石門森林公園不同海拔或坡向林地物種多樣性的比較

鄒文濤，姜 艷，尹光天，李榮生，楊錦昌，張 帥

（中國林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520）

石門森林公園不同海拔或坡向林地物種多樣性的比較

鄒文濤，姜 艷，尹光天，李榮生，楊錦昌，張 帥

（中國林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520）

為了解從化市石門國家森林公園不同海拔或坡向生物多樣性的變化規(guī)律，以為森林公園景觀改造、生態(tài)系統(tǒng)承載力提高、生態(tài)修復(fù)提供理論知識，對分散于森林公園的海拔或坡向不同的30塊樣地進(jìn)行調(diào)查研究。研究結(jié)果表明，中海拔林地生物多樣性較高，低海拔和高海拔林地生物多樣性均較低，尤其是喬木層和下木層Ⅰ，其生物多樣性分別在960 m和900 m達(dá)到峰值；坡向?qū)ι锒鄻有缘挠绊懕憩F(xiàn)為：陰坡＞半陽坡＞陽坡；公園內(nèi)生物多樣性受到人為干擾，總體上人為干擾隨海拔上升而下降，但由于旅游開發(fā)和觀光，海拔900 m以下林區(qū)受到人為干擾程度與海拔關(guān)系不大；森林郁閉度、人為干擾程度隨海拔變化的趨勢相似，石門森林公園森林郁閉度可以作為評價人為干擾程度的指標(biāo)。

石門國家森林公園；生物多樣性；海拔；坡向；人為干擾

石門森林公園位于廣東省從化市內(nèi)，是一個集自然景觀、人文景觀、森林保健功能于一體的生態(tài)型公園，近年來已成為“廣州后花園”，游客數(shù)量日漸增多，景區(qū)生態(tài)負(fù)荷日漸加大，部分植被遭到破壞。因此，景觀改造、生態(tài)系統(tǒng)承載力提高、生態(tài)修復(fù)是石門森林公園當(dāng)前面臨的迫切任務(wù)。

目前，國內(nèi)外關(guān)于海拔[1-8]、坡向[9-13]對生物多樣性影響的研究很多，但沒有一致的結(jié)果，一般研究認(rèn)為生物多樣性的海拔梯度變化是極為顯著的，但變化規(guī)律經(jīng)常是不同的[1-18]；陰坡植物群落生物多樣性大于陽坡[9-11]。實(shí)際上，海拔、坡向主要通過改變光照、溫度、風(fēng)速、水分、土壤等環(huán)境因子來影響物種多樣性分布格局[19]，物種多樣性與海拔、坡向關(guān)系在很大程度上依賴于環(huán)境變量之間的協(xié)變和互作。而石門森林公園物種多樣性隨海拔、坡向變化規(guī)律還未曾研究，本研究通過比較不同海拔或坡向的林地的物種多樣性，了解海拔、坡向與石門森林公園物種多樣性的關(guān)系，近而為森林公園景觀改造、生態(tài)系統(tǒng)承載力提高、生態(tài)修復(fù)提供理論借鑒和依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

石門森林公園地處北回歸線北緣，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候類型。年平均氣溫為21.4 ℃。其中，最冷月為1月，平均氣溫為12.4 ℃，極端最低氣溫為-7 ℃；最熱月為7月，平均氣溫為28.5 ℃，極端最高氣溫為38.1 ℃。年平均光照時數(shù)為1 774.2 t，年月平均日照時數(shù)在170 t左右，以7～10月份為最高。降水量充沛，年平均1 800 mm。

石門國家森林公園地質(zhì)構(gòu)造處于華南褶皺系的粵中凹陷構(gòu)造單元內(nèi)，是九連山脈南部的南昆山與青云山的接合部，主要有中山、低山和丘陵三種地貌類型，地勢呈現(xiàn)東南高、西北低，北、東、南三面環(huán)山的特點(diǎn)。公園內(nèi)的土壤隨著海拔不同分布著山地紅壤、山地赤紅壤、山地黃壤、山地草甸土等四個大類。在海拔400 m以下的低山、丘陵地區(qū)主要分布著赤紅壤；在海拔400～800 m的低山地區(qū)分布著紅壤；在海拔800 m以上的山地上分布著黃壤；在海拔1 100 m以上的山地上則分布著少量的山地草甸土。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

于2007年底在石門國家森林公園石灶、石門、白芒潭、塘仔、林茶5個工區(qū)內(nèi)依據(jù)海拔高度和植物生境狀況選取30個樣地，每個樣地面積為1 200 m2（根據(jù)隨機(jī)選取的天然次生林樣方的種-面積曲線確定的最小面積為1 000 m2～1 200 m2），各樣地的具體參數(shù)見表1。

