炼山亦称控制火烧是一种人为干扰(Human disturbance)。近几年来国内众多学者研究普遍认为, 炼山不仅能明显地提高杉木造林成活率, 对杉木幼林生长有促进作用, 而且还有利于1年生草本和阳性植物种类增加。但这种促进效应仅是短期的, 一般在炼山后第1年至第3年(林开敏等, 1992;霍应强等, 1975)。为此, 本文通过研究林地炼山与不炼山对杉木人工林群落的影响, 试图揭示炼山对人工林分群落学特征的影响规律, 为客观地评价和合理地改革炼山制度, 建立科学的杉木栽培管理体系提供理论依据。

1 研究地环境概况

本试验地选择在顺昌县路马头国有林场内, 位于福建省西部。地处亚热带, 气候温暖湿润, 年平均温度18℃~21℃, 最低温-2℃, 最高温35℃, 年降雨量800~1000 mm, 平均海拔500~1000 m, 地处埔上与洋墩交界处。在其所属洪池工区8-3内1995年采用不同林地清理(炼山与不炼山)、不同混交造林模式的杉木人工林, 土壤均为红壤, 海拔500~590 m, 为西坡坡位, 前植被均为18 a生杉木采伐迹地。自造林以来, 每年进行两次抚育管理。

2 研究方法 2.1 野外调查方法

在全面踏查的基础上, 选择有代表性的不同林地清理模式(炼山与不炼山)造林但经营方式一致的4 a生杉木人工林各3小区(即3个重复对比实验), 每小区面积均为1.2 hm²。各小区分别设置3个20 m×20 m的大样方, 共计18个(炼山的9个, 不炼山的9个), 每个大样方均分成10 m×10 m的样方4个(共计72个)进行调查。乔木层与灌木层均采用记名记数法, 分别记录乔木、灌木、幼苗、幼树的种类、株数, 以计算其多度。对各样方内的树种进行每木检尺, 分别记录各个树种的树高、胸径、冠幅等。在每个标准地内, 设置(2 m×2 m)小样方30个调查统计各树种的频度。盖度用对角线法和随机样点法进行测定。草本层采用估测法测定其多度、频度和盖度。

2.2 统计分析方法(王义弘, 1990;吴承祯, 1999;赵志模等, 1989)

(1) 物种丰富度  本文采用 Margalef (1958)指数:

(1)

其中, S为群落中物种的种数即丰富度; N为观察到的个体总数。

(2) 物种多样性  选用目前最为广泛应用的Shannon指数H和Simpson指数D′, 对不同林地清理造林模式的杉木混交林群落物种多样性进行定量测定。

Shannon 指数:

(2)

Simpson 指数:

(3)

式中, P_i是第i个物种的个体数n_i占总个体数N的比例, 即P_i=n_i/N; n_i是第i种的个体数; N为所有种的总个体数。

(3) 群落均匀度  选用Simpson均匀度指数:

(4)

(5)

式中, H为物种多样性Simpson指数; H_max为最高多样性指数; S为物种数目。

(4) 群落相似性  本文选用Matyka相似系数:

(6)

式中, M_w为A、B两个群落共有种的较小定量值; M_A系A群落中全部物种的定量值总和; M_B是B群落中全部物种的定量值总和。

(5) 重要值计算  根据调查所得资料, 运用J.T.Curtis和K.P.Mclntosh提出的重要值=1/3×(相对多度+相对频度+相对优势度)整理统计各种群重要值(王义弘等, 1990), 分析出群落的优势种。

3 结果与分析 3.1 群落生活型组成

按Raunkier生活型分类系统标准统计得出:采用炼山林地清理造林模式的杉木混交林群落生活型谱与采用不炼山林地清理造林模式的杉木混交林群落生活型谱(表 1), 基本相似, 都是以高位芽植物占优势, 但不炼山林地杉木混交林群落中高位芽植物所占比例比炼山的大, 说明不炼山林地有效保护高位芽种类的能力强, 高位芽植物所占比例越高的群落, 说明其生境更佳(吴承祯等, 1999;苏志尧等, 1995;苏宗明等, 2000), 也即不炼山林地清理造林模式保护林地生境更好。

