杉木人工中齡林及近熟林林地植物多樣性分析

陳衛(wèi)軍，李志輝，王佩蘭，胡俊靖

（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

杉木人工中齡林及近熟林林地植物多樣性分析

陳衛(wèi)軍，李志輝，王佩蘭，胡俊靖

（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

杉木是我國(guó)南方主要的速生用材樹種之一，在林業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。為了解丘陵區(qū)杉木人工林不同林齡結(jié)構(gòu)對(duì)植物多樣性的影響，主要對(duì)其人工中齡林及近熟林地植物多樣性進(jìn)行了調(diào)查，采用辛普森（Simpson）物種多樣性指數(shù)和物種豐富度指數(shù)分析了植物多樣性。結(jié)果表明：杉木人工林林齡對(duì)群落植物多樣性的影響較大，人工近熟林植物種類較為豐富，中齡林林分其植物種類相對(duì)較少；人工中齡林隨年齡的逐漸增大其群落植物種類逐漸增多，林分進(jìn)入近熟林后，其植物種類變化不很大；同時(shí)人工林物種豐富度普遍呈現(xiàn)出近熟林高于中齡林的趨勢(shì)，較為明顯的是灌木和草本；對(duì)于杉木人工林的經(jīng)營(yíng)應(yīng)根據(jù)不同林齡合理調(diào)整種群結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造良好的林地生長(zhǎng)條件，有利于物種多樣性的保護(hù)和恢復(fù)。

植物多樣性；杉木人工林；中齡林；近熟林；物種豐富度

杉木Cunninghamia lanceolata是我國(guó)亞熱帶主要的速生用材樹種，其面積約占我國(guó)人工林總面積的24%，在南方林業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位[1-2]；它屬常綠喬木，高可達(dá)30 m以上；樹冠常呈尖塔形；樹皮鱗狀，褐色，內(nèi)皮紅色；大枝平展，小枝近輪生；線狀披針形葉子，長(zhǎng)2.5～6.0 cm，基部扭轉(zhuǎn)成二列；花期4月；圓卵形球果，當(dāng)年成熟，每種鱗有種子3粒，扁圓形的種子兩側(cè)有翅，果期10月[3-4]。其林地植物多樣性不僅為人類提供了諸多可供利用的自然資源，而且具有很重要的生態(tài)價(jià)值，對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義[5]。有學(xué)者分別對(duì)杉木中齡林施肥效應(yīng)與效益、杉木施肥的有效立地指數(shù)區(qū)間與目標(biāo)肥效、第2代杉木中幼林生態(tài)系統(tǒng)碳動(dòng)態(tài)與平衡、湖南會(huì)同第2代杉木人工林地土壤酶活性等進(jìn)行了大量的研究[6-9]。曾斌，劉瑞敏等曾分析了不同林齡杉木人工林的物種多樣性，結(jié)果表明，不同林齡杉木人工林的植物種類及物種多樣性存在明顯差異，中齡林和成熟林植物種類較豐富，喬木層和灌木層物種多樣性較高，而幼齡林草木層物種多樣性較高[10]。衣曉丹等通過對(duì)杉木純林以及杉木混交林土壤養(yǎng)分進(jìn)行了對(duì)比研究[11]；韋如萍等通過采用5株優(yōu)勢(shì)木法，通過比較生長(zhǎng)和材質(zhì)性狀對(duì)杉木進(jìn)行了優(yōu)樹選擇[12]；黃春華等采用全挖法對(duì)廣東天井山成熟杉木人工林中具有不同優(yōu)勢(shì)度和胸徑的8株樣木進(jìn)行了根系生物量實(shí)測(cè)，并建立了根系生物量模型[13]；李秋庭等采用減壓精餾技術(shù)和結(jié)晶技術(shù)相結(jié)合從杉木油中分離了柏木醇[14]。在上述等研究的基礎(chǔ)上，本文主要通過對(duì)群落種類組成、層次結(jié)構(gòu)和物種多樣性的調(diào)查研究,可以為選擇杉木林合適的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)模式提供科學(xué)的理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

