道路是森林景观内边缘生境的重要成因之一,确定道路对路域植物和土壤的影响范围是整合道路影响和生态过程的核心问题。以长白山自然保护区两条6 m~8 m宽的利用程度不同的公路周围次生白桦林为对象,研究了道路周围108 m内植被的多样性动态,及大气温度和土壤理化性质。结果表明:(1)利用程度不同的道路对其影响域内林内气温、土壤表层温度、土壤含水量、土壤pH等环境因子,都呈现一定的边缘正效应,且利用程度高道路的影响距离较利用程度低的道路远12 m~24 m。(2)道路边缘0 m~20 m内乔木层的Shannon-Wiener多样性指数均明显高于林内。(3)公路利用程度越高,从路旁林缘到林内草本植物的Shannon-Wiener多样性指数的变化幅度越大,草本植物多样性的变化距离为12 m~24 m,路旁草本植物的丰富度比林内大7~11。
Road is one of the important reasons that cause the marginal habitats in the forest landscapes,and the estimation of its effect distance on plant species diversity and soil physical characteristic is a key issue to integrate the road effect and ecological processes in forest area.In this paper,the forest community and the soil at a distance of 0 m to 108 m from the each side of two 6-8 m wide roads with different use intensity in Changbai Mountain Natural Reserve were installed to conduct vegetation investigation,air temperature and soil analysis.The results are as follows.The ecological factors including air temperature,soil temperature,soil water content and soil pH showed a positive edge effect in the road-effect zone of the two different use intensity roads,and the effect distance of high use intensity road reached up to 12 m to 24 m longer than the low use intensity one.Within the road effect distance 20 m from the roadside, Shannon-Wiener index of tree layer was significantly higher than the forest away from the road 100 m.The effect distance of Shannon-Wiener index of herbaceous layer beside the high use intensity road was higher than the low use intensity one,with the distance of 12 m to 24 m.Herbaceous plants of roadside were 7 to 11 kinds more than the ones of 100 m from the roads.
全 文 :高鹏,金永焕,王景田,宋铸福,曹艳萍,周海城. 长白山自然保护区道路使用对路域植物和土壤的影响[J]. 生态科学, 2012, 31(5):
473-480.
GAO Peng, JIN Yong-huan, WANG Jing-tian, SONG Zhu-fu, CAO Yan-ping, ZHOU Hai-cheng. Influence of road utilization on plant
and soil in road effect zone in Changbai Mountain Natural Reserve[J]. Ecological Science, 2012, 31(5): 473-480.
长白山自然保护区道路使用对路域植物和土壤的
影响
高鹏 1,2,金永焕 1*,王景田 3,宋铸福 4,曹艳萍 3,周海城 5
1.中国科学院沈阳应用生态研究所 森林与土壤生态国家重点实验室,沈阳 110016; 2.中国科学院研究生院,北京 100049 ; 3.吉林
省白河林业局,吉林安图 133600; 4.吉林省通化市二道江区林业局,吉林通化 134000; 5.吉林省长白山自然保护区管理局,吉林
安图 133600
【摘要】道路是森林景观内边缘生境的重要成因之一,确定道路对路域植物和土壤的影响范围是整合道路影响和生态过程的核
心问题。以长白山自然保护区两条 6 m~8 m宽的利用程度不同的公路周围次生白桦林为对象,研究了道路周围 108 m内植被的
