杜建平

(国有清原满族自治县大边沟林场,辽宁抚顺 113309)

落叶松是我国重要的造林和用材树种,现有人工林面积达316.29万hm2,蓄积达2.37亿m3,是我国北方地区重要的针叶用材树种。东部白松为北美地区引进树种,其具有速生、采种优良、树形美观等优点,是原产地优质用材和绿化树种,其在辽宁地区引种可追溯到19世纪末。长期以来,这2个树种在辽宁地区栽植主要以纯林为主。以往研究表明,人工纯林存在生产力低、生物多样性低、抵御灾害能力弱等不足[1]。相反,已有研究表明,混交林在这些方面具有一定优势,如徐小牛等[2]研究马尾松枫香混交林生长得出结论,混交林生长优势明显,与对照相比,12年生混交林蓄积量提高13.90%～7.25%。曹旭平等[3]研究黄龙山油松林和油松+辽东栎混交林物种组成认为,松栎混交林中灌木层和草本层植物种数均大于油松林。为了探讨落叶松混交林和纯林生长和林下植被方面的差异,笔者以落叶松-东部白松混交林和落叶松纯林为研究对象,开展了树木树高、胸径、冠幅、单株材积和林地蓄积等生长指标,灌木层和草本层物种组成、重要值和多样性指数等物种多样性指标的调查和分析,旨在为落叶松在辽宁地区高效经营提供技术和理论指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况调查样地设在国有清原满族自治县大边沟林场,林场信息参见冯健等文献[4]。

1.2 样地设置2020年在研究地挑选立地条件大致相似的林龄均为9年的落叶松-东部白松混交林(落叶松∶东部白松=6∶4)和落叶松纯林作为样地,每种林型样地内分别选取3个20 m×20 m 的样地。对样地内的乔木(DBH≥3 cm)进行每木检尺,测量其树高、活枝下高、胸径和冠幅等。树木高度、活枝下高采用超声波测高仪进行测量,精度0.1 m。胸径采用测树围尺测量,测量精度0.1 cm。在每个样地内根据对角线方法选取3个5 m×5 m的样方调查灌木层,同时选取5个1 m×1 m 的小样方调查草本层,记录每种植物的种名、株数/丛数、高度、盖度、冠幅等。

1.3 数据处理

1.3.1物种重要值计算。

灌木层和草本层的重要值=(相对频度+相对多度+相对盖度)/3

相对频度=(某种的频度/所有种的频度之和)×100%

相对多度=(每一种的个体数/全部种的个体数)×100%

相对盖度=(某一种的基面积之和/所有种的基面积之和)×100%

1.3.2多样性指数计算。

(1)物种丰富度指数(S):样地内出现的物种数量。

(2)物种多样性指数。

Simpson多样性指数(D):

Shannon-Wiener多样性指数(H):

(3)物种均匀度指数。以Simpson多样性指数为基础的Pielou群落均匀度指数(JD)计算公式为:

以Shannon-Wiener多样性指数为基础的Pielou群落均匀度指数(JH)计算公式为:

式中:S为物种数目;N为物种的个体总数;Pi=ni/N,Pi为第i个物种的相对重要值;ni指样方中第i种物种的个体数,且∑ni=N。

1.4 数据统计与分析采用 Excel 2003进行数据计算与作图,使用SPSS 19.0对数据(包括林下植物多样性、丰富度和土壤理化性质)进行单因素ANOVA方差分析,用Tukey法多重比较进行差异显著性检验,对林下植物物种丰富度和多样性与土壤理化性质进行Pearson相关性分析。

