边缘效应对暖温带植物生物量的影响研究

翟静娟

（朔州职业技术学院，山西 朔州 036002）

近些年，由于我国经济的快速增长，林业自然资源持续消耗，原始森林面积逐步萎缩，产生了大面积的次生林带，并且与农田、荒地等逐渐相连。林区边缘地带是自然界各种物质和能量交换的关键地区。该地区的稳定对于物种的多样性至关重要，一旦破坏严重，会对森林生态系统产生巨大的影响。边缘效应(edge effect)是指不同生态系统交汇处的生态因子、系统属性等的变化。随着我国对生态环境的逐步重视，边缘效应研究成为近些年生态学研究的热点之一。

我国边缘效应的相关研究主要集中在广东、四川、云南、福建、海南等地进行。而在山西，边缘效应的研究区域主要集中在霍州市霍山的七里峪。不同的生态学家因研究对象、目的、角度、手段等的不同，最终所获得的研究结果也不同。近年来，一些学者对边缘效应的特征和机理作了有益的探讨。在国外，边缘效应的研究起步较早，但大多数都集中在动物分布的变化。一项调查片断化森林中边缘效应的研究显示，森林丧失对昆虫群落的普遍负面影响可能对自然界和农业产生影响。另一项研究显示，边缘效应增强了温带阔叶林的碳吸收。有研究显示，片断化的林地对于生物多样性的保持也具有重要作用。

边缘效应是自然界普遍存在的。由于人类活动的加强产生了较多新的边缘，从而产生了许多新的边缘效应。同时，原有的一些边缘效应也会消失。这些都影响新环境的建立和生态系统的平衡。因此，这一领域的研究愈加活跃，以期通过对边缘效应的研究来达到对其进行调控的目的。本研究以不同的森林群落类型为研究对象，调查了暖温带地区不同群落类型的边际效应及对生物量的影响。

1 材料和方法

1.1 采样点的选择

本研究的采样地点位于山西省南部的霍山地区，处于北纬36°21'~36°45'与东经115°40'~112°20'之间，属于暖温带大陆性季风气候，年平均气温为9.3~12.3℃，年平均降水量为500~700 mm。

1.2 研究方法

1.2.1 样地的基本概况 本研究采用样方法对4个落叶阔叶林地和2个针叶林地进行调查，如表1所示。

表1 霍山地区采样点特征

1.2.2 样方的设计 在霍山七里峪地区，通过勘察，选取具有明显边缘特征的落叶阔叶林和针叶林。落叶阔叶林样地覆盖面积占样地面积的80%，针叶林样地覆盖面积占样地面积的20%。每个样地的样方选取方法如图1所示。缘特征种和指示种。

图1 样方调查及样方命名示意图

1.2.5 数据分析方法 采用SPSS19.0和EXCEL2007进行数据分析。

2 结果与分析

1.2.3 样方调查 每个样方大小为5 m×5 m，每个样地样方设置如图1所示，测量方法如下：每个样方中，灌木地上部分进行收割，称量其鲜质量。采用全称重法，将样品在80℃下进行烘干，计算样品干质量与鲜质量之比，进而获得样木地上部分的干质量，单位为千克每平方米（kg·m）。

1.2.4 边缘效应指示种的调查 对霍山七里峪进行边缘效应指示种的调查研究。由边缘内至边缘外分别记录落叶阔叶林边缘特征种和指示种、针叶林边

2.1 边缘效应对落叶阔叶林植物灌丛地上生物量的影响及边缘特征种和指示种

2.1.1 边缘效应对落叶阔叶林灌木地上总生物量的影响 由图2可以看出，灌木地上总生物量在边缘-5 m左右达到最大值26.57 kg。边缘-5 m以外的区域灌木地上总生物量较边缘-5 m左右区域小。边缘5 m以内的区域灌木总生物量也较边缘-5 m左右区域小；且随着距离边缘的距离变远，其灌木地上总生物量呈下降趋势。例如，距离边缘5~10 m范围内灌木地上总生物量大约为17.5 kg，距离边缘10~15 m范围内灌木地上总生物量大约为15.0 kg，距离边缘15~20 m灌木地上总生物量大约为5 kg。另外，经过野外目测观察边缘内15 m以内的区域，其灌木地上生物量总量的变化幅度较小，基本维持在5 kg左右。

图2 各样地样方平均地上生物量变化曲线图

2.1.2落叶阔叶林边缘特征种 边缘内至边缘外都有分布的物种，一般是属于耐阴植物。如图3所示，部分此类物种随着距离边缘的距离的变化生物量没有太大变化，例如：红瑞木（L.）。部分此类物种随着距离边缘的距离的变化生物量发生很大变化，在距离边缘±5 m左右区域的区域生物量剧增，例如：辽东栎（Koidz.）、榛子（Bess.）、连翘（(Thunb.)Vahl.）。这种在边缘区域物种生物量很大的物种称为边缘特征种。