多样性动态,及大气温度和土壤理化性质。结果表明:(1)利用程度不同的道路对其影响域内林内气温、土壤表层温度、土壤
含水量、土壤 pH等环境因子,都呈现一定的边缘正效应,且利用程度高道路的影响距离较利用程度低的道路远 12 m~24 m。
(2)道路边缘 0 m~20 m内乔木层的 Shannon-Wiener多样性指数均明显高于林内。(3)公路利用程度越高,从路旁林缘到林
内草本植物的 Shannon-Wiener多样性指数的变化幅度越大,草本植物多样性的变化距离为 12 m~24 m,路旁草本植物的丰富度
比林内大 7~11。
关键词:长白山自然保护区;道路影响域;植物多样性;温度;土壤;边缘效应
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2012.05.001 中图分类号:TU 985.18 文献标识码:A 文章编号:1008-8873(2012)05-473-08
Influence of road utilization on plant and soil in road effect zone in Changbai
Mountain Natural Reserve
GAO Peng1,2, JIN Yong-huan1, WANG Jing-tian3, SONG Zhu-fu4, CAO Yan-ping3, ZHOU Hai-cheng5
1.State Key Laboratory of Forest and Soil Ecology,Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China;
2.Graduate University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China ; 3.Baibe Forestry Bureau, Antu 133600, China;
4.Erdaojiang District Forestry Bureau of Tonghua City, Tonghua 134000, China; 5.Changbai Mountain Nature Reserve, Antu 133600,
China
Abstract: Road is one of the important reasons that cause the marginal habitats in the forest landscapes, and the estimation of its effect
distance on plant species diversity and soil physical characteristic is a key issue to integrate the road effect and ecological processes in
forest area. In this paper, the forest community and the soil at a distance of 0 m to 108 m from the each side of two 6-8 m wide roads with
different use intensity in Changbai Mountain Natural Reserve were installed to conduct vegetation investigation, air temperature and soil
analysis. The results are as follows. The ecological factors including air temperature, soil temperature, soil water content and soil pH
showed a positive edge effect in the road-effect zone of the two different use intensity roads, and the effect distance of high use intensity
road reached up to 12 m to 24 m longer than the low use intensity one. Within the road effect distance 20 m from the roadside,
Shannon-Wiener index of tree layer was significantly higher than the forest away from the road 100 m. The effect distance of
Shannon-Wiener index of herbaceous layer beside the high use intensity road was higher than the low use intensity one, with the distance
of 12 m to 24 m. Herbaceous plants of roadside were 7 to 11 kinds more than the ones of 100 m from the roads.
