退耕還林模式板栗林下多樣性及生物量研究

胡冬冬　莊嘉　王文歡等

摘要 [目的]為桂西北地區(qū)石漠化治理、植被恢復(fù)以及促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。[方法]采用典型樣地法對廣西東蘭縣退耕還林模式板栗林下多樣性及生物量進(jìn)行研究，并以未退耕地（玉米地）作為對照。[結(jié)果]板栗林下灌木層的豐富度指數(shù)為0.283 2～0.431 4，Simpson多樣性指數(shù)為0.675 1～0.838 9，ShannonWiener多樣性指數(shù)為2.042 0～2.771 2；草本層的Simpson多樣性指數(shù)為0.624 5～0.737 8，ShannonWiener多樣性指數(shù)為1.715 2～2.471 5。未退耕地（玉米地）灌木層的豐富度指數(shù)為0.202 3～0.226 1，Simpson多樣性指數(shù)為0.543 3～0.572 8，ShannonWiener多樣性指數(shù)為1.289 6～1.318 8；草本層的Simpson多樣性指數(shù)為0.382 3～0.436 9，ShannonWiener多樣性指數(shù)為1.106 0～1.164 1。板栗林下生物量隨著退耕年限的增長呈現(xiàn)出上升的趨勢，且灌草地上部分的生物量均大于地下部分。經(jīng)方差分析可得，6～9年生板栗林下灌草多樣性和總生物量具有顯著差異，未退耕地（玉米地）灌草植被多樣性和總生物量無顯著差異。[結(jié)論]退耕還林對板栗林下植被的恢復(fù)具有很好的促進(jìn)作用，有必要加大退耕還林力度。

關(guān)鍵詞 退耕還林；板栗；物種多樣性；生物量

中圖分類號 S718.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）20-06749-03

Diversity and Biomass in the Castanea mollissima Forest under Conversion Cultivated Land into Forests Model

HU Dongdong， ZHUANG Jia et al

（Forestry College of Guangxi University， Nanning， Guangxi 530005）

Abstract [Objective] The research aimed to provide the scientific basis for rocky governance， vegetation restoration and promotion of local economic development in the northwest of Guangxi. [Method] The diversity and biomass in the Castanea mollissima forest and frumentum farmland in Donglan County， Guangxi Province was studied by typical sampling method with maize land as control. [Result] In the shrub layer of Castanea mollissima forest， richness index is 0.283 2-0.431 4， Simpson diversity index is 0.675 1-0.838 9， Shannon-Wiener diversity index is 2.042 0-2.771 2， in the herbaceous layer， Simpson diversity index is 0.624 5-0.737 8， ShannonWiener diversity index is 1.715 2-2.471 5. And in the shrub layer of frumentum farmland， the richness index is 0.202 3-0.226 1， Simpson diversity index is 0.543 3-0.572 8， ShannonWiener diversity index is 1.289 6-1.318 8， in the herbaceous layer， Simpson diversity index is 0.382 3-0.436 9， ShannonWiener diversity index is 1.106 0-1.164 1. The biomass in the Castanea mollissima forest showed a rising trend as the increasing of returning time， and the biomasses of ground part from shrub and grass are all more than those of underground part. Through variance analysis it can be obtained that， there are significant differences in the diversity and the total biomass of the shrub layer and herbaceous layer in Castanea mollissima forest of 6-9 years， and those in frumentum farmland have no significant differences. [Conclusion] It is a good effect to the recovery of the Castanea mollissima forest under conversion cultivated land into forests， so it is necessary to increase the intensity of conversion cultivated land into forests.

Key words Conversion cultivated land into forests； Castanea mollissima； Species diversity； Biomass

板栗又名栗子，是殼斗科栗屬的落葉果樹，在我國有悠久的栽培歷史。板栗營養(yǎng)豐富，香甜可口，為干果中的上品，素有“干果之王” 的美稱。板栗還是高級的木本糧食，可生食、炒食、蒸餅、做菜等。除此之外，板栗還具有較高的藥用價值[1]。其耐瘠、抗寒、抗病性強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)，樹體高大，枝繁葉茂，可防止水土流失，恢復(fù)生態(tài)，兼有生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會三大效益。隨著板栗種植產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，板栗已經(jīng)成為桂西北退耕還林治理石漠化的重要樹種。近年對板栗的種植有大量研究[2-4]，但對其林下植被情況及其生物量的調(diào)查鮮見報道。筆者對廣西東蘭縣退耕還林模式板栗林下的植被及生物量進(jìn)行調(diào)查，旨在為桂西北地區(qū)石漠化治理、植被恢復(fù)以及促進(jìn)地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