調(diào)查區(qū)位于湖南衡東縣 112°45′～ 113°17′E，26°47′～ 27°27′N 之間。該地屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明，光熱充足，降雨豐富，年平均氣溫16.7～17.4℃，年降水量1 350～1 610 mm，全年日照時(shí)數(shù)1 640～1 700 h，年均相對(duì)濕度為80.7%，無霜期283 d； 是一個(gè)以丘陵為主，低山、高崗為輔，兼有中山和平原的地方；其自然植被屬中亞熱帶常綠闊葉林，主要由樟科、冬青科、殼斗科、杜鵑花科、山礬科、薔薇科、山茶科等優(yōu)勢(shì)樹種構(gòu)成，人工植被主要有用材林和經(jīng)濟(jì)林樹種，馬尾松Pinus massoniana、濕地松Pinus elliottii、檫木Ulmus rubra、泡桐Paulowniaspp.、楊樹 Populus spp.、油茶Camellia oleifera、板栗Castanea mollissima和柑桔Citrus reticulata等。

2 調(diào)查與計(jì)算方法

2.1 調(diào)查方法

采用典型調(diào)查法， 在杉木人工林中齡林（12、14、16 a）和近熟林（21、22 a）群落內(nèi)隨機(jī)設(shè)置臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)地( 20 m ×20 m) 5 塊，同時(shí)在每塊臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)設(shè)置2 m×2 m 的樣方， 四角和中心位置共5個(gè)。調(diào)查喬木層，灌木層，草本層以及層外植物。標(biāo)準(zhǔn)地基本情況見表1。

表1 杉木人工林的基本狀況Table 1 Basic condition of Cunninghamia lanceolata plantation

2.2 計(jì)算方法

物種豐富度：S=出現(xiàn)在樣帶中的所有物種個(gè)數(shù)

式中Pi=Ni/N，Ni為第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)，N為樣方中所有物種的個(gè)體數(shù)之和，Pi為第i種的個(gè)體數(shù)占群落中總個(gè)體數(shù)的比例。

3 結(jié)果與分析

3.1 杉木人工林的物種多樣性及特征值分析

（1）12a杉木人工林物種組成及數(shù)量特征

由表2可知，12a杉木人工林喬木層有植物5株，全為杉木一種。其頻度100%，蓋度100%。灌木層有植物91株，分屬2科2屬，各科按樹種株數(shù)排序分別為禾本科、樟科。其中禾本科剛竹90株，頻度80%，蓋度16.60%，樟科山蒼子1株，頻度20%，蓋度0.6%。草本層有植物242株，分屬5科5屬，各科按樹種株數(shù)排序分別為烏毛蕨科、虎耳草科、里白科、蹄蓋蕨科、禾本科。烏毛蕨科狗脊蕨最多，占調(diào)查總數(shù)的60.74%?；⒍菘苹⒍?9株，頻度60%，蓋度11%。層外植物11株，均為茜草科雞屎藤。

表2 12年生杉木人工林物種組成及數(shù)量特征Table 2 Species composition and quantity characteristics of 12-aged Cunninghamia lanceolata plantation

（2） 14 a杉木人工林物種組成及數(shù)量特征

由表3可知，14 a杉木人工林喬木層有植物7株，全為杉科杉木，頻度蓋度均為100%。灌木層有植物179株，分屬4科5屬。各科按樹種株數(shù)排序分別為禾本科、山茶科、樟科、冬青科。禾本科剛竹數(shù)量最多，占調(diào)查總數(shù)的88.83%，其頻度100%，蓋度44.00%。草本層有植物431株，分屬3科3屬。各科按樹種株數(shù)排序分別為里白科、烏毛蕨科、蹄蓋蕨科。里白科鐵芒萁、烏毛蕨科狗脊蕨、蹄蓋蕨科中華蹄蓋蕨頻度分別為100%、100%、80%， 蓋 度 分 別 為26.00%、22.00%、14.20%。層外植物1株，為茜草科雞屎藤。

表3 14年生杉木人工林物種組成及數(shù)量特征Table 3 Species composition and quantity characteristics of 14-aged Cunninghamia lanceolata plantation

