鄭 玲，王 紅，徐 麗

(南京市旅游園林科學(xué)研究院，江蘇 南京 210037)

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幕府山廢棄礦地人工林撫育對林下植物多樣性及土壤養(yǎng)分的影響

鄭 玲，王 紅，徐 麗

(南京市旅游園林科學(xué)研究院，江蘇 南京 210037)

為評價(jià)幕府山廢棄礦地人工林的撫育效果，探討了不同林分的最佳撫育模式，對林分撫育前后林下植物多樣性及土壤養(yǎng)分變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：科學(xué)合理的森林撫育能有效降低林分郁閉度，改善林內(nèi)光照條件，促進(jìn)林下植物的更新、生長與演替，提高生物多樣性，增強(qiáng)土壤肥力；對林分的人工擾動(dòng)強(qiáng)度影響林下植物多樣性，擾動(dòng)大則多樣性高，但在撫育后1、2年內(nèi)，林下植物多樣性相對不穩(wěn)定，說明植被群落處于重建和恢復(fù)階段。

幕府山；森林撫育；植物多樣性；土壤養(yǎng)分

1 引言

幕府山地處南京城北長江之濱，是主城北部的一道天然綠色屏障。解放初大規(guī)模的開山采石活動(dòng)，使得幕府山的自然植被和生態(tài)環(huán)境遭受了嚴(yán)重的破壞。1999年開始，幕府山連續(xù)實(shí)施了10年人工植被恢復(fù)工程，恢復(fù)面積約267 hm2。在植被恢復(fù)施工時(shí)，為保證成活、成林，植物初植密度普遍較大，經(jīng)過10多年的生長，林分已高度郁閉，樹木生長分化嚴(yán)重，樹干中下部枯枝和瀕死枝較多，林下植物缺失或生長稀疏，生物多樣性低下，林分質(zhì)量普遍較差，影響幕府山森林公園的景觀效果和生態(tài)效益。

科學(xué)合理的森林撫育能逐漸提高人工林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，改善土壤理化性狀，還可增加植物多樣性[1]。2013年開始，幕府山開始逐步有序地開展人工林的森林撫育工作，致力于改善林分狀況，提高林分質(zhì)量，促進(jìn)森林公園景觀效果和生態(tài)服務(wù)功能的提升。本研究針對不同配置模式的人工林分采取不同的撫育措施，通過調(diào)查測定林下植物多樣性及土壤養(yǎng)分含量的變化，來評價(jià)森林撫育的效果，為探索廢棄礦地人工恢復(fù)植被有效的森林撫育模式提供參考。

2 研究方法

2.1 森林撫育樣地設(shè)置及撫育方法

研究林分位于幕府山西山頭山頂平地，為2006年第八期植被恢復(fù)工程，主要樹種有女貞、蜀檜、雪松，輔助樹種有楓香、欒樹、石楠、金鐘等。撫育前林分高度郁閉，林內(nèi)密不透光。森林撫育時(shí)間為2014年12月。

根據(jù)林分植物配置模式及生長狀況的差異，設(shè)置2塊試驗(yàn)樣地。樣地1的造林土壤為城市建筑余土覆蓋，林分為同齡女貞、蜀檜片狀混交林，幾乎沒有灌木層和草本植物。喬木上層樹冠高度水平郁閉，中下層枝葉受光不良，枯死嚴(yán)重，尤其蜀檜僅在頂梢有部分活性枝條，生長尖削，抗風(fēng)能力極差，枯死或倒伏嚴(yán)重。撫育時(shí)，致力于營造喬、灌、草合理搭配的林分結(jié)構(gòu)，將林內(nèi)枯死或?yàn)l死的蜀檜全部伐除，修剪女貞中下部枯死枝，并將過密的女貞截干移植至砍伐蜀檜形成的林窗處，同時(shí)從周邊林分移植適量石楠、金鐘作為灌木層。因移植量過大，以機(jī)械作業(yè)為主，對地表擾動(dòng)較大。

樣地2的造林土壤為城市建筑余土混合玄武湖湖底淤泥，林分為女貞、雪松株間混交林，灌木層點(diǎn)栽石楠。林分垂直郁閉度高，喬灌木枝葉密集，中下部枝葉受光不良，枯死較多，草本植物缺失。撫育時(shí)，以降低林分密度為主，基本維持林分原有的層次結(jié)構(gòu)。主要砍伐枯死樹及雜樹，修剪枯死枝，對生長過密的灌木適度重修剪，提高林分通透性。全部為人工作業(yè)，對地表擾動(dòng)輕微。