Key words: Changbai Mountain Natural Reserve; road effect zone; plant diversity; temperature; soil; edge effect
收稿日期:2012-03-03收稿,2012-07-09接受
基金项目:国家自然科学基金项目(30670389)
作者简介:高鹏(1985—),女,硕士研究生,从事森林生态研究
*通讯作者,金永焕,男,中国科学院沈阳应用生态研究所副研究员, E-mail:jinyh@iae.ac.cn
第 31卷 第 5期 生 态 科 学 31(5): 473-480
2012年 9月 Ecological Science Sep. 2012
1 引言 (Introduction)
公路建成以后,在公路用地界之内,形成宽约数
十米、长数十至数百千米的地带,这个地带被称为道
路影响域,简称路域[1]。由于路域处于不同景观单元
之间景观要素的转变急促,因而对干扰的抵抗力弱,
易受到外界干扰而产生的一系列变化[2]。道路网和各
种交通工具为人类社会带来巨大效益的同时,对自然
景观和生态系统的分割、干扰、污染等各种负面影响
也在不断加大[3],道路的修建过程还造成森林景观的
破碎化,降低景观的稳定性[4];道路产生交通干扰,
改变周围微环境,路旁植被群落特征明显不同于其他
各处[5]。
关于森林边缘效应已经引起生态学者的关注,如
森林边缘群落的微生境的变化[6],因而常常成为外来
物种入侵的首选[7-8],林内道路对动物繁殖和行为影
响[9]、以及对林缘土壤种子库和种子雨的变化过程
[10-11]等。然而,对森林道路影响域的植被和土壤物理
性质的变化,尤其是道路利用强度对路域的影响过程
方面的研究却鲜有报道。因此,本文以长白山自然保
护区的道路影响域生态系统为对象,通过植被调查、
土壤物理性质和林内气温分析等,来探讨道路及道路
利用强度对其影响域植被、土壤的影响,为更加科学
合理的保护和管理路域生态系统提供参考,也为自然
保护区内道路的合理规划和使用提供科学依据。
2 研究地区与研究方法(Research areas and
research methods)
2.1 研究区概况
研究地位于吉林省长白山国家级自然保护区,气
候属于受季风影响的温带大陆性气候,冬季寒冷而漫
长,夏季温暖多雨且短暂。该地区最高气温 31℃~35.6
℃,年平均气温 0.9℃~4.0℃,年平均降雨量 630 mm
~780 mm,集中在 7、8、9三个月,占年降水量的 71%;
冬季寒冷干燥,每年 9月底至 10月中旬开始降雪,
到次年的 5月上、中旬才逐渐结束。
在长白山自然保护区内,有多种类型、不同级别
的道路,分布的道路总里程可达 400 km。其中,二
道~山门路段的公路(简称道路 A)于 1940年代建成,
于 1998年改造成混凝土路面,为长白山旅游到达山
门的唯一必经之路,也是长白山自然保护区内最主要
的主干公路,车流量大、人为活动频繁;二道-头道
路段的公路(简称道路 B)于 1970年代建成,于 2006
年改造成混凝土路面,车流量相对不大,人为活动也
明显少于主干公路。两条公路的路面基质为水泥,路
宽 6 m~8 m,在两条公路的周围有次生白桦林、红松
阔叶林等不同林型的分布,在海拔 800 m~850 m地段
分布的主要林型为次生白桦林,公路影响域的次生白
桦林群落类型以白桦、红松、紫椴、蒙古栎、水曲柳
和色木槭等为主要建群种(表 1)。
2.2 研究方法
2.2.1 野外调查、取样与室内分析
于 2011年 7月下旬,在长白山自然保护区内,
沿道路 A和道路 B的路岸分别做三条垂直于道路的
长 120 m、宽 30 m样带,样带间隔 100 m。首先,在
每个样带上,沿垂直于道路方向的 0 m~20 m段、50
m~70 m段和 100 m~120 m段(对照),分别做 30 m x
20 m的乔木层样地,调查乔木(DBH ≥ 3 cm)的种
名、树高和胸径;其次,在两条道路中各选一个样带
并在其样带内设置三条垂直于道路的宽 2 m的草本
样条,样条间隔 10 m,在每个样条上路域 0 m~60 m
范围和距公路 96 m~108 m段(对照)内,每隔 6 m,
设置 2 m x 2 m的小样方共 12个,记录样方内出现的
草本种名、盖度、高度、数量。
在沿两条道路分别选出的 2个样带上,沿样条每
隔 12 m采集表层土壤样品 3份并装入袋内,在两条
公路的 6个样条上共采集土壤样品 60份,用于土壤
pH测定;在以上各样点附近,用铝盒采集表层土样
60份用于土壤含水量的测定。与此同时,选择连续
晴朗无云的晴天,从两条道路分别选择其中的一个样
带并各沿一个样条,从 11:30时开始、利用数字温度
计(testo 905-T2),分别在样方内离地 1.5 m高处及
样方内土壤表层(0 cm~2 cm)观测温度;由于光照
的瞬间变化较大,故在各样方内每一次都在 60 s之
内记录 3个温度值,以它们的平均值作为观测点的气
温。
将采集的土样带回实验室,对测定 pH的土样进
行风干后按水土比 2.5∶1酸度计法测定其 pH值;土
壤含水量的测定采用烘干法,将新鲜土壤称重后放入
105℃烘箱烘干 12 h,计算土壤含水量。
474 生 态 科 学 Ecological Science 31卷
表 1 调查试验点基本情况
