黄土高原刺槐人工林郁闭度对林下植物多样性特征的影响

doi:10.13287/j.1001-9332.202302.008

应用生态学报 ›› 2023, Vol. 34 ›› Issue (2): 305-314.doi: 10.13287/j.1001-9332.202302.008

黄土高原刺槐人工林郁闭度对林下植物多样性特征的影响

王依瑞^1,2, 王彦辉², 段文标^1*, 李平平^1,2, 于澎涛², 甄理^1,2, 李志鑫³, 尚会军³

¹东北林业大学林学院, 哈尔滨 150040;
²中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所/国家林业和草原局森林生态环境重点实验室, 北京 100091;
³甘肃省平凉市泾川县官山林场, 甘肃平凉 744306

收稿日期:2022-09-25 接受日期:2022-12-26 出版日期:2023-02-15 发布日期:2023-08-15
通讯作者: *E-mail: dwbiao88@163.com
作者简介:王依瑞, 女, 1999年生, 硕士研究生。主要从事黄土高原森林植被生态恢复效应研究。E-mail: 2995830568@qq.com
基金资助:
本文由国家自然科学基金项目(U20A2085,U21A2005)和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(CAFYBB2021ZW002)资助。

Effects of canopy density on understory plant diversity in Robinia pseudoacacia plantations on the Loess Plateau of China

WANG Yirui^1,2, WANG Yanhui², DUAN Wenbiao^1*, LI Pingping^1,2, YU Pengtao², ZHEN Li^1,2, LI Zhixin³, SHANG Huijun³

¹College of Forestry, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China;
²Ecology and Nature Conservation Institute, Chinese Academy of Forestry/Key Laboratory of Forest Ecology and Environment of National Forestry and Grassland Administration, Beijing 100091, China;
³Guanshan Forest Farm of Jingchuan County of Gansu Province, Pingliang 744306, Gansu, China

Received:2022-09-25 Accepted:2022-12-26 Online:2023-02-15 Published:2023-08-15

摘要/Abstract

摘要： 为解决黄土高原刺槐人工林因林木过密而导致林下植物缺乏和物种多样性低等问题,基于野外调查和文献收集数据,开展上外包线分析,确定林冠郁闭度对林下植物多样性的影响。结果表明: 在甘肃省泾川县官山林场的调查中,刺槐林下植物的物种数量(91)高于天然草地(78),其优势种随郁闭度而变化且与天然草地截然不同。对文献数据与本研究调查数据的综合分析表明,在年均降水量<550 mm或>550 mm时,郁闭度增加会导致林下植物的盖度呈先基本平稳后大幅或小幅下降的变化,生物量呈大幅下降或小幅度先升后降的变化;而林下植物的物种丰富度指数、Shannon指数、Simpson指数和Pielou指数都呈先升后降的变化,其变幅也是年降水量低时较大。综合来看,刺槐人工林的林下植物生长特征(盖度、生物量和多样性指数等)受郁闭度影响较大,且年降水量低时更敏感,总体上存在一个0.45～0.6的郁闭度阈值,超过或低于这个阈值范围会使这些林下植物生长特征中的多数指标快速降低。因此,若想将林下植物的上述特征同时维持在较高水平,就需在刺槐林经营中维持郁闭度为0.45～0.6。

关键词: 黄土高原, 刺槐人工林, 郁闭度, 林下植物, 物种多样性

Abstract: To solve the problems of understory plant shortage and biodiversity reduction caused by high tree density of Robinia pseudoacacia plantations on the Loess Plateau in northwest China, we analyzed the data collected by field survey and from literatures. We used the upper boundary line method to examine the impacts of canopy density on understory plant diversity. Based on field survey at the Guanshan Forest Farm of Jingchuan County of Gansu Pro-vince, the species number of understory plants in R. pseudoacacia plantations was higher than that in natural grassland (91 vs. 78). The dominant species varied with canopy density, which was completely different from that of natural grassland. A comprehensive analysis of both literature data and field survey data showed that, when mean annual precipitation (MAP) <550 mm or >550 mm, the increases in canopy density first led to a stable understory plant coverage and then a sharp or slight decrease, and understory plant biomass showed a sharp and continuous decrease or a slight increase and then decrease. Understory plant species richness and other diversity indices (Shannon, Simpson, and Pielou indices) first increase and then decrease, with bigger variation range under lower MAP. In all, the characteristics (coverage, biomass and species diversity, etc.) of understory plant community in R. pseudoacacia plantations were strongly affected by canopy density, with higher sensitivity under lower MAP. There was a general threshold range of canopy density of 0.45-0.6. When canopy density was above or below this thre-shold range, it would lead to a rapid decrease of the most characteristics of understory plant community. Therefore, keeping canopy density within the rational range of 0.45-0.6 in the management of R. pseudoacacia plantations is the key to make all the above-mentioned understory plant characteristics at relatively high level.