2.2 林下植物多樣性調(diào)查與分析

植物多樣性調(diào)查：在2塊樣地中，分別設(shè)置20 m×20 m研究樣方，每個(gè)樣方內(nèi)設(shè)置5個(gè)4 m×4 m和1 m×1 m小樣方分別調(diào)查灌木和草本植物。調(diào)查時(shí)間為2014年10月(森林撫育前)、2015年6月(森林撫育后第1年)、2016年6月(森林撫育后第2年)。調(diào)查時(shí)詳細(xì)記錄每一樣方內(nèi)灌木的種數(shù)、個(gè)體數(shù)、樹高、冠幅，草本植物的種數(shù)、個(gè)體數(shù)(叢數(shù))、高度、蓋度等。在調(diào)查中把更新的喬木幼苗(高<1 m)統(tǒng)計(jì)在灌木中[2]。

生物多樣性指標(biāo)選擇與分析：重要值(IV)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(D)、Margalef′s豐富度指數(shù)(M)、Pielou′s均勻度指數(shù)(J)。

IV=(相對頻度 + 相對蓋度 + 相對密度)/ 3；

H′=-∑PilnPi；D=1-∑(Pi)2；M=S-1)/lnN；J=H′/lnS.

式中，S為樣方內(nèi)的物種總數(shù)，N為樣方中全部植物個(gè)體數(shù)總和；Pi為第i植物種的個(gè)體數(shù)占全部植物種個(gè)體數(shù)的百分比。用Excel2007和Biodap軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及多樣性指數(shù)的計(jì)算與分析[3，4]；基于SPSS17.0，采用單因素方差分析和Duncan 多重比較法，分析森林撫育時(shí)間和撫育方法對林下植物多樣性指數(shù)影響的顯著性。

2.3 土壤樣品取樣和分析

森林撫育前及森林撫育后第2年，在進(jìn)行樣方調(diào)查的同時(shí)(2016年6月)，在樣地的4個(gè)角和中心點(diǎn)挖掘土壤剖面，去除枯枝落葉層和浮土，從土壤表層0～15 cm內(nèi)采集土壤樣品，將5個(gè)點(diǎn)的樣品充分混合，用四分法取樣約500g，備室內(nèi)分析。將土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干后，研磨，過篩，采用常規(guī)方法測定各項(xiàng)土壤化學(xué)性質(zhì)(pH值、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)等)。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林撫育對林下植物種類和數(shù)量的影響

森林撫育前及森林撫育后的第1年、第2年，分別對樣地林下植物(灌木和草本)進(jìn)行了調(diào)查，其種類和數(shù)量見表1。森林撫育前，林分高度郁閉，林下灌木和草本的種類和數(shù)量均較少；撫育后，林分郁閉度下降，林內(nèi)光照充足，為林下植被的生長更新提供了有利條件，因此，林下植物種類和數(shù)量均有大幅度提高。樣地1采取機(jī)械作業(yè)，對地表擾動(dòng)大，且由于女貞截干栽植，撫育后短期內(nèi)樹冠尚未成形，郁閉度低，因此林下植物種類和數(shù)量增加更為明顯。樣地2地表擾動(dòng)輕微，且林分郁閉度變化相對較小，林下植物種類和數(shù)量增加也相對較少。說明林分郁閉度和光照條件對林下植物的種類和數(shù)量影響極大，郁閉度低，光照充足，林下植物豐富[5]。

表1 森林撫育前后林下植物種類和數(shù)量的變化

據(jù)調(diào)查，2個(gè)樣地內(nèi)灌木(含喬木種子萌發(fā)的小苗)共有16種，除金鐘、石楠為原有的人工種植種外，其他均為天然更新，主要灌木種類及重要值見表2。樣地1撫育時(shí)，人工補(bǔ)植了金鐘和石楠，因此，數(shù)量和重要值較撫育前均有所增加；樣地2撫育時(shí)，由于原灌木密度偏大，移出了部分，因此撫育后第1年金鐘、石楠等人工種植灌木的數(shù)量和重要值較撫育前有所降低，而再經(jīng)過一年的生長后，灌木冠幅和高度明顯增加，故撫育后第2年重要值也隨之增大。從其他天然更新樹種來看，撫育后第1年，林下萌發(fā)較多的喬木幼苗有構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)、女貞(Ligustrumlucidum)和海桐(Pittosporumtobira)，但在第2年有所減少，且難以成苗，可能由于撫育時(shí)對地表的擾動(dòng)促進(jìn)了土壤種子庫種子的萌發(fā)，但草本植物的快速生長更新在一定程度上抑制了喬木幼苗的生長，同時(shí)，由于對幕府山人工林實(shí)行常規(guī)的養(yǎng)護(hù)管理，在養(yǎng)護(hù)過程中，除草等作業(yè)也導(dǎo)致部分喬木幼苗被清除。

