鲁西黄泛平原毛白杨林林分结构对林下草本植物多样性的影响

2023-10-23韩学娇杨雨薇何宝辉路兴慧孙天旭

山东农业大学学报（自然科学版） 2023年4期

韩学娇,杨雨薇,何宝辉,路兴慧*,孙天旭

韩学娇1,杨雨薇1,何宝辉1,路兴慧1*,孙天旭2*

1. 聊城大学, 山东聊城 252000 2. 山东省国土空间规划院, 山东济南 250014

本文以鲁西黄泛平原毛白杨人工林林下草本植物为研究对象，基于14个标准样地的实测数据，研究林分密度、林龄、平均树高、平均胸径对林下草本植物多样性的影响。结果显示：（1）共记录有林下草本植物12科15属15种，优势科为菊科（Compositae）和禾本科（Gramineae），葎草（）、狗尾草（）是优势种；（2）各林分结构对多样性指数的影响均呈波动性变化。（3）Pearson 相关分析和多元逐步回归分析得出，林分密度与Shannon指数、Simpson指数、PIE指数、Margalef指数均显著正相关（＜0.05），平均胸径、林龄、平均树高均与Pielou指数显著负相关（＜0.05）。对林下草本植物多样性起决定作用的林分结构为林分密度、平均胸径与林龄。综上，林分密度、平均胸径、林龄是影响林下草本植物多样性的主要因素，平均树高为次要因素。维持合理的林分结构是提升林下草本植物多样性的有效途径。

毛白杨; 林分结构; 树木生态

林下草本植物构成了森林植物多样性的大部分，对水土保持、水源涵养、养分循环和树木再生等关键生态系统过程具有重要意义，对维持森林生态系统稳定和可持续发展发挥着至关重要的作用[1-5]。林下草本植物多样性受林分结构、气候、土壤等多种因素影响[6-10]。近年来很多研究倾向于环境因子对林下草本植物多样性的影响[10-12]，而在局部范围内，林分结构被认为是限制林下草本植物多样性的关键因素，因为林分结构与环境因子联系紧密，使林下草本植物种类变异性较强[6]。通过分析影响林下草本植物多样性的林分结构，可有效推动森林生态可持续发展[5]。

相关研究表明，林分密度是影响林下草本植物多样性的重要因素[13,14]；有研究表明，随着林龄增加，林下草本植物多样性呈相应变化[15]；冷燕等[16]认为胸径等林分结构与林下草本植物多样性显著相关。而以上研究仅局限于一、两个林分结构对林下草本植物多样性的影响，很少涉及多个林分结构对林下草本植物多样性的影响，不能精准分析林分结构对林下草本植物多样性的作用机制[6]。因此，明确林分结构中影响林下草本植物多样性的主要因素并提出对应策略成为研究重点。

在我国北方，鲁西黄泛平原是黄河流域重要的水源涵养区，也是严重的水土流失区，生态环境脆弱，森林物种多样性低，研究鲁西黄泛平原人工林林下草本植物多样性可为黄河流域生态环境保护和森林可持续发展提供理论支撑[17]。王亚娟等[9]研究黄土丘陵区草本植物多样性，王立超等[13]研究鲁北黄泛平原区人工林林下草本植物多样性，但涉及鲁西黄泛平原区人工林林下草本植物多样性方面的研究还未见报道。

where Umis the armature voltage of the brushless DC motor;Rmis the total resistance of the armature circuit;imis the armature current;Lmis the armature inductance;Emis the back electromotive of the armature;t is the test time.

毛白杨（woolly）为鲁西黄泛平原典型的造林树种，具有速生优质、冠型优美、防沙固沙等优点，它可以调整林分结构与改善生态环境[18]，在我国黄河流域防护林建设中发挥着不可替代的作用。与以往研究多集中在柏（）[5,6]、松（）[8,16,18]不同，选取毛白杨林有利于更全面分析林分结构对林下草本植物多样性的影响。鲁西黄泛平原毛白杨林大多为人工林，林分生产力稳定性低[18]，不利于森林资源可持续发展。研究毛白杨林林分结构对林下草本植物多样性的影响，可以为鲁西黄泛平原毛白杨人工林的合理经营以及林分改造提供参考，提高该地区生态效益和服务功能，推动鲁西黄泛平原毛白杨林的可持续发展。

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1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区为高唐清平省级自然生态森林公园内的旧城国营林场，位于鲁西黄泛平原（114°58′E～119°15′E、34°31′N～38°15′N），属暖温带大陆性季风气候区，四季分明，年均降水量550～750 mm，年均气温12～14 ℃[19]。旧城国营林场属鲁西—西南平原与鲁北平原植物区系[20]，以白杨落叶阔叶林为主要的植被类型，主要优势乔木为毛白杨，伴生乔木有黑杨（）、国槐（）、刺槐（）等。林下草本植物主要有葎草（）、狗尾草（）、藜（）等。

1.2 样地设置

2022年7月，根据森林二类调查数据，在旧城国营林场内选择立地条件基本一致、有代表性的毛白杨人工林为研究对象，共设置14个20 m×20 m的标准样地（表1），样地之间设置10ｍ宽的间隔。对样地内乔木进行每木检尺，记录林分密度、林龄、树高和胸径。采用GPS定位，记录标准样地的海拔。在每个标准样地的对角线设置5个2 m×2 m的草本样方，调查并记录样方内每个草本植物的种名、高度、盖度和株数，其中株数主要利用网格目测法估测。

表1 样地基本情况

注：最后3列数值均表示均值±标准误差，同列不同小写字母表示不同林分结构间差异显著（＜0.05）。

Note: The last three columns of values all indicated the mean ± standard error, and different lowercase letters in the same column indicated significant differences between different stand structures (<0.05).

