全 文 ：第 50 卷 第 6 期
2 0 1 4 年 6 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 6
Jun．，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20140602
收稿日期: 2013 － 03 － 27; 修回日期: 2014 － 05 － 10。
基金项目: “十二五”农村领域国家科技计划课题(2012BAD22B0202 － 3) ; 林业公益性行业科研专项(201004043)。
* 董希斌为通讯作者。
大兴安岭不同类型低质林群落稳定性的综合评价*
宋启亮 董希斌
(东北林业大学森林持续经营与环境微生物工程黑龙江省重点实验室 哈尔滨 150040)
摘 要: 以大兴安岭林区分布的针阔混交林、山杨林、蒙古栎林、白桦林和阔叶混交林 5 种典型低质林森林群落
类型为研究对象，选择反映森林群落基本特征的物种多样性、土壤物理性质、土壤化学性质、枯落物特性和土壤碳
通量这 5 项指标，共 30 个评价因子，运用模糊数学中隶属函数的方法综合评价低质林森林群落稳定性。结果表
明: 针阔混交林物种多样性、枯落物特性、土壤碳通量指标最高，阔叶混交林土壤化学性质指标最高，蒙古栎林土壤
物理性质指标最高，大兴安岭 5 种森林群落稳定性表现为针阔混交林 ＞ 阔叶混交林 ＞ 蒙古栎林 ＞ 白桦林 ＞ 山杨
林。评价结果可以为当地低质林生态系统恢复提供理论依据。
关键词: 大兴安岭; 低质林; 森林群落; 稳定性
中图分类号: S758. 8 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)06 － 0010 － 08
Comprehensive Evaluation of Forest Community Stability of Different Types of
Low-Quality Forest Stands in the Greater Higgnan Mountains
Song Qiliang Dong Xibin
(Key Laboratory of Forest Sustainable Management and Environmental Microorganism Engineering of
Heilongjiang Province Northeast Forestry University Harbin 150040)
Abstract: The low-quality forest community stability was comprehensively evaluated by calculating subordinate function
values of a model which was established based on fuzzy synthetic evaluation by a total of 30 factors of 5 indices of species
diversity，soil physical properties，soil chemical properties，litter characteristics and soil carbon flux in 5 typical low-
quality forest stands that mixed conifer and broadleaved forest，Populus davidiana forest，Quercus mongolica forest，Betula
platyphylla forest and broadleaved mixed forest in the Greater Higgnan Mountains． The results showed that: The indices of
species diversity，litter characteristics and soil carbon flux of mixed conifer and broadleaved forest are highest，the index of
soil chemical properties of broadleaved mixed forest is highest，the index of soil physical properties of Quercus mongolica
forest is highest，forest community stability of 5 types of forest communities in the Great Higgnan Mountains，ranked in the
decreasing order of community of mixed conifer and broadleaved forest ＞ broadleaved mixed forest ＞ Quercus mongolica
forest ＞ Betula platyphylla forest ＞ Populus davidiana forest． The evaluation results can provide theoretical basis for the
