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不同抚育措施对森林生长及林下植被多样性的影响研究
摘要:为明确不同抚育措施对滇西高原暖温带山区森林生长及林下植被多样性的调控作用,解决森林抚育强度不合理导致的生长受限、多样性下降等问题,以昌宁县境内典型云南松-思茅松混交林、旱冬瓜纯林为对象,采用随机区组设计,设置轻、中、重度抚育及无抚育对照处理,通过3 年连续调查与 SPSS、Origin 等软件统计分析,探究抚育措施对林木生长、林下植被组成及多样性的影响。结果表明,中度抚育为最优措施,可显著提升林木生长指标,改善林下微环境,促进物种丰富度及多样性提升;轻度抚育效果有限,重度抚育易降低群落稳定性;林分郁闭度、胸径增长与植被多样性呈显著正相关。本研究可为昌宁县及类似滇西山区森林科学抚育及生态可持续经营提供理论与技术支撑。
关键词:森林抚育;林下植被多样性;林木生长;云南松-思茅松混交林;旱冬瓜纯林
引言
森林是陆地生态系统的核心,树木生长情况和林下植被多样性直接影响生态系统稳定状态和服务功能运转,滇西高原暖温带山区森林,是我国西南生态安全屏障、生物多样性宝库的关键构成部分,昌宁县获评“滇西绿色明珠”,森林覆盖率达 57.75% ,活立木蓄积量充裕,生态意义重大。抚育措施是管控林分结构、提升森林质量的核心技术,强度和方式不恰当,易引发林分生长受制约、林下植被退化、生物多样性减少等问题,昌宁县有多样的森林类型,囊括以云南松、思茅松为代表的针叶林,以旱冬瓜、栎类为典型的阔叶林,外加成片核桃、茶叶等经济林,林下植被和生物多样性资源特点鲜明。明确不同抚育措施对该区域主要林分生长及林下植被多样性的调节作用机制,调整本地化森林抚育技术方案,本次研究选取云南松-思茅松混交林、旱冬瓜纯林作为研究对象,依靠科学试验设计和长期调查分析,分析抚育措施的作用效果,为昌宁县及滇西暖温带山区森林科学抚育、植被多样性保护及生态系统可持续经营提供理论支持与实践参照。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区划定在云南省保山市昌宁县,地理坐标覆盖东经99°16′到 100∘02′ 、北纬 24°14′到 25°12′范围,昌宁县国土总面积3888 平方公里,归为滇西高原暖温带季风气候,立体气候特征显著,覆盖低热河谷到高寒山区的区域,设4 个气候带。年均气温约 14.9∘C ,年平均降水1200 毫米左右,干季湿季区分明确,主要土壤类型为红壤、黄壤,土层厚薄不一致,大多为30-100 厘米,全县森林资源储量大,森林覆盖 389.02 万亩,森林覆盖占比 57.75% ,森林总蓄积 1938.1 万立方米,拥有“滇西绿色明珠”的美名。境内生物多样性丰富,有林地面积308 万亩,常见乔木树种包括云南松(Pinus yunnanensis)、思茅松(Pinus kesiya var.langbianensis)、旱冬瓜(Alnus nepalensis)、栎类(Quercus spp.)以及大量核桃(Juglans regia)、茶树(Camellia sinensis)等经济树种。林下植被种类繁多,常见灌木如杜鹃(Rhododendron spp.)、南烛(Vaccinium bracteatum)、草本如蕨类、菊科、禾本科植物等,生态环境完整,是开展不同抚育措施对森林生长及林下植被多样性影响研究的理想区域。
1.2 试验设计
随机区组设计应用于本项试验,结合研究区域森林群落结构特点与实际抚育作业可操作性,选取云南松-思茅松混交林、旱冬瓜纯林两类核心林分作为试验对象,两类林分各设置四种抚育模式,即轻度抚育、中度抚育、重度抚育及无抚育对照,每种模式布设三个重复样地以保障试验数据的统计可靠性[1]。样地布设恪守均匀性准则,规避坡度超 25∘ 、土层厚度不足20 厘米及人为扰动剧烈的区域,均采用 20m×20m 正方形规格,样地间预留 5 米隔离带以隔绝不同抚育模式的相互干扰。样地布设结束后逐一编号,详实记录地理位置、海拔、坡度、坡向、林分郁闭度、平均胸径、平均树高等基础参数,保障各处理样地初始条件的一致性,降低初始差异对试验结果的干扰。抚育作业聚焦林木疏伐、枯枝落叶清运及林下杂草抑制,不同抚育强度通过疏伐比例、清理范围及实施频次区分,参照林业抚育作业技术标准规范操作,保障抚育流程的标准化与统一性。
1.3 调查内容与方法
