淮河源馬尾松群落結(jié)構(gòu)特征研究

張學(xué)順　劉國(guó)順　馮萬富　喬良　張玉虎

摘要：在淮河源生態(tài)功能區(qū)通過設(shè)置樣地調(diào)查馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）群落結(jié)構(gòu)特征、林分蓄積量和單位面積林木數(shù)，分析該群落的種類組成、物種的豐富度和多樣性。結(jié)果表明，①馬尾松林長(zhǎng)勢(shì)一般，林木密度高，成材率不高，樣地內(nèi)灌木層較為豐富，草本層植物相對(duì)較少，馬尾松群系在該區(qū)發(fā)育可形成多個(gè)群叢；②馬尾松林單位面積林木數(shù)平均為1 988株/hm2，蓄積量平均為119.97 m3/hm2，單位面積林木數(shù)和蓄積量的相關(guān)性不顯著；③馬尾松群落中灌木層植物的豐富度最高，其次為草本層，最后是喬木層；多樣性指數(shù)Simpson指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)均為灌木層最高，其次為草本層，最后是喬木層，說明淮河源生態(tài)功能區(qū)馬尾松群落的物種多樣性順序?yàn)楣嗄緦?草本層>喬木層。④調(diào)查區(qū)的馬尾松林為不成熟的群落，還處于某個(gè)演替階段。

關(guān)鍵詞：馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）；群落結(jié)構(gòu)；物種多樣性；淮河源

中圖分類號(hào)：S791.248；S718.54；Q16（612） 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）10-2420-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.030

淮河是中國(guó)五大水系之一，介于長(zhǎng)江和黃河兩大流域之間，其支流眾多，全長(zhǎng)約1 000 km，淮河源即淮河的源頭區(qū)域。2001年國(guó)家環(huán)境保護(hù)部（原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局）將河南省信陽市的10個(gè)縣（區(qū)）及南陽市桐柏縣共11個(gè)縣（區(qū)）所屬的國(guó)土面積確定為淮河源國(guó)家重要生態(tài)功能區(qū)（簡(jiǎn)稱淮河源）；該區(qū)域國(guó)土總面積211.09×105 hm2，地處河南省南部，東與安徽省接壤，西南與湖北省相連[1-4]?；春釉瓷鷳B(tài)功能區(qū)屬于中國(guó)重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，發(fā)揮著水源涵養(yǎng)與土壤保持、生物多樣性保護(hù)、農(nóng)產(chǎn)品提供等重要的生態(tài)服務(wù)功能。

馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）是該區(qū)域分布最廣、資源量最大的森林群落類型，也是該區(qū)域典型地帶性植被之一[5]；馬尾松具有耐干旱、耐瘠薄、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛用于各地的植樹造林、荒山改造[6]。開展對(duì)淮河源生態(tài)功能區(qū)的主要森林群落構(gòu)成種馬尾松的調(diào)查，分析馬尾松群落的物種組成、結(jié)構(gòu)特征和物種多樣性，可以對(duì)馬尾松林的健康經(jīng)營(yíng)模式研究提供理論基礎(chǔ)，這對(duì)于研究該區(qū)域生物多樣性的維護(hù)，乃至為該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與持續(xù)利用具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

調(diào)查區(qū)域位于河南省信陽市南部山區(qū)和西部丘陵、平原區(qū)，地理坐標(biāo)位于北緯32°29′-3l°35′、東經(jīng)113°50′-115°19′，屬于北亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)，地形地貌為山地、平原和丘陵。當(dāng)?shù)厝照粘渥悖昶骄鶜鉁?5.1～15.3 ℃；無霜期長(zhǎng)，年平均220～230 d；降雨豐沛，年均降雨量900～1 400 mm；空氣濕潤(rùn)，相對(duì)濕度年平均77%。土壤類型多為壤土（黃棕壤）和粗砂土；土地利用類型多為林地，有部分耕地。

2 研究方法

2.1 外業(yè)調(diào)查

外業(yè)調(diào)查是在查閱大量以往調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合2007年國(guó)家二類森林資源清查所掌握的數(shù)據(jù)，選擇分布較為集中的典型馬尾松群落來實(shí)施；采用樣方法設(shè)置20 m×20 m的典型樣地13個(gè)，調(diào)查分為喬木、灌木、草本3個(gè)層次，喬木層主要調(diào)查郁閉度、平均年齡、株數(shù)、樹高、胸徑、蓄積量和樹種組成等數(shù)據(jù)，其中每公頃株數(shù)、蓄積量等采用角規(guī)繞測(cè)法進(jìn)行測(cè)算，每塊樣地選擇測(cè)定點(diǎn)4個(gè)；灌木層主要采用踏查方法調(diào)查樹種組成、高度、地徑、面積等數(shù)據(jù)；草本層調(diào)查采用踏查方法，記錄物種名稱、高度、面積等數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 蓄積量及單位面積林木數(shù)計(jì)算 林分單位面積林木數(shù)（N）采用角規(guī)測(cè)算，測(cè)定每株計(jì)數(shù)木的直徑實(shí)測(cè)值，按公式（1）計(jì)算，得單位面積林木數(shù)為：