ecosystem restoration of low-quality forest stands in the Greater Higgnan Mountains．
Key words: the Greater Higgnan Mountains; low-quality forest stands; forest community; stability
稳定性是植物群落结构与功能的一个综合性特
征，植物群落的稳定性研究在理论和实践中均有重
要意义(冶民生等，2009)。森林生态系统稳定性涉
及到森林生态系统的构成成分、森林生态系统的生
态功能和对森林生态系统的所有干预因子(丁惠萍
等，2006)。以前国内外大多研究关注物种多样性
对生态系统结构稳定性的影响 (朱秀红，2007;
Tilman et al．，2001; Huston et al．，2000)，而对功能
稳定性的研究较少(刘增文等，2006)。有研究指出
较高的多样性可以增加植物群落的生产力、生态系
统营养的保持力和生态系统的稳定性 ( Tilman，
2000)，也有研究认为在森林群落物种多样性的基
础上，还应该综合考虑森林群落优势树种的年龄结
构，才可以更加全面客观地评价森林生态系统的稳
定性(安丽娟等，2007)。很多研究选取物种多样
性、M． Godron 稳定性值、演替现状、干扰强度、优势
第 6 期 宋启亮等: 大兴安岭不同类型低质林群落稳定性的综合评价
种年龄结构、更新潜力、林地生产力、土壤肥力、植被
生物量等多项指标 (吴志文等，2010; 李荣等，
2011; 安云等，2012)，运用不同的数学分析方法对
森林群落稳定性进行定量研究与评价 (马姜明等，
2004)。其中主成分分析法可考察多个不同评价指
标的相关性，用较少的新指标代替原有的较多的旧
指标，通过计算综合得分评价森林群落的稳定性
(闫东锋等，2011)。层次分析法可确定各个评价指
标权重，通过计算得出的综合评价指数来评价森林
群落的稳定性。隶属函数法基于模糊综合评判理
论，利用计算出的隶属函数值综合评价森林群落
的稳定性(郭其强等，2009)。本研究以大兴安岭
针阔混交林、山杨 ( Populus davidiana) 林、蒙古栎
(Quercus mongolica)林、白桦( Betula platyphylla)林
和阔叶混交林 5 种典型低质林群落为研究对象，
选取物种多样性、土壤物理性质、土壤化学性质、
枯落物特性和土壤碳通量 5 项指标，通过模糊数
学中隶属函数的方法评价各森林群落稳定性，为
大兴安岭低质林森林生态系统的恢复提供理论
参考。
1 研究区概况
研究区位于大兴安岭地区加格达奇林业局跃进
林场和翠峰林场，地形地貌为低山丘陵，海拔429 ～
521 m，坡度不超过 10°。林地土壤多为暗棕壤，厚
10 ～ 25 cm。全年无霜期 80 ～ 110 天，年平均降水量
在 500 mm 以上，属于寒温带大陆性季风气候，冬季
漫长而且寒冷，夏季很短，但日照时间很长，昼夜温
差很大，年平均气温 － 1. 2 ℃ (宋启亮，2012)。在
跃进 林 场 51 林 班 选 取 针 阔 混 交 低 质 林
(124°1444. 4″— 124° 15 35. 5″ E，50° 30 45. 3″—
50°3117. 4″N)，在跃进林场 54 林班选取山杨低质
林(124°149. 5″—124°1554. 5″E，50°27 37. 85″—
50°2866. 5″N)，在翠峰林场 174 林班选取蒙古栎低
质 林、白 桦 低 质 林 和 阔 叶 混 交 低 质 林
(124°2347. 8″—124° 24 35. 1″ E， 50° 34 9. 17″—
50°3432. 0″N)。5 种类型低质林的立地条件和林
分概况见表 1。
表 1 林地概况
Tab． 1 Survey of forest lands
项目
Item
针阔混交林
Mixed conifer
and broadleaved
forest
山杨林
Populus
davidiana
forest
蒙古栎林
Quercus
mongolica
forest
白桦林
Betula
platyphylla
forest
阔叶混交林
Broadleaved
mixed forest
坡向 Slope aspect 北 North 西 West 东南 Southeast 东北 Northeast 南 South
坡位 Slope position 上 Upper 中 Middle 中 Middle 中 Middle 中 Middle
坡度 Gradient /( °) 4 6 8 7 6
土壤类型 Soil type
暗棕壤
Dark brown soil
暗棕壤
Dark brown soil
暗棕壤
Dark brown soil
暗棕壤
Dark brown soil
暗棕壤
Dark brown soil
土壤厚度 Soil depth / cm 22 20 22 22 20
乔木层优势树种
Dominant species in arbor layer
兴安落叶松
Larix gmelinii
山杨
Populus davidiana
蒙古栎
Quercus mongolica
