冀西北小五台山区针阔混交林样地监测分析及对策研究

李瑞平+杜娟+刘润萍

摘 要: 为搞清小五台山区针阔混交林林分结构以及影响其生长的因素,通过选取林分类型为天然次生林中针阔混交林具有代表性的臭冷杉-桦树建立1 hm2生态样地,调查并记录树高≥1.5 m的乔木名称、胸径、树高、冠幅、枝下高、坐标等,挂牌作为永久标记;同时对幼苗更新、乔灌草种类等进行调查。通过对设置样地的监测,分析不同林分类型空间分布格局(包括单种内空间格局分析和种间关系分析)和不同林分类型物种组成及多样性(包括物种组成分析和物种多样性分析),对林下幼苗更新、森林生态系统健康分析和林分密度及立地条件对典型群落影响的研究等,针对所存在问题进行分析并提出相应的解决建议。
关键词: 小五台山;针阔混交林;样地监测
中图分类号: S725.1 文献标识码:A 文章编号:1004-3020(2017)01-0051-04
冀西北小五台山区森林类型主要呈现以落叶阔叶林、针叶林、针阔混交林为主的群落特征,为了更好的保护和利用森林资源并研究林木的天然更新和培育,在保护区相对稳定、具有代表性的森林生态群落设置固定样地,进行长期观测。通过选定具有代表群落基本特征的地段作为森林生态系统长期定位观测样地,获取森林生态系统结构参数的样地观测数据,为森林生态系统水文、土壤、气候等观测提供背景资料。为深入研究森林生态系统的结构与功能、揭示森林生态系统生物群落的动态变化规律提供数据服务。臭冷杉Abies nephrolepis属松科、冷杉属。常绿乔木,高可达30 m。生态习性极耐荫耐水湿,常在山地中腹以下缓倾斜地及谷地上形成小面积的纯林,臭冷杉生长速度较快,特别是在稍湿排水良好之处生长良好。臭冷杉自然分布于东北、华北各地。在华北许多地区己残存无几,被列为河北省珍惜濒危和重点保护植物,而小五台山区内,却有天然次生林,这在华北地区实属稀少。臭冷杉材质轻柔,树形宛如宝塔,亭亭玉立,姿态优美,为华北地区珍贵树种之一,其树脂胶可提制高级香精,是重要的化工原料。因此,通過合理有效保护臭冷杉的生境,促进臭冷杉的生长和繁育直接关系到物种多样性保护和可持续发展,野生种质资源的广泛利用,不仅有利于珍稀濒危植物保护和种群数量的增加,而且对保护生物多样性,保护生态环境,维护森林生态平衡有着重要的意义。
1 样地监测的工作内容
1.1 永久监测样地的布设
通过调查小五台山范围内臭冷杉的分布,并经过现场考察和对比分析,在金河口沟的草熏沟选取有代表性的臭冷杉森林群落设置样地,地理位置:东经115°00′58″,北纬39°55′42″,海拔1 720~1 820 m,面积1 hm2(100 m×100 m),林分类型为天然次生林。
1.2 资料收集整理
收集“中华人民共和国林业行业标准”,“森林生态系统长期定位观测方法”以及森林生态样地建设的相关资料。
1.3 健康示范林的选择与调查
对小五台山区的典型森林类型地进行了调查,在金河口沟选择生长状况最好的臭冷杉(白杄)-桦树作为健康典型的示范林,按照小样方的编号顺序,以顺时针方向清查各小样方的植物,记录树高≥1.5 m的乔木名称,胸径,树高,冠幅,枝下高,坐标等。用铝牌按依次给各株植物编号,作为永久标记。同时进行幼苗更新调查、乔灌草种类等。
1.4 不同森林生态系统结构和功能研究
采用样方法对小五台山区的典型森林群落进行植被调查,根据调查数据,比较了不同林分类型的物种组成及多样性(乔、灌、草)分析、林木的空间分布格局、林分幼苗更新、森林群落生态系统健康分析等。
2 标准地的选择和调查方法
2.1 标准地的选择和确定
标准地通常是在调查林分内,实测一定的局部地块,据此,对全林进行推测和估算。通过典型选样方法,选取的局部地块称为典型样地,通常称为标准地。标准地是根据人为主观判断选取的,选出的标准地期望能代表被调查林分的平均状况,应该是整个林分的缩影。
2.2 乔木每木调查
首先在标准样地内用测绳打出小网格,并简单标定小网格的边界点(如图A1、B1、C1、D1四点)。小网格调查路线按照S型沿等高线进行,并按调查的先后对网格小样地编号记录。小网格具体尺寸,视样地状况而定,一般选定为10 m×10 m。
然后在小网格内对每木进行定位记录,如图,分别测出每木(如树木E)到小网格边界的垂直距离EG、EH,分别记录为D1、D2,将量测数据结果记录。
对乔木树种、胸径、树高、枝下高、冠幅、树龄、优势度、层次、起源、损伤、干形质量、树龄和病虫害状况等,进行调查并记录(对于植物名称不确定的种类,应采集标本,栓上标签,写明样地号及标本编号)。具体调查步骤如下:
(1)胸径的量测:胸径从树高1.3 m处用胸径尺进行量测,精度要求到0.1 cm。起测值为树高高于1.5 m。
(2)冠幅的量测:指对树木冠层的垂直投影面积,进行东西和南北测定。
(3)树高和枝下高量测:利用望远测树仪对树木高度进行量测,枝下高可用标杆量测。
(4)优势度按以下编号进行记录:①优势木、②中庸木、③被压木、④濒死木、⑤枯立木。
(5)起源:①植苗实生、②播种实生、③天然实生(由种子起源)、④ 天然萌生(由根株上萌发)。
(6)损伤:①无损伤、②轻度损伤、③中度损伤、④重度损伤。
(7)林分类型:臭冷杉、白杄、白桦和红桦混交林。
(8)干形质量:①通直完满、②多分枝、③二分枝、④弯曲(扭曲)。
(9)病虫害状况:①无、②轻微、③中等、④严重。
2.3 幼苗(树高小于1.5 m)更新调查
在标准地内均匀选取25个小样方,按照顺序对小样方进行编号和分别量测记录。样方取10 m×10 m,并用测绳标出界线。调查内容有:幼苗的种类、树高、株数和病虫害状况。将所量测的数据记录。
2.4 灌木调查
在标准地内均匀选取20个小样方进行量测,小样方5 m×5 m大小,并用测绳标出界线。调查内容有: 灌木的种类、高度、地径、生长状况和分布状况等,并将量测的数据记录。(对于植物名称不确定的种类,应采集标本,栓上标签,写明样地号及标本编号)用标杆对高度进行量测。用游标卡尺对地径进行量测。生长状况:良、中、差。分布状况为:均匀、随机(散生)、群团(丛生)。
2.5 草本调查
在标准地内均匀选取20~25个小样方进行量测,小样方1 m×1 m大小,用测绳标出界线。调查内容有:草本的种类、高度、生长状况和分布状况等,并将量测的数据记录。(对于植物名称不确定的种类,应采集标本,栓上标签,写明样地号及标本编号)。用钢卷尺对地径进行量测。生长状况为:良、中、差。分布状况为:均匀、随机(散生)、群团(丛生)。
3 监测成果分析
3.1 不同林分类型空间分布格局分析
种群空间分布格局是指种群个体在水平空间的配置状况或分布状况,反映了种群个体在水平空间上彼此间的相互关系,与物种的生物学特性、种间竞争以及生境条件等密切相关。
3.1.1 单种内空间格局分析
各林分类型单种内空间格局分布随着尺度的变化规律均明显。臭冷杉和白杄在小尺度和中尺度上均呈现显著集聚分布,在大尺度上呈现随机分布;白桦在小尺度和中尺度上变化规律是一样的,呈随机分布,在大尺度上白桦分布格局呈显著的聚集分布,且在所研究尺度上没有达到最大聚集程度;红桦在其单种空间格局在所研究尺度上呈显著随机分布;伴生树种在小尺度上呈聚集分布,中尺度大尺度和上呈随机分布,且伴生树种在较大尺度上聚集性均有明显减弱趋势。
3.1.2 种间关系分析
在此生态样地中针叶林和阔叶林在大尺度上竞争激烈,林分混交度较大,导致了林分间竞争激烈,并且随着尺度的增加,竞争的激烈程度不断增加,最终导致了群落的不稳定性。而且针叶林从数量、平均树高、幼苗更新度等优势度均明显高于阔叶林,对资源占有和利用占有绝对优势,并压抑着阔叶林的生长,与其他种竞争激烈,且针叶林在竞争中占主导地位。而针叶林中臭冷杉和白杄两个树种在其群落内竞争激烈,群落处于不稳定阶段。
3.2 不同林分类型物种组成及多样性分析
3.2.1 物种组成分析
样地的乔木统计结果显示:臭冷杉-桦树生态样地乔木个体数量达2 273株(其中≥1.5 m乔木1 817株,<1.5 m臭冷杉214株,<1.5 m白杄242株);其中优势树种中针叶树臭冷杉550株,白杄460株(分别占总数的30.27%和25.32%),占总数的55.59%;有林窗的地方臭冷杉經常成丛出现,生长密度大。阔叶树白桦609株,红桦161株,占总数的44.41%;伴生种有花楸、五角枫和山柳,分别占总数的1.05%、1.10%和0.12%。
此森林生态样地中针阔叶树比例为1.2∶1,针叶树中臭冷杉的最大胸径达到30.2 cm,阔叶树中白桦的最大胸径达到38.2 cm。样地内林冠层密集,地下植被稀疏,臭冷杉和白杄等占据林冠层,为优势树种,演替阶段已经到达顶级。
灌木主要有六道木、毛榛、沙棶、东陵绣球、疏毛东北茶藨子、南蛇藤等,丛生随机分布,少量刺五加、蒙古荚蒾、美蔷薇等,呈零星随机分布。