Tab. 1 General conditions of sampling highway
地理位置
Position
林分类型
Forest type
平均胸径
DBH(cm)
平均树高
Average
tree height
平均年龄
Average
age
树种组成
Composition
郁闭度
Canopy
density
道路 A
Road A
N42°20.878′
E128°05.852′
次生
白桦林
16.7 13.0 75 3白 1蒙 1春 2槐 1山+黄+
水-色-紫
0.6
道路 B
Road B
N42°24.389′
E128°03.329′
次生
白桦林
20.4 12.5 70 3白1蒙+黄+落+毛+色+槐+
水+香+紫-春-红-杉-山-其他
0.8
注:白:白桦(Betula platyphylla)、蒙:蒙古栎(Quercus mongoliaca)、春:春榆(Ulmus japonica)、槐:山槐(Maackia amurensis)、
山:山杨(Populus davidiana)、黄:黄檗(Phellodendron amurense)、水:水曲柳(Fraxinus mandshurica)、色:色木槭(Acer mono)、
紫:紫椴(Tilia amurensis)、落:长白落叶松(Larix olgensisy)、毛:毛赤杨(Alnus sibirica)、香:香杨(Populus koreana)、 红:红
松(Pinus koraiensis)、杉:红皮云杉(Picea koraiensis)、其他:拧筋槭(Acer triforum)、青楷槭(Acer tegmentosum)、小楷槭(Acer
komarovii)
2.2.2 数据处理
计算乔木层和草本层的 Shannon-Wiener多样性
指数,草本层的 Simpson生态优势度指数,草本层的
重要值,公式如下:
重要值=(相对盖度+相对高度+相对密度)/3⋯⋯(1)
Shannon-Wiener多样性指数
D=-Σ(Pi×lnPi) ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (2)
Simpson生态优势度指数
C=1-∑(Pi)2 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ (3)
式中,Pi是第 i个植物种的个体数占样方内所有
植物种个体数的比例,即第 i个物种相对多度。
利用 Excel和 SPSS(17.0)软件分别对林内气温、
土壤表层温度、土壤含水量和土壤 pH值进行处理,
方差分析均采用 LSD法,p<0.05。
3 结果与分析(Results and analysis)
3.1 道路利用对路域土壤物理性质的影响
3.1.1 路域土壤表层温度与林内气温的变化
在道路 A和道路 B的影响域 0 m处平均气温最
高,分别为 20.4℃、19.3℃,随距公路的距离增大林
内气温逐渐降低,超 36 m以后两个样带路域的林内
气温变化幅度开始减小,在对照区林内平均气温分别
为 18.3℃、17.3℃,两条路域平均气温均比林内升高
10%(图 1.a);在两条道路的影响域 0 m~36 m范围
气温均显著高于距公路 36 m以远范围(P<0.05),
说明路域 0 m~36 m范围的气温受道路影响明显。其
次,在道路 A的影响域,0 m处土壤表层温度值最高,
为 19.2℃,随距公路的距离增大而逐渐降低,在路域
36 m处土壤表层温度为 15.3℃,超过 36 m以后土壤
表层温度变化幅度开始减小(图 1.b);在道路 A影
响域 0 m~36 m范围的土壤表层温度显著高于距公路
36 m~108 m范围(P<0.05),说明在道路 A周围 36
m范围内受道路影响相对较大。在道路 B的影响域,
土壤表层温度在 0 m处最高,达 16.5℃,在路域 24 m
处为 14.2℃;从距离公路 24 m开始变化很小,与对
照区的土壤表层温度相比升高 14.5%,而道路 A影响
域 0 m则比对照区高 23%,在两条公路的影响域土
壤表层温度的升高幅度相差达 9%,说明道路利用强
度越高、使用时间越久,路域的近距离范围土壤表层
温度的升高也越明显。经统计分析,道路 B影响域 0
m~24 m的土壤表层温度显著高于离公路 24 m以远
及对照区(P<0.05),说明道路 B的影响域 0 m~24 m
范围内土壤表层温度受道路影响相对较大。
3.1.2 路域土壤 pH值的变化
在道路 A影响域的 0 m~24 m内,土壤 pH值逐
渐降低,从 0 m处的 7.0降低到 24 m处最低值 6.4,
距公路超过 24 m后,土壤 pH值变化幅度减小(图 2);
统计分析结果表明,在路域 0 m~24 m内的土壤 pH
值显著高于距公路 24 m~108 m的土壤 pH值(p<
0.05),说明道路 A的影响域 24 m内土壤 pH值受道
路影响相对较大;在道路 B的影响域,土壤 pH值随
距公路距离的增大而略有降低,但路域不同范围内土
壤 pH值相差不显著(p>0.05)。
5期 高玉蓉,等. 长白山自然保护区道路使用对路域植物和土壤的影响 475
14
15
16
17
18
19
20
21
22
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108
温
度
/℃
Te
m
pe
ra