白桦
Betula platyphylla
蒙古栎
Quercus mongolica
乔木层郁闭度
Canopy coverage in arbor layer
0. 3 0. 4 0. 4 0. 4 0. 3
乔木层平均胸径
Average diameter in arbor layer / cm
8. 6 7. 8 8. 9 10. 0 11. 0
乔木层平均树高
Average tree height in arbor layer /m
8. 0 5. 2 7. 4 6. 8 9. 0
灌木种类 Shrub species
胡枝子
Lespedeza bicolor
榛子
Corylus chinensis
胡枝子
Lespedeza bicolor
杜鹃柳
Salix wangiana
杜鹃柳
Salix wangiana
灌木盖度 Shurb coverage(% ) 17 15 15 13 12
草本种类 Herb species
羊胡子苔草
Carex callitrichos
铃兰
Convallaria majalis
苍术
Atractylodes lancea
苍术
Atractylodes lancea
莎草
Cyperus rotundus
草本盖度 Herb coverage(% ) 29 21 30 29 27
在针阔混交林乔木层，兴安落叶松 ( Larix
gmelinii)、白桦、黑桦 ( Betula dahurica) 和蒙古栎混
交均匀。灌木生长良好，主要包括胡枝子( Lespedeza
bicolor)、榛 子 ( Corylus chinensis )、柳 叶 绣 线 菊
(Spiraea salicifolia)、水杨梅( Geum aleppicum)、蓝莓
(Vaccinium spp． )和杜香( Ledum palustre)。草本层
有 羊 胡 子 苔 草 ( Carex callitrichos )、小 玉 竹
(Polygonatum humile)、铃兰(Convallaria majalis)、鸢
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林 业 科 学 50 卷
尾 ( Iris tectorum )、地榆 ( Garden burnet )、唐松草
( Thalictrum aquilegifolium )、老 鹤 草 ( Geranium
wilfordii)、东方草莓(Fragaria orientalis)、贝加尔野
豌豆(Vicia baicalensis)、走马芹 (Cicuta virosa)和土
三七(Sedum aizoon)。
山杨林乔木层以山杨为主，林内散生有黑桦和
蒙古栎; 灌木主要有胡枝子、榛子、柳叶绣线菊; 草
本层有铃兰、轮叶沙参 ( Adenophora tetraphylla)、苍
术 ( Atractylodes lancea )、羊 胡 子 苔 草 和 小 黄 花
(Hemerocallis minor)。
蒙古栎林乔木层以蒙古栎为主，林下更新差，林
内散生有山杨、白桦等伴生树种; 灌木层有胡枝子、
兴安杜鹃 ( Ｒhododendron dauricum)、蓝莓、刺蔷薇
(Ｒosa acicularis); 草本层有苍术、羊胡子苔草、地
榆、老鹤草、东方草莓、野豌豆、还阳参 ( Crepis
rigescens )、白 鲜 ( Dictamnus dasycarpus )、芍 药
( Paeonia lactiflora ) 和 黄 瓜 香 ( Matteuccia
struthiopteris)。
白桦林乔木层以白桦为主，林内散生有山杨、黑
桦; 灌木层有兴安杜鹃、旱柳( Salix matsudana)、越
橘(Vaccinium vitis-idaea)、刺蔷薇; 草本层有苍术、
羊胡子苔草、野火球 ( Trifolium lupinaster)、鹿蹄草
(Pyrola dahurica)、蒙古蒿( Artemisia mongolica)、山
尖子 ( Parasenecio hastatus)、轮叶婆婆纳 ( Veronica
spuria )、平 贝 母 ( Fritillaria ussuriensis )、柳 兰
(Epilobium angustifolium)和藜芦(Veratrum nigrum)。
阔叶混交林乔木层白桦、黑桦、蒙古栎混交均
匀; 灌木层主要有兴安杜鹃、胡枝子、榛子; 草本生
长茂盛，主要有莎草(Cyperus rotundus)、轮叶沙参、
苍术、铃兰、羊胡子苔草、鸢尾、野豌豆、唐松草、东方
草莓、蕨 ( Pteridium aquilinum )、小叶樟 ( Deyeuxia
langsdorffii)和北重楼(Paris verticillata)。
2 研究方法
2. 1 样地设置与调查
分别在 5 种类型低质林群落中设置 3 块20 m ×
20 m 典型样地，共 15 块样地，于 2012 年 6 月进行
调查和取样。
1)植被调查 测定每一株乔木树种的胸径(幼
苗测量地径)、树高和冠幅; 在每块样地内沿对角线
布设 5 个 3 m × 3 m 的灌木样方，调查灌木层不同物
种的盖度; 在每个灌木样方的中心布设 1 个1 m × 1