2 结果与分析

2.1 落叶松-东部白松混交林林分生长特性由表1可知,胸径、树高、冠幅、单株材积和蓄积均表现为落叶松-东部白松混交林中落叶松大于落叶松纯林,且落叶松-东部白松混交林中落叶松分别是落叶松纯林的2.00、1.58、1.19、6.67和4.03倍。t检验结果表明,除蓄积外,胸径、树高、冠幅和单株材积在两者间差异达到极显著水平(P<0.01)。高径比、冠高比和冠径比均表现为落叶松-东部白松混交林中落叶松小于落叶松纯林,其中,与落叶松纯林相比,落叶松-东部白松混交林中落叶松的高径比更接近于1。t检验结果表明,高径比、冠高比和冠径比在两者间差异均达到极显著水平(P<0.01)。

表1 落叶松-东部白松混交林中落叶松生长特性

2.2 落叶松-东部白松混交林植被特性基于样地的调查数据统计可知,落叶松-东部白松混交林林下植物有35种,隶属27科30属,其中灌木树种13种,隶属10科11属,草本植物22种,隶属于17科19属。落叶松纯林林下植物40种,隶属33科36属,其中灌木树种8种,隶属8科8属;草本植物32种,隶属于25科28属。从物种数量看,草本层表现为落叶松纯林大于落叶松-东部白松混交林,而灌木层则相反。物种共有情况表明,落叶松-东部白松混交林与落叶松纯林共有物种20种,其中,草本植物14种,分别为白花碎米荠(Cardamineleucantha)、白屈菜(Chelidoniummajus)、穿龙薯蓣(Dioscoreanipponica)、广布鳞毛蕨(Dryopterisexpansa)、猴腿蹄盖蕨(Athyriummultidentatum)、宽叶苔草(Carexsiderosticta)、龙常草(Diarrhenamandshurica)、落新妇(Astilbechinensis)、茜草(Rubiacordifolia)、山楂叶悬钩子(Rubuscrataegifolius)、凸脉苔草(CarexlanceolataBoott)、五叶黄精(Polygonatumacuminatifolium)、荨麻叶龙头草(Meehaniaurticifolia)和羊胡苔草(Eriophorumvaginatum);灌木植物6种,分别为刺龙芽(Araliaelatavar.glabrescens)、东北山梅花(Philadelphusschrenkii)、狗枣猕猴桃(Actinidiaarguta)、毛榛子(Corylusmandshurica)、山葡萄(Vitisamurensis)和五味子(Schisandrachinensis)。物种独有情况表明,落叶松-东部白松混交林中出现了荷青花(Hylomeconjaponica)、宽叶山蒿(Artemisiastolonifera)、铃兰(Convallariamajalis)、鹿药(Maianthemumjaponicum)、球子蕨(Onocleasensibilis)和歪头菜(Viciaunijuga)等草本植物,簇毛槭(Acerbarbinerve)、胡枝子(Lespedezabicolor)、假色槭(Acerpseudosieboldianum)、青楷槭(Acertegmentosum)、软枣猕猴桃(Actinidiaarguta)和卫矛(Euonymusalatus)等灌木植物。

不同林型人工林林下灌木和草本层主要物种的重要值见表2。表2显示,草本层中,重要值在10.00%以上的优势物种在落叶松-东部白松混交林中有8种,在落叶松纯林中有7种;灌木层中,重要值在10.00%以上的优势物种在落叶松-东部白松混交林中有7种,在落叶松纯林中有6种。

表2 落叶松-东部白松混交林和落叶松纯林林下灌木层、草本层主要物种的重要值

由表3可知,草本层中,除了物种丰富度指数(S)表现为落叶松-东部白松混交林小于落叶松纯林外,Simpson多样性指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H)、以Simpson多样性指数为基础的Pielou群落均匀度指数(JD)和以Shannon-Wiener多样性指数为基础的Pielou群落均匀度指数(JH)4个指数均表现为落叶松-东部白松混交林大于落叶松纯林;灌木层中,5个多样性指数均表现为落叶松-东部白松混交林大于落叶松纯林。t检验结果表明,上述灌木层和草本层多样性指数间差异均未达到显著水平(P>0.05)[5]。