tu
re
距道路距离/m
Distance from the road
道路A 道路B
10
12
14
16
18
20
22
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108
温
度
/℃
Te
mp
er
tu
re
距道路距离/m
Distance from the road
道路A 道路B
图 1公路周围次生白桦林土壤表层温度和林内气温的变化(a. 林内温度;b. 土壤表层温度)
Fig. 1 Soil temperature and forest temperature in secondary birch forests next to the road(a: soil temperature; b:forest air
temperature)
3.1.3 路域土壤含水量的变化
在利用程度不同的两条道路的路域,土壤含水量
均随距公路距离的增大而增大,但其增幅随距公路距
离的增大呈逐渐减小的趋势(图 3)。在道路 A、道
路 B 边缘土壤含水量分别比林内对照区减少 63%、
26%,表现出道路利用强度越大、使用时间越久,路
域土壤含水量的降低幅度也越大。而且,在道路 A
的影响域 24 m范围内,表层土壤含水量显著低于 24
m~108 m范围(p<0.05),在道路 B的影响域 12 m
范围表层土壤含水量显著低于 12 m~108 m(p<
0.05),说明道路 A、道路 B分别在距公路 24 m、12
m范围内土壤含水量受道路影响相对较大。
5.6
5.8
6.0
6.2
6.4
6.6
6.8
7.0
7.2
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108
土
壤
p
H
值
so
il
p
H
距道路距离/m
Distance from the road
道路A 道路B
图 2 公路周围次生白桦林土壤 pH值的变化
Fig. 2 Soil pH in secondary birch forests next to the road
3.2 道路对路域乔木层的影响
在利用程度不同的两条公路的影响域次生白桦
林群落结构都发生一定的变化,乔木层的 S-W 指数
在路域 0 m~20 m内最高,均为 2.1,在对照区乔木层,
分别为 1.7和 1.8,乔木层 S-W指数值分别降低 17%、
16%,但二者相差不大,说明不同的道路利用强度对
路域乔木层的影响相差不明显(图 4);在两条公路
的影响域 0 m~20 m的乔木层 S-W指数均显著高于路
域 50 m~70 m及对照区(p<0.05)。
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108
土
壤
含
水
量
/%
so
il
w
at
er
c
on
te
nt
距道路距离/m
Distance from the road
道路A 道路B
图 3 公路周围次生白桦林土壤含水量的变化
Fig. 3 Soil water content in secondary birch forests next to the
road
A
B
B
a
b b
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
0-20 50-70 100-120
S
h
an
n
o
n
-W
ie
n
er
指
数
S
h
an
n
o
n
-W
ie
n
er
in
d
ex
距道路距离/m
Distance from the road
道路A 道路B
图 4公路周围次生白桦林乔木层多样性指数的变化
Fig. 4 Shannon-Wiener index of tree layer in secondary birch
forests next to the road
a b
476 生 态 科 学 Ecological Science 31卷
3.3 道路对路域草本植物群落的影响
道路 A 影响域 0 m 处的生态优势度最高,为
0.76,在 18 m处降为 0.55,随着距公路距离的增大,
草本植物生态优势度的降低幅度逐渐减小(图 5);
在道路 B的影响域,与林内相比相差不大,在路域 0
m处 Simpson指数为 0.88,对照区为 0.84。说明道路
A的影响域草本植物群落物种数量分布不均匀、路域
优势种地位相对突出,而在道路 B 周围,从路旁到
林内物种的数量分布基本一致、优势种地位不突出。
路域 0 m 处 S-W 多样性指数为最高,分别为 1.6、
2.3,随距公路距离增大多样性指数减小,对照区 S-W
指数平均值分别为 1.0、1.9,道路 A、B的影响域 S-W
指数分别比林内增加 37%、21%,增幅相差 16%,表
明道路利用强度越高、使用时间越久,从路旁到林内
多样性指数的降低幅度也越大(图 6)。在道路 A和
道路 B的影响域,分别在 0 m~24 m、0 m~12 m范围
的草本植物 S-W指数均显著高于 24 m、12 m以远范
围(p<0.05),表明在道路 A 和道路 B 的影响域,
草本植物分别在距离公路 24 m、12 m内受道路影响
较大,而且,道路利用程度越大、利用时间越长对路
域草本植物的影响范围也越大。
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
0.
