近自然改造对马占相思人工林生长更新及物种多样性影响

彭文成，杨佳，黄士绮，王如，段左俊

海南省林业科学研究院(海南省红树林研究院)，海南 海口 571100

马占相思(Acacia mangium)为含羞草科金合欢属速生常绿阔叶乔木树种，原产于澳大利亚昆士兰北部沿海、巴布亚新几内亚等地，于1979年引入中国。该树种具有适应性强，病虫害少，耐干旱瘠薄，中幼龄时干形较直，出材率高，速生高产，用途广泛，且具固氮改良土壤等优点[1]。随后，马占相思树种在南方速生丰产林建设中得到大量种植[2]，同时也是中国热带和南亚热带地区荒山绿化的重要树种[3]。海南的中南部地区也曾大量引种，产生了一定的经济和生态效益。但该树种如不及时采伐利用，进入成熟期后，木材容易空心、腐烂，易风折，且该树种林冠浓密，使林内光照较弱，除自身幼苗外，其他乡土树种幼苗难以得到更新。目前，海南的重点生态公益区大部分划入海南热带雨林国家公园，其范围内仍存在较大面积的马占相思林，基于马占相思的上述特性，不利于重点生态区公益林中乡土树种的更新。

《海南热带雨林国家公园体制试点方案》（以下简称《试点方案》），提出优先保护原生生态系统和物种来源，以自然修复为主，辅以必要的人工措施，通过对山水林田湖典型生态系统和珍稀濒危野生动植物采取保护、恢复、拯救等措施，扩大热带雨林面积和保护范围、提升热带雨林自然和社会服务功能，增强热带雨林自我修复能力。对重点生态区位内国有商品林、人工林分期分批进行自然化修复，重新构建热带雨林生态系统的群落结构和空间结构。

该文选取热带雨林国家公园尖峰岭分局25a生马占相思人工林，设立固定试验样地和对照样地，通过对试验林分内的马占相思进行近自然改造[4]，分析近自然改造对马占相思人工林林分生长更新及物种多样性的影响，以期为海南地区热带雨林国家公园内人工林的退出经营提供借鉴及技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于海南省乐东县和东方县境内的海南热带雨林国家公园尖峰岭分局(18°20′N～18°57′N，108°41′E～109°12′E)的南崖林场，海拔500m～700m，属低纬度热带岛屿季风气候。根据南中观测站数据，年平均气温21.5℃，绝对最低气温3.3℃，绝对最高气温34.9℃；干湿两季明显，年降水量2226.9mm，80%～90%降水集中在5月～10月，其中，8月～9月降水最多；坡度约6°～15°，坡向东或东南，土壤为砖黄壤。

1.2 调查内容及方法

试验设置2个处理样地，每个样地面积900m2，分别为近自然改造试验样地和对照样地。2014年11月对马占相思人工林进行改造，将试验样地中的马占相思人工林进行伐除，尽量保护和保留在人工林下自然更新的乡土树种，之后让其自然更新演替，不再进行人工干预，定期调查观测，分析其近自然改造演替效果。

调查观测为2014年改造当年前后各进行1次调查，之后分别在2016年、2019年以及2021年进行复查，利用相邻格子法将每个样方化为36个5m×5m的样方，调查记录样方内胸径在1cm～5cm的木本植物物种名和高度；调查记录胸径≥5cm的所有木本植物的物种名、胸径和高度；记录样方内出现的草本植物的物种名、盖度。统计各物种的重要值、物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou的均匀度指数[5-7]。

1.3 数据处理

对植物群落物种重要值（Iv）、物种丰富度指数(S)、Shannon-Wiener指数(H')、Simpson优势度指数(D)和Pielou均匀度指数(J)计算分别按如下公式进行:

重要值（Iv）=相对多度(Dr)+相对显著度(Pr)+相对频度(Fr)

物种丰富度指数(S)=样方内物种总数

式中，重要值的取值范围为0～300，S为物种总数；Pi为物种i的个体在全部个体中的比例。

试验数据用Excel2019进行初步处理，通过SPSS22.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 近自然改造前后马占相思人工林的平均胸径、树高和密度比较

马占相思人工林经过近自然试验改造，林分内的马占相思被伐除，乔木层平均胸径较改造之前降低了5.74cm，树高降低了2.6m，密度降低了177株/hm2（如表1），

表1 近自然改造对马占相思人工林乔木层平均胸径、树高和密度的影响分析Tab.1 Impact of Close-to-Nature Management on the Mean DBH，Heigh and Density in Arborous Layer of Acacia Mangium Plantation

