韓豐澤 馬祥慶 吳鵬飛

摘要 [目的]比較不同經(jīng)營(yíng)模式下杉木人工林林下植被種類和生物量。[方法]選擇福建農(nóng)林大學(xué)莘口教學(xué)林場(chǎng)杉木人工純林為研究對(duì)象，通過(guò)設(shè)計(jì)近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅰ、近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅱ、常規(guī)經(jīng)營(yíng)和封育對(duì)照4個(gè)不同經(jīng)營(yíng)模式處理，對(duì)不同經(jīng)營(yíng)模式杉木林林下植被種類和生物量進(jìn)行了2年的定位觀測(cè)。[結(jié)果]近自然經(jīng)營(yíng)方式相比常規(guī)經(jīng)營(yíng)方式在增加林地植被豐富度和生物量上有較大的優(yōu)勢(shì)。在近自然經(jīng)營(yíng)9個(gè)月后Simpson指數(shù)、Shannon.Wiener指數(shù)以及Pielou均勻度均較之前有所增加，而常規(guī)經(jīng)營(yíng)9個(gè)月后Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度分別降低了0.06和0.02。[結(jié)論]在杉木人工林實(shí)施近自然經(jīng)營(yíng)是更貼近自然規(guī)律且優(yōu)于常規(guī)經(jīng)營(yíng)的營(yíng)林方式。

關(guān)鍵詞 杉木；林下植被；多樣性；經(jīng)營(yíng)模式；近自然經(jīng)營(yíng)

中圖分類號(hào) S750 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）16-05109-05

近自然經(jīng)營(yíng)是20世紀(jì)80年代開始流行于歐洲的兼顧森林保護(hù)和利用，即在保護(hù)森林生態(tài)持續(xù)健康的前提下讓人類能夠持久地獲取木材的一種森林經(jīng)營(yíng)模式[1-4]。近自然林業(yè)經(jīng)營(yíng)把培育目標(biāo)放在目標(biāo)樹和大徑級(jí)用材上，以目標(biāo)樹為核心進(jìn)行經(jīng)營(yíng)，通過(guò)調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造林窗，改變林內(nèi)光照、溫度及土壤水分等方式，促進(jìn)林下植被更新，盡可能地運(yùn)用自然力來(lái)經(jīng)營(yíng)森林[5-6]。近年來(lái)人工林不合理的經(jīng)營(yíng)引起地力衰退、物種多樣性下降等一系列生態(tài)問(wèn)題日趨嚴(yán)重，使得人工林的近自然經(jīng)營(yíng)成為研究的熱點(diǎn)，人們?cè)噲D通過(guò)近自然經(jīng)營(yíng)來(lái)解決這些人工林不合理經(jīng)營(yíng)引起的生態(tài)問(wèn)題。

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國(guó)南方最重要的造林樹種，長(zhǎng)期以來(lái)杉木人工林連栽造成的地力衰退成為限制杉木人工林可持續(xù)發(fā)展的重要瓶頸[7]。如何解決杉木人工林經(jīng)營(yíng)引起的生態(tài)問(wèn)題成為當(dāng)前林業(yè)生產(chǎn)中亟需解決的重大課題。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)杉木近自然經(jīng)營(yíng)的研究甚少。鑒于此，為探討杉木近自然經(jīng)營(yíng)效果，筆者于2012年開始在福建農(nóng)林大學(xué)莘口教學(xué)林場(chǎng)設(shè)立杉木近自然經(jīng)營(yíng)、常規(guī)經(jīng)營(yíng)和封育對(duì)照的不同經(jīng)營(yíng)模式的固定樣地，開展了不同經(jīng)營(yíng)模式對(duì)杉木林林下植被多樣性影響的定位研究，分析不同經(jīng)營(yíng)模式對(duì)杉木林林下植被種類和生物量的影響規(guī)律，試圖為評(píng)價(jià)杉木林不同經(jīng)營(yíng)模式的經(jīng)營(yíng)效果提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于福建農(nóng)林大學(xué)莘口教學(xué)林場(chǎng)，該地屬亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，年均降水量1 749 mm，年平均蒸發(fā)量1 585 mm，年平均氣溫19.1 ℃，≥10 ℃年積溫5 240.2～6 677.9 ℃，全年日照時(shí)數(shù)1 840 h，無(wú)霜期300 d左右。土壤為山地紅壤，成土母質(zhì)以粉砂頁(yè)巖為主。