调查工作于每年生长季末期(9-10 月)开展,连续调查 3 年,确保数据的连续性和代表性,调查内容涵盖林木生长状况、林下植被多样性及环境因子三个核心维度。林木生长状况调查聚焦样地内所有胸径≥5cm 的林木,逐株测定胸径、树高、冠幅(东西向和南北向)、枝下高,记录林木健康状况及病虫害发生情况,对死亡林木标注死因并及时剔除,同步测算林分密度、郁闭度及胸高断面积等生长指标,所有测定数据精确至 0.1cm 、 0.1m 。林下植被多样性调查采用样方法,在每个 20m×20m 样地内,随机布设5 个 lm×lm 草本样方和3 个 5m×5m 灌木样方,逐一记录样方内灌木、草本植物的种类、株数、高度、盖度,采集未知植物样本带回实验室鉴定,确保物种识别的准确性,同时测算物种丰富度、Shannon-Wiener 多样性指数、Simpson 优势度指数及 Pielou 均匀度指数。同步测定样地内土壤温度、湿度、pH 值及土壤有机质含量,采用环刀法测定土壤容重,每个样地设置 3 个采样点,分层( 0-20cm 、20-40cm)采样并混合测定,所有调查数据及时整理录入,建立专属数据库,确保数据的完整性和准确性。
1.4 数据处理
数据处理恪守统计学严谨准则,借助Excel 工具开展原始数据的规整、校验与录入工作,构建标准化试验数据库,录入环节实行双人核对机制,筛除异常、缺失及错误数据,缺失数据采用相邻时段均值插补法补充以保障数据完整与精准。SPSS 26.0 统计分析工具用于规整后有效数据的系统剖析,林木生长指标方面,核算各抚育模式、各林分样地胸径、树高、冠幅的均值、标准差及变异系数,明确抚育措施对林木生长的作用效应及生长指标的离散态势;林下植被多样性指标则精准测算物种丰富度、Shannon-Wiener 多样性指数、Simpson 优势度指数及 Pielou 均匀度指数,量化不同抚育强度下林下植被群落的多样性分异。单因素方差分析(ANOVA)用于比较不同抚育模式间林木生长指标与林下植被多样性指数的差异程度,差异达显著水平时采用Duncan 新复极差法实施多重比较,显著性标准设定为 1=0.05 Pearson 相关性分析同步开展,探究林木生长指标与林下植被多样性指数、环境因子的关联特征,所有统计结果均以“均值±标准差”呈现,数据图表通过Origin 2021 工具绘制,保证分析结果的科学、直观与可靠,契合试验数据统计分析的规范准则。
1.5 质量控制
试验全程严格落实质量管控体系,贯穿样地布设、抚育操作、野外调查、样品处理及数据整理分析全流程,以确保试验数据真实可靠、试验操作规范统一。样地布设阶段,安排专业林业技术人员现场核查,逐一对样地边界、规格、隔离带宽度进行复核,精准测定样地坡度、坡向等基础因子,避免因边界模糊、因子测定偏差导致的试验误差。抚育操作过程中,组建专业抚育作业团队,提前开展技术培训,明确不同抚育强度的疏伐比例、枯枝落叶清理范围以及杂草控制标准,作业期间安排专人现场监督,逐地块核查抚育质量,杜绝漏伐、过伐及清理不彻底等问题,确保各处理样地抚育强度一致。野外调查时,统一调查仪器规格并提前校准,胸径尺、测高仪等仪器每次使用前进行误差调试,确保测定数据精准;植物物种识别由2 名以上专业人员共同确认,未知物种样本及时送专业实验室鉴定,避免物种误判。样品采集与处理阶段,严格遵循分层采样、混合测定原则,做好样品编号、保存及转运记录,避免样品混淆、污染或变质。数据整理与分析阶段,坚持双人录入、双人核对模式,对录入数据进行多次核查,采用异常值检验方法剔除异常数据,对统计分析过程进行重复验证,保证所有试验数据及分析结果符合林业试验研究质量规范,为后续研究结论的可靠性提供有力保障。
2 结果与分析
2.1 不同抚育措施对森林生长指标的影响
各类抚育模式对森林生长指标的作用存在明显层次差异,云南松-思茅松混交林中,中度抚育下林木平均胸径年生长量达 0.82cm ,较对照提升 27.5% ,树高年均生长 0.41m ,冠幅东西向延伸 0.35m 、南北向延伸 0.33m ,表现均优于轻度与重度抚育;重度抚育虽短期释放较多生长空间,却因保留木数量不足限制单位面积蓄积增长,部分样地还出现风倒木情况[2]。旱冬瓜纯林对抚育的响应相对迟缓,中度抚育仍将胸径年生长量提升至 0.76cm ,枝下高平均上升 0.28m ,透光条件改善可有效推动主干拔高与自然整枝。各处理郁闭度呈梯度递减,轻度抚育维持在 0.72 上下,中度降至0.63,重度仅0.51,对照则稳定在0.78 以上,过高郁闭会抑制林木径向生长,胸高断面积变化与胸径增长态势相符,中度抚育样地三年累计增长 12.4% ,高于其他各类处理,适度疏伐可优化林分结构,拓宽单株营养空间、提升资源利用效率,进而推动林木整体生长。