1 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 10
2
Si
m
ps
on
指数
Si
m
ps
on
in
de
x
距道路距离/m
Distance from the road
道路A 道路B
图 5 公路周围次生白桦林草本植物 Simpson指数的变化
Fig. 5 Simpson index of herbaceous layer in secondary birch
forests next to the road
0.5
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
1.9
2.1
2.3
2.5
2.7
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102
Sh
an
no
n-W
ien
er指
数
Sh
an
no
n-W
ien
er
in
de
x
距道路距离 /m
Distance from the road
道路A 道路B
图6公路周围次生白桦林草本植物Shannon-Wiener指数变化
Fig. 6 Shannon-Wiener index of herbaceous layer in
secondary birch forests next to the road
木贼和山茄子在道路 A 的影响域和林内对照区
均有分布,并且在路域内的重要值明显小于对照区
(表 2、表 3);而东方草莓、美汉草、广布野豌豆、
野大豆、东北羊角芹、宽叶苔草以及龙牙草仅分布在
道路影响域 0 m~36 m范围,并且它们的重要值呈现
减小的趋势,问荆、紫菀、早熟禾、草地风毛菊只出
现在路旁 0 m处。在道路 B的影响域,鲜黄连、铃兰、
舞鹤草、鸡爪芹、藜芦、狭叶当归和粟草都只分布在
路域 0 m~36 m范围内,距公路较远处及对照区均没
有出现,白花碎米荠、北重楼、槭叶蚊子草、水金凤
在路域和对照区均有分布,其中,白花碎米荠和槭叶
蚊子草的重要值在林内呈现增大的趋势,槭叶蚊子草
的重要值从路域向林内不足 1%增大到 20%左右,白
花碎米荠的重要值从路域 6 m 范围的平均 5% 增大
到林内的约 26%左右,相反地,藜芦、长白风毛菊、
狭叶当归、黄花菜仅在路域 18 m内出现,毛果银莲
花、荷青花仅在林内 96 m~102 m内出现。可以看出,
在两条道路的影响域分布的草本植物种类明显比林
内多,在道路 A 和道路 B 的影响域内,分别比对照
区林内多出现 11种和 7种。
4 讨论 (Discussion)
森林道路通过对景观格局的改变以及对景观破
碎化的影响,通过森林道路边缘效应对路旁的土壤和
植被产生影响。道路的产生增加了路旁林缘的光照时
间和照射范围,同时也可能带来林缘的人为干扰,从
而,使得道路影响域的土壤温度、林内气温、土壤pH
以及乔木层、草本层多样性等因素相对于林内会有一
定的差异[12‐14],利用程度不同的道路对路域的影响也
会不同。
Honnay 等 [15]指出路域气温的影响范围达 20
m~23 m,虽然 Delgado 等[6]也提出在加那利群岛月
桂树(Laurus azorica)路域与林内的土壤表层温度差
异显著,但其研究结果仅限于距离道路 3 m的范围。
与本研究结果不同可能与道路路域乔木层的覆盖程
度有关。因为穿过次生白桦林的道路影响域 20 m内,
优势树种相对单一,且郁闭度 0.6,而加那利群岛上
月桂树林覆被率高达 80%~90%,覆被率低的林内可
接收更多的光照辐射,也有利于表层土壤吸收热量。
在长白山自然保护区两条公路路域气温和土壤表层
温度的变化特点,可能与公路周围次生白桦林的郁闭
度有关,道路 A 修建时间远远早于道路 B,公路上
5期 高鹏,等. 长白山自然保护区道路使用对路域植物和土壤的影响 477
行驶的车量多、利用公路的人也多,路域白桦林受到