表2 森林撫育林分主要灌木種類及其重要值變化

備注：本表只列出重要值較高的10種灌木

調(diào)查結(jié)果表明，樣地林下草本植物共有56種，其中菊科12屬14種，禾本科9屬10種，豆科6屬6種，大戟科3屬3種，莎草科、茄科、百合科、葡萄科、唇形科各2屬2種，還有廖科、?？频?3科13屬13種。菊科和禾本科雜草種類多，數(shù)量大，重要值高，是林下的主要草本植物。綜合來看，撫育前后草本植物種類變化較大，撫育前僅有少量的陰生植物，如絡(luò)石(Trachelospermumjasminoides)、麥冬(Ophiopogonjaponicus)、小巢菜(Viciahirsuta)等，撫育后，大量的陽性植物如龍葵(Solanumnigrum)、求米草(Oplismentlsundulatifolius)、狗尾草(Setairaviridis)、一年蓬(Erigeronannuus)等取而代之，種類和數(shù)量都明顯增多，重要值極大提高(表3)。結(jié)合表1來看，撫育后第2年，雖然草本植物種類有所減少，但數(shù)量增加，蓋度增大，重要值均有所提高。

表3 森林撫育林分主要草本植物種類及其重要值變化

備注：本表只列出重要值較高的10種草本植物

3.2 森林撫育對林下植物多樣性的影響

通過調(diào)查分析，2個(gè)樣地森林撫育前后林下植物多樣性變化見表4。由表可見，森林撫育后，不論灌木還是草本，Shannon-wiener多樣性指數(shù)和Margalef′s豐富度指數(shù)均有較大幅度的提高，指數(shù)變化顯著(P<0.05)，且兩者變化趨勢一致，說明森林撫育后林下植物種類和數(shù)量增多，植被群落的復(fù)雜程度增加。而Simpson優(yōu)勢度指數(shù)和Pielou′s均勻度指數(shù)較撫育前有所減小，差異顯著，可能因?yàn)閾嵊傲窒轮参锓N類和數(shù)量均較少，相對均勻，而撫育后林下出現(xiàn)較多的稀有種，數(shù)量分布不均，因此指數(shù)反而減小。從撫育時(shí)間長短來看，撫育后第2年，Shannon-wiener多樣性指數(shù)和Margalef′s豐富度指數(shù)一般小于撫育后第1年，而Simpson優(yōu)勢度指數(shù)和Pielou′s均勻度指數(shù)變化則有增有減，說明經(jīng)過人工撫育擾動(dòng)后，在短期內(nèi)，林下植被群落處于一種相對不穩(wěn)定的重建和恢復(fù)階段。

表4 森林撫育對林下植物多樣性指數(shù)的影響

備注：同一列小寫字母完全不同的，表示差異顯著(P<0.05)

相關(guān)研究表明，影響林下植物物種多樣性的因子在一般情況下間伐強(qiáng)度越大植物的種類越豐富，密度和蓋度也越大[6]。從樣地1和樣地2比較來看，樣地1實(shí)施較重度的間伐，形成了大小不一的林窗，而截干栽植的女貞在短期內(nèi)樹冠尚未成型，因此撫育后林分郁閉度較低，林內(nèi)光照充足，且機(jī)械作業(yè)對地表擾動(dòng)極大，促進(jìn)了土壤種子庫種子的萌發(fā)和草本植物的生長更新，因此，樣地1林下植物(尤其是草本植物)多樣性明顯高于樣地2。

3.3 森林撫育對土壤肥力的影響

土壤是影響植物生長的主要環(huán)境因子之一，其理化性質(zhì)與植物群落組成和植物多樣性有著密切的關(guān)系，影響著植被發(fā)生、發(fā)育和演替的速度，同時(shí)土壤性質(zhì)也因植被的生長演替而發(fā)生變化[7]。幕府山植被恢復(fù)地原為廢棄礦地和垃圾場，覆土后栽植樹木，土壤來源和覆土厚度不同，導(dǎo)致土壤基本理化性質(zhì)也有差異。幕府山人工恢復(fù)植被經(jīng)過多年的生長，在一定程度上改良了土壤，增強(qiáng)了土壤肥力，但土壤仍普遍呈微堿性，且土壤養(yǎng)分含量總體偏低。經(jīng)過合理的森林撫育后，土壤pH值和養(yǎng)分含量均有一定程度的變化(表5)，2處樣地pH值均較撫育前有所降低，而土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量均較撫育前有所增加。前人研究表明，林下植被不但養(yǎng)分含量豐富，而且易分解、循環(huán)速度快，對改善土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)特性效果較為顯著[8]。本研究中，合理的森林撫育有效改善了林分植物的生長環(huán)境，加速了林下植被的生長更新及凋落物分解，促進(jìn)了土壤性質(zhì)的改良。