試驗(yàn)地為林場(chǎng)94林班1大班1小班1957年格氏栲天然林皆伐后營(yíng)造的杉木人工純林，海拔為212～231 m，現(xiàn)存密度1 425株/hm2，杉木平均樹高20.6 m，平均胸徑24.7 cm。試驗(yàn)地位置見圖1。

在1957年?duì)I造的杉木人工純林中，選擇海拔、坡向和坡度等立地條件基本一致的林分，設(shè)計(jì)近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅰ、近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅱ、常規(guī)經(jīng)營(yíng)Ⅲ和封育對(duì)照Ⅳ 4個(gè)不同經(jīng)營(yíng)模式處理（具體措施見表1）。分別在每個(gè)處理林分內(nèi)設(shè)置20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)地3個(gè)，共12個(gè)。

2 研究方法

分別于2012年12月（試驗(yàn)處理前）、2013年3月（試驗(yàn)處理后3個(gè)月）和2013年12月（試驗(yàn)處理后1年）對(duì)12塊標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行林下植被種類和生物量等調(diào)查。

2.1 林下植被種類調(diào)查 在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)隨機(jī)布設(shè)5個(gè)2 m×2 m的小樣方進(jìn)行林下植被調(diào)查，調(diào)查樣方內(nèi)林下植被種類、數(shù)量、蓋度、頻度、平均高度等，計(jì)算各物種的重要值。

灌木層重要值=（相對(duì)密度+相對(duì)顯著度+相對(duì)蓋度）/3；

草本層重要值=（相對(duì)蓋度+相對(duì)高度）/2。

2.2 植被生物量測(cè)定 在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)隨機(jī)布設(shè)5個(gè)1 m×1 m的樣方，采用收獲法進(jìn)行林下植被生物量調(diào)查，即將樣方內(nèi)所有植物的地上部分收獲，稱完鮮重帶回實(shí)驗(yàn)室，在105 ℃下烘至恒重計(jì)算含水率，換算成生物量[8]。

2.3 林下植被多樣性測(cè)定 采用物種相似度、物種豐富度指數(shù)、物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)[9]等指標(biāo)分析林下植物物種多樣性指標(biāo)，其計(jì)算公式如下：

式中，S為物種數(shù)，即豐富度指數(shù)；D為多樣性指數(shù)；Pi為某植物群落中第i物種的個(gè)數(shù)占群落中各種植物個(gè)數(shù)總和的百分比；H為物種多樣性指數(shù)；J為群落均勻度指數(shù)；A為甲地區(qū)全部種數(shù)，B為乙地區(qū)全部種數(shù)，c為2個(gè)地區(qū)共有種數(shù)，SS為Czechanowski相似度系數(shù)。

2.4 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Excel 2003和SPSS 12.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同經(jīng)營(yíng)模式對(duì)杉木林下植被物種組成的影響 從圖2可以看出，2012年12月初次調(diào)查時(shí)試驗(yàn)地植被種數(shù)為：Ⅰ種數(shù)>CK種數(shù)>Ⅱ種數(shù)>Ⅲ種數(shù)，其中近自然林業(yè)經(jīng)營(yíng)模式Ⅰ植被種數(shù)達(dá)到32種，與封育對(duì)照林地植被種類數(shù)相接近；實(shí)施近自然經(jīng)營(yíng)后，2013年3月調(diào)查時(shí)試驗(yàn)地植被種數(shù)為：CK種數(shù)>Ⅲ種數(shù)>Ⅱ種數(shù)>Ⅰ種數(shù)，封育對(duì)照林地的植被種數(shù)遠(yuǎn)高于其他試驗(yàn)地；在2013年12月，試驗(yàn)地植被種數(shù)表現(xiàn)為：CK種數(shù)>Ⅰ種數(shù)>Ⅱ種數(shù)>Ⅲ種數(shù)。