m 的草本样方，调查草本层不同物种的盖度(宋启
亮等，2010b)。
2)土壤样品采集与制备 在每个草本样方内
按“Z”型混合取样法取 5 个表层(0 ～ 10 cm)土样，
每个土样取 1 kg 带回实验室，同时用容积100 cm3
的环刀在土壤表层取样。鲜土自然风干并研磨过筛
后，进行土壤化学性质的测定，环刀样品采用土壤环
刀法测定土壤物理性质(宋启亮等，2010a)。采用
森林土壤分析方法对土壤的化学性质进行测定: 土
壤有机质含量采用酸溶、重铬酸钾氧化法测定; 全
氮含量采用全自动凯氏定氮仪测定; 水解氮含量采
用碱解 －扩散法测定; 全磷含量采用酸溶、钼锑抗
比色法测定; 有效磷含量采用双酸浸提、钼锑抗比
色法测定; 全钾含量采用酸溶、火焰光度法测定;
速效钾含量采用乙酸铵浸提、火焰光度法测定 (国
家林业局，1999)。
3)枯落物采集与处理 在每个草本样方中选
择 3 个 30 cm × 30 cm 样方，并且按照未分解层和半
分解层逐层采集样方内的枯枝落叶。将带回实验室
的枯落物在 85 ℃下烘干 8 h 后称其干质量，并推算
出枯落物的蓄积量。枯落物最大持水量和最大持水
率采用室内浸泡法测定。
4)土壤呼吸测定 在每个草本样方中选取 1
个观测点，在观测的 24 h 前将内径为 20 cm 的 PVC
土壤环插入土壤中，保证土壤环露出地面 2 ～ 3 cm
的高度，并保持 PVC 土壤环内原有枯落物的自然状
态(孟春等，2008)。采用 LI － 8150 多通道土壤碳
通量自动测量系统测定土壤表面 CO2 通量，每个观
测点隔 0. 5 h 测定 1 次，持续观测 24 h (李勇等，
2011)。
2. 2 评价指标及其因子
1)物种多样性 参与评价因子为乔木层、灌木
层和草本层物种丰富度指数(S)、Shannon-Wiener 多
样性指数(H)和 Pielou 均匀度指数( J)。物种丰富
度为调查样方内所有物种数的和，其余指标按以下
公式计算:
H = －∑
s
i = 1
pi lnpi;
J = H / lnS。
式中: pi = ni /N ，表示第 i 个物种的相对多度，ni 表
示物种 i 的个体数或盖度，N 表示物种 i 所在群落所
有物种的个体数或盖度之和。
2)土壤物理性质 参与评价因子为最大持水
量、毛管持水量、非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔
隙度。
3)土壤化学性质 参与评价因子为土壤有机
质含量、全氮含量、水解氮含量、全磷含量、有效磷含
量、全钾含量和速效钾含量。
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第 6 期 宋启亮等: 大兴安岭不同类型低质林群落稳定性的综合评价
4)枯落物特性 参与评价因子为未分解层枯
落物和半分解层枯落物的蓄积量、最大持水率、最大
持水量，枯落物总蓄积量和总最大持水量。
5)土壤碳通量 参与评价因子为林地土壤的
呼吸速率，以各个观测点全天重复测量 48 次数据的
平均值作为样方的土壤呼吸速率。
2. 3 评价方法
本研究采用模糊数学中隶属函数法对各类型低
质林群落稳定性进行综合评价，由于本方法要求每
个参与评价因子的权重都相同，同时为了消除数量
级和量纲对评价结果的影响，首先对原始数据进行
标准化处理，运用公式:
X *jk =
Xjk
Xkmax
× 1 000。
式中: X *jk 为 Xjk的标准化数据，Xjk为第 j 项指标第 k
个评价因子的实测值，Xkmax 为第 k 个评价因子的最
大值。
通过计算隶属函数的隶属函数值，综合评价各
类型低质林群落稳定性，采用公式:
U(Xij) =
X *ij － X
*
j min
X *j max － X
*
j min
式中: U(Xij) 为第 i 个低质林群落类型第 j 项指标
的隶属函数值，且 U(Xij) ∈ 0，[ ]1 ; X
*
ij 为第 i 个低
质林群落类型第 j 项指标标准化数据的平均值;
X *j min 为所有参与评价的低质林群落中第 j 项指标
标准化数据平均值的最小值; X *j max 为所有参与评
价的低质林群落中第 j 项指标标准化数据平均值的
最大值。
最后通过计算每个低质林群落类型的 j 项指标
隶属函数值的平均值，得出各类型低质林群落稳定
性的综合排名(郭其强等，2009)。
3 结果与分析
3. 1 物种多样性
5 种类型低质林群落物种多样性指数存在一
定的差异(表 2)。针阔混交林和白桦林乔木层物
种丰富度指数及 Shannon-Wiener 指数较高，蒙古
栎林乔木层多样性指数低于其他类型低质林，方
差分析表明不同类型低质林乔木层均匀度指数差
异不显著 ( P ＞ 0. 05 ) ; 针 阔 混 交 林 灌 木 层 的
Shannon-Wiener 指数最高，山杨林灌木层物种丰富
度指数和 Shannon-Wiener 指数最低，而且与其他 4
种类型低质林差异显著(P ＜ 0. 05)，阔叶混交林灌
木层均匀度指数最低; 针阔混交林草本层丰富度
指数和 Shannon-Wiener 指数较高，山杨林草本层
物种丰富度指数和 Shannon-Wiener 指数最低，不
同类型低质林草本层均匀度指数差异不显著( P ＞
