河南主要山区栎类天然次生林幼树更新特征及影响因子.pdf

第 43 卷第 2 期 河 南 林 业 科 技 Vol.43 No.2 2023 年 6 月 Journal of Henan Forestry Science and Technology Jun.2023 收稿日期：2023-05-29 基金项目：河南科技兴林项目“栎类次生林质量精准提升技术研究”（2022-2023）作者简介：李文博（1993-），女，硕士，助理工程师，研究方向：森林经营管理 通信作者：王新建，男，中南林业科技大学博士，教授级高工，项目主持人。河南主要山区栎类天然次生林幼树 更新特征及影响因子 李文博1，石君杰1，张向阳1，邓坦1，王新建2*（1.河南省林业资源监测院，郑州 450045；2.河南林业职业学院，河南 洛阳 470002）摘 要：基于河南太行山区、伏牛山北坡、伏牛山南坡共 45 块栎类次生林样地数据，分析乔木幼树更新特征及其影响因子，旨在探究河南省主要山区栎类次生林天然更新规律。研究结果表明：（1）河南省 3 个主要山区栎类次生林天然更新数量多但质量低，更新幼树密度均超过 8 000 株/hm2，但平均高度仅为 0.50.7 m；（2）栓皮栎是研究区域栎类次生林的主要优势树种，3 地区天然更新栓皮栎幼苗重要值分别为 69%、42%、41%；（3）栎类天然次生林幼树更新与环境及林分因子关系复杂，与幼树更新指标呈负相关的影响因子主要有坡度、林分密度、草本高度，呈正相关的影响因子主要有海拔、草本盖度、灌木盖度、土层厚度等。关键词：栎类次生林；天然更新；重要值；影响因子。中图分类号：S718.5 文献标志码：A 文章编号：1003-2630（2023）02-0001-05 Regeneration Characteristics and Related Factors Affecting Saplings in Quercus Secondary Forest of Main Mountainous Areas in Henan Province Li Wenbo1,Shi Junjie1,Zhang Xiangyang1,Deng Tan1,Wang Xinjian2*(1.Henan Forestry Resources Monitoring Institute,Zhengzhou 450045,China，2.Henan Forestry Vocational College,Henan Luoyang 470002,China)Abstract:Based on the data of 45 Quercus secondary forest plots in the Taihang Mountains,northern slope of Funiu Mountain,and southern slope of Funiu Mountain in Henan Province,the growth status,natural regeneration status,and influencing factors of trees were analyzed aim to find out the growth status and natural regeneration mechanism of Quercus secondary forests in the main mountainous areas of Henan Province,in order to provide theoretical basis for improving the management technology of Quercus secondary forests and revealing the natural regeneration mechanism of Quercus secondary forests.The results show that:(1)The natural regeneration of oak secondary forests in the main mountainous areas of Henan Province is large in quantity but low in quality.The density of regeneration saplings exceeds 8000 plants/hm2,but the average height is only 0.5-0.7 m.