東蘭縣地處廣西西北部，地理坐標(biāo)為24°29′～24°55′N，106°49′～107°18′E。東蘭縣地勢由北向南傾斜，地形復(fù)雜，嶺谷相間，境內(nèi)高山深峪，溝壑縱橫，林業(yè)用地及常年耕地海拔一般在223～1 000 m。海拔800 m以上的低山占18.4%；海拔500～800 m的低山占60.4%；海拔300～500 m的高丘占19.4%；海拔300 m以下的中低丘占1.8%。全縣年均氣溫20.2 ℃，1月份平均氣溫11.1 ℃，7 月份平均氣溫27.2 ℃，極端最高溫39.2 ℃，極端最低溫-2.4 ℃；年總積溫6 710～7 747 ℃，年總輻射量429.79 kJ/cm2，年日照總時數(shù)1 526.7 h，屬日照偏少地區(qū)，無霜期351 d；全年降雨量1 196.6～1 689.1 mm，年蒸發(fā)量1 370.6 mm，最大年蒸發(fā)量1 784.6 mm，最小1 175.4 mm；水熱系數(shù)2.2。東蘭縣屬紅壤地帶，成土母巖有淺灰色砂巖、粉砂巖夾頁巖、鈣質(zhì)頁巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、灰色頁巖、黃棕色頁巖、含隧石灰?guī)r、白云質(zhì)石灰?guī)r、石灰夾硅質(zhì)頁巖以及第四紀(jì)紅土母質(zhì)等，發(fā)育成紅壤、黃壤、石灰土、沖積土等4 個土類[5]。

2 研究內(nèi)容及方法

2.1 調(diào)查時間及地點

調(diào)查時間為2010～2013年每年的8月份。調(diào)查地點為實施退耕還林項目的東蘭縣長樂鎮(zhèn)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)地的設(shè)置

在實施退耕還林項目《廣西退耕還林工程建設(shè)效益監(jiān)測》執(zhí)行情況調(diào)查的基礎(chǔ)上，選擇有代表性、受干擾程度較輕的板栗植被恢復(fù)模式，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)樣地，面積為400 m2（20 m×20 m），并以相同坡向及坡度的未退耕林地（1年生玉米地）作為對照，退耕地與未退耕地各設(shè)置3個標(biāo)準(zhǔn)樣地（連續(xù)觀察4年）。將每個標(biāo)準(zhǔn)樣地等分成面積為100 m2（10 m×10 m）的樣方4個，GPS定位并用水泥磚做好各個標(biāo)準(zhǔn)地的標(biāo)記。

2.3 灌木層和草本層監(jiān)測內(nèi)容及方法

2.3.1 物種調(diào)查。

2.3.1.1 灌木層。調(diào)查每個樣地中的灌木、藤本和樹高小于4 m的喬木幼樹。記錄灌木的種名、株數(shù)、蓋度、平均高以及優(yōu)勢種的最高和最低高度；記錄藤本植物種名、株數(shù)、攀緣高度和蓋度。估計每個10 m×10 m樣方的灌木蓋度以及整個20 m×20 m樣地的灌木總蓋度。

2.3.1.2 草本層。分別調(diào)查每個樣地中草本的種類，記錄每個10 m×10 m樣方內(nèi)草本植物名稱、蓋度、高度，估計整個20 m×20 m樣地中各草本種類的蓋度以及整個樣地草本的總覆蓋度。

2.3.2 生物量調(diào)查。

2.3.2.1 灌木層。將標(biāo)準(zhǔn)樣地沿等高線分為上下2部分，在標(biāo)準(zhǔn)樣地的4個小樣方內(nèi)，選取具有代表性的2個4 m2（2 m×2 m）小樣地，采用收獲法實測小樣方內(nèi)灌木的地上部分和地下部分鮮重以及枯落物重量，并分別取樣200 g，不足200 g的則全部取樣。將樣品帶回實驗室恒溫（85 ℃）烘干至恒重，測定出含水率，推算出每公頃林地灌木層的生物量總量。

2.3.2.2 草本層。設(shè)置有代表性的4個1 m×1 m小樣方，將每個1 m×1 m小樣方內(nèi)草本全部挖起，分為地下與地上部分稱其鮮重，取樣重量為200 g，不足200 g的則全部取樣[6]，在85 ℃恒溫條件下烘干至恒重，測出含水率進(jìn)而推算出每公頃林地草本層的生物量總量。

2.4 植物多樣性指數(shù)計算

該研究利用物種豐富度、物種多樣性指數(shù)及生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)來分析植被物種多樣性與群落特征之間的關(guān)系[7-12]。