N=Fg■■， （1）

式中，Zj為第j徑階的計(jì)數(shù)木株數(shù)，gj為第j徑階的斷面積，F(xiàn)g為斷面積系數(shù)，這里為1；

蓄積量（M）計(jì)算采用公式（2）計(jì)算，即調(diào)查林分每公頃的蓄積量，

M=Fg■Zj·（fh）j， （2）

式中，M為調(diào)查林分的每公頃蓄積量，F(xiàn)g為斷面積系數(shù)，這里取1，Zj為第j徑階的計(jì)數(shù)木株數(shù)，fh為形高，從材積表中查得。

2.2.2 多樣性計(jì)算 多樣性指標(biāo)包括種的豐富度、種的均勻度和種的多樣性3個(gè)指標(biāo)。種的豐富度在這里指一個(gè)群落中種的數(shù)目；種的均勻度是指種間個(gè)體數(shù)的分配；種的多樣性是豐富度和均勻度的乘積，試驗(yàn)將3個(gè)指標(biāo)合并，統(tǒng)計(jì)豐富度，計(jì)算多樣性指數(shù)采用最普遍的辛普森（Simpson）指數(shù)和香農(nóng)-威納（Shannon-Weiner）指數(shù)[7]。

辛普森（Simpson）指數(shù)計(jì)算公式如下：

D=1-■（Pi）2， （3）

式中，D是多樣性指數(shù)值，S是種的總數(shù)，Pi是樣本中屬于i種所占的比例數(shù)。

香農(nóng)-威納（Shannon-Weiner）指數(shù)計(jì)算公式如下：

H′=-■（Pi）（log2Pi）， （4）

式中，H′是多樣性指數(shù)值，S是種的總數(shù)，Pi是樣本中屬于i種所占的比例數(shù)，log2Pi是該比例以2為底的對(duì)數(shù)。

2.2.3 相關(guān)性分析 運(yùn)用Microsft Office Excel 2003和SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)馬尾松林單位面積林木數(shù)和蓄積量進(jìn)行相關(guān)分析，

3 結(jié)果與分析

3.1 群落結(jié)構(gòu)特征

馬尾松林是調(diào)查區(qū)域內(nèi)分布最廣、資源量最大的森林群落類型，也是該區(qū)域典型的地帶性植被之一。在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)既有馬尾松天然林、也有馬尾松人工林，每個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）都有大量的分布，樹高在10～21 m，胸徑12～27 cm；并混有少量闊葉樹種，多為栓皮櫟（Quercus variabilis Blume）、麻櫟（Q. acutissima Carruth.）、黃檀（Dalbergia hupeana Hance）、黃連木（Pistacia chinensis Bunge）、化香（Platycarya strobilacea Sieb. et Zucc.）等。群落總郁閉度80%～95%，喬木層郁閉度50%～85%，樣地不同，群落郁閉度有較大的差異；灌木層郁閉度在40%～80%，高2～4 m，主要有小構(gòu)樹（Broussonetia kazinoki Sieb. et Zucc.）、黃荊條（Vitex negundo L.）、山胡椒[Lindera glauca （Sieb. et Zucc.）Bl.]、槲櫟（Q. aliena Bl.）、化香、懸鉤子（Rubus L.）、野桐[Mallotus japonicus（Thunb.）Muell. Arg. var. floccosus S. M. Hwang]、油桐[Vernicia fordii（Hemsl.）Airy Shaw]、黃檀、白檀[Symplocos paniculata（Thunb.）Miq.]、楓香（Liquidambar formosana Hance）等；草本層郁閉度10%～60%，高0.2～0.5 m，有白茅[Imperata cylindrica（L.）P. Beauv.]、求米草[Oplismenus undulatifolius（Ard.）P. Beauv.]、羊胡子草（Eriophorum altaicum Meinsh.）、野苧麻[Boehmeria nivea（L.）Gaudich. var. nipononivea（Koidz.）W. T. Wang.]、藎草[Arthraxon hispidus（Thunb.）Makino var. centrasiaticus Honda]、蕨[Pteridium aquilinum（L.）Kuhn var. latiusculum（Desv.）Underw. ex Heller]等。層間植物較少，僅見絡(luò)石[Trachelospermum jasminoides（Lindl.）Lem.]、蛇葡萄[Ampelopsis sinica（Mig.）W.T.Wang.]、三葉木通[Akebia trifoliata（Thunb.）Koidz]、扶芳藤[Euonymus fortunei （Turcz.）Hand.-Mazz.]等。群落內(nèi)馬尾松平均樹齡在25～35 a，長(zhǎng)勢(shì)一般，很多長(zhǎng)勢(shì)較差，并伴有病蟲害發(fā)生，有火跡和人為采伐現(xiàn)象；林木密度大，但成材率不高；樣地內(nèi)灌木較為豐富，草本相對(duì)較少。馬尾松群系在該區(qū)發(fā)育形成多個(gè)群叢，主要有：馬尾松