0. 05)。从总体看，针阔混交林群落物种多样性指
数高于其他 4 种林型，而山杨林群落物种多样性
指数最低。
表 2 物种多样性指数①
Tab． 2 Species diversity indexes
群落
Community
乔木层 Arbor layer 灌木层 Shrub layer 草本层 Herb layer
S H J S H J S H J
针阔混交林 Mixed conifer
and broadleaved forest
(4. 00 ±
1. 00) a
(1. 21 ±
0. 11) ab
(0. 87 ±
0. 06) a
(5. 00 ±
1. 00) b
(1. 49 ±
0. 12) c
(0. 93 ±
0. 08) b
(11. 00 ±
2. 00) b
(2. 16 ±
0. 18) b
(0. 90 ± ) a
山杨林
Populus davidiana forest
(3. 00 ±
1. 00) a
(1. 06 ±
0. 09) a
(0. 96 ±
0. 08) a
(2. 00 ±
1. 00) a
(0. 69 ±
0. 05) a
(0. 99 ±
0. 12) b
(5. 00 ±
1. 00) a
(1. 48 ±
． 12) a
(0. 92 ±
0. 08) a
蒙古栎林
Quercus mongolica forest
(3. 00 ±
1. 00) a
(1. 02 ±
0. 08) a
(0. 93 ±
0. 09) a
(4. 00 ±
1. 00) ab
(1. 29 ±
0. 14) bc
(0. 93 ±
0. 09) b
(10. 00 ±
2. 00) b
(1. 91 ±
0. 15) ab
(0. 83 ±
0. 07) a
白桦林
Betula platyphylla forest
(4. 00 ±
1. 00) a
(1. 35 ±
0. 15) b
(0. 98 ±
0. 11) a
(4. 00 ±
1. 00) ab
(1. 09 ±
0. 09) b
(0. 78 ±
0. 06) ab
(10. 00 ±
1. 00) b
(1. 95 ±
0. 21) ab
(0. 85 ±
0. 06) a
阔叶混交林
Broadleaved mixed forest
(3. 00 ±
1. 00) a
(1. 06 ±
0. 09) a
(0. 97 ±
0. 08) a
(5. 00 ±
1. 00) b
(1. 12 ±
0. 15) b
(0. 70 ±
0. 05) a
(12. 00 ±
2. 00) b
(1. 92 ±
0. 14) ab
(0. 77 ±
0. 05) a
①同列不同字母表示差异显著 ( P ＜ 0. 05 )，相同字母表示差异不显著。下同。Different letters in the every column indicate significant
difference (P ＜ 0. 05)，and the same letter indicates no significant difference． The same below．
3. 2 土壤物理性质
从表 3 可以看出，不同类型低质林土壤最大持
水量经方差分析差异显著(P ＜ 0. 05)，蒙古栎林土
壤最大持水量明显高于其他类型森林群落，白桦林
毛管持水量最高，而山杨林最大持水量和毛管持水
量都最低，蒙古栎林土壤非毛管孔隙度最高，且与其
他类型低质林差异显著，针阔混交林和白桦林土壤
毛管孔隙度较高，针阔混交林、蒙古栎林和白桦林土
壤总孔隙度经方差分析差异不显著(P ＞ 0. 05)，高
于山杨林和阔叶混交林的土壤总孔隙度。通过各个
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林 业 科 学 50 卷
表 3 土壤物理性质
Tab． 3 Soil physical properties
群落
Community
最大持水量
Maximum water-
holding capacity(% )
毛管持水量
Capillary water-
holding capacity(% )
孔隙度 Porosity(% )
非毛管
Non-capillary
porosity
毛管
Capillary
porosity
总孔隙度
Total porosity
针阔混交林
Mixed conifer and broadleaved forest
(92. 38 ± 5. 29) b (79. 16 ± 4. 28) b (9. 00 ± 1. 36) a (53. 91 ± 3. 52) b (62. 91 ± 5. 32) b
山杨林
Populus davidiana forest
(45. 94 ± 4. 21) a (36. 31 ± 2. 58) a (10. 33 ± 0. 95) a (38. 60 ± 3. 01) a (48. 93 ± 3. 54) a
蒙古栎林
Quercus mongolica forest
(115. 01 ± 7. 76) c (78. 57 ± 5. 14) b (20. 00 ± 1. 54) b (43. 12 ± 3. 98) a (63. 12 ± 5. 17) b
白桦林