1.3 研究方法

1.3.1 林分结构指标本研究选取的林分结构指标为林分密度、林龄、树高和胸径。其中，林分密度通过计算各样地内林木数量获得；林龄用生长锥和林龄分析仪测量；树高用DQL－10A型罗盘仪（上海精密）测量；胸径用胸径尺在距地面1.3 m处测量。

IV=（相对多度＋相对盖度＋相对频度＋相对高度）/4

其中，IV为第种的重要值。上述相对值是第种的相对多度（盖度、频度、高度）占全部种相对多度（盖度、频度、高度）之和的百分比。

为表示林下草本植物多样性水平，本研究选用的多样性指数为Shannon-Wiener指数、 Simpson指数、Pielou指数、PIE指数[22]、Margalef指数以及Richness指数，计算公式如下：

张方宇：一个稍微高于世俗的人，他对于世俗的主要态度是轻蔑和嘲笑。再高一些的人，他将会对世俗感到陌生和惊诧。更高的人，他将会大笑，就好像他看到了一个天大的笑话。而最高的人，一方面他感觉到这个世界的荒唐可笑，另一方面，他又对这个世界充满了悲悯之心，当可笑、悲悯还有他自身源源不断涌出的喜乐合成在一起，就产生了微笑。所以，一个最高的人总是像佛陀那样在微笑。

植物统计采用《中国植物志》分类系统[23]，名称依据《中国植物物种名录》（2022版）[24]。在70个草本样方中，共记录有草本植物15种（不含变种，包含1种乔木幼苗，表3），隶属于12科15属。其中，菊科（Compositae）3种：小蓬草（）和鬼针草（）、青蒿（）；禾本科（Gramineae）2种：狗尾草、牛筋草（）；而大麻科（Cannabaceae）等10科均对应1种草本植物。因此，林下草本植物的优势科为菊科与禾本科。单种重要值在10以上的有葎草（30.19%）和狗尾草（23.10%）；5以上的有藜（9.44%)、小蓬草(7.64%)、鸭跖草（）（7.26%）和鬼针草（5.55%）（表3）。5以上（≥10）6个种重要值之和占总重要值的83.18%，而茜草（）等9个种重要值之和仅占总重要值的16.82%。上述6个种是该森林草本植物群落中常见并具有代表性草本植物，其中葎草和狗尾草也是优势种。

综上所述，关注学生心理健康问题迫在眉睫。小学教师作为学生的指路明灯，要自主提高教育技能。同时，作为学校师资队伍的培养者，要不断进行教师培训，为学生的健康成长保驾护航。

1.2.2 样品近红外光谱扫描及数据预处理采用Nicolet Antaris II型FT-NIR光谱仪对407个样本进行光谱采集，光谱扫描范围为1 000～2 500 nm，扫描次数64次，分辨率为0.5 nm。3次重复，取平均值作为该样品的最终光谱数据。对烟叶近红外光谱数据进行分析和处理时需对其进行适当的数学操作预处理，最大程度地去除冗余信息，以降低或消除非目标因素对光谱信息的影响[17]，从而更利于从复杂的光谱中提取有效信息，在一定程度上提高校正模型的稳健性。在此，通过使用多元散射校正和二阶导数的方法分别对光谱数据进行预处理操作。

由表2可知，研究区内毛白杨林的林分密度均值为598.21 株·hm-2，变异系数为58.15%；林龄均值为25 a，变异系数为64.26%；树高和胸径的均值分别为25.77 m和26.86 cm，变异系数分别为53.06%和52.40%。

为达到自动控制，配套针对冷水机组、冷冻泵、冷却泵及冷却塔整体控制需要的温度、流量和压力传感器等，从而实现机房的自动集成控制。

式中：为样方物种数；为样地内植物个体总数；N为第种的个体数；P=N/。

1.3.3 多样性综合指数计算本研究采用均方差决策分析法计算多样性综合指数[6]，计算公式如下：

1.3.2 重要值和多样性指数计算为分析林下草本植物组成的数量特征，采用物种重要值（）[21]。

父母是孩子最好的老师，老吾老以及人之老，幼吾幼以及人之幼，教师的爱，家长的爱，社会的爱，国家政府的爱，仁人志士的爱，只有用这些流动的爱滋润心田，孩子才不会因爱停滞而受伤，爱才会有生命，才会成为灌溉孩子成土的源泉。

式中：B为多样性综合值；W为第项多样性指标的权重；为第项指标的均方差。