(2)Quercus variabilis is the main dominant tree species of oak secondary forest in the study area,the important values of natural regeneration seedlings of Quercus variabilis are 69%,42%and 41%respectively.(3)The relationship 2 河 南 林 业 科 技 第 43 卷 between the natural regeneration status of Quercus natural secondary forest and the environment and stand factors is complex.The factors that are negatively correlated with the natural regeneration index of saplings are slope,stand density and herb height,and the factors that are positively correlated are elevation,herb coverage,shrub coverage and soil thickness.Key Words:Quercus secondary forest;Natural regeneration;Importance value;Impact factors 天然更新是森林生态系统重要的生态过程，是森林生态系统得以维持的关键，对森林群落结构变化、生态功能实现及生物多样性具有重要影响1-2。对森林天然更新深入研究，能为森林高质量经营和生态恢复提供重要理论依据3。目前，对森林天然更新的主要研究包括物种组成4、生长和结构特 征5、空间分布格局6、影响因素7等方面，也有很多研究通过不同强度间伐、目标树等经营方式探讨乔木林分结构调整与天然更新的关系，以期促进天然更新质量3,8。众多研究表明，不同林分类型的天然更新特征及其与环境因子的关系并不完全相 同9-12，因此探究森林天然更新特征及影响因子有重要意义。栎类是温带地区阔叶林和混交林中常见的阔叶树种13，也是河南森林资源的重要树种，在太行山区、伏牛山区均有分布。全省栎类森林面积 77.83万 hm2，蓄积 4 450.57 万 m3，占全省乔木林面积22.35%、蓄积的 21.48%，在全省乔木林中占据重要地位。然而，栎类次生林缺乏有效经营，基本上处于自然生长的状态，林分质量较差、林分生态防护效能不高14-15，对河南栎类天然林更新特征和更新机制的研究更为缺乏。通过调查分析河南太行山区、伏牛山北坡、伏牛山南坡栎类次生林天然更新状况及其影响因子，旨在探究河南主要山区栎类天然次生林天然更新规律，为进一步开展栎类次生林质量精准提升、揭示次生林生长更新机理、丰富次生林经营理论提供借鉴。1 研究区概况 根据河南省自然地理条件和森林植被分布规律，基于第 9 次全国森林资源清查栎类样地数据，试验分为 3 个区域，即太行山区、伏牛山北坡、伏牛山南坡。太行山区济源（34 53 35 16 N，112 01112 45 E），位于河南省西北部太行山南麓，属温带季风气候，年平均气温 14.5，年平均降雨量567.9 mm。土壤类型主要为棕壤和褐土。主要乔木树种有栓皮栎（Quercus variabilis）槲树（Quercus dentata Thunb.）、油 松（Pinus tabulaeformis Carr.），灌木层有扁担杆（Grewia biloba）、小叶鼠李（Rhamnus parvifolia）、悬 钩 子（Rubus palmatus）等，草 本 层 有 羊 胡 子 草（Carex rigescens）、茜 草（Rubia cordiflolia）、蛇 莓（Duchesnea indica）等。伏牛山北坡的栾川（33 39 34 11 N，11111 112 01 E），位于河南省西部，属温带季风气候，年平均气温 12.4，无霜期 198 d，年平均降雨量 737.9 mm。土壤类型主要为棕壤和褐土。主要乔木树种有栓皮栎（Quercus variabilis）、油松（Pinus tabulaeformis Carr.）