Key words: Loess Plateau, Robinia pseudoacacia plantation, canopy density, understory plant, species diversity

王依瑞, 王彦辉, 段文标, 李平平, 于澎涛, 甄理, 李志鑫, 尚会军. 黄土高原刺槐人工林郁闭度对林下植物多样性特征的影响[J]. 应用生态学报, 2023, 34(2): 305-314.

WANG Yirui, WANG Yanhui, DUAN Wenbiao, LI Pingping, YU Pengtao, ZHEN Li, LI Zhixin, SHANG Huijun. Effects of canopy density on understory plant diversity in Robinia pseudoacacia plantations on the Loess Plateau of China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2023, 34(2): 305-314.

参考文献

[1] 王媚臻, 毕浩杰, 金锁, 等. 林分密度对云顶山柏木人工林林下物种多样性和土壤理化性质的影响. 生态学报, 2019, 39(3): 981-988
[2] Zhang YX, Liu TR, Guo JP, et al. Changes in the understory diversity of secondary Pinus tabuliformis forests are the result of stand density and soil properties, China. Global Ecology and Conservation, 2021, 28: e01628
[3] Horák J, Brestovanská T, Mladenović S, et al. Green desert? Biodiversity patterns in forest plantations. Forest Ecology and Management, 2019, 433: 343-348
[4] Verschuyl J, Riffell S, Miller D, et al. Biodiversity response to intensive biomass production from forest thinning in North American forests:A meta-analysis. Forest Ecology and Management, 2011, 261: 221-232
[5] Rédei K, Keserü Z, Csiha I, et al. Plantation silviculture of black locust (Robinia pseudoacacia L.) cultivars in Hungary: A review. SEEFOR-South-East European Forestry , 2017, 8: 151-156
[6] Nicolescu VN, Rédei K, Mason WL, et al. Ecology, growth and management of black locust (Robinia pseu-doacacia), a non-native species integrated into European forests. Journal of Forestry Research, 2020, 31: 1081-1101
[7] 张波, 张建军, 李轶涛, 等. 黄土区刺槐林地土壤水分剖面的垂直分层. 中国水土保持科学, 2010, 8(4): 39-44
[8] 王宁, 毕华兴, 郭孟霞, 等. 晋西黄土残塬沟壑区刺槐人工林土壤水分植被承载力研究. 水土保持学报, 2019, 33(6): 213-219
[9] 赵丹阳, 毕华兴, 侯贵荣, 等. 不同林龄刺槐林植被与土壤养分变化特征. 中国水土保持科学, 2021, 19(3): 56-63
[10] Song XS, Shi SM, Lu S, et al. Changes in soil chemical properties following afforestation of croplandwith Robinia pseudoacacia in the southeastern Loess Plateau of China. Forest Ecology and Management, 2021, 487: 118993
[11] 周巧稚, 毕华兴, 孔凌霄, 等. 晋西黄土区不同密度刺槐林枯落物层水文生态功能研究. 水土保持学报, 2018, 32(4): 115-121
