阿尔泰山天然林不同采伐坡向的植物群落特征分析_王鑫.pdf

南方农业South China Agriculture第16卷第23期Vol.16 No.232022年12月Dec.2022改善天然林林分结构、提高林分质量是促进新疆天然林发展的重要课题。采伐坡向作为天然林的重要结构特征，在调整树种组成、促进林木生长等方面起着重要作用1。采伐坡向对林分生长、结构等方面的影响一直是森林研究领域的热点问题2。探析不同采伐坡向的植物群落特征对构建健康林业生态系统有着重要意义。阿尔泰山布尔津林场是全国天然林保护工程的重要区域之一。由于其地理位置特殊，植被垂直带自然状况保存完整，成为研究森林植物群落与环境关系的理想场所。本文以阿尔泰山天然林不同采伐坡向（阴坡、半阴坡和半阳坡）样地为研究对象，从提高天然林林分结构、天然林树种更新能力角度出发，探讨不同采伐坡向对天然林木的影响，为开展阿尔泰山天然林保护和修复工作提供理论基础。1材料与方法1.1研究区概况研究区设置在新疆阿尔泰山布尔津县贾登峪国家地质公园的喀纳斯风景区附近，地理坐标87248725E，48434844N，东与阿勒泰市毗邻，南至布尔津县中部，西与哈巴河县相连，北与蒙古接壤。属大陆性北温带寒冷气候，夏季干燥，冬季寒冷。研究区内主要树种有冷杉Abies fabri(Mast.)Craib、云杉(Picea asperata Mast)、落 叶 松 Larix gmelini(Rupr.)Kuzen.、红 松(Pinuskoraiensis Sieb.et Zucc)和疣枝桦(Betula pendula Roth)等。1.2数据采集2021年89月选取研究区贾登峪禾木公路路线K44+500旁一固定样地（阴坡样地），喀纳斯风景区中东新建林管站东侧山坡一固定样地（半阳坡样地），禾木阿禾公路北侧一固定样地（半阴坡样地）。经过样地伐桩测量，半阴坡样地采伐强度为12.66%，阴坡样地采伐强度为 25.26%，半阳坡样地采伐强度为40.15%。根据样地坡度及海拔等影响因素，在不同采伐坡向样地分别选取三个具有代表性的海拔，设置相同样方(20 m20 m)。三个坡向样地，共计 9 个样方(20 m20 m)，即阴坡（25.26%）样地3个样方，半阳收稿日期：2022-07-12基金项目：新疆维吾尔自治区天然林保护关键技术研究项目“森林抚育间伐技术试验研究”（ALTZFCG2021-105）。作者简介：王鑫（1996），女，河南三门峡人，新疆农业大学林学与风景园林学院在职硕士研究生，研究方向为林业生态工程与管理。E-mail:。王鑫.阿尔泰山天然林不同采伐坡向的植物群落特征分析J.南方农业，2022，16（23）：152-156.阿尔泰山天然林不同采伐坡向的植物群落特征分析王鑫（新疆农业大学林学与风景园林学院，新疆乌鲁木齐 830091）摘要以阿尔泰山云杉+冷杉+落叶松天然混交林为研究对象，基于origin软件，分析不同采伐坡向的天然林树种特征及多样性。结果表明：阴坡（采伐强度25.26%）样地和半阴坡（采伐强度12.66%）样地中冷杉树种的重要值为最大值，是阴坡、半阴坡样地的优势树种，半阳坡（采伐强度40.15%）样地中落叶松树种重要值为最大值，达66.47，是半阳坡样地的优势树种；半阳坡样地主要为小径级与大径级天然林树种，且高高度级天然林乔木树种较多，半阴坡样地主要为中径级天然林树种，且中高度级天然林乔木树种较多，阴坡样地主要为低高度级与中高度级天然林乔木树种；半阴坡与阴坡样地林下幼苗大多数为冷杉幼苗，半阳坡样地林下幼苗大多数为红松幼苗；半阴坡样地物种数、Shannon-Weinner多样性指数均为最大值，达4种、2.44，是更新多样性最好的样地。关键词天然林；采伐坡向；林分结构；物种多样性；阿尔泰山中图分类号：S718.54+2文献标志码：ADOI：10.19415/ki.1673-890 x.2022.23.037152南方农业South China Agriculture第16卷第23期Vol.16 No.232022年12月Dec.2022坡（40.15%）样地3个样方，半阴坡（12.66%）样地3个样方。