、刺槐（Robinia pseducacia）等，灌 木 层 有 连 翘（Forsythia suspensa）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、榛子（Corylus heterophylla）等，草本层有羊胡子草（Carex rigescens）、青绿薹草（Carex breviculmis）、佩兰（Eupatorium fortunei）等。伏牛山南坡的西峡（33 05 33 48 N，11101 111 46 E），位于河南省西南部，属亚热带和暖温带季风气候过渡地带，年平均气温 15.1，年平均降雨量 800 mm 左右。土壤类型以黄棕壤、棕壤 为 主。主 要 乔 木 树 种 有 栓 皮 栎（Quercus variabilis）槲树（Quercus dentata Thunb.）、油松（Pinus tabulaeformis Carr.），灌木层主要有连翘（Forsythia suspensa）、胡 枝 子（Lespedeza bicolor）、悬钩子（Rubus palmatus）等，草本层主要有羊胡子草（Carex rigescens）、茜草（Rubia cordiflolia）、荩草（Arthraxon hispidus）等。2 研究方法 2.1 样地设置及调查 基于第 9 次全国森林资源清查栎类样地数据，2022 年 4 月至 10 月在太行山区、伏牛山北坡、伏牛山南坡进行外业调查，在充分踏查的基础上选择具有代表性的地段在 3 个区域分别设置 15 块 20 m30 m（共 45 块）的栎类次生林样地。采用 RTK测定样地的地理坐标和海拔，同时记录坡位、坡向、坡度、土壤厚度、枯落物厚度、腐殖质厚度、灌木覆盖度及草本覆盖度等基本情况；对样地内胸径 5 cm 以上的乔木进行每木检尺，记录其树种、树高、胸径、冠幅及 RTK 坐标等；在样地西北角和东南角分别设置 5 m5 m 样方作为更新幼树调查样方，第 2 期 李文博等：河南主要山区栎类天然次生林幼树更新特征及影响因子 3 逐株记录其中高度2 m 的乔木幼苗的种名、高度、地径、冠幅。样地基本情况见表 1。表 1 样地分布及基本情况 样地分布地区 环境因子 太行山区 伏牛山北坡 伏牛山南坡样地数 15 15 15 海拔/m 228338 317365 661881 均值 288 337 768 坡度/1231 1844 2028 均值 22.8 35.2 25.2 土壤类型 褐土 褐土 褐土 土层厚度/cm 2030 1830 2030 均值 26 22 24.7 郁闭度 0.70.8 0.70.8 0.70.8 均值 0.78 0.78 0.74 乔木密度/株 hm-2 8331 5671 4672 683 6671 583均值 1 091 1 957 1 066 草本盖度 760 335 124 均值 22.4 16.9 6.9 灌木盖度 2579 7.561 449 均值 25.5 24.8 17.8 2.2 数据处理 乔木幼树更新状况的相关指标，包括公顷株数、平均地径、平均高、平均冠幅等，主要在EXCEL2013 中进行基础处理，使用 SPSS 软件对调查数据进行统计分析：采用单因素方差分析（ANOVA）检验不同地区乔木生长及幼树更新状况的差异（a=0.05）；运用 Pearson 相关性分析法对幼树更新指标与环境因子进行相关性分析。使用SigmaPlot14.0 进行图形绘制。幼树树种重要值=相对频度（%）+相对多度（%）+相对盖度（%）/34。3 结果与分析 3.1 乔木幼树更新数量特征及生长情况 通过 4 个更新指标分别反映不同山区栎类天然次生林幼树更新数量特征（幼树密度）和生长情况（平均地径、平均树高、平均冠幅）。如图 1 所示，3 个区域栎类天然次生林更新幼苗密度均超过 8 000 株/hm2，更新情况良好。按更新密度大小排序为伏牛山南坡伏牛山北坡太行山区，3 个区域差异不显著。太行山区更新幼苗平均高度为 0.7 m，显著大于伏牛山南坡的 0.5 m，伏牛山北坡幼苗高平均 0.6 m，与其他两地差异均不显著（P0.05）。伏牛山南坡平均地径 0.45 cm，显著低于伏牛山北坡和太行山区（P0.05），伏牛山北坡和太行山区相差不大。平均冠幅按大小排序为伏牛山北坡太行山区伏牛山南坡，3 个区域差异不显著（P0.05）。图 1 不同地区栎类次生林幼树更新指标特征 3.2 更新乔木幼树树种组成及特征值 从表 2 可以看出，不同地区栎类次生林更新幼树树种及重要度差异较大。太行山区林下更新幼树共 11 种，分属于 10 科 11 属。