灌木层改造后平均胸径增高了0.12cm，树高降低了0.05m，密度减少444株/hm2（如表2），应是试验人为活动引起灌木层小苗死亡，导致密度降低，平均地径升高。

表2 近自然改造对马占相思人工林灌木层平均胸径、树高和密度的影响分析Tab.2 Impact of Close-to-Nature Management on the Mean DBH，Heigh and Density in Undergrowth Shrub Layer of Acacia Mangium Plantation

2.2 近自然改造7a内后马占相思人工林平均胸径、树高生长量和密度比较

2.2.1 乔木层改造后7a内平均胸径、树高生长量和密度比较

改造后复查3次，比较每次试验林分和对照林分乔木层的生长量情况。可知：近自然试验改造后，对照林分乔木层胸径年平均生长量为0.03cm，试验林分乔木层胸径年平均生长量为0.13cm，是对照林分生长量的4倍，两者之间有显著性差异（如表3）。

表3 近自然改造对马占相思人工林乔木层胸径生长量影响对比Tab.3 Impact of Close-to-Nature Management on the DBH Growth in Arborous Layer of Acacia Mangium Plantation

对照林分乔木层树高年平均生长量为0.23m，试验林分乔木层树高年平均生长量为0.27m，是对照林分生长量的1.2倍，两者之间具有显著性差异（如表4）。

表4 近自然改造对马占相思人工林乔木层树高生长量影响对比Tab.4 Impact of Close-to-Nature Management on the Height Growth in Arborous Layer of Acacia Mangium Plantation

对照林分乔木层林分密度年平均增长量为79株/hm2，试验林分乔木层林分密度年平均增长量为105株/hm2，是对照林分的1.3倍，两者之间具有显著性差异（如表5）。

表5 近自然改造对马占相思人工林乔木层密度影响对比Tab.5 Impact of Close-to-Nature Management on the Density of Arborous Layer in Acacia Mangium Plantation

2.2.2 灌木层改造后7a内平均胸径、树高生长量和密度比较

改造后复查3次，比较每次试验林分和对照林分灌木层的生长量情况。可知：近自然试验改造后，试验林分和对照林分灌木层胸径年平均生长量均为0.02cm，两者之间无显著性差异（如表6）

表6 近自然改造对马占相思人工林灌木层胸径生长量影响对比Tab.6 Impact of Close-to-Nature Management on the Dbh Growth in Undergrowth Shrub Layer of Acacia Mangium Plantation

对照林分灌木层树高年平均生长量为0.15m，试验林分灌木层树高年平均生长量为0.20m，两者之间无显著性差异（如表7）。

表7 近自然改造对马占相思人工林灌木层树高生长量影响对比Tab.7 Impact of Close-to-Nature Management on the Height Growth in Undergrowth Shrub Layer of Acacia Mangium Plantation

对照林分灌木层林分密度年平均增长量为402株/hm2，试验林分灌木层林分密度年平均增长量为424株/hm2，两者之间无显著性差异（如表8）。

表8 近自然改造对马占相思人工林灌木层密度影响对比Tab.8 Impact of Close-to-Nature Management on the Density of Undergrowth Shrub Layer in Acacia Mangium Plantation

2.3 近自然改造对植物群落组成的影响

2.3.1 近自然改造对乔木层植物群落组成的影响

改造前，马占相思在试验林分和对照林分的重要值大，在乔木层树种中占绝对优势，试验改造后，试验林分重要值较高的有水锦（Wendlandia uvariifolia）、白肉榕（Ficus vasculosa）、楔叶柃（Eurya cuneata）、鹅掌柴（Schefflera heptaphylla）、保亭榕（Ficus tuphapensis）、盾柱木（Peltophorum pterocarpum）、黄椿木姜子（Litsea variabilis）、白楸（Mallotus paniculatus）、禾串树（Bridelia balansae）、白颜（Gironniera subaequalis）、全叶猴欢喜（Sloanea integrifolia）、水同木（Ficus fistulosa）等（如表9）。一些生长较快的幼树进入乔木层，如白楸、禾串树、白颜、全叶猴欢喜、水同木等。对照林分中重要值较高的除马占相思、水锦、白肉榕、水同木、橄榄（Canarium album）、短柄紫珠（Callicarpa brevipes）外，剩余由幼树进入乔木层的树种与试验林分略有不同，对照林分生长较快的幼树有楔叶柃、鹅掌柴、黄椿木姜子等。