的影响也大,郁闭度小、林下植被相对稀疏,导致路
域气温和土壤表层温度高于林内。
引起两条公路影响域表层土壤 pH变化的原因,
其一,可能是修路对土壤原有分层的破坏,即将底层
土翻到表层;其二,是在施工过程中,将石灰岩质的
填料融入周边样地土壤中,使得路边的土壤酸度减
少;汽车尾气、轮胎磨损的粉尘,都会对土壤产生影
响[16]。另外,道路 A路域的表层土壤较道路 B路域
明显,可能由于道路 A 修建时间较早、利用强度大
等导致土壤酸度提高。因为土壤 pH值易受环境因子
的影响,包括气温、降雨、凋落物归还量以及土壤微
生物的数量和种类等[17]。在两条道路路域的土壤含
水量的变化特点,与周婷等[18]和祖元刚等[19]的研究
结果相似。因为路域林缘太阳辐射比林内强,而且凋
落物量相对少,表层土壤水分易于挥发;道路形成时
间较长、利用强度高,对路域植被的破坏也大,土壤
含水量变化也大。
在两条道路的影响域,次生白桦林的环境被改
变,林分结构也受到影响,乔木层和草本植物物种多
样性均明显高于林内。在路域群落植物多样性大都较
高,主要是由于靠近道路,空间开阔,减少个体之间
对环境的竞争过程[18]。在道路 A周围次生白桦林内,
草本植物大多为喜阳植物,例如,东方草莓、美汉草、
广布野豌豆、东北羊角芹、宽叶苔草等。而在修建时
间相对短的道路 B 的路域,林内草本植物则以湿生
为主,如鲜黄连、铃兰、舞鹤草、鸡爪芹、藜芦、狭
叶当归和粟草等。它可能由于两条道路的产生和森林
郁闭度不同,林下出现的植物生长习性不同,而路域
林缘相对充足的光照条件,会促进植物的生长[20];
道路 A是通往长白山山门的唯一路径,车流量很大,
有可能带来外来物种,大量的当地人进入林内采摘各
种植物和菌类,在道路 B 周围次生白桦林内,人为
破坏少,附近无旅游景点,车流量相对少。李月辉等
[21]用 S-W 指数分析大兴安岭林区道路对植物多样性
的影响域,结果表明道路影响域内灌木层和草本层的
植物多样性大于林内,也与本研究结果一致,由于路
域植被无明显的外来种,光照和温度条件改善起主导
作用,使本地种生物多样性增加;因为车流量大的道
路对植被影响更显著 [22]。
表 2 距公路 A不同距离的草本植物的重要值
Tab. 2 Important value with the distance from road A
距离 Distance /m 植物 Plant
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 96 102
木贼 19.0 9.2 42.6 48.6 21.9 54.9 63.6 69.2 67.8 87.1 51.5 58.7
山茄子 — — 8.0 — 15.0 9.6 18.1 7.3 4.6 — 18.8 25.0
野大豆 9.9 3.1 2.2 — 1.3 — — — — — — —
东方草莓 2.2 5.5 — — — — — — — — — —
早熟禾 15.6 — — — — — — — — — — —
问荆 2.3 — — — — — — — — — — —
紫菀 2.3 — — — — — — — — — — —
草地风毛菊 9.0 — — — — — — — — — — —
宽叶苔草 3.8 5.5 — 2.1 2.3 2.6 — — — — — —
龙牙草 — 13.7 3.8 — — — — — — — — —
广布野豌豆 9.6 7.9 — — — — — — — — — —
东北羊角芹 1.1 6.8 — — — — — — — — — —
美汉草 — — 1.1 1.4 — — 4.3 — — — — —
注:木贼(Hippochaete hyemale)、山茄子(Brachybotrys paridiformis)、美汉草(Meehania urticifolia)、东方草莓(Fragaria orientalis)、