3.2 群落植物成分

根据野外采集记录和18个样地的调查统计结果(表 2)表明:炼山林地的平均种丰富度为38种, 而不炼山林地的种丰富度为34种, 炼山小区的种丰富度略多于不炼山。这说明在本试验条件下, 炼山使林地植物种类有所增加, 其中阳性植物种类增加尤为明显。从植物种类来看, 炼山林地主要的植被优势种, 灌木有:蓬 (Rubus hirsutus)、葡蟠(Broussonetia Kaempferi)、小柱悬钩子(Rubuscolumellaris)、黄毛木(Aralia decaisneana)和圆叶菝葜(Smilax china); 草本植物有:鱼腥草(Houttuynia cordata Thunb)、蕨(Pteridium aquilinum var. latiusculum)、华南毛蕨(Cyclosorus parasiticus)、石荠苎(Mosla punctulata)。虽然不炼山林地也出现这些种类, 但数量毕竟不如炼山的。此外, 炼山林地还出现不炼山林地所没有的特有种, 主要有:黄毛木(A. decaisneana)、勾儿茶(Berchemia floribunda)、小构树(Broussonettia Kaizinoki)、苦竹(Pleioblastus amarus)等种类。这些说明炼山对林下植被有一定影响。一些喜光的植物种类(不是炼山前基本组成成份)反而能借助炼山发展起来, 填补由于这种干扰所形成的生态位(林开敏等, 1992)。此外, 不炼山群落乔木层中还出现拟赤杨(Alniphyllum fortunei)、油桐(Vernicia fordii)和椤木石楠(Photinia clavidsoniae), 其重要值虽小, 但却反映了该群落乔木树种的丰富度明显高于炼山林地。炼山林地灌木层主要优势种为蓬、葡蟠和小柱悬钩子, 不炼山林地灌木层主要优势种为葡蟠、海金沙(Lygodium japonicum)和蓬。草本层中, 炼山林地的主要优势种为鱼腥草、蕨、华南毛蕨和石荠苎, 不炼山林地的主要优势种为千里光(Senecio scandens)、芒萁(Dicranopteris dichotoma)、莎草(Cyperus sp)、乌蕨(Stenoloma chusana)和石荠苎。炼山林地草本层以喜光的阳性植物为主, 如鱼腥草、蕨等, 多度和盖度均相当的大, 成为炼山林地草本层的优势种。究其原因是由于炼山后林下光照较多, 有利于阳性植物的侵入, 阳性植物在草本层中占了优势。

这表明不同林地清理方式对杉木混交林群落乔木层和灌木层优势种的影响不大, 但对草本层优势种影响很大。

3.3 群落物种多样性分析

物种多样性是群落生态可测定的生物学特征。群落的稳定性与物种多样性有关。根据18个样地调查资料, 进行计算, 结果列于表 3。从表 3可知, 采用炼山林地清理造林模式的幼龄杉木混交林群落其种类丰富度及丰富度指数均大于不炼山林地杉木混交林群落, 但其物种多样性指数及Simpson均匀度均明显小于不炼山林地。这种特征表明:不炼山林地杉木混交林群落其物种较均匀地分布在群落的不同空间, 各自占领利于自己(或适合自己)的生态位。不炼山林地的杉木混交林群落, 由于物种分布有较高的均匀度, 所以有较高水平的物种多样性, 故其群落稳定程度较炼山林地的高。

3.4 群落相似性分析

由表 4可知, 采用不同林地清理造林模式的杉木混交林群落Matyka相似系数为34.70%。说明炼山与不炼山林地虽然立地条件相似, 经营方式一致, 但由于造林前采用了不同林地清理模式, 使得群落生境具有一定的差异, 即具有生境异质性, 从而导致杉木混交林群落在群落学特征上的差异。

4 结论与建议

炼山林地与不炼山林地杉木混交林群落中均以高位芽植物占优势, 但不炼山林地中高位芽植物所占比例比炼山的大, 说明不炼山林地有效保护高位芽种类的能力强, 高位芽植物所占比例越高的群落, 说明其生境更佳, 也即不炼山林地清理造林模式保护林地生境更好。

炼山林地清理造林模式对林下植物种类有一定影响。本试验条件下, 炼山林地物种丰富度略多于不炼山林地, 其中以阳性植物增加尤为明显。但不炼山林地的物种多样性指数及Simpson均匀度均大于炼山林地, 群落结构也较炼山林地更为复杂, 说明采用不炼山林地清理造林模式的杉木混交林群落更为稳定。

不同林地清理方式对杉木混交林群落乔木层和灌木层影响不大, 但对草本层影响极大, 炼山林地草本层中阳性植物占优势。但不炼山林地的盖度显著大于炼山林地, 说明采用不炼山林地清理方式进行造林, 能促进林分提早郁闭, 有利于森林小气候的形成。

综上所述, 不同人工干扰对林地及群落特征影响不同, 不炼山林地清理造林模式显著优于炼山林地清理造林模式, 从林业可持续发展的长远目标考虑, 建议推广使用不炼山林地清理模式进行造林, 尤其在坡度较陡的山地, 使用不炼山林地清理模式造林, 可以防止或减少水土流失。