测量并记录调查样方内所有乔木的名称、树高、胸径和相对坐标等因子。调查样方内乔木基本特征详见表1。表1不同采伐坡向样地的树种组成及基本特征采伐坡向半阴坡阴坡半阳坡树种组成27种云杉，198种冷杉，6种落叶松，18种桦树20种云杉，102种冷杉，55种落叶松13种云杉，61种落叶松，4种红松种数/种24917778密度/株 hm-2137.7498.3343.35平均胸径/cm11.3115.8426.05平均树高/m9.8813.2416.471.3研究方法1.3.1树种组成不同采伐坡向样地各树种的特征因子和重要值计算公式如下：相对多度(RA)=某个种的个体数/所有种的个体数100%相对频度(RF)=某物种出现的样方数/所有种的样方数100%相对显著度(RD)=某一种的胸径之和/所有种的胸径之和100%重要值(IV)=(相对多度+相对频度+相对显著度)/31.3.2树高与直径分布何美成3研究表明，当林分平均直径8 cm时采用1 cm径阶距，平均直径1018 cm时采用2 cm径阶距，平均直径2038 cm时采用4 cm径阶距。由表1可知，阴坡采伐样地、半阴坡采伐样地树种平均直径均在1018 cm，即采用2 cm径阶距；半阳坡采伐样地树种平均直径在2038 cm，即采用4 cm径阶距。将不同采伐坡向样地中的乔木按高度以2 m为一个树高阶进行结构划分。1.3.3物种多样性指数调查样方内物种多样性指数计算方法见表2。表2一般多样性指数推导有效多样性指数计算方法物种多样性指数物种数Shannon-Weinner多样性Gini-Simpson多样性一般多样性指数x计算公式x=si=1P0ix=-si=1pilnPix=1-si=1P2i有效多样性指数x计算公式x=xx=exp(x)x=1/(1-x)注：Pi为第i个种的相对重要值。2结果与分析2.1不同采伐坡向的树种基本特征了解林分基本结构是制定森林经营管理措施的前提和基础，树种组成是森林的重要特征因子之一4。重要值作为群落中植物优势度的量度标志，可指明群落中每种植物的相对重要性和最适生境。不同采伐坡向样地的树种有云杉、冷杉、落叶松、红松和桦树。对不同树种的特征因子和重要值分析可以看出（表3），落叶松不仅是半阳坡、半阴坡采伐样地的大径阶树种，还占据着半阳坡和半阴坡采伐样地的上层空间，落叶松树种的重要值是半阳坡采伐样地的最大值，为半阳坡采伐样地的优势树种；冷杉树种的重要值是阴坡、半阴坡采伐样地的最大值，为阴坡、半阴坡采伐样地的优势树种。在平均胸径因子中，云杉为阴坡采伐样地的大径阶树木，平均胸径为19.53 cm；落叶松为半阳坡、半阴坡采伐样地的大径阶树木，平均胸径分别为28.58、26.70 cm，说明云杉与落叶松在林分中具有明显的优势，也说明它们在这一地区具有较好的适应性。冷杉为阴坡、半阴坡采伐样地的小径阶树木，红松为半阳坡采伐样地的小径阶树种，说明冷杉、红松树种在生长上受到其他大乔木的抑制，是云杉、落叶松等优势树种的伴生树种。在平均树高因子中，云杉树种占据着阴坡采伐样地林分的上层空间，平均树高为17.69 m，属于阴坡采伐样地中的高大乔木；落叶松树种占据着半阳坡、半阴坡采伐样地林分的上层空间，平均树高分别为18.18、18.55 m，属于半阳坡、半阴坡采伐样地的高大乔木；落叶松树种占据着阴坡采伐样地的下层空间，红松树种占据着半阳坡采伐样地的下层空间，冷杉树种占据着半阴坡采伐样地的下层空间。从各树种的重要值来看，冷杉树种为阴坡采伐样地的最大值，为47.27，是阴坡采153南方农业South China Agriculture第16卷第23期Vol.16 No.232022年12月Dec.2022伐样地的绝对优势树种；落叶松树种为半阳坡采伐样地的最大值，达66.47，是半阳坡采伐样地的绝对优势树种；冷杉树种为半阴坡采伐样地的最大值，达59.71，是半阴坡采伐样地的绝对优势种群。