广布野豌豆(Vicia cracca)、野大豆(Glycine soja)、东北羊角芹(Aegopodium alpestre)、宽叶苔草(Carex siderosticta)、龙牙草
(Agrimonia pilosa)、问荆(Equisetum arvense)、紫菀(Aster tataricus)、早熟禾(Poa pretensis)、草地风毛菊(Saussurea amarensis)
478 生 态 科 学 Ecological Science 31卷
表 3 距公路 B不同距离的草本植物的重要值
Tab. 3 Important value with the distance from road B
距离 Distance /m 植物 Plant
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 96 102
白花碎米荠 — 1.6 12.1 9.1 21.3 10.5 29.4 19.9 17.7 14.4 33.3 32.7
北重楼 — 3.6 13.6 7.7 9.2 5.3 — 2.1 6.9 — 1.4 4.3
鲜黄连 — 3.1 4.9 — 1.5 — — — — — — —
铃兰 2.4 15.0 18.0 7.4 — 6.8 — — — — — —
舞鹤草 2.3 8.8 — 8.1 — — — — — — — —
鸡爪芹 17.8 3.8 3.8 7.3 — — 5.8 — — — — —
粟草 2.3 4.4 — — 4.9 7.3 — — — — — —
槭叶蚊子草 1.9 — 9.0 6.7 4.7 9.0 23.0 11.4 21.6 22.1 9.3 13.1
水金凤 — — — 9.2 14.1 10.7 3.1 3.1 5.0 6.3 19.2 10.2
藜芦 3.4 — — 8.9 — — — — — — — —
长白风毛菊 3.1 — — — — — — — — — — —
狭叶当归 4.1 2.8 — — — — — — — — — —
黄花菜 2.9 — — — — — — — — — — —
毛果银莲花 — — — — — — — — — — 8.8 3.8
荷青花 — — — — — — — — — — — 4.5
注:白花碎米荠(Cardamine baishanensis)、槭叶蚊子草(Filipendula purpurea)、鲜黄连(Jeffersonia dubia )、铃兰(Convallaria keiskei)、
舞鹤草(Maianthemum dilatatum)、鸡爪芹(Sanicula rubriflora)、粟草(Milium effusum)、藜芦(Veratrum nigrum)、长白风毛菊
(Saussurea tenerifolia)、狭叶当归(Angelica anomala)、黄花菜(Hemerocallis citrina)、毛果银莲花(Anemone baicalensis)、荷
青花(Hylomecon japonica)、北重楼(Paris verticillata)、水金凤(Impatiens noli-tangere)
5 结论 (Conclusions)
长白山自然保护区内利用程度不同的道路对周
围森林群落产生了多方面的影响。利用程度不同的道
路路域内林内气温有边缘正效应且影响距离都在 36
m内;在白桦次生林内,道路利用程度越高土壤表层
温度影响距离也越大,对林内土壤含水量影响距离也
越大;利用程度高的道路周围的土壤 pH值在路域 24
m内有显著边缘影响。
在利用程度不同的道路边缘 20 m范围内,乔木
层的 S-W 多样性指数明显高于林内,并呈现边缘正
效应。在长白山自然保护区道路的周围,从路旁到林
内的草本层 S-W多样性指数的变化范围达 24 m,并
且路旁林缘比林内多出现 7-11种草本植物。
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