[12] 赵陟峰, 赵廷宁, 叶海英, 等. 晋西黄土丘陵沟壑区刺槐人工林枯落物水文特性. 水土保持通报, 2010, 30(1): 69-73
[13] 刘建利, 李凯荣, 易亮, 等. 黄土高原丘陵区人工刺槐林林分结构及林下植物多样性研究. 水土保持通报, 2008, 28(3): 49-52
[14] 杨晓毅, 李凯荣, 李苗, 等. 陕西省淳化县人工刺槐林林分结构及林下植物多样性研究. 水土保持通报, 2011, 31(3): 194-201
[15] 赵耀, 王百田. 晋西黄土区不同林地植物多样性研究. 北京林业大学学报, 2018, 40(9): 45-54
[16] 刘俊廷. 晋西黄土区恢复年限对林下植被多样性及土壤理化性质的影响. 硕士论文. 北京: 北京林业大学, 2020
[17] 周巧稚. 晋西黄土区不同密度刺槐林水土保持功能评价. 硕士论文. 北京: 北京林业大学, 2019
[18] 李敏敏, 魏天兴, 李信良, 等. 黄土区蔡家川流域刺槐人工林林下物种多样性. 浙江农林大学学报, 2018, 35(2): 227-234
[19] 王春香, 张建军, 茹豪, 等. 晋西黄土区刺槐林下植被物种组成及多样性影响因素. 东北林业大学学报, 2014, 42(1): 31-36
[20] 尹娜. 黄土区人工林生物量及养分积累分布研究. 硕士论文. 北京: 北京林业大学, 2008
[21] 王珊珊, 毕华兴, 崔艳红, 等. 晋西黄土区不同密度刺槐林土壤抗蚀性关键指标及特征研究. 北京林业大学学报, 2022, 44(5): 94-104
[22] 甄倩, 王百田, 赵耀, 等. 基于土壤理化性质和植物多样性的晋西黄土区人工林质量评价. 中国水土保持科学, 2020, 18(4): 12-20
[23] 李民义, 张建军, 王春香, 等. 晋西黄土区不同土地利用方式对土壤物理性质的影响. 水土保持学报, 2013, 27(3): 125-130
[24] 张瑞, 张建军, 赖宗瑞. 晋西黄土高原水土保持林适宜密度研究. 水土保持通报, 2009, 29(4): 67-71
[25] 马雯静. 晋西黄土区农林复合系统植物根系分布研究. 硕士论文. 北京: 北京林业大学, 2010
[26] 冯愿楠. 晋西黄土区林草植被特征数量化研究. 硕士论文. 北京: 北京林业大学, 2008
[27] 金晓, 陈丽华. 晋西黄土区不同植被类型土壤抗冲性及表层根系分布特征. 水土保持学报, 2019, 33(6): 120-126
[28] 杨海军, 孙立达, 余新晓. 晋西黄土区水土保持林水量平衡的研究. 北京林业大学学报, 1993, 15(3): 42-50
[29] 刘晨峰, 尹婧, 贺康宁. 林下植被对半干旱区不同密度刺槐林地土壤水分环境的指示作用. 中国水土保持科学, 2004, 2(2): 62-67
[30] 赵陟峰. 半干旱黄土区不同密度刺槐林生态效益研究. 硕士论文. 北京: 北京林业大学, 2009
[31] 高艳鹏, 赵廷宁, 骆汉. 晋西黄土丘陵沟壑区人工林下草本植物生物多样性研究. 水土保持通报, 2011, 31(1): 103-108
[32] 王玉. 黄土高原半干旱区人工林群落物种多样性研究. 硕士论文. 北京: 北京林业大学, 2008
[33] 曲红, 王百田, 王棣, 等. 黄土区不同配置人工林物种多样性研究. 生态环境学报, 2010, 19(4): 843-848
[34] 王正宁. 黄土半干旱区林地微生境与下层植被特征研究. 硕士论文. 北京: 北京林业大学, 2006
[35] 宗小天. 黄土丘陵沟壑区不同恢复方式的植物群落结构变化特征. 硕士论文. 陕西杨凌: 西北农林科技大学, 2021
[36] 于卫洁. 黄土丘陵沟壑区退耕坡面植被与土壤恢复力评价. 博士论文. 陕西杨凌: 西北农林科技大学, 2018
[37] 吴多洋. 陕北安塞人工刺槐林地植被与土壤变化特征. 硕士论文. 陕西杨凌: 西北农林科技大学, 2017
[38] 艾泽民, 陈云明, 曹扬. 黄土丘陵区不同林龄刺槐人工林碳、氮储量及分配格局. 应用生态学报, 2014, 25(2): 333-341
[39] 吴多洋, 焦菊英, 于卫洁, 等. 陕北刺槐林木生长及林下植被与土壤水分对种植密度的响应特征. 西北植物学报, 2017, 37(2): 346-355
[40] 宗小天, 焦菊英, 吴多洋, 等. 陕北安塞不同林龄刺槐林下幼苗更新的动态变化特征. 水土保持研究, 2022, 29(2): 287-295
[41] 刘江华, 李登武, 刘国彬, 等. 刺槐林下植被的水分生态型和生活型谱特征. 中国水土保持科学, 2008, 6(2): 95-99
[42] 杨丽霞, 任广鑫, 韩新辉, 等. 黄土高原退耕区不同林龄刺槐林下草本植物的多样性. 西北农业学报, 2014, 23(7): 172-178