表5 森林撫育前后土壤pH值和養(yǎng)分含量的變化

4 結(jié)論與討論

(1)幕府山廢棄礦區(qū)人工恢復(fù)植被經(jīng)過近10年的生長，林分已高度郁閉，林內(nèi)枯死現(xiàn)象嚴(yán)重，林分質(zhì)量低下，亟待開展科學(xué)合理的森林撫育。研究表明，因地制宜地開展森林撫育，可極大地提高林分通透性，改善林內(nèi)光照條件，加速林下植物的更新、生長與演替，提高植物多樣性，增強(qiáng)土壤肥力，形成植物健康生長與土壤逐漸改良的良性生態(tài)循環(huán)。

(2)森林撫育過程中對地表的適度擾動(dòng)，可促進(jìn)土壤種子庫種子的萌發(fā)和草本植物的生長更新，有利于提高植物多樣性。森林撫育后1、2年內(nèi)，林下植物多樣性有增減變化，說明短期內(nèi)植被群落處于一種相對不穩(wěn)定的重建和恢復(fù)階段，要形成相對穩(wěn)定的森林植被群落，需要數(shù)年甚至更長時(shí)間的更新演替過程。

(3)幕府山是南京重要的城市公園綠地和森林公園，開展森林撫育時(shí)要兼顧景觀效果和生態(tài)效益，在對上層喬木進(jìn)行必要的撫育間伐的同時(shí)，要適量補(bǔ)植中下層植物。在撫育后林分的養(yǎng)護(hù)管理過程中，要有意識的維護(hù)植被群落的多樣性，盡量避免林下除草作業(yè)，保護(hù)喬木更新的幼苗，有目的性的培育天然更新的中下層植物，促進(jìn)形成層次結(jié)構(gòu)合理的植被群落，提升景觀效果和生態(tài)效益。

(4)幕府山造林土壤為廢棄礦地人工覆土，土壤來源和覆土厚度均有差異，每個(gè)小區(qū)域植物種類和配置模式各異，因此，較難設(shè)置有足夠面積且條件較為一致的林分進(jìn)行撫育模式的對比研究，只能主要通過撫育前后對比來評價(jià)森林撫育的效果。對幕府山人工林的森林撫育，要因林制宜，不同林分采取不同的撫育模式，對土壤條件差的林分，要注重通過撫育剩余物粉碎覆蓋、施肥等方式逐步進(jìn)行土壤改良[9]，促進(jìn)植物健康生長。

[1]黃香蘭,楊振意,薛 立.撫育間伐對人工林影響的研究綜述[J].林業(yè)資源管理,2013(1):62～67.

[2]李春義,馬履一,王希群，等.撫育間伐對北京山區(qū)側(cè)柏人工林林下植物多樣性的短期影響[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,29(3):60～66.

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[9]顧 兵.綠色植物廢棄物在城市綠地土壤上的應(yīng)用[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué).2009.

Effects of Plantation Tendingin Mine Spoilsof Mufu Mountainon Diversity and Soil Nutrients of Undergrowth

Zheng Ling, Wang Hong, Xu Li

(NanjingInstituteofTourismandLandscape,Nanjing,Jiangsu210037,China)

In order to evaluate tending effects of plantations in mine spoils of Mufu Mountain, and to explore the optimum tending mode of different forest stands, thediversity and soil nutrient contents of undergrowth were studied. The results showed that appropriate tending reduced canopy density effectively, improved light conditions, accelerated undergrowth plant regeneration and succession, and enhanced soil fertility. Undergrowth diversity was influenced by anthropogenic disturbances, and diversity increased when disturbance enhanced. However, plant diversity was relatively unstable in one or two years after forest tending, which showed that vegetation community was still in the stage of reestablishment.

Mufu Mountain; forest tending; plant diversity; soil nutrients

2016-07-13

江蘇省林業(yè)三新工程項(xiàng)目(編號：LYSX[2015]26)

鄭 玲(1978—)，女，工程師，碩士，主要從事森林資源培育及保護(hù)研究。

X753.5

A

1674-9944(2016)18-0009-04