图3 几种植物地上生物量随边缘变化情况

2.1.3 落叶阔叶林边缘指示种 部分物种只分布在边缘±5 m左右区域，在其他区域没有分布，例如照山白（Turcz.）、山楂（Bunge.）、鼠李（Pall.）等。此类物种一般都是比较耐旱、多刺的植物。由此推断，这类物种有助于防止牛、羊等进入森林，对森林起到一定的保护作用。此类物种称为边缘指示种。

2.2 边缘效应对针叶林植物灌丛地上生物量的影响及边缘特征种和指示种

2.2.1 边缘效应对针叶林灌木地上总生物量的影响由图4可以看出，灌木地上总生物量在边缘-5m左右达到最大值3.58 kg。边缘-5 m以外的区域灌木地上总生物量较边缘-5 m左右区域小，每5 m×5 m样方灌木地上总生物量维持在1～3 kg之间，距离边缘较远的区域比距离边缘较近的区域的灌木生物量大。边缘5m以内的区域灌木总生物量也较边缘-5m左右区域小；随着距离边缘的距离变远，其灌木地上总生物量急剧下降。例如，距离边缘5～10 m范围内灌木地上总生物量为0.74 kg，距离边缘10～15 m范围内灌木地上总生物量大约为0.49 kg，15 m以内灌木地上总生物量为0.1 kg。边缘-5 m以外的区域灌木地上总生物量比边缘5 m以内的区域灌木总生物量大。另外，经过野外目测观察边缘内15 m以内的区域，灌木以及草本数量极少，基本维持在0.1 kg左右。

图4 各针叶林样方平均地上生物量变化曲线图

2.2.2 针叶林边缘特征种 与落叶阔叶林相对比，针叶林灌木地上生物量明显下降，各物种生物量都比较小。因此，很难找到较显著的针叶林边缘特征种，只发现辽东栎幼苗（Quercus liaotungensis Koidz.）一种。随着距离边缘的距离变化，其生物量表现出明显的差异（图5）。

图5 各针叶林样方辽东栎平均地上生物量

2.2.3 落叶阔叶林边缘指示种

笔者推测针叶林边缘指示种为散花胡颓子（Thunb.），其分布于边缘±5 m左右。

3 结论与讨论

人为因素可能导致森林的片断化，进而引起局部气候和土壤环境的变化，甚至引起生态系统功能的变化。本研究对形成约10年的暖温带落叶阔叶林和针叶林地边缘的植物生物量进行了深入的调查。

（1）落叶阔叶林地边缘±5 m左右的区域是灌木物种数量最多，且地上生物量最大的区域。而边缘-5 m以外的区域与边缘5 m以内的区域较边缘±5 m左右区域灌木物种数量少。

（2）落叶阔叶林灌木地上总生物量在边缘-5 m左右达到最大值26.57 kg。边缘-5 m以外的区域灌木地上总生物量较边缘5 m左右区域小，每5 m×5 m样方灌木地上总生物量维持在5~15 kg之间。边缘5 m以内的区域灌木总生物量也较边缘-5 m左右区域小；随着距离边缘的距离变远，其灌木地上总生物量呈下降趋势。

（3）针叶林边缘-5 m左右区域是灌木物种数量最多，且地上生物量最大的区域。而边缘-5 m以外的区域与边缘5 m以内的区域较边缘-5 m左右区域灌木物种数量少。边缘-5 m以外的区域，主要的灌木物种为阳生植物。边缘5 m以内的区域，主要的灌木物种为阴生植物。阳生植物一般较阴生植物高大，因此边缘-5 m以外的区域灌木总地上生物量较边缘5 m以内的区域大。

（4）针叶林灌木地上总生物量在边缘-5 m左右达到最大值3.58 kg。边缘-5 m以外的区域灌木地上总生物量较边缘-5 m左右区域小，每5 m×5 m样方灌木地上总生物量维持在1~3 kg之间，距离边缘较远区域比距离边缘较近区域的灌木生物量大。边缘5 m以内的区域灌木总生物量也较边缘-5 m左右区域小；随着距离边缘的距离变远，其灌木地上总生物量急剧下降。

（5）落叶阔叶林边缘区域具有边缘特征种，例如：辽东栎、榛子、连翘，以及边缘指示种，例如：照山白、山楂、鼠李等。针叶林边缘区域具有边缘特征种，例如：辽东栎幼苗，以及边缘指示种，例如：散花胡颓子。各类植物根据其与光照强度的关系，分为阳地植物、阴地植物和耐荫植物。与阳地植物相比，阴地植物要求较弱的光照强度。阴地植物多生长于密林、草丛或阴湿背阴之处。耐荫植物的特征介于阳地植物与阴地植物之间，在全日照条件下生长最好，对阴蔽地方也具有较好的适应性，且不同种类植物的耐荫程度差异较大。边缘的产生会造成边缘内外不同位置光照强度的不同。因此，笔者推断在边缘的不同位置，其植物种类组成有所不同。

植被随着边缘的出现以及距离边缘位置的不同，均表现出一定的变化规律。本研究对随机选择的落叶阔叶林和针叶林边缘的物种生物量等进行调查分析得出，边缘不同区域的物种生物量不同，各物种生物量沿边缘表现为边缘±5 m区域＞边缘-5 m以外区域＞边缘5 m内区域。