[43] 董凌勃, 海旭莹, 汪晓珍, 等. 黄土高原退耕还草地植物群落动态对生态系统碳储量的影响. 生态学报, 2020, 40(23): 8559-8569
[44] 贺少轩, 韩蕊莲, 梁宗锁. 黄土高原丘陵沟壑区草地恢复对土壤碳氮库的影响. 科学通报, 2015, 60(20): 1932-1940
[45] 赵婉伲. 黄土高原丘陵区典型草地群落碳储量及与环境因子的关系. 硕士论文. 陕西杨凌: 西北农林科技大学, 2014
[46] 康迪. 黄土高原人工刺槐林群落演化特征及稳定性综合评价. 博士论文. 陕西杨凌: 西北农林科技大学, 2017
[47] 黄婷. 陕北黄土丘陵区典型人工植物群落特征及物种多样性研究. 硕士论文. 陕西杨凌: 西北农林科技大学, 2017
[48] 杨玉姣. 陕北黄土丘陵区典型森林生态系统碳库研究. 硕士论文. 陕西杨凌: 中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心), 2014
[49] 张静伟. 渭北黄土高原水土保持林现状及可持续经营研究. 硕士论文. 陕西杨凌: 西北农林科技大学, 2010
[50] 张晶晶. 渭北黄土高原刺槐林健康评价研究. 硕士论文. 陕西杨凌: 西北农林科技大学, 2010
[51] 董强, 张继平, 李凯荣, 等. 陕西淳化县人工林群落物种组成及多样性研究. 安徽农业科学, 2010, 38(1): 494-496
[52] 张社奇, 王国栋, 刘建军, 等. 黄土高原刺槐林地土壤水分物理性质研究. 西北林学院学报, 2004, 19(3): 11-14
[53] 张笑培, 杨改河, 王和洲, 等. 黄土沟壑区不同植被恢复群落特征及多样性研究. 西北林学院学报, 2011, 26(2): 22-25
[54] 方精云, 王襄平, 沈泽昊, 等. 植物群落清查的主要内容、方法和技术规范. 生物多样性, 2009, 17(6): 533-548
[55] Matsushita M, Takata K, Hitsuma G, et al. A novel growth model evaluating age-size effect on long-term trends in tree growth. Functional Ecology, 2015, 29: 1250-1259
[56] 秦富仓, 余新晓, 张满良, 等. 小流域林草植被控制土壤侵蚀机理研究. 应用生态学报, 2005, 16(9): 1618-1622
[57] 刘国彬, 蒋定生, 朱显谟. 黄土区草地根系生物力学特性研究. 土壤侵蚀与水土保持学报, 1996, 2(3): 21-28
[58] 党荣理, 潘晓玲. 西北干旱荒漠区种子植物科的区系分析. 西北植物学报, 2002, 22(1): 24-32
[59] Grime JP. Plant Strategies, Vegetation Processes, and Ecosystem Properties. 2nd Ed. New York: Wiley, 2006: 294
[60] 程杰, 程积民, 呼天明. 气候变化对黄土高原达乌里胡枝子种群分布格局的影响. 应用生态学报, 2011, 22(1): 35-40
[61] 焦醒, 刘广全. 黄土高原刺槐生长状况及其影响因子. 国际沙棘研究与开发, 2009, 7(2): 42-48
[62] 张光辉, 梁一民. 植被盖度对水土保持功效影响的研究综述. 水土保持研究, 1996, 3(2): 104-110
[63] 杨振意, 薛晔, 薛立, 等. 不同密度大叶相思人工林林下植物和土壤特性. 水土保持通报, 2013, 33(3): 154-158
[64] 李双喜, 朱建军, 张银龙, 等. 人工马褂木林下草本植物物种多样性与林分郁闭度的关系. 生态与农村环境学报, 2009, 25(2): 20-24
[65] 白文娟, 焦菊英, 马祥华, 等. 黄土丘陵沟壑区退耕地自然恢复植物群落的分类与排序. 西北植物学报, 2005, 25(7): 1317-1322
[66] 刘增文, 刘卓玛姐, 段而军, 等. 黄土高原半湿润丘陵区林下植物群落数量特征研究. 西北农林科技大学学报: 自然科学版, 2008, 36(10): 74-80
[67] 张晓龙, 周继华, 蔡文涛, 等. 水分梯度下黑河流域荒漠植物群落多样性特征. 生态学报, 2017, 37(14): 4627-4635
[68] 刘晓瞳, 戴兴安, 胡婷, 等. 基于1公顷样地的上海崇明岛人工林草本植物多样性及其对林冠结构的响应. 生态学杂志, 2017, 36(6): 1564-1569
[69] 王克勤, 王斌瑞. 黄土高原刺槐林间伐改造研究. 应用生态学报, 2002, 13(1): 11-15
[70] 武文娟, 查同刚, 张志强. 恢复方式和地形对晋西黄土区退耕林分物种多样性的影响. 应用生态学报, 2017, 28(4): 1121-1127