Betula platyphylla forest
(96. 10 ± 6. 51) b (82. 75 ± 6. 34) b (9. 00 ± 0. 94) a (52. 49 ± 4. 17) b (61. 49 ± 4. 96) b
阔叶混交林
Broadleaved mixed forest
(52. 81 ± 4. 95) a (43. 39 ± 3. 25) a (9. 33 ± 1. 02) a (41. 64 ± 2. 68) a (50. 97 ± 4. 85) ab
物理指标的比较发现，针阔混交林、蒙古栎林和白桦
林土壤物理性质较好。
3. 3 土壤化学性质
土壤化学性质是影响森林生产力的主要因
素，从表 4 可以看出，针阔混交林土壤有机质含量
最高，阔叶混交林的全氮含量和水解氮含量最高，
且经方差分析与其他类型低质林差异显著 ( P ＜
0. 05)，不同类型低质林土壤全磷、有效磷和速效
钾含量差异不显著(P ＞ 0. 05)，其中针阔混交林全
磷和速效钾含量最高，山杨林和白桦林的有效磷
含量较高，蒙古栎林的土壤全钾含量高于其他 4
种类型低质林，且差异显著。综合比较土壤化学
性质的各个指标，发现阔叶混交林的土壤化学性
质较好。
表 4 土壤化学性质
Tab． 4 Soil chemical properties
群落
Community
有机质含量
Organic matter
content /
( g·kg － 1 )
全量养分含量
Total nutrient content /( g·kg － 1 )
速效养分含量
Available nutrient content /( g·kg － 1 )
全氮
Total
nitrogen
全磷
Total
phosphorus
全钾
Total
potassium
水解氮
Available
nitrogen
有效磷
Available
phosphorus
速效钾
Available
potassium
针阔混交林
Mixed conifer and
broadleaved forest
(21. 06 ±1. 28)d (6. 59 ±0. 35)b (1. 24 ±0. 12)a (8. 23 ±0. 57)a (77. 602 ±6. 95)a (17. 42 ±1. 52)a (50. 38 ± )a
山杨林
Populus
davidiana forest
(19. 49 ±1. 07)bc (6. 69 ±0. 28)b (1. 17 ±0. 11)a (8. 04 ±0. 65)a (86. 18 ±7. 31)b (18. 03 ±1. 63)a (48. 52 ± )a
蒙古栎林
Quercus
mongolica forest
(18. 78 ±1. 03)b (5. 24 ±0. 17)a (1. 22 ±0. 10)a (10. 79 ±0. 95)c (90. 224 ±8. 26)b (16. 14 ±1. 34)a (49. 07 ± )a
白桦林
Betula platyphylla
forest
(17. 16 ±0. 98)a (6. 34 ±0. 26)b (1. 21 ±0. 09)a (9. 64 ±0. 48)b (104. 224 ±9. 64)c (18. 42 ±1. 58)a (46. 81 ± )a
阔叶混交林
Broadleaved
mixed forest
(20. 01 ±1. 54)c (8. 73 ±0. 15)c (1. 06 ±0. 08)a (8. 5 ±0. 56)a (133. 962 ±10. 34)d (15. 65 ±1. 16)a (43. 23 ± )a
3. 4 枯落物特性
枯落物具有疏散地面径流、拦蓄降雨、改良土壤
肥力等多种作用，并且对森林内植被水分的供给、森
林土壤营养元素的循环和林地微生物数量产生重大
影响 (高人等，2002; 刘少冲等，2005; 郭辉等，
2011)。从表 5 可以看出，阔叶混交林的未分解层枯
落物蓄积量最高，蒙古栎林半分解层枯落物蓄积量
和总蓄积量高于其他类型低质林，且方差分析差异
显著(P ＜ 0. 05)，针阔混交林未分解层和半分解层
枯落物最大持水率及最大持水量都高于其他 4 种林
型，白桦林未分解层和半分解层枯落物最大持水率
及最大持水量都较低，针阔混交林枯落物最大持水
量最高，且与其他类型低质林差异显著。综合比较
枯落物特性的各个指标，发现针阔混交林和蒙古栎
41
第 6 期 宋启亮等: 大兴安岭不同类型低质林群落稳定性的综合评价
表 5 枯落物特性
Tab． 5 Litter characteristics
群落
Community
蓄积量
Litter amount /
( t·hm － 2 )
最大持水率
Maximum water-
holding rates(% )
最大持水量
Maximum water-
holding capacity /( t·hm － 2 )
未分解
Nondecomposed
litter
半分解
Semidecomposed
litter
合计
Total litter
未分解
Nondecomposed
litter
半分解
Semidecomposed
litter
未分解
Nondecomposed
litter
半分解
Semidecomposed