表9 乔木层主要物种组成及重要值Tab.9 The Species Composition and Importance Value of Arborous Layer

2.3.2 近自然改造对灌木层植物群落组成的影响

改造前后，水锦在试验林分和对照林分灌木层的重要值均为最大，在灌木层树种中占绝对优势，试验改造后，试验林分重要值较高的有水锦、楔叶柃、棒柄花（Cleidion brevipetiolatum）、毛稔（Melastoma sanguineum）、橄榄、全叶猴欢喜、九节（Psychotria asiatica Wall.）等（如表10）。对照林分中重要值较高的有水锦、九节、短柄紫珠、盾柱木、楔叶柃、细齿柃（Eurya nitida）、崖县叶下珠（Phyllanthus pachyphyllus）、黄椿木姜子等。

表10 灌木层主要物种组成及重要值Tab.10 The Species Composition and Importance Value of Undergrowth Shrub Layer

序号树种重要值改造林分改造林分改造前改造后2016年2019年2021年2016年2019年2021年7891 0 13.80 14.82 18.15 10.73 9.75 15.56 8.26 15.03//全叶猴欢喜九节短柄紫珠盾柱木楔叶柃细齿柃崖县叶下珠黄椿木姜子其他树种///////////////20.46 27.33 24.08 18.86 21.41 17.82 11 12 13 14 15///////////////////////////160.24 162.11 171.60 165.92 193.37 166.16 18.85 16.18 16.53 176.50 17.33 14.82 18.40 186.45

2.4 近自然改造对植物群落多样性的影响

由图1可知，乔木层中试验林分的物种丰富度小于对照林分，Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou的均匀度指数均显著高于对照林分。

图1 试验林分与对照林分乔木层植物的物种多样性Fig.1 The Species Diversity in Arborous Layer of the Experiment Forests and the Control Group

图2 试验林分与对照林分灌木层植物的物种多样性Fig.2 The Species Diversity in Undergrowth Shrub Layer of the Experiment Forests and the Control Group

由图2可知，灌木层中试验林分的物种丰富度小于对照林分，Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou的均匀度指数均显著高于对照林分。

3 结论与讨论

3.1 近自然改造对马占相思人工林乔木层的影响

近自然试验改造后，马占相思人工林林分密度大大降低，林分平均胸径和树高与试验改造前有着显著性差异。复查数据显示，试验改造后，林分年平均胸径生长量为0.12cm，较对照林分增加了300%；年平均树高生长量为0.27m，较对照林分增加了17%；林分密度年平均增加105株/hm2，较对照林分增长了33%，表明近自然试验改造有助于促进林分胸径、树高的生长，并因为试验改造后，林分内光照增强，林间的生长环境得到了有效改善[8-9]，一些幼树生长得到促进，进入乔木层，使乔木层林分密度显著提升。

改造前，马占相思在重要值最大，在乔木层中占有绝对优势；改造后，马占相思被疏伐试验林分乔木层中水锦、白肉榕、楔叶柃的重要值显著提升，乔木层的物种多样性指数均有所增加，即近自然改造削弱了优势种马占相思的密度，促进了水锦、白肉榕、楔叶柃等乡土树种的生长。

试验林分的原始物种数低于对照林分，因而试验林分乔木层的物种丰富度指数小于对照林分，但Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou的均匀度指数均显著高于对照林分，表明近自然试验改造有助于提高林分乔木层物种多样性，对森林生态系统的更快恢复有明显作用[10]。

3.2 近自然改造对马占相思人工林灌木层的影响

林分灌木层平均胸径和树高与试验改造前均无显著性差异，林分灌木层密度在试验改造后下降了12.3%，应是试验林木倒伏和人为活动引起。试验改造前，灌木层试验林分的平均胸径、树高和密度均小于对照林分；试验改造后，林分胸径、树高生长量均高于对照林分；虽无显著性差异，应是试验林分中灌木层幼树在试验改造后生长加快，大量幼树进入乔木层，致使灌木层幼树数量减少，使得试验林分和对照林分灌木层林木生长差异性不明显。

林分近自然试验改造前，灌木层以水锦、楔叶柃、棒柄花、毛稔等为主，其中又以水锦重要值最大，在灌木层中占主要优势；试验改造后，各树种的重要值差异逐渐缩小。试验林分的原始物种数低于对照林分，因而试验林分灌木层的物种丰富度指数小于对照林分，但Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou的均匀度指数均显著高于对照林分，表明近自然试验改造有助于促进林分灌木层的生长更新。