黄土高原刺槐人工林郁闭度对林下植物多样性特征的影响

Effects of canopy density on understory plant diversity in Robinia pseudoacacia plantations on the Loess Plateau of China

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	陈晴, 王佳啸, 王一凡, 王杨, 王艳. 辽西北荒漠化区植物群落分异 [J]. 应用生态学报, 2024, 35(1): 41-48.
[2]	苑淑媛, 张鹏, 沈海龙. 天然更新红松苗针叶光合和解剖特性对不同郁闭环境的响应 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(9): 2314-2320.
[3]	植可翔, 关欣, 李仁山, 王娇, 段萱, 陈波翰, 张伟东, 杨庆朋. 杉木林下植物氮磷重吸收对微尺度土壤养分异质性的响应 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(5): 1187-1193.
[4]	吴应明, 韩璐, 刘柯言, 胡旭, 付照琦, 陈立欣. 晋西黄土区不同土壤水分条件下刺槐和侧柏人工林的水分利用来源 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(3): 588-596.
[5]	高嘉慧, 高媛, 李小伟, 梁咏亮, 杨君珑, 李静尧. 宁夏贺兰山青海云杉林藓类植物C∶N∶P化学计量特征 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(3): 664-670.
[6]	赵亮, 杨治春, 周卷华, 王国强, 尹秋龙, 赵锦, 齐光, 原作强. 秦岭北麓典型栓皮栎天然次生林群落结构与物种组成 [J]. 应用生态学报, 2023, 34(12): 3214-3222.
[7]	高军, 杨建英, 史常青, 公博, 刘子敬. 密云水库上游油松人工水源涵养林林下植物多样性与土壤理化特性 [J]. 应用生态学报, 2022, 33(9): 2305-2313.
[8]	郭香瑶, 罗颖, 尹秋龙, 杨治春, 贾仕宏, 郝占庆. 秦岭皇冠暖温带落叶阔叶林灌木层结构与物种多样性 [J]. 应用生态学报, 2022, 33(8): 2017-2026.
[9]	侯星辰, 鲁绍伟, 向昌林, 李少宁, 赵娜, 徐晓天. 不同母质温带草地植物群落多样性对人为干扰的响应 [J]. 应用生态学报, 2022, 33(8): 2153-2160.
[10]	邹建宇, 薛莹, 纪毓鹏, 张崇良, 刘晓慧, 任一平, 徐宾铎. 长山列岛邻近海域鱼类群落种类组成和多样性时空变化 [J]. 应用生态学报, 2022, 33(8): 2237-2243.
[11]	王彦峰, 肖波, 汪万福, 余星兴, 张雪. 黄土高原北部水蚀风蚀交错区苔藓多样性及苔藓结皮发育的微生境特征 [J]. 应用生态学报, 2022, 33(7): 1729-1737.
[12]	温慧娴, 赵西宁, 高飞. 黄土高原不同降水量区苹果园土壤干燥化效应及生产水足迹模 [J]. 应用生态学报, 2022, 33(7): 1927-1936.
[13]	刘盼, 赵西宁, 高晓东, 于流洋, 任敏. 黄土高原极端气温变化特征及其与平均气温的相关性 [J]. 应用生态学报, 2022, 33(7): 1975-1982.
[14]	侯雅琳, 韩广轩, 朱连奇, 李新鸽, 周英锋, 许景伟. 模拟降雨量变化对黄河三角洲湿地植物群落特征的影响 [J]. 应用生态学报, 2022, 33(5): 1260-1266.
[15]	张海龙, 武润琴, 李佳佳, 王睿强, 夏侯龙, 杨春霞, 上官周平. 根系分泌物C∶N对刺槐林地土壤理化特征和土壤呼吸的影响 [J]. 应用生态学报, 2022, 33(4): 949-956.