陳 哲，王振錫，2*，董 巍，胡天祺，郝康迪

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，烏魯木齊 830000；2.新疆教育廳干旱區(qū)林業(yè)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830052）

1 研究現(xiàn)狀及目的

森林結(jié)構(gòu)體現(xiàn)森林動(dòng)態(tài)演化過程中森林的生長狀況，其中林分空間結(jié)構(gòu)反映林木個(gè)體間的空間位置和周圍林木的競爭態(tài)勢，在很大程度上決定林分穩(wěn)定性、發(fā)展可能性和經(jīng)營空間大小，也決定森林的生態(tài)功能和森林的經(jīng)營管理措施。林下植被多樣性主要包括物種多樣性、遺傳多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性，其中物種多樣性是生物多樣性的重要組成部分，既是遺傳多樣性的根本，也是生態(tài)系統(tǒng)多樣性的基礎(chǔ)，對維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有極其重要的意義。

林下植被多樣性受經(jīng)營強(qiáng)度、林齡等因素的影響，是反映林分結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的重要指標(biāo)。國外學(xué)者Naumburg等通過控制森林結(jié)構(gòu)來維持大直徑樹木的零星分布，產(chǎn)生更多林內(nèi)光照，進(jìn)而維持林下植被的多樣性分布。Baran等發(fā)現(xiàn)分析林分結(jié)構(gòu)比分析物種組成更能準(zhǔn)確地檢測森林經(jīng)營狀況。國內(nèi)學(xué)者燕亞飛等的研究結(jié)果表明，林分結(jié)構(gòu)對林下植被多樣性具有一定影響，低密度林分林下植被多樣性高于高密度林分，但高密度林分的林下植被分布較低密度更均勻。

2021年8月在新疆西天山國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)對天山云杉純林進(jìn)行大樣地調(diào)查，調(diào)查研究樣地內(nèi)林下植被多樣性，為天山云杉林的林下植被多樣性研究和合理經(jīng)營管理提供理論依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)(82°51'~83°06'E，43°03'~43°15'N)位于新疆伊犁鞏留縣東部西天山國家級自然保護(hù)區(qū)，主要保護(hù)對象是天山云杉林及其生境，為西天山天山云杉林典型代表區(qū)域。該區(qū)域位于中天山西段，為天山山脈森林最茂密地區(qū)，擁有全國最大的原始云杉林，屬于國家級云杉自然保護(hù)區(qū)。土地總面積31 217 hm2，海拔1 500~2 000，屬溫帶大陸性氣候，夏季涼爽，冬季溫和，全年無大風(fēng)；多年平均氣溫5～7℃之間，1月平均氣溫-10℃，7月平均氣溫22℃；年平均降水量550～800 mm，個(gè)別年份超過1 000 mm；土壤類型主要以山地灰褐色森林土為主，土壤厚20~80 cm，土壤深厚肥沃，腐殖質(zhì)豐富、濕潤。

3 研究方法

3.1 樣地設(shè)置

2021年8月，在已有調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，在保護(hù)區(qū)內(nèi)46，50，53，55，56林班開展調(diào)查，在前期踏查結(jié)束后，一共設(shè)置10個(gè)100 m×100 m正方形樣地（單位面積為1 hm2，總面積10 hm2），編號分別為1~10。在樣地內(nèi)的上中下3個(gè)坡位選取林下植被較多的地方，設(shè)置1 m×1 m（1 m2）的草方格，記錄草方格內(nèi)的植被種類、數(shù)量、高度和蓋度，用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

3.2 分析方法

3.2.1 重要值常用于衡量某植物種類在群落中的地位和作用的指標(biāo)即為重要值，其計(jì)算公式為：

3.2.2 多樣性指數(shù)多樣性指數(shù)是指樣地內(nèi)物種數(shù)量的多少。研究應(yīng)用的多樣性指數(shù)主要為Simpson指數(shù)（D）和Shannon-Wiener指數(shù)（H）。Simpson指數(shù)（D）主要指機(jī)抽取不再放回去的2個(gè)個(gè)體，它們屬于同一個(gè)體的概率越大，說明個(gè)體的集中性越高，群落的多樣性程度越低0。具體計(jì)算公式如下：

Shannon-Wiener指數(shù)（H）表示從群落中隨機(jī)抽出一個(gè)個(gè)體種的不確定性。物種數(shù)越多，個(gè)體分布越均勻，不確定性越高，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)值越高。其計(jì)算公式為：

3.2.3 均勻度指數(shù)均勻度指數(shù)主要用于反映樣方中各個(gè)物種的均勻分布程度。此次的均勻度指數(shù)主要為基于Simpson指數(shù)的Pielou均勻度指數(shù)（Jd）和基于Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的Pielou均勻度指數(shù)（Jh）。公式為：

式中：S為種i所在樣方物種的總數(shù)；Pi為第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)占所有物種的個(gè)體總數(shù)的百分比（相對多度）。

