树种混交在生长、物种多样性方面的变化，本研究以13 年生东部白松-白桦混交林（简称混交林）为研究对象，以东部白松人工纯林（简称纯林）为对照，设置临时标准地，在标准地内调查不同林型的生长指标（树高、胸径和冠幅）和物种组成（灌木层、草本层），从生长和物种多样性两个方面评价东部白松不同林型的优劣，为辽东山区人工林发展提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 研究区自然概况

调查样地位于辽宁省抚顺市清原满族自治县的大边沟林场。林场位于长白山山脉西南延伸边缘地带。地理坐标为124°59′～125°10′E，41°59′～42°04′N。气候属于北温带大陆季风气候，四季分明，年均气温约5 ℃，最高气温36.5 ℃，年均降水量700～800 mm，无霜期120～125 d。土壤类型以棕壤和暗棕壤为主。植被属于长白植物区系[5-6]。

1.2 样地设置

2020年在林场内选择立地条件大致相似的东部白松-白桦混交林和东部白松纯林，林龄均为13年，于每种林型样地内设置20 m×20 m 的标准地3块，共6块标准地。测量标准地内乔木（DBH≥3 cm）的树高、活枝下高、胸径和冠幅等生长指标，其中，树高采用超声波测高仪进行测量，精度0.1 m；胸径采用测树围尺测量，精度0.1 cm。灌木层调查采用对角线方法，在每块标准地内设置5 m×5 m的调查样方3个，草本层选取1 m×1 m的小样方5个调查，记录每种植物的名称、株数/丛数、高度、盖度和冠幅等。

1.3 指标计算

1.3.1 物种重要值

重要值=（相对频度+相对多度+相对盖度）/3

相对频度=（某一种的频度/所有种的频度之和）×100%

相对多度=（某一种的个体数/全部种的个体数）×100%

相对盖度=（某一种的基面积之和/所有种的基面积之和）×100%

1.3.2 多样性指数

物种丰富度指数（S）：样地内出现的物种数量。

（1）物种多样性指数

（2）物种均匀度指数

以Simpson 多样性指数为基础的Pielou 群落均匀度指数（JD）计算公式为：

以Shannon-Wiener 多样性指数为基础的Pielou 群落均匀度指数（JH）计算公式为：

式中：S为物种数目；N为物种的个体总数；Pi=ni/N，Pi为第i 个物种的相对重要值；ni指样方中第i种物种的个体数，且∑ni=N。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2003 进行数据处理与做图，使用SPSS19.0 对东部白松胸径、树高、冠幅、单株材积和林地蓄积等生长指标及林下植物多样性进行单因素ANOVA 方差分析，用Tukey 法多重比较进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 混交林林分生长特性

由表1 可知，混交林中东部白松胸径比纯林低2.66 cm、树高比纯林低0.85 m、冠幅比纯林低0.42 m、单株材积比纯林低0.014 m3，林分蓄积比纯林低1.49 m3·hm-2。T 检验表明，东部白松的胸径、树高、冠幅和单株材积等生长指标在两种林型间的差异达到极显著（P＜0.01），林分蓄积则差异不显著。混交林中东部白松高径比、冠高比和冠径比均大于纯林。T 检验表明，两者高径比达到极显著差异（P＜0.01）。以往研究多认为树种混交提高了林分生长量[5，9]，如边丽宁以华北落叶松Larix principis-rupprechtii-白桦、落叶松-云杉Picea asperata混交林为研究对象，以落叶松纯林为对照，调查了不同林型中落叶松的生长指标，结果表明，混交林中落叶松的生长优于纯林[9]。本研究结果与以往研究结果有所不同，东部白松与白桦混交未促进东部白松生长，但本研究未找到合适的白桦纯林，因此，无法判断东部白松与白桦混交后是否促进了白桦生长，因此后续应进一步开展相关研究。

表1 混交林和纯林中东部白松的生长特性

2.2 混交林林下植被特性

2.2.1 混交林林下植被物种组成和重要值

基于样地的调查数据可知，混交林林下有35 种植物，隶属28 科34 属，其中灌木树种7 种，隶属7 科7 属，草本植物28 种，隶属于21 科27 属。纯林林下有28 种植物，隶属19 科23 属，且均为草本植物。

通过分析可知，混交林和纯林共有14 种草本植物，主要包括白花碎米荠Cardamine leucantha、蝙蝠葛Menispermum dauricum、穿龙薯蓣Dioscorea nipponica、猴腿蹄盖蕨、铃兰、龙常草Diarrhena mandshurica、耧斗菜Aquilegia viridiflora、莓叶委陵菜Potentilla fragarioides、山楂叶悬钩子Rubus crataegifolius、水杨梅Geum chiloense、香薷和羊胡苔草Eriophorum vaginatum等植物。混交林出现的独有植物有败酱Patrinia scabiosifolia、东北羊角芹Aegopodiumalpestre、费菜Phedimus aizoon、鸡腿堇菜Viola acuminata、南玉带Asparagus oligoclo-nos、展枝唐松草Thalictrum squarrosum、龙牙草Agrimonia pilosa、小黄紫堇Corydalis raddeana、紫菀Aster tataricus、刺蓼Polygonum senticosum、鸭跖草Commelina communis和月见草Oenothera bienni等草本植物。纯林未出现灌木植物，因此无法比较两者灌木植物的独有性。

由表2 可见，混交林中草本层重要值在10%以上的优势物种有6 种，而纯林有5 种；混交林中灌木层重要值在10%以上的优势物种有5 种，而纯林中未见灌木树种。

表2 混交林和纯林林下植被主要物种的重要值

2.2.2 混交林林下植物多样性

由表3 可知，纯林未出现灌木植物，因此无法比较混交林和纯林的物种多样性指数。而草本层混交林与纯林的物种丰富度指数一致；混交林的D、JD、H和JH等4 个指数均略低于纯林，但差异未达到显著水平（P＞0.05）。

表3 混交林及纯林林下植物物种多样性指数

混交林可以促进林下植物的生长，如冯健[10]等研究认为，落叶松-水曲柳混交林在植物多样性和土壤肥力方面优于落叶松纯林，从植被多样性和土壤肥力角度看，针阔混交林优于纯林[10]。本研究结果与这些研究结果类似[4，10-11]，在植物数量方面，混交林林下有35 种植物，多于纯林28 种；在植物组成方面，纯林未出现灌木植物，而混交林有灌木植物7 种，多于纯林。这些结果表明，从物种多样性角度考虑，应营建东部白松-白桦混交林。

3 结 论

东部白松-白桦混交林中东部白松的生长指标均低于纯林，但形质指标优于纯林。

在植物数量和植物组成方面，东部白松-白桦混交林高于东部白松纯林。在多样性指标方面，东部白松-白桦混交林的草本层S、D、JD、H 和JH 等5 个指数表现为等于或略低于东部白松纯林。