2.2 不同抚育措施对林下植被物种组成的影响
不同抚育强度可显著改变林下植被的物种组成和分布模式,云南松与思茅松混交林内,轻度抚育样地主要生长蕨类、沿阶草等耐阴草本,灌木层里常见南烛、杜鹃;实施中度抚育后,光照变好让野古草、紫茎泽兰(控制性研究)、多种菊科植物等喜光物种大量涌入,灌木层内火棘、小檗占比上涨;重度抚育令土壤裸露范围扩大,马唐、鬼针草这类一年生先锋草本成为优势种群,原有多年生草本物种数量减少[3]。不开展抚育作业的旱冬瓜纯林,林下植被长势稀疏,核心为苔草及少量阴生蕨类;完成中度抚育作业后,白茅、紫云英、酢浆草这类中生性物种数量明显增长,灌木层长出悬钩子、盐肤木幼株;重度处理可引入部分阳生植物,但水土保持能力变差,局部出现植被覆盖断层,不同处理下物种更替速率与抚育强度同步提升,反应最迅速的当属草本层,可见林下植被群落对林冠开度变化反应极为敏锐。
2.3 不同抚育措施对林下植被多样性的影响
不同抚育强度能明显改变林下植被的多样性格局,这类影响体现在物种丰富度、群落结构及生态功能等方面[4]。云南松-思茅松混交林当中,采取中度抚育处理,草本层物种数平均每样方达 21.6 种,比对照高 38.5% ,Shannon-Wiener 多样性指数升至 2.73,Simpson 优势度指数跌至 0.14,说明群落内物种分布趋向均衡,优势种控制效力降低;重度抚育仅使物种总数稍有增长,但以少数一年生杂草为主体,Pielou 均匀度指数数值仅0.52,群落稳定性变差。做完中度抚育的旱冬瓜纯林,灌木层多样性指数明显上涨,Shannon-Wiener 指数从对照的 1.89 涨到2.31,新增的悬钩子、盐肤木等物种生态价值较高,这说明适度干扰助力生态位分化与资源再分配,轻度抚育难有效提升多样性,无抚育处理操作郁闭度过高,限制多数植物萌发和更新,多样性指标长期维持低位,多样性响应和土壤微环境变化关联紧密,中度抚育样地 0-20cm 土层有机质含量维持在 32.5g/kg 以上,pH 值稳定维持5.5–6.2(适应昌宁酸性土壤),为多种植物提供了适配生长空间,为高多样性状态的形成和维持增添支撑作用。
2.4 森林生长指标与林下植被多样性的相关性分析
森林生长指标与林下植被多样性的相关性探究显示,林木结构参数变动对林下植物群落存在明显调控效应,林分郁闭度适度下降可增强林内光照强度、改善空气流通状况,为草本及灌木层植物营造更适宜的微生境,进而提升物种丰富度与多样性指数[5]。胸径年生长量与Shannon-Wiener 多样性指数呈正相关( r=0.63 , p<0.05 ),林木个体生长空间优化既推动保留木径向扩展,也间接提升林下生态位异质性,助力多种植物共存。树高生长量与灌木层均匀度指数存在中度正相关
),主干拔高过程中的自然整枝效应可减轻下层遮蔽,促使灌木层资源分配更趋均衡。冠幅扩展幅度较大的样地中,草本层盖度与物种数量同步提升,树冠水平分布调整改变林下光斑格局,推动喜光与耐阴植物形成镶嵌分布。胸高断面积增长超过10%时,林下土壤有机质含量维持较高水平,进一步支撑高多样性群落持续发育,彰显林木生产力提升与植被多样性维持的协同作用机制。
3 结论与讨论
对应研究表明,不同抚育模式能明显调节昌宁县典型林分(云南松-思茅松混交林、旱冬瓜纯林)的生长状态及林下植被多样程度,已证实中度抚育是最优模式,它可有效推动林木胸径、树高及冠幅增长,优化林分组成结构,还能借助改良林下光照和土壤微环境,明显增加林下植被的物种丰富度与多样性,维持群落稳定。轻度抚育的改善效果不佳,强度过高的抚育可能减少林分蓄积,造成群落稳定性下滑,本成果为昌宁县及滇西类似区域实施生态保护导向的森林科学经营提供直接依据,提议县域内推广中度抚育技术,依靠协作实现林木提质增效和生物多样性保护的双重目标,筑牢“滇西绿色明珠”生态根基,为核桃、茶叶等经济林的复合经营给出参考,后续研究可进一步关注抚育措施的长期效应,以及它和本地立体气候、土壤等因子的相互影响。
参考文献
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作者简介:姓名:杨庆龙(1974 年11 月),性别:男,民族:汉,籍贯:云南省保山市,学历:本科,单位:昌宁县鸡飞镇综合保障和技术服务中心,职称:林业工程师,研究方向:森林草原防灭火、营林造林。
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