3.3 數(shù)據(jù)處理方法

利用R4.1.1軟件運(yùn)行相關(guān)程序進(jìn)行林下植被多樣性的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，選用Origin 2018軟件進(jìn)行繪圖，采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。

4 結(jié)果與分析

4.1 植物種類的重要值

重要值是指不同物種在群落中的作用和地位，即其重要性指標(biāo)。研究西天山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)天山云杉純林的林下植被重要值，有利于了解區(qū)域內(nèi)林下植被的特點(diǎn)和影響，統(tǒng)計(jì)樣地群落內(nèi)占優(yōu)勢的植物種類。根據(jù)實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)計(jì)算各樣地內(nèi)林下植物種類的重要值數(shù)據(jù)，結(jié)果見表1。

從表1中可知：樣地內(nèi)共發(fā)現(xiàn)26種林下植被種類，其中重要值最高的植物種類分別是短距鳳仙花（Impatiens brachycentra Kar.et Kir.）、東 北 羊 角 芹（Aegopodium alpestre Ledeb.）、 夏 枯 草（Prunella vulgaris L.），其重要值分別是0.173 7，0.162 6，0.108 4，重要值均大于0.1，在群落中占據(jù)優(yōu)勢地位；其余物種的重要值均小于0.1，在西天山保護(hù)區(qū)研究區(qū)樣地內(nèi)所占比重較小，在群落中處于劣勢地位。

表1 西天山林下植被種類及其重要值Table 1 Species and their important values of understory vegetation in West Tianshan Mountain forest

4.2 林下植被多樣性分析

在森林生態(tài)系統(tǒng)中，不同的樹種和植物種類受外界因素的干擾不同，從而形成不同的分布格局。森林生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落的類型與結(jié)構(gòu)，會(huì)給生物多樣性帶來不同程度的影響，進(jìn)而造成林下物種變得復(fù)雜多樣。通常情況下，在森林生態(tài)系統(tǒng)中，主要利用植物的多樣性來評判其豐富性和均勻性。此次研究主要基于Simpson多樣性指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，計(jì)算Pielou均勻度指數(shù)后進(jìn)行研究分析，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，西天山保護(hù)區(qū)中樣地的Simpson多樣性指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)整體上基本相近，其中西天山保護(hù)區(qū)樣地的2個(gè)指標(biāo)變化范圍分別在0.727~0.876和1.570~2.242之間。二者的均值分別為0.818和1.919。

表2 樣地林下植被物種豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)Table 2 Species richness index,diversity index and evenness index of understory vegetation in the sample plot

從表2還可知，西天山自然保護(hù)區(qū)樣地的基于兩種多樣性指數(shù)的Pielou均勻度指數(shù)分布范圍在0.818~0.969和0.715~0.939之間，均值分別為0.913和0.838。其中均勻度指數(shù)最大值均為樣地3，分別為0.969和0.939。

基于數(shù)據(jù)和分析可以看出，西天山保護(hù)區(qū)各樣地內(nèi)林下植被種類較多，多樣性較好，各樣地林下植被分布較為均勻，林木株數(shù)越多。

5 結(jié)果與討論

以新疆西天山自然保護(hù)區(qū)中天山云杉林下植被為研究對象，以重要值、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)為指標(biāo)，調(diào)查分析保護(hù)區(qū)內(nèi)天山云杉林。西天山保護(hù)區(qū)樣地共有26種植物種類，各樣地林下植被物種數(shù)量差距較?。恢匾蹬琶叭牧窒轮参锓謩e為短距鳳仙花、東北羊角芹、夏枯草，其重要值分別是0.173 7，0.162 6，0.108 4。從重要值整體來看，西天山保護(hù)區(qū)樣地內(nèi)林下植被種類較少，但前三的植物種類占據(jù)絕對優(yōu)勢地位，種內(nèi)競爭緩和，優(yōu)勢物種明顯。通過計(jì)算研究區(qū)樣地的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)可知，物種數(shù)量多的林分區(qū)域其林下植被多樣性指數(shù)也較高。均勻度指數(shù)與研究區(qū)樣地的植被種類數(shù)量有關(guān)，植被種類高的區(qū)域林下植被分布較為集中，而植被種類數(shù)較少的區(qū)域其植被分布較為均勻。

此研究中使用的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)較為單一，主要為Simpson多樣性指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)?；趦煞N多樣性指數(shù)計(jì)算的均勻度指數(shù)研究區(qū)樣地的林下植被，沒有考慮其他指數(shù)方法。加之樣方數(shù)量有限，可能未能完全反映研究區(qū)內(nèi)的林下植被多樣性特征。因此，今后仍需要擴(kuò)大樣方數(shù)量，并進(jìn)一步開展相關(guān)調(diào)查研究。同時(shí)，選取的樣地以天山云杉純林為主，沒有考慮到混交林。因此在后續(xù)的研究中，將分析混交林林下植被多樣性與純林的區(qū)別。