表1 樣地基本情況Table 1 Basic situations of plots

2.2 樣地調(diào)查

喬木層的調(diào)查： 每樣地再細(xì)分為10 m×10 m的調(diào)查樣方，進(jìn)行每木調(diào)查，起測胸徑為5 cm，記錄各植物種名和胸徑；下木層Ⅰ的調(diào)查：在樣地的四個角內(nèi)各設(shè)1個10 m×10 m的小樣方，起測胸徑為1 cm，記錄各植物的種名和胸徑；下木層Ⅱ的調(diào)查： 在調(diào)查下木層Ⅰ的4個10 m×10 m小樣方內(nèi)，設(shè)4個5 m×5 m的小樣方，記錄灌木和更新層植物的種名和更新層苗木數(shù)量；草本層：在調(diào)查下木層Ⅱ的4個小樣方內(nèi)設(shè)4個1 m×1 m的小樣方，記錄草本植物的種類和蓋度。

2.3 數(shù)據(jù)處理

以物種豐富度(Abundance，S)、Simpson多樣性指數(shù)（Simpson Index，D）、Shannon-Wiener指數(shù)（Shannon-Wiener Index, H）、均勻度指數(shù)（Eveness,Jsw）為多樣性評價指標(biāo)。

采用Excel軟件統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用Excel軟件和sigmaplot12.0軟件作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同海拔樣地的生物多樣性比較

由圖1到圖4可知，各林層物種豐富度、Simpson 指數(shù)、Shannon-Wiener 指數(shù)和均勻度指數(shù)隨海拔的變化趨勢不盡一致，但總體上大致相同。喬木層物種多樣性總體上呈先上升，后下降的變化趨勢，在海拔960 m處達(dá)到峰值；下層木Ⅰ物種多樣性變化趨勢與喬木層相似，在海拔900 m處達(dá)到峰值；下木層Ⅱ物種多樣性總體上呈上升—下降—上升—下降—上升變化趨勢，分別在海拔600 m和860 m兩處達(dá)到峰值；草本層物種多樣性呈上升—下降—上升—下降變化趨勢，分別在海拔400 m和900 m兩處達(dá)到峰值，在兩個點(diǎn)附近都處于下降的趨勢。說明，海拔對石門森林公園物種多樣性具有明顯的影響，但對各林層的影響有所不同。各林層物種多樣性除受海拔不同引起的溫度、光照、水分、土壤等小氣候差異外，還在很大的程度上受到人為干擾的影響，人為干擾一般來說沿著海拔呈下降趨勢，但該研究中各林層生物多樣性呈波動式變化，并且變化趨勢不同，特別是在海拔900 m以下的地段。說明，不同海拔生物多樣性受到的人為干擾不符合一般規(guī)律，特定高海拔地區(qū)人為干擾程度可能更大，并且同一海拔各林層受到人為干擾破壞程度不同。

圖1 石門國家森林公園喬木層物種多樣性隨海拔的變化Fig.1 Species diversity in arboreous layer along altitude gradient

圖2 石門國家森林公園下木層Ⅰ物種多樣性隨海拔的變化Fig.2 Species diversity in undergrowth layerⅠalong altitude gradient

圖3 石門國家森林公園下木層Ⅱ物種多樣性隨海拔的變化Fig 3 Species diversity in undergrowth layerⅡalong altitude gradient

3.2 不同坡向樣地的生物多樣性比較

由表2可知，坡向?qū)ι锒鄻有跃哂忻黠@的影響，總體上表現(xiàn)為陰坡＞半陽坡＞陽坡。說明石門國家森林公園陰坡物種多樣性高，并且生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，有利于多物種繁衍生存，在陰坡進(jìn)行景觀改造，有利于景觀內(nèi)容豐富化以及多樣化，并且改造成本較陽坡低。

圖4 石門國家森林公園草本層物種多樣性隨海拔的變化Fig 4 Species diversity in herb layer along altitude gradient

表2 物種多樣性在不同坡向上的變化Table 2 Species diversity in different slopes

3.3 不同海拔樣地的郁閉度比較

由圖5可知，樣地郁閉度隨著海拔上升總體上呈上升的趨勢，尤其是在海拔900 m以上，海拔900 m以下樣地郁閉度隨海拔上升沒有明顯變化規(guī)律，且郁閉度圍繞趨勢線呈較大的波動，說明海拔對林地郁閉度有明顯的影響，高海拔地區(qū)人為干擾小，林地受到破壞小，林地郁閉度大，海拔900 m以上受到人為干擾符合一般規(guī)律，海拔900 m以下林地由于旅游開發(fā)和觀光受到的人為干擾大，并且規(guī)律性差，海拔對林地郁閉度影響的一般規(guī)律很難表現(xiàn)出來。