近自然經(jīng)營(yíng)模式下植被種數(shù)在2013年3月呈現(xiàn)最低值之后迅速升高，林下植被種數(shù)隨時(shí)間變化呈現(xiàn)出“V”型趨勢(shì)，即呈現(xiàn)先降低后迅速升高的趨勢(shì)，這與近自然林業(yè)經(jīng)營(yíng)后對(duì)干擾目標(biāo)樹的其他喬灌木進(jìn)行剔除，產(chǎn)生人為對(duì)林地踩踏破壞和植被壓倒性破壞相關(guān)。這可能是由于外力因素改變了土壤物理性質(zhì)，造成土壤容重的變化，進(jìn)而造成了對(duì)林地內(nèi)物種的破壞和植被種數(shù)的短暫性降低，之后植被種數(shù)迅速增加。這與李潮海[15]、何淑勤[16]等人的研究結(jié)果一致，只在土壤物理性質(zhì)處于合適的階段，根系活動(dòng)和水、肥、氣、熱才能協(xié)調(diào)，從而創(chuàng)造良好的土壤結(jié)構(gòu)和肥力，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[17]。近自然經(jīng)營(yíng)方式下1 a內(nèi)植被種數(shù)表現(xiàn)為先降低之后逐漸升高的趨勢(shì)，但1 a后林地內(nèi)植被種數(shù)均較之前有所降低，這可能是由于觀測(cè)時(shí)間較短，出現(xiàn)結(jié)果延后現(xiàn)象。常規(guī)經(jīng)營(yíng)和封育對(duì)照林地的林下植被種數(shù)在1 a后均改變不大。

從表2來(lái)看，1 a后封育對(duì)照和常規(guī)經(jīng)營(yíng)的杉木林，由于林分郁閉度很高，透光率較低，大部分為耐陰的植物，林下優(yōu)勢(shì)種為大葉紫珠、山礬、蕨類等，并占絕對(duì)重要值。與封育和常規(guī)經(jīng)營(yíng)方式相比，近自然經(jīng)營(yíng)1 a之后，杉木林下喜光植物增多。在近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅰ中，1 a后出現(xiàn)了山蒼子和白花龍等喜光植物，并且成為該樣地的優(yōu)勢(shì)種，以重要值為16.46%和12.68%位居第2和第3位，草本層在近自然經(jīng)營(yíng)1 a后優(yōu)勢(shì)種前3位首次出現(xiàn)了狗脊和芒萁，取代了1 a前位居第2和第3位置的蕨類植被。在近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅱ中，1 a后喜光植被優(yōu)勢(shì)度顯著升高，比如山蒼子重要值相比1 a前升高了4.39個(gè)百分點(diǎn)，并且成為了該樣地的優(yōu)勢(shì)植被，草本層1 a后芒萁成為排名第3的優(yōu)勢(shì)物種。以上結(jié)果說(shuō)明近自然經(jīng)營(yíng)方式下植被種類逐漸從耐陰性植被轉(zhuǎn)變?yōu)橄补饷劝l(fā)性強(qiáng)的植被，這對(duì)改善杉木人工林林下植被群落結(jié)構(gòu)有很好的促進(jìn)作用。