表3不同采伐坡向样地的树种基本特征坡向阴坡半阳坡半阴坡树种云杉冷杉落叶松落叶松云杉红松云杉冷杉落叶松桦树株数/株20104626114428208618平均树高/m17.6912.4511.5818.1212.644.7510.408.6118.5515.87平均胸径/cm19.5314.3215.3828.5820.815.8810.799.8426.7018.85胸高断面积/m2hm-2299.42160.97185.69641.20339.9527.1491.3976.01559.62278.93相对多度/%10.7555.9233.3377.2217.725.0610.7780.002.316.92相对显著度/%13.7952.5633.6584.7014.161.1410.6171.855.6311.92相对频度/%33.3333.3433.3337.5037.5025.0027.2727.2818.1827.27重要值19.2947.2733.4466.4723.1310.4016.2259.718.7115.372.2不同采伐坡向对天然林林分结构的影响2.2.1对天然林乔木群落径级结构的影响植物群落径级结构是最基本的林分结构，定量分析群落径级结构有助于掌握植物群落受干扰程度并预测群落结构的发展5-6。本研究中，小径级与大径级乔木树种中，半阳坡采伐样地大于阴坡、半阴坡采伐样地；中径级乔木树种中，半阴坡采伐样地大于半阳坡、阴坡采伐样地，即半阳坡采伐样地是适合小径级、大径级乔木树种生长的环境，半阴坡采伐样地是适合中径级乔木树种生长的环境。由表4可知，第、径级中，半阳坡采伐样地大于阴坡、半阴坡采伐样地；第径级中，阴坡采伐样地大于半阳坡、半阴坡采伐样地；第、径级中，半阴坡采伐样地大于半阳坡、阴坡采伐样地；第、径级中，半阳坡采伐样地大于阴坡、半阴坡采伐样地。在同一径级结构下，小径级（0d12 cm）乔木平均值，半阳坡采伐样地大于阴坡、半阴坡采伐样地；中径级（12 cmd24 cm）乔木平均值，除第径级外，其他半阴坡采伐样地大于半阳坡、阴坡采伐样地；大径级（d24 cm）乔木平均值，除第径级外，其他半阳坡采伐样地大于阴坡、半阴坡采伐样地。表4不同采伐坡向的林木径级分布单位：cm采伐坡向半阴坡阴坡半阳坡3.580.453.400.153.9005.701.905.781.906.581.659.961.959.301.8510.300.7513.701.9013.841.9013.651.6518.151.9017.781.9017.381.4022.331.2521.931.9522.141.8526.471.7025.551.6525.921.1030.281.6529.821.3030.601.0033.751.8033.251.1034.221.5542.807.4537.671.2544.2014.70注：为 h3 m，d4 cm；为 4 cmd8 cm；为 8 cmd12 cm；为 12 cmd16 cm；为 16 cmd20 cm；为 20 cmd24 cm；为24 cmd28 cm；为28 cmd32 cm；为32 cmd36 cm；为d36 cm。表中数据为均值标准差，下同。2.2.2对天然林乔木群落高度级结构的影响植物群落高度级结构是最基本的林分结构，定量分析植物群落高度级结构有助于掌握植物群落受干扰程度并预测群落结构的发展5-6。本研究中，低高度级乔木树种中，除第、高度级外，其他树种阴坡样地大于半阴坡、半阳坡样地；中高度级乔木树种中，第、高度级半阴坡样地大于阴坡、半阳坡样地，第、高度级阴坡样地大于半阴坡、半阳坡样地；高高度级乔木树种中，除第、高度级外，其他树种半阳坡样地大于半阴坡、阴坡样地。即阴坡采伐样地是适合低高度级乔木树种和中高度级乔木树种生长的环境，半阴坡采伐样地是适合中高度级乔木树种生长的环境，半阳