litter
合计
Total litter
针阔混交林
Mixed conifer and
broadleaved forest
(3. 04 ±
0. 25) b
(7. 45 ±
0. 24) b
(10. 49 ±
0. 49) c
(417. 46 ±
21. 35) b
(389. 99 ±
30. 25) d
(21. 83 ±
2. 29) c
(31. 17 ±
1. 82) d
(53. 00 ±
4. 09) c
山杨林
Populus davidiana forest
(2. 24 ±
0. 18) a
(4. 87 ±
0. 41) a
(7. 11 ±
0. 35) a
(397. 24 ±
16. 37) b
(286. 14 ±
24. 54) b
(9. 88 ±
1. 12) a
(18. 67 ±
1. 35) b
(28. 55 ±
2. 44) a
蒙古栎林
Quercus mongolica forest
(3. 86 ±
0. 23) c
(8. 62 ±
0. 75) c
(12. 48 ±
0. 68) d
(400. 58 ±
17. 52) b
(337. 07 ±
25. 37) c
(14. 75 ±
1. 25) b
(28. 33 ±
1. 46) d
(43. 08 ±
2. 71) b
白桦林
Betula platyphylla forest
(4. 06 ±
0. 35) cd
(4. 96 ±
0. 38) a
(9. 02 ±
0. 52) b
(280. 53 ±
12. 47) a
(254. 80 ±
18. 32) ab
(11. 42 ±
1. 39) a
(15. 50 ±
1. 13) a
(26. 92 ±
2. 15) a
阔叶混交林
Broadleaved mixed forest
(4. 22 ±
0. 31) d
(5. 06 ±
0. 27) a
(9. 28 ±
0. 57) b
(371. 32 ±
22. 95) b
(236. 33 ±
14. 27) a
(19. 33 ±
1. 36) c
(23. 33 ±
2. 14) c
(42. 66 ±
3. 61) b
林的枯落物蓄积量及最大持水量较高，有利于森林
涵养水源和水土保持。
3. 5 土壤碳通量
土壤碳通量影响着土壤物理、化学和生物学性
质，并且可以通过土壤碳通量的变化来预测不同类
型森林生态系统的生产力以及相应的气候变化情况
(Anderson，2003; 王淑敏等，2007 )，同时所有物
理、化学和生物性质的改变都有可能影响土壤呼吸
(郭辉等，2009)。研究表明，针阔混交林、山杨林、
蒙古栎林、白桦林和阔叶混交林的土壤呼吸速率分
别为(6. 86 ± 0. 73)，(5. 47 ± 0. 67)，(4. 62 ± 0. 58)，
(5. 41 ± 0. 65)和(6. 41 ± 0. 71) μmol·m － 2 s － 1，针阔
混交林和阔叶混交林土壤呼吸速率高于其他类型低
质林，且经方差分析差异显著(P ＜ 0. 05)，而蒙古栎
林的土壤呼吸速率最低。
3. 6 评价结果
对 5 项指标 30 个因子的参数进行标准化处理，
5 项指标各因子的标准化平均值见表 6。
表 6 5 项指标各因子的标准化平均值
Tab． 6 Mean standard index of factors of 5 items
群落
Community
物种多样性指标
Index of species
diversity
土壤物理性质指标
Index of soil
physical properties
土壤化学性质指标
Index of
soil chemical
properties
枯落物指标
Index of litter
碳通量指标
Index of
carbon flux
针阔混交林
Mixed conifer and broadleaved forest
957. 60 841. 30 863. 23 928. 15 1000. 00
山杨林
Populus davidiana forest
719. 97 569. 19 852. 25 617. 62 797. 38
蒙古栎林
Quercus mongolica forest
853. 27 949. 87 857. 08 891. 99 673. 47
白桦林
Betula platyphylla forest
886. 61 846. 68 873. 92 639. 24 788. 63
阔叶混交林
Broadleaved mixed forest
856. 62 605. 99 900. 06 783. 12 934. 40
用各类型低质林 5 项指标 30 个因子参数标准
化后的平均值计算隶属函数值，然后再计算出各个
类型低质林 5 项指标隶属函数值的平均值，通过比
较各类型低质林隶属函数值平均值的大小，分析 5
种类型低质林群落的稳定性，计算结果见表 7。
由评价结果可以知道，大兴安岭 5 种类型低质
林群落稳定性表现为针阔混交林 ＞阔叶混交林 ＞蒙
古栎林 ＞白桦林 ＞山杨林。
51
林 业 科 学 50 卷
表 7 群落稳定性评价隶属函数值