2.4.1 物種豐富度指數(shù)D=S/N（Ⅰ）

式中，S為物種的數(shù)目；N為所有物種個體數(shù)的總和。

2.4.2 物種多樣性指數(shù)。

ShannonWiener指數(shù)HP=-si=1PilnPi（Ⅱ）

式中，Pi為物種i的個體數(shù)占所在樣方內(nèi)所有物種個體數(shù)的比例。

2.4.3 生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)。

Simpson指數(shù)D=1-si=1P2i（Ⅲ）

3 結(jié)果與分析

3.1 植物種類

經(jīng)連續(xù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，板栗林下共有40科，66屬，78種。其中灌木30科，47屬，53種；草本12科，19屬，25種。優(yōu)勢科（5個種及以上的科）為大戟科（5種）、禾本科（10種）；2種以上5種以下的科共有10科，分別為梧桐科（2種）、薔薇科（3種）、紫金?？疲?種）、豆科（3種）、茜草科（4種）、海金沙科（2種）、防己科（2種）、菊科（4種）、蕓香科（2種）、唇形科（2種）；單種28科。灌木層優(yōu)勢種有粗葉懸鉤子、海金沙、野牡丹、杜莖山；草本層優(yōu)勢種有蔓生莠竹、腎蕨、東方烏毛蕨、鐵芒箕。

3.2 植被蓋度

調(diào)查表明，6～9年生板栗林下植被覆蓋度分別為72%、78%、85%、87%。植被的覆蓋度都大于70%，說明林下植被恢復(fù)情況較好。隨著生長年限的增長，林下植被覆蓋度呈現(xiàn)出上升的趨勢，是由于年限的增長，灌木及草本的種類及數(shù)量呈現(xiàn)出上升的趨勢。隨著林木的生長，喬木的樹冠也不斷生長，冠幅增大，喬木層的郁閉度也增大，9年生林分郁閉度為49%，大于8年生（45%）、7年生（42%）和6年生（36%）。

3.3 灌木層多樣性指數(shù)

3.3.1 板栗灌木層多樣性指數(shù)。板栗灌木層的豐富度指數(shù)為0.283 2～0.431 4，Simpson多樣性指數(shù)為0.675 1～0.838 9，ShannonWiener多樣性指數(shù)為2.042 0～2.771 2。9年生的豐富度指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、ShannonWiener多樣性指數(shù)均比6～8年生高（表1），說明9年生板栗灌木層物種多樣性較高。 對6～9年生板栗林下灌木層進(jìn)行方差分析可知，6～9年生板栗灌木層豐富度指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和ShannonWiener多樣性指數(shù)都存在顯著差異。經(jīng)過多重比較分析可得出，9年生和8年生各指數(shù)差異性不顯著，但8年生與7年生、6年生各指數(shù)差異顯著。這說明板栗在造林8年后林下灌木層的豐富度與物種多樣性開始趨于穩(wěn)定。

3.3.2 未退耕地（玉米地）灌木層多樣性指數(shù)。玉米地灌木層的豐富度指數(shù)為0.202 3～0.226 1，Simpson多樣性指數(shù)為0.543 3～0.572 8，ShannonWiener多樣性指數(shù)為1.289 6～1.318 8（表2）。對1年生玉米地進(jìn)行方差分析得出，玉米地灌木層的豐富度指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和ShannonWiener多樣性指數(shù)均差異不顯著。由于玉米是1年生植物，人為干擾嚴(yán)重，對灌木影響較大，所以造成差異不顯著。

從表1、2看出，板栗林下灌木層物種豐富度、Simpson多樣性指數(shù)和ShannonWiener多樣性指數(shù)均大于未退耕地（玉米地），說明板栗灌木層物種多樣性較玉米地的高。退耕還林對林下植被的恢復(fù)具有很好的促進(jìn)作用。

3.4 草本層多樣性指數(shù)

3.4.1 板栗草本層多樣性指數(shù)。草本層的Simpson多樣性指數(shù)為0.624 5～0.737 8，ShannonWiener多樣性指數(shù)為1.715 2～2.471 5（表3）。4個林齡的板栗草本層多樣性指數(shù)隨著退耕時間的增長而上升。對6～9年生板栗林下草本進(jìn)行方差分析，可看出6～9年生板栗林下草本多樣性指數(shù)存在顯著差異。經(jīng)過多重分析比較可得出，9年生和8年生板栗草本層多樣新指數(shù)不存在顯著差異，9年生與6年生、7年生ShannonWiener指數(shù)存在顯著差異。綜上所述，隨著退耕時間的增長，板栗林下草本層多樣性開始趨于穩(wěn)定。