圖5 不同海拔樣地的郁閉度比較Fig.5 Canopy density along altitnde gradient

4 結(jié)論與討論

研究中發(fā)現(xiàn)石門國家森林公園物種多樣性與海拔規(guī)律、人為干擾均密切相關(guān)，生物多樣性尤其是喬木層生物多樣性總體表現(xiàn)出中間大，兩頭小的現(xiàn)象，研究結(jié)果與Whittaker和Peek等人的研究結(jié)果一致[4-5]。不同的是石門森林公園物種多樣性在不同海拔之間表現(xiàn)出波動式變化，在海拔900 m以下地段尤為明顯，分析可能因?yàn)榈秃０蔚貐^(qū)光、熱、土壤等立地條件有利于多物種生存，但受到人為干擾較大，而高海拔地區(qū)則正好相反，人為干擾和海拔等物種多樣性影響因子協(xié)作和互變，使得中海拔地區(qū)生物多樣性最高，但由于森林公園旅游開發(fā)和觀光使得不同海拔林區(qū)受到干擾程度具有不確定性，高海拔地區(qū)旅游景點(diǎn)設(shè)置或景觀改造必然會增加該海拔林區(qū)人為干擾，從而使生物多樣性隨海拔呈波動式變化。

研究中發(fā)現(xiàn)不同林層生物量隨海拔變化趨勢不同，尤其是下木層Ⅱ生物量在海拔960 m以上呈上升趨勢，而其它各林層生物量均呈下降趨勢，由于不同林層所處環(huán)境在垂直空間上的異質(zhì)性，使海拔對不同林層生物多樣性的影響不同，并且從圖5可知，林地郁閉度隨海拔上升呈上升趨勢，尤其是海拔大于900 m的林區(qū)，其郁閉度較高，林下光照條件較差，林下物種更新速度慢，下木層Ⅰ和下木層Ⅱ僅有起層胸徑的差別，生長較慢的林下灌木或喬木的苗木被規(guī)劃為下木層Ⅱ，使得下木層Ⅱ物種數(shù)量表面上呈增加的趨勢。

結(jié)合不同海拔樣地的生物多樣性比較和不同海拔樣地的郁閉度比較，可以發(fā)現(xiàn)郁閉度在一定程度上可以反映人為干擾程度的大小，這可能因?yàn)槭T森林公園最高海拔和最低海拔相差不大，生物多樣性均勻度相差不大，海拔不是影響公園內(nèi)森林郁閉度的主要因子，且未受人為干擾前不同海拔的森林郁閉度接近郁閉，從而使森林郁閉度能夠反映人為干擾程度，干擾程度較大的林區(qū)，森林郁閉度相對較低。

研究中發(fā)現(xiàn)陰坡物種多樣性高，陽坡物種多樣性低，研究結(jié)果和多數(shù)研究結(jié)果一致[9-11]?？赡芤?yàn)殛柶卤汝幤聹囟雀?、濕度小、蒸發(fā)量大、土壤的物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)、土壤有機(jī)質(zhì)積累少等多種原因所致。

由于地形地貌的限制，該研究沒有嚴(yán)格控制條件，是把多種因素協(xié)變和互作的結(jié)果，從單方面統(tǒng)計(jì)分析，得出的一般規(guī)律，試驗(yàn)樣地也較少，因此試驗(yàn)結(jié)果可能受到坡向、海拔、人為干擾以外其它因子影響，也可能受到各因子間交互效應(yīng)的影響，試驗(yàn)結(jié)果可能存在少許偏差。

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Biodiversity comparison of forestland with different altitude or aspect in Shimen National Forest Park

ZOU Wen-tao, JIANG Yan, YIN Guang-tian, LI Rong-sheng, YANG Jin-chang, ZHANG shuai
(Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China)

In order to understand the biodiversity distribution patterns of the forestland with different altitude or aspect in Shimen National Forest Park and thereby providing theory knowledge for landscape restoration, ecological restoration and ecosystem carrying capacity improvement in Shimen National Forest Park, thirty sample plots with different altitude or aspect in the forest park were investigated. The results show that the biodiversity was higher at medium elevation forestlands than at low elevation or high elevation forestlands, especially in tree layer and undergrowth layer (I layer), the biodiversity values reached respectively peak values at 960 meters and 900 meters above sea level; the effects of different aspects on biodiversity distribution patterns of the forestlands from big to small were as follows: shady slope＞half-suuny slope＞sunny slope; in the park, the human disturbances decreased gradually with the ascension of altitude in theoretically, but, the human disturbance took place below 900 meters altitude forestlands because of tourism development had little relationship with the altitude of the forestlands; the trends of canopy density and human disturbance with the changes of the altitude were similar to each other, so the forest canopy density can be used as an index to evaluate the human disturbance.

Shimen National Forest Park; biodiversity; altitude; aspect; human disturbance

S727.5

A

1673-923X(2014)04-0077-05

2013-04-12

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“重要樹種種質(zhì)資源保存與可持續(xù)利用關(guān)鍵技術(shù)研究”(201204307），廣州市林業(yè)局項(xiàng)目

鄒文濤（1979-），男，山東棲霞人，助理研究員，主要從事森林生態(tài)與森林培育理論和技術(shù)的研究；

E-mail：zwt.bj@163.com

[本文編校：文鳳鳴]