以2013年12月調(diào)查為例，此次調(diào)查中共出現(xiàn)物種46種。由表3可知，近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅰ、近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅱ、封育對(duì)照樣地比常規(guī)經(jīng)營(yíng)樣地分別多出現(xiàn)9種、5種和9種。在不同處理之間共同出現(xiàn)的物種有5種。近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅰ和近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅱ林下植被種類多于常規(guī)經(jīng)營(yíng)，但都少于或等于封育對(duì)照林地。近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅰ與近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅱ、常規(guī)經(jīng)營(yíng)和CK封育對(duì)照的物種相似系數(shù)分別為64.01%、53.33%和62.96%；近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅱ與常規(guī)經(jīng)營(yíng)和CK封育對(duì)照的物種相似系數(shù)分別為34.15%和52.08%；常規(guī)經(jīng)營(yíng)和CK封育對(duì)照相似系數(shù)為57.78%。由此可知，林下植被相似性系數(shù)表現(xiàn)為，近自然經(jīng)營(yíng)模式林下植被與CK封育對(duì)照林地植被組成相似，但與常規(guī)經(jīng)營(yíng)林地的林下植被相似性不大。常規(guī)經(jīng)營(yíng)林地的林下植被種類與CK封育對(duì)照林下植被種類相似性較低。

3.2 不同經(jīng)營(yíng)模式對(duì)杉木林下植被物種多樣性的影響 在不同經(jīng)營(yíng)模式下隨著時(shí)間的遷移，林下植被多樣性指標(biāo)變化較為明顯（表4）。近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅰ和近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅱ物種豐富度在2013年3月呈現(xiàn)最低值之后迅速升高；Simpson指數(shù)、Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度1 a后均有不同程度的改變。對(duì)于近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅰ，2013年12月較2013年3月，Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度3種指數(shù)分別升高了0.17、0.40和0.05。同時(shí)，近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅰ在1 a后除Simpson指數(shù)較之前升高了0.03，Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度均有所降低。對(duì)于近自然經(jīng)營(yíng)模式Ⅱ，2013年12月較2013年3月，Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度3種指數(shù)分別升高了0.02、0.23和0.05，但3種指數(shù)均低于1 a前。對(duì)于常規(guī)經(jīng)營(yíng)，1 a后Simpson指數(shù)降低了0.02，Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度分別升高了0.07和0.01。而封育對(duì)照林地在1 a后，Simpson指數(shù)和Pielou均勻度分別升高0.05和0.01，Shannon.Wiener指數(shù)降低了0.04。由此可以看出，在2013年3月至2013年12月，近自然經(jīng)營(yíng)方式的Simpson指數(shù)、Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度增量均優(yōu)于常規(guī)經(jīng)營(yíng)，這也與何友均[18]等人的研究結(jié)果相似。近自然經(jīng)營(yíng)通過(guò)調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造林窗，改變林內(nèi)光照、溫度及土壤水分等方式，促進(jìn)林下植被的更新，增加了林下植被的多樣性[19]。

3.3 不同經(jīng)營(yíng)模式對(duì)杉木林下植被生物量的影響 由圖3可知，近自然林業(yè)經(jīng)營(yíng)林地Ⅰ、Ⅱ隨著時(shí)間的遷移林下植被生物量呈現(xiàn)“V”型趨勢(shì)，在2013年3月份林下植被生物量分別達(dá)到221.08 kg/hm2和248.15 kg/hm2最低值，之后迅速升高。常規(guī)經(jīng)營(yíng)和封育對(duì)照林地隨著時(shí)間的遷移，林下植被生物量變化不大。在2012年12月不同處理的林地林下植被生物量表現(xiàn)為：CK生物量>Ⅱ生物量>Ⅲ生物量>Ⅰ生物量；在2013年3月不同處理的林地林下植被生物量表現(xiàn)為：CK生物量>Ⅲ生物量>Ⅱ生物量>Ⅰ生物量；在2013年12月不同處理的林地林下植被生物量表現(xiàn)為：CK生物量>Ⅰ生物量>Ⅱ生物量>Ⅲ生物量。

林下植被生物量隨時(shí)間變化呈現(xiàn)出“V”型趨勢(shì)，即呈現(xiàn)先降低后迅速升高的趨勢(shì)，這可能是由于近自然經(jīng)營(yíng)過(guò)程中外力因素改變了土壤物理性質(zhì)，造成土壤容重的變化，進(jìn)而造成了林下植被生物量的先降低后增高的現(xiàn)象。常規(guī)經(jīng)營(yíng)和封育對(duì)照林地的林下植被生物量在1 a后均改變不大。