（3）16 a杉木人工林物種組成及數(shù)量特征

由表4可知，16 a杉木人工林喬木層有植物18株，分屬5科5屬，各科按樹種株數(shù)排序分別為杉科、樟科、禾本科、玄參科、漆樹科。其中杉科杉木最多，占調(diào)查總數(shù)的50%。樟科檫木5株，頻度40%，蓋度40%。灌木層有植物121株，分屬6科8屬，各科按樹種株數(shù)排序分別為紫金牛科、禾本科、山茶科、馬鞭草科、金縷梅科、樟科。紫金牛科杜莖山最多，占調(diào)查總數(shù)的47.93%，其頻度蓋度分別為60%、17.60%。草本層有植物250株，分屬3科4屬，各科按樹種株數(shù)排序分別為烏毛蕨科、里白科、禾本科。烏毛蕨科狗脊蕨178株，占調(diào)查總數(shù)的71.2%，其頻度為100%，蓋度為44.20%。該樣地?zé)o層外植物。

（4）21 a杉木人工林物種組成及數(shù)量特征

由表5可知，21 a杉木人工林喬木層有植物22株，分屬4科4屬。各科按樹種株數(shù)排序分別為桑科、杉科、漆樹科、樟科。然而桑科構(gòu)樹多為幼樹，11棵的蓋度僅為15%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于杉科的蓋度100%。杉木的頻度也達(dá)到了100%。灌木層有植物18株，分屬6科7屬。各科按樹種株數(shù)排序分別為大戟科、山茶科、薔薇科、樟科、馬鞭草科、葡萄科。由于樣地中灌木層植株太少，故而沒有哪科植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。草本層有植物237株，分屬3科4屬，各科按樹種株數(shù)排序分別為烏毛蕨科、禾本科、鱗毛蕨科。烏毛蕨科狗脊蕨數(shù)量最多，共195株，占調(diào)查總數(shù)的82.28%，其頻度也達(dá)到了100%，蓋度為57.80%。層外植物多為藤本，共3株，分屬1科1屬，3株，頻度為40%。

表4 16年生杉木人工林物種組成及數(shù)量特征Table 4 Species composition and quantity characteristics of 16-aged Cunninghamia lanceolata plantation

表5 21年杉木人工林物種組成及數(shù)量特征Table 5 Species composition and quantity characteristics of 21-aged Cunninghamia lanceolata plantation

（5） 22 a杉木人工林物種組成及數(shù)量特征

由表6可知，22 a杉木人工林喬木層有植物6株，為杉科杉木。灌木層有植物62株，分屬7科8屬，各科按樹種株數(shù)排序分別為禾本科、樟科、百合科、薔薇科、大戟科、馬鞭草科、山茶科。禾本科剛竹最多，占調(diào)查總數(shù)的79.03%，其頻度80%，蓋度10.60%。草本層有植物285株，分屬6科7屬，各科按樹種株數(shù)排序分別為烏毛蕨科、里白科、禾本科、蹄蓋蕨、科烏毛蕨科、虎耳草科。烏毛蕨科狗脊蕨164株，占調(diào)查總數(shù)的57.54%。其頻度為100%，蓋度為44.20%。層外植物9株，為茜草科雞屎藤一種。

表6 22年生杉木人工林物種組成及數(shù)量特征Table 6 Species composition and quantity characteristics of 22-aged Cunninghamia lanceolata plantation

3.2 杉木人工林物種豐富度及多樣性指數(shù)分析

由表7可知， 通過對(duì)杉木人工林調(diào)查22、21 a的近熟林物種豐富度高于16、14、12 a的中齡林；喬木層、灌木層、草本層、層外植物物種多樣性指數(shù)也呈現(xiàn)出同樣的趨勢(shì)，即22、21 a的近熟林物物種多樣性指數(shù)高于16、14、12 a的中齡林。具體來說喬木層物種多樣性指數(shù)在0.915～0.996之間，灌木層物種多樣性指數(shù)在0.750～0.951之間，草本層物種多樣性指數(shù)在0.691～0.945之間，層外植物物種多樣性指數(shù)在0～0.996之間。

4 結(jié)論與討論

（1）杉木人工林林齡對(duì)群落植物多樣性的影響較大，杉木人工近熟林21、22 a生的植物種類較為豐富，而中齡林12 a生的林分植物種類較少。

（2）對(duì)于杉木人工中齡林而言，隨年齡的逐漸增大，群落植物種類逐漸增多；林分進(jìn)入近熟林后，其植物種類變化不很大。

表7 杉木人工林群落物種多樣性比較Table 7 Species diversity of Cunninghamia lanceolata plantation community

（3）杉木人工林物種豐富度普遍呈現(xiàn)出近熟林高于中齡林的趨勢(shì)，較為明顯的是灌木和草本。

（4）發(fā)展杉木人工林時(shí)， 根據(jù)不同林齡合理調(diào)整種群結(jié)構(gòu)， 創(chuàng)造良好的林地生長(zhǎng)條件， 有利于物種多樣性的保護(hù)和恢復(fù)。

[1] 林開敏,俞新妥,洪 偉,等.杉木人工林林下植物對(duì)土壤肥力的影響[J].林業(yè)科學(xué),2001,37(?？?):94-98.