优势树种为栓皮栎，重要值接近 70%；其次为黄连木（Pistacia chinensis Bunge）、构树（Broussonetia papyrifera），重要值均大于 9%；剩余树种重要值均较小。伏牛山北坡栎类次生林更新幼树种数最多，共 14 种，分属于 8科 11 属。栓皮栎幼苗重要值超过 40%，其次为黄栌（Cotinus coggygria Scop.），重要值为 21.65%；槲树（Quercus dentata Thunb.）、化香（Platycarya strobilacea Sieb.et Zucc.）重要值接近，分别为9.25%和 8.37%；其他树种重要值均不足 5%。伏牛山南坡更新幼树共 12 种，分属于 10 科 11 属。栓皮栎幼苗重要值超过 40%，其次为黄檀（Dalbergia hupeana Hance）27.95%、山 楂（Crataegus pinnatifida Bge.）14.73%；其他树种重要值均不足5%。3 个区域栎类次生林更新幼树的共有树种为栓皮栎、黄连木。3.3 乔木幼树更新影响因子相关性分析 以不同地区栎类次生林样地的海拔、坡度、坡位等环境因子和郁闭度、乔木密度、灌木盖度等林分因子为自变量，以幼树更新密度、平均树高、平均地径、平均冠幅为因变量进行相关性分析，结果见表 3。3 个区域除坡位、腐殖质厚度与幼树更新指标均无显著相关性外，其余环境因子和林分因子与 4 个幼树更新指标有显著相关性，但不同地区与各项影响因素存在差异。太行山区草本盖度与更新密度呈显著正相关，海拔与平均树高呈显著正相关，坡度、株数密度与平均树高呈显著负相关，其余各环境因子对幼树影响不大；伏牛山北坡土层厚度、灌木盖度与更新株数呈显著正相关，海拔与平均胸径呈显著正相关，其他因子与幼树生长指标无显著相关性；伏牛山南坡灌木盖度、灌木高度与平均地径呈显著正相关，草本高度、坡度与平均地径4 河 南 林 业 科 技 第 43 卷 呈显著负相关，郁闭度、灌木盖度、灌木高度、草本盖度与平均地径呈显著正相关。表 2 不同地区栎类次生林乔木幼树种类组成及特征值 位置 树种 相对频度/%相对盖度/%相对密度/%重要值/%位置树种 相对频度/%相对盖度/%相对密度/%重要值/%栓皮栎 35.71 81.32 90.16 69.07 桑树 1.59 0.16 0.13 0.63 黄连木 19.64 4.58 3.44 9.22 合欢 1.59 9.00 0.52 3.70 构树 19.64 5.07 3.68 9.46 樱桃 1.59 0.04 0.13 0.59 苦楝 5.36 0.20 0.61 2.06 青冈栎1.59 0.09 0.13 0.60 刺槐 3.57 0.93 0.49 1.66 山柿 3.17 0.25 0.26 1.23 女贞 3.57 0.01 0.24 1.28 伏牛山北坡小叶枸树1.59 0.56 0.13 0.76 桑树 5.36 1.85 0.37 2.52 栓皮栎26.87 51.59 43.12 40.52 山茱萸 1.79 0.11 0.12 0.67 山楂 23.88 10.58 9.74 14.73 山桃 1.79 0.76 0.12 0.89 黄檀 19.40 26.47 37.97 27.95 朴树 1.79 4.77 0.61 2.39 槲树 4.48 4.40 3.06 3.98 太 行 山 区 榆树 1.79 0.38 0.12 0.76 大叶油桐7.46 3.17 2.36 4.33 栓皮栎 20.63 59.44 46.02 42.03 黄连木2.99 0.63 0.83 1.48 黄栌 22.22 6.09 36.64 21.65 女贞 5.97 1.81 1.81 3.20 槲树 17.46 2.33 7.95 9.25 厚壳树1.49 0.49 0.14 0.71 黄连木 7.94 1.05 2.48 3.82 梧桐 1.49 0.28 0.14 0.64 化香 7.94 13.26 3.91 8.37 椿树 1.49 0.12 0.14 0.58 毛梾 4.76 2.52 0.65 2.65 山柿 2.99 0.40 0.56 1.31 板栗 4.76 5.16 0.78 3.57 苦楝 1.49 0.07 0.14 0.57 伏 牛 山 北 坡 山槐 3.17 0.04 0.26 1.16 伏牛山南坡 表 3 不同地区栎类次生林幼树更新指标与影响因子间的相关系数 影响因子 位置 指标 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 x10 x11 x12 