Tab． 7 Subordination function value of comprehensive judgment on community stability
群落
Community
物种多样
性指标
Index of
species
diversity
土壤物理性
质指标
Index of soil
physical
properties
土壤化学
性质指标
Index of soil
chemical
properties
枯落物指标
Index of
litter
碳通量指标
Index of
carbon flux
平均值
Mean
针阔混交林
Mixed conifer and broadleaved forest
1. 00 0. 71 0. 23 1. 00 1. 00 0. 79
山杨林
Populus davidiana forest
0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 0. 38 0. 08
蒙古栎林
Quercus mongolica forest
0. 56 1. 00 0. 10 0. 88 0. 00 0. 51
白桦林
Betula platyphylla forest
0. 70 0. 73 0. 45 0. 07 0. 35 0. 46
阔叶混交林
Broadleaved mixed forest
0. 58 0. 10 1. 00 0. 53 0. 80 0. 60
4 结论与讨论
本研究采用模糊数学中隶属函数值的方法来综
合评价低质林群落的稳定性，在研究区内的 5 种典
型低质林群落中，由各群落因子的隶属函数值可知
针阔混交低质林物种多样性指标、枯落物水文特性
指标、土壤碳通量指标最高，且土壤物理性质指标相
对较高，所以其群落稳定性的排名最高; 阔叶混交
低质林土壤化学性质指标最高，而且土壤碳通量指
标也较高，其群落稳定性排名在第二位; 蒙古栎低
质林土壤物理性质指标最高，枯落物水文特性指标
也较高，但土壤碳通量指标较低，使得其群落稳定性
排名在第三位; 白桦低质林物种多样性指标、土壤
物理性质指标和土壤化学性质指标较高，但枯落物
水文特性指标和土壤碳通量指标较低，使得其群落
稳定性位居第四位; 山杨低质林物种多样性指标、
土壤物理性质指标、土壤化学性质指标和枯落物水
文特性指标最低，其群落相对稳定性最差。
多样性高的森林群落，对外来物种及病虫害等
的抵抗力强，而且在受到扰动后的恢复力强，由于多
样性高的森林群落包含较多的、具有不同生态特性
的种群，其抵抗波动的能力也强(丁惠萍等，2006)，
大量的研究结果表明多样性与稳定性存在正相关关
系，多样性较高的生态系统，有可能包括更多能抵抗
干扰的物种，抗干扰性强，增加生态系统的稳定性。
土壤物理性质是评价土壤水源涵养能力的重要指
标，直接影响到林木的根系生长及其对水分和养分
的吸收，针阔混交林、蒙古栎林、白桦林土壤物理性
质好，地表水的渗透能力强，土壤的持水能力强，地
表径流强度小，减小了水土流失和土壤侵蚀，林地土
壤孔隙度大，土壤穿透阻力小，利于树木和树苗根部
的延伸发展，同时有利于养分、空气及水分的运输，
利于林地植被的生长和更新。土壤化学性质是影响
森林生产力的最主要因素，影响并控制着林木的健
康状况，土壤有机质含量会对土壤肥力和土壤的许
多性质产生十分重要的影响，土壤中氮、磷、钾含量
是土壤肥力的重要指标，是树木生长所需的 3 大养
分。枯落物是森林生态系统的重要组成部分，森林
枯落物层结构疏松，吸水能力和透水性强，减缓及减
少地表径流(汪永英等，2008)，并且能够降低土壤
的溅蚀，促进物质的循环，保持土壤肥力，本研究比
较各类型低质林枯落物特性的各个指标，发现针阔
混交林和蒙古栎林的枯落物蓄积量及最大持水量较
高，有利于森林涵养水源和水土保持。土壤呼吸速
率既是一个评价土壤质量和土壤肥力的重要的生物
学指标，又是一个量度土壤微生物活性的指标。针
阔混交林和阔叶混交林土壤呼吸速率相对较高，说
明土壤物质的代谢强度较强，土壤有机质的转化和
氧化能力较高，为植物下部冠层提供了更丰富的碳
源(冯朝阳等，2008)，有利于保持森林群落的稳定
性，而蒙古栎林的土壤呼吸速率较低。
以前的研究更注重于森林结构稳定性的评价，
对森林功能稳定性的评价较少，对森林群落稳定性
评价过程中，选取的森林功能评价因子较少，所以对
森林群落稳定性的评价比较片面，本研究基于模糊
综合评判理论，对 5 种类型低质林群落稳定性进行
综合分析与评价，把反映森林群落稳定性的物种多
样性、土壤物理性质、土壤化学性质、枯落物水文特
性和土壤碳通量 5 项指标，共 30 个因子作为评价因
子，重点是引进了以前很少纳入群落稳定性评价的
枯落物特性和土壤碳通量作为评价指标，计算得到
各个类型低质林森林群落的隶属函数值，即评价了
61
第 6 期 宋启亮等: 大兴安岭不同类型低质林群落稳定性的综合评价
各森林群落的结构稳定性，又评价了各森林群落的
功能稳定性，使得森林群落稳定性的评价更加全面，
为大兴安岭地区 5 种最典型低质林森林生态系统的
恢复与重建提供了科学的理论基础。
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(责任编辑 于静娴)
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