[2] 鄧寶珍.生態(tài)型林地清理對(duì)杉木生長(zhǎng)及物種多樣性的影響[J].林業(yè)科技開發(fā),2007,21(5):32-34.

[3] 江蘇新醫(yī)學(xué)院.中藥大辭典[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1986.

[4] 鄧?yán)蛱m.常見樹木[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社, 2007.

[5] 張金屯.應(yīng)用生態(tài)學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

[6] 吳立朝,劉偉平,胡日利.杉木中齡林施肥效應(yīng)與效益研究[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào), 1997,17(3),1-7.

[7] 吳曉芙,胡日利,吳立潮.杉木施肥的有效立地指數(shù)區(qū)間與目標(biāo)肥效[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào),1997,17(1):1-6.

[8] 方 晰,田大倫,項(xiàng)文化,等.第二代杉木中幼林生態(tài)系統(tǒng)碳動(dòng)態(tài)與平衡[J].中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2002,22(l):1-6.

[9] 秦國(guó)宣,方晰,田大倫,等.湖南會(huì)同第2代杉木人工林地土壤酶活性[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2008,28(2):1-7.

[10] 曾 斌,劉瑞敏,翟學(xué)昌,等.不同林齡杉木人工林物種多樣性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(9):4877-4879,4882.

[11] 衣曉丹,王新杰.杉木人工純林與混交林下幾種土壤養(yǎng)分對(duì)比及與生長(zhǎng)的關(guān)系[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(2):34-38.

[12] 韋如萍,胡德活,鄭會(huì)全,等. 杉木優(yōu)樹生長(zhǎng)性狀和材質(zhì)性狀的研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(2):28-33.

[13] 黃春華,周光益,趙厚本,等. 廣東天井山成熟杉木人工林根系生物量的測(cè)定[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(9):80-86.

[14] 李秋庭,曾 輝,關(guān)繼華,等. 從杉木油中分離柏木醇的研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(11):145-148.

Investigation on plant diversity of middle-aged and near matureCunninghamia lanceolataplantation

CHEN Wei-jun, LI Zhi-hui, WANG Pei-lan, HU Jun-jing
( Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

Cunninghamia lanceolatais one of important fast growing species in southern China, and plays an important role in forestry production. In order to study the effects of different age structure on plant diversity of Chinese fi e plantation growing in hilly area, the plant diversity ofC. lanceolatanear mature forest and middle-age forest were investigated and studied by adopting Simpso’s diversity index and species richness method. The results indicate that the stand age of Chinese fi r plantation had a great inf l uence on species diversity of plant community, the species abundance near mature plantation was higher than middle-age plantations, while in middle aged forests, plant species was relatively few; With the gradual increase tree age, the plant community types in the forests gradually increased, after the stand entering the near-mature stage, the plant community types changes of plant species was not a very obvious;Plantation species richness generally showed a trend that the species richness of near-mature forest was higher than that of middle-age forest, especially in shrubs and herbs; Chinese FIR plantation management should reasonably adjust population structure based on different forest-ages, creat a good forest growth conditions, thus helping protect and restore species diversity.

plant diversity;Cunninghamia lanceolataplantation;Cunninghamia lanceolatamiddle-age forest; near mature forest;species richness

S791.27

A

1673-923X(2014)11-0037-04

2014-01-12

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201204405）；中南林業(yè)科技大學(xué)森林培育國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科經(jīng)費(fèi)資助

陳衛(wèi)軍（1964-），男，湖南新化人，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事森林培育與林區(qū)多種經(jīng)營(yíng)教學(xué)與科研工作

李志輝（1957-），男，湖南安化人，教授，博士，博士研究生導(dǎo)師，主要從事森林培育教學(xué)與科研工作

[本文編校：吳 毅]