y1-0.14 0.04 0.11 0.15-0.09-0.230.27-0.170.270.11.63*-0.02y2-0.04 0.48-0.42 0.320.350.450.04-0.220.440.21-0.1-0.07y3 0.45 0.02-0.47-0.350.39-0.220.14-0.180.320.15-0.09-0.21太行 山区 y4.54*-.69*-0.12-0.49-0.02-0.23-0.18-.67*0.230.45 0.29 0.09y1 0.48-.58*0.35.89*0.010.110.09-0.29.69*0.28 0.14-0.01y2.52*0.08-0.24 0.150.040.290.14-0.01-0.32 0.22.56*-0.24y3-0.11 0.09 0.31-0.350.09-0.390.13-0.04-0.34-0.08 0.09 0.18伏牛山 北坡 y4 0.24 0.08-0.13-0.27-0.26-0.160.030.08-0.22 0.31 0.06-0.25y1 0.42 0.28-0.43 0.05-0.030.11-0.270.110.090.05 0.28-0.06y2-0.2-.51*-0.04-0.090.03-0.37-0.100.12.74*.47*-0.15-.58*y3 0.01-0.25-0.28-0.120.27-0.440.09-0.25.51*0.29 0.05-.62*伏牛山 南坡 y4-0.06-.48*-0.19 0.030.09-.59*.47*-.51*.68*.65*.71*-.64*注：x1：海拔 x2：坡度 x3：坡位 x4：土层厚度 x5：腐殖质厚度 x6：枯落物厚度 x7：郁闭度 x8：株数密度 x9：灌木盖度 x10：灌木高度 x11：草本盖度 x12：草本高度 y1：更新密度 y2：平均地径 y3：平均冠幅 y4：平均树高 *：P0.05 *：P0.01。4 结论与讨论 栎类林作为河南省森林资源的重要林分类型，其林分质量优劣决定着涵养水源、保持水土及维持生态稳定等方面的作用能否充分发挥，而天然更新质量是森林质量评价及森林生态系统可持续发展的关键。通过对河南省主要山区栎类次生林更新特征的研究，认为其更新状况良好，3 个区域乔木幼树更新密度都超过 8 000 株/hm2，乔木更新苗数量很大。李荣和闫东锋等3,16,17对栎类天然次生林幼苗更新的研究也认为栎类树种天然更新能力和对环境的适应能力较强，完全能够实现天然更新。需要注意的是，本研究中 3 个区域的更新乔木幼苗数量虽多，但生长情况一般，更新苗平均树高仅在0.40.7 m 之间。马莉薇等18通过研究秦岭北坡不同生境栓皮栎实生苗的生长发现，栓皮栎实生苗数量会随着年龄的增长而大幅度减少，说明乔木更新过程中幼苗数量多但较大年龄幼苗少的现象比较普遍。对不同高度级的乔木更新幼苗进行更细致的研究，尤其是树高超过灌木层不受其他植物生长抑制的幼树，能探究栎类次生林有效天然更新能力。河南省栎类主要有栓皮栎、锐齿栎、麻栎、青冈栎等19，本研究表明栓皮栎是本次 3 个目标研究地区更新幼树中重要度最高的树种。张红梅通过对北京市栎类植物空间分布进行研究，认为栓皮栎林主要分布在 750 m 以下的浅山区20；丁慧萍等研究发现秦岭北坡海拔 6001 300 m 内栓皮栎种群占据生态空间的能力和种群密度都是最大的21。本次研究设置样地分布在海拔 200900 m 的浅山区，是栓皮栎林主要分布区，通过每木检尺得到太行山区、第 2 期 李文博等：河南主要山区栎类天然次生林幼树更新特征及影响因子 5 伏牛山北坡、伏牛山南坡乔木树种中栓皮栎的重要度分别为 83.8%、62.8%、70.7%，更新幼苗中栓皮栎的重要度虽然有所降低，但都是调查样地中更新幼树中重要度最高的树种。除栓皮栎外，3 地区更新的其他种类幼树物种组成和重要度差异较大，这与黄朗的研究结果相似，不同区域栎类次生林气候条件、立地因子、林分结构和微环境差异是主要原因4。天然更新受到林分因子和环境因子的多重影响，这些因子直接或间接对幼树生长产生复杂的作用。本次相关性分析结果显示，太行山区和伏牛山北坡海拔与生长指标呈正相关，这是因为这 2 个区域的样地所处海拔较低，未达到栎类次生林生长的最适宜海拔地区。宁镇亚等研究也认为高海拔的栎类林分蓄积等生长指标高于低海拔地区22。通常认为海拔高度的增加会使林分温度降低湿度增大，有机质分解速度放缓，进一步导致枯落物和腐殖质厚度增加，有利于更新幼树的生长。