表3 落叶松-东部白松混交林和落叶松纯林林下植物的物种多样性指数

3 结果与讨论

该研究表明,落叶松-东部白松混交林中落叶松的胸径、树高、冠幅和单株材积分别达到7.69 cm、6.65 m、2.02 m和0.020 m3,混交林蓄积达到29.63 m3/hm2,分别是落叶松纯林的2.00、1.58、1.19、6.67和4.03倍,且混交林中落叶松形质指标优于落叶松纯林,这说明落叶松和东部白松混交后促进了落叶松的生长。这一研究结果与以往研究结果相似,如夏成财等[6]研究落叶松白桦纯林与混交林林分生长量认为,落叶松-白桦人工天然混交林较落叶松人工纯林有较大幅度的增产效益。该研究中混交林中落叶松生长表现优于落叶松纯林。李永哲等[7]对23年生落叶松-黄波罗混交林及落叶松纯林林分生长过程研究表明:混交林显著促进了林分平均胸径的生长;混交林林分蓄积显著高于落叶松纯林,混交林较落叶松纯林更有利于林分的生长。7年生混交林4种(马尾松和红椎混交比例为9∶1、8∶2、7∶3、6∶4)造林模式马尾松和红椎两者生长效果均优于纯林[8]。

该研究表明,落叶松-东部白松混交林林下植物有35种,隶属27科30属,其中灌木树种13种,隶属10科11属,草本植物22种,隶属于17科19属。落叶松纯林林下植物40种,隶属33科36属,其中灌木树种8种,隶属8科8属;草本植物32种,隶属于25科28属。从物种数量看,落叶松-东部白松混交林灌木层物种数量高于落叶松纯林,而草本层则表现为落叶松纯林大于落叶松-东部白松混交林。从多样性指数看,草本层中除了表现为落叶松-东部白松混交林S小于落叶松纯林外,D、H、JD、JH4个多样性指数和灌木层中S、D、H、JD、JH5个多样性指数均表现为落叶松-东部白松混交林大于落叶松纯林。这一研究结果与其他研究结果类似。徐郑周等[9]研究燕山山地华北落叶松人工林群落生物多样性得出结论,华北落叶松白桦混交林最高,为17 科34种,其次为华北落叶松山杨混交林,为20科32种,华北落叶松纯林最少,仅17科28种,可见混交林内的植物种类更丰富。王俊玲等[10]研究六盘山华北落叶松也表明,落叶松-阔叶混交林大于落叶松纯林。

该研究作为落叶松混交林生长和林下植被情况的一个阶段性结果,证实了落叶松和东部白松混交造林,在一定程度上促进了林木生长,丰富了林地植被多样性,可为辽东山区高效培育落叶松人工林,改善落叶松纯林林地地力及提高经营效果提供参考。上述研究结果说明合理经营优化人工林林分树种结构,增加人工林乔木层树种组成,大力营造多树种混交林,构建形成树种多样、布局合理、结构优化的资源培育体系,发展优质、速生、大径级用材林,推动森林培育经营转型升级是未来辽东山区人工林发展方向。

4 结论

(1)落叶松与东部白松混交促进了落叶松生长。落叶松-东部白松混交林中落叶松的胸径、树高、冠幅、单株材积和蓄积分别为7.69 cm、6.65 m、2.02 m、0.020 m3和29.63 m3/hm2,分别是落叶松纯林的2.00、1.58、1.19、6.67和4.03倍。落叶松-东部白松混交林中落叶松形质指标优于落叶松纯林。

(2)落叶松与东部白松混交提高了林地物种多样性。 从数量上看,物种总数量和草本植物数量表现为落叶松纯林高于落叶松-东部白松混交林,灌木植物则相反。从多样性指数上看,除了草本植物丰富度指数(S)之外,其他多样性指数均表现为落叶松-东部白松混交林优于落叶松纯林。

(3)营造多树种混交林是未来辽东山区人工林培育经营的发展方向。