3.4.2 未退耕地（玉米地）草本層多樣性指數(shù)。玉米地草本層的Simpson多樣性指數(shù)為0.382 3～0.436 9，ShannonWiener多樣性指數(shù)為1.106 0～1.164 1（表4）。對1年生玉米地草本層多樣性進(jìn)行方差分析得出，玉米地草本層Simpson多樣性指數(shù)和ShannonWiener多樣性指數(shù)均差異不顯著，由于玉米是1年生植物，人為干擾嚴(yán)重，所以造成差異不顯著。

從表3、4看出，板栗林下草本層的Simpson多樣性指數(shù)和ShannonWiener多樣性指數(shù)均大于未退耕地（玉米地），說明板栗草本層物種多樣性較玉米地的高。退耕還林有利于林下植被的恢復(fù)。

3.5 生物量分析 從表5看出，6～9年生板栗灌木層總生物量都小于草本層總生物量，造成這一結(jié)果是由于草本層較灌木層恢復(fù)得快。生物量總量最大的是9年生板栗林，隨著退耕年限的增長，板栗林下總生物量呈現(xiàn)上升的趨勢。除了8年生板栗地上生物量與地下生物量的比值小于1外，其他年限的比值均大于1。對6～9年生的板栗林下總生物量進(jìn)行方差分析，總生物量P=0.00<0.05，可得出6～9年生總生物差異性顯著，退耕時間的長短影響林下植被的恢復(fù)情況，從而影響了林下生物量的大小。

4 結(jié)論與討論

（1）板栗固定標(biāo)準(zhǔn)地的林分郁閉度較小，為0.36～0.49，林下灌木以粗葉懸鉤子、海金沙、野牡丹、杜莖山居多；草本以蔓生莠竹、腎蕨、東方烏毛蕨、鐵芒箕為主，再加上一定的人為撫育干擾和石漠化地區(qū)土壤貧瘠，造成了板栗林下灌木及草本種類較少。玉米地人為干擾嚴(yán)重，其多樣性與豐富度都遠(yuǎn)小于板栗林。

（2）隨著退耕時間的增長，板栗林下灌木層及草本層的多樣性指數(shù)存在顯著差異，但在退耕8～9年后林下植被多樣性開始趨于穩(wěn)定。玉米地灌木層及草本層差異不顯著，植被種類基本一致。

（3）板栗為經(jīng)濟(jì)樹種，林下灌草生物量與經(jīng)營方式、人為干擾程度和土壤的立地條件有關(guān)。經(jīng)過連續(xù)4年的觀測，板栗林下灌草生物總量逐年增大并存在顯著差異。

（4）退耕還林效益監(jiān)測對退耕還林工作具有重要的指向作用，物種多樣性、灌草生物量差異在一定程度上反映了當(dāng)?shù)赝烁€林效果。調(diào)查物種多樣性、灌草生物量對退耕還林工作效益的評估具有重要作用，在今后的監(jiān)測工作中，應(yīng)注重對林下植被多樣性和生物量的調(diào)查。

參考文獻(xiàn)

[1] 齊敏，岳崇峰.板栗的藥用價值及開發(fā)利用[J].中國林副產(chǎn)品，1997（3）：51-52.

[2] 明桂東.板栗的栽培技術(shù)[J].北方果樹，2000（5）：31-34.

[3] 黃煥揚，覃萬軍，黃明安.坡地板栗矮化早結(jié)栽培技術(shù)[J].廣西熱帶農(nóng)業(yè)，2006（1）：14-15.

[4] 范明忠，梁啟鮮，管恩魁，等.實生低產(chǎn)板栗高接換種技術(shù)[J].廣西園藝，2007，18（2）：38-39.

[5] 馬麟英.東蘭縣實施退耕還林的環(huán)境條件分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2009，25（19）：69-72.

[6] 謝偉東，謝素平，蔣桂雄，等.退耕還林模式核桃林下植被多樣性及生物量調(diào)查[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（5）：177-179.

[7] WHITTAKER R H.Evolution and measurement of species diversity[J].Taxom，1972，21：213-251.

[8] MAGURRAN A E.Ecological diversity and its measurement[M].New Jersey：Princeton University Press，1988.

[9] BEAMAN J H.Diversity and distribution patterns in the flora of Mount Kinabalu[M]//BAAS P，KALKMAN K，GEESINK R.The Plant Diversity of Malesia Netherlands.Dordrecht：Kluwer Academic Publishers，1990.

[10] 周湘山.四川省洪雅縣退耕還林工程生態(tài)效益評價研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2012.

[11] PIELOU E C.Ecological diversity[M].New York：John Wiley &Sons，1975.

[12] MAGURRAN A E.Ecological diversity and its measurement[M].New Jersy：Princeton University Press，1988.