更新幼树生长指标与坡度呈显著负相关，与土层厚度呈显著正相关，这与区余端等研究结果相同23。坡度对植物生长的影响是多方面的，坡度越平缓越有利于土壤和水分的积累，土层较厚的地区，土壤养分也越充足，进而促进乔木幼树的生长。林分密度、郁闭度与生长指标负相关，这是因为林分密度的增加会导致林下光照不足，不利于林下幼树的更新和生长，刘子宣等24研究也证明了这一点。灌木盖度、草本盖度与生长指标正相关，表明在一定范围内灌木盖度、草本盖度对幼树生长起促进作用，这与黄朗等的研究结果相契合4；灌木和草本高度对林下更新幼树生长的影响机制研究较少，本研究结果显示林下更新幼树生长与灌木高度呈正相关，而与草本高度呈负相关，原因可能是高大灌木能为林下幼树生长留出空间，而低矮灌木和草本则会与更新幼树有更直接的空间竞争关系，不利于幼树生长。由于幼树生长过程复杂，影响因子众多，不同树种对环境变化也有不同的反应机制，因此，各类影响因子对更新幼树生长的作用机制仍然是重要研究方向。参考文献：1 姜玲玲，许中旗.东北东部山地蒙古栎林的年龄结构及天然更新研究J.林业与生态科学，2020，35（04）：365-368.2 董莉莉，刘红民，赵济川，等.林分结构对辽东山区蒙古栎林天然更新的影响J.林业科学研究，2021，34（05）：104-110.3 闫东锋，马瑞婷，杨庆培，等.间伐强度对栎类天然次生林幼苗更新的影响J.河南农业大学学报，2019，53（02）：187-192.4 黄朗，朱光玉，康立，等.湖南栎类天然次生林幼树更新特征及影响因子J.生态学报，2019，39（13）：4 900-4 909.5 李进，石晓东，高润梅，等.华北落叶松天然次生林更新及影响因素J.森林与环境学报，2020，40（06）：588-596.6 罗梅，郑小贤.金沟岭林场落叶松人工林天然更新动态研究J.中南林业科技大学学报，2016，36（09）：7-11.7 张树梓，李梅，张树彬，等.塞罕坝华北落叶松人工林天然更新影响因子J.生态学报，2015，35（16）：5403-5411.8 郭诗宇，徐自警，宋德凯，等.目标树经营对松栎混交林天然更新的影响J.森林工程，2023，39（01）：1-10.9 胡晓静，张文辉，何景峰，等.不同生境栓皮栎天然更新幼苗植冠构型分析J.生态学报，2015，35（03）：788-795.10 张小鹏，王得祥，杜江涛，等.微生境对华山松人工林天然更新的影响J.西北农林科技大学学报（自然科学版），2018，46（01）：39-45.11 李雪云，潘萍，臧颢，等.闽楠天然次生林自然更新的影响因子研究J.林业科学研究，2017，30（05）：701-708.12 孙国龙，李文博，黄选瑞，等.华北落叶松人工林天然更新及与土壤因子的关系J.安徽农业大学学报，2017，44（06）：1 047-1 051.13 吴晓莆，王志恒，崔海亭，等.北京山区栎林的群落结构与物种组成J.生物多样性，2004，12（1）：155-163.14 王忠贵.栎类林分经营方向与对策J.山西林业科技，2019，48（02）：63-64.15 官秀玲，胡艳波.我国栎类经营及其发展方向研究J.西部林业科学，2019，48（02）：146-150.16 李荣，张文辉，何景峰，等.不同间伐措施对辽东栎幼苗自然更新及生长状况的影响J.西北农林科技大学学报（自然科学版），2011，39（01）：52-60.17 万浩宇，马瑞婷，牛梦鹤.间伐对栓皮栎人工林林下更新的影响J.河南林业科技，2021，41（01）：10-13.18 马莉薇，张文辉，薛瑶芹，等.秦岭北坡不同生境栓皮栎实生苗生长及其影响因素J.生态学报，2010，30（23）：6 512-6 520.19 詹志伟，郭占军，刘亚杰.豫西栎类次生林经营探讨J.山西农经，2015（03）：95-96.20 张红梅，王新杰，闫金华，等.北京市栎类植物空间分布及生长过程分析J.北京林业大学学报，2010，32（增刊1）：71-79.21 丁惠萍，钱克红，杨运经.陕西栓皮栎种群分布格局的分形特征J.西北林学院学报，2007（06）：7-9.22 宁镇亚，相莹莹，黄麟.区域尺度碳蓄积研究中的林分蓄积生长模拟以我国五类主要树种为例J.林业资源管理，2014（02）：73-82.23 区余端，苏志尧，李镇魁，等.地形因子对粤北山地森林不同生长型地表植物分布格局的影响J.应用生态学报，2011，22（05）：1 107-1 113.24 刘子宣，贾存，秦志强，等.华北落叶松林下光环境对白扦幼树生长的影响J.南京林业大学学报（自然科学版），2020，44（06）：111-117.（责任编辑：王文彬）