4 結(jié)論與討論

（1）不同經(jīng)營(yíng)模式對(duì)林下植被的組成有不同程度的影響。在近自然經(jīng)營(yíng)模式下，植被種數(shù)均呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，并且在2013年3月至2013年12月期間植被種數(shù)增量顯著大于常規(guī)經(jīng)營(yíng)和封育對(duì)照。但1 a后近自然經(jīng)營(yíng)模式的植被種數(shù)低于1 a之前，這可能是由于觀測(cè)時(shí)間過(guò)短，出現(xiàn)了結(jié)果延后的現(xiàn)象。

（2）從不同經(jīng)營(yíng)模式下林下植被物種多樣性變化量可以看出，近自然經(jīng)營(yíng)模式下2013年12月較2013年3月Simpson指數(shù)、Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度均有所升高。對(duì)于常規(guī)經(jīng)營(yíng)和封育對(duì)照林地1 a內(nèi)3種指數(shù)均變化不大。在2013年3月至2013年12月，近自然經(jīng)營(yíng)方式的Simpson指數(shù)、Shannon.Wiener指數(shù)和Pielou均勻度增量均優(yōu)于常規(guī)經(jīng)營(yíng)。

（3）從植被種類上可以發(fā)現(xiàn)，1 a后封育對(duì)照和常規(guī)經(jīng)營(yíng)的杉木林，由于林分郁閉度很高，透光率較低，大部分為耐陰的植物，林下優(yōu)勢(shì)種為大葉紫珠、山礬、蕨類等，并占絕對(duì)重要值。與封育和常規(guī)經(jīng)營(yíng)方式相比，近自然經(jīng)營(yíng)1 a之后，杉木林下喜光萌發(fā)性強(qiáng)的植被顯著增多，例如，山蒼子和白花龍等喜光植物成為該樣地的優(yōu)勢(shì)種，草本層植被種類由占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的蕨類逐漸由狗脊和芒萁所取代。以上結(jié)果說(shuō)明近自然經(jīng)營(yíng)方式下植被種類逐漸從耐陰性植被轉(zhuǎn)變?yōu)橄补饷劝l(fā)性強(qiáng)的植被，這對(duì)改善杉木人工林林下植被群落結(jié)構(gòu)有很好的促進(jìn)作用。

（4）不同經(jīng)營(yíng)模式對(duì)林下植被生物量均有不同程度的影響。在近自然經(jīng)營(yíng)模式下，林下植被生物量隨時(shí)間變化均呈現(xiàn)出“V”型趨勢(shì)，即呈現(xiàn)出先降低后迅速升高，這與近自然經(jīng)營(yíng)下林下植被種數(shù)所表現(xiàn)出的結(jié)果相一致。而常規(guī)經(jīng)營(yíng)和封育對(duì)照林地的林下植被生物量在1 a內(nèi)均表現(xiàn)出較平穩(wěn)態(tài)勢(shì)。在2013年3月至2013年12月期間，近自然經(jīng)營(yíng)模式相比常規(guī)經(jīng)營(yíng)和封育對(duì)照林地在增加林下植被生物量上有較大的優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，近自然經(jīng)營(yíng)以培育目的樹為目標(biāo)，通過(guò)調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造林窗，改變了林內(nèi)光照、溫度及土壤水分等，促進(jìn)林下植被的更新，近自然經(jīng)營(yíng)模式相比常規(guī)經(jīng)營(yíng)和封育對(duì)照模式在增加林下植被種類和林下植被生物量上有較大的優(yōu)勢(shì)。近自然經(jīng)營(yíng)模式下植被種類由耐陰性植被逐漸轉(zhuǎn)為喜光萌發(fā)性強(qiáng)的植被，這也說(shuō)明近自然經(jīng)營(yíng)方式達(dá)到了提高杉木林林下植被群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的目的。近自然林業(yè)經(jīng)營(yíng)為杉木林的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供了一條更貼近自然，遵循自然規(guī)律的道路。

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