臭冷杉-白桦样地内,被子植物29种,隶属于19科27属。其中乔木7种,灌木10种(包括藤本植物),草本植物13种(包括蕨类植物一种)。常见种类有:毛茛科Ranunculaceae的兴安升麻和唐松草;菊科Compositae 的风毛菊;莎草科Cyperaceae的细叶苔草和披针叶苔草以及茜草科Rubiaceae的四叶葎。呈零星随机分布。
3.2.2 物种多样性分析
臭冷杉-桦树群落内部,3个层片的物种丰富度平均值表现为:草本层物种丰富度值最大,灌木层居中,乔木层最低。且物种丰富度指数与物种多样性指数和均匀度指数呈正相关。
3.3 不同林分类型幼苗更新分析
森林更新是生态系统动态中森林资源再生产的一个自然的生物学过程。在这个过程中。以木本树木为主的生物种群在时间和空间上不断延续、发展或发生演替,对未来森林群落的结构及其生物学多样性具有深远的影响,因而它是一个极为重要的生态学过程。幼苗更新有两种方式:林缘更新和林窗更新。混交林的针叶林更新密度较大,阔叶树种均没有更新幼苗;而针叶林中白杄更新幼苗最多242株,臭冷杉214株。臭冷杉(白杄)-桦树样地幼苗更新为502株/hm2,均为天然实生苗。随着臭冷杉、白杄幼树和幼苗的崛起,针叶林的优势种地位更加确定,最后达到相对稳定的针叶林顶级群落。
3.4 森林生态系统健康分析
生态系统健康是指一个生态系统所具有的稳定性和可持续性,即在时间上具有维持其组织结构、自我调节和对胁迫的抵御及受干扰后的自恢复能力。天然林群落的生态系统具有较高的物种多样性(或异质性),天然林群落是由处于不同发育阶段、具有不同组成结构的大小不同的众多斑块镶嵌而成的,这些斑块由相同的生态过程驱动且具有相似的循环过程,斑块与群落内微环境的差异互为关联。臭冷杉(白杄)-桦树针阔混交林林分为天然次生林,不仅是一种高价值、高产量的自然资源,同时也是一种高效益的环境资源,是一个健康的生态系统,从监测的结果表明,林下针叶林幼树和幼苗跟新密度大,表现为幼树空间和养分不足,导致死亡;灌木和草本植物的数量减少,生物多样性降低,表现为森林生态系统的亚健康特点。
3.5 林分密度及立地条件对典型群落影响的分析
林分密度对胸径、树高、冠幅、枝下高均有一定程度的影响。通过调查,结果显示随着林分密度的增加,胸径、冠幅呈降低的趋势,树高、枝下高呈升高的趋势。胸径受林分密度的影响最大,其次是冠幅、树高和枝下高。从胸径、树高、冠幅、枝下高等林分生长因子综合考虑,在不同林分密度中,200株/hm2时林木生长最好,且此时灌木和草木植物的科、属数及物种数目最多、物种多样性指数和物种均匀度指数最高。
坡位和坡向是影响次群落林分生长最重要的两大立地因子,臭冷杉、白杄主要分布在阴坡,半阴坡;而臭冷杉主要分布在中坡位和上坡位;海拔对臭冷杉的生长的影响较大。海拔、坡度、坡向、坡位各立地因子对臭冷杉-白桦林胸径、树高、枝下高影响的重要程度一致,依次为:坡向>坡位>海拔>坡度,而对冠幅影响的重要程度依次为:坡位>坡度>坡向>海拔。
4 资源监测发现的问题及建议
4.1 监测过程中发现的问题
(1)样地监测发现的问题;①经营管理措施缺失。不当部分森林群落处于亚健康或不健康状态,主要表现为部分臭冷杉、白杄等更新幼苗的密度过大,导致树种的自然死亡等。②监测体系有待完善。森林生态系统监测是一个长期的过程,而影响森林生长的土壤健康指标、土壤类型、气候以及植被类型的影响是各式各样的,空间变异大,保护区有待建立一套完整的森林生态系统监测体系。
(2)工作中存在的不足:①管理措施不健全。保护区尚没有完善的森林生态系统健康管理措施的制定。②技术人员相对不足。相关研究的技术人员匮乏以及现有技术人员知识储备不足,有待加强学习。
4.2 对策建议
依法保护自然保护区资源,开展科学研究、监测、宣传教育及合作交流。
探索合理的森林抚育以及营林措施来改变局部的小气候环境,对不同林分类型健康状况进行研究,为今后的造林树种选择以及中幼林的抚育管理提供理论依据。
通过对不同林分类型森林健康的调查研究,了解不同类型的森林健康状况,并通过对其影响因素,如气候、土壤等的研究,为有针对性地进行森林生态系统健康管理提供依据,并制定森林生态系统健康管理的措施。
参 考 文 献
[1]赵建成,郭书彬,李盼威.小五台山植物志[M].北京:科学出版社,2011:276 .
[2]于彭涛,刘鸿雁,崔海亭.小五台山北台林线附近的植被及其与气候条件的关系分析[J].应用生态学报,2002,13(5):523528.
[3]李盼威,李斌,杜娟.小五台山常见植物图鉴[M].河北:科学技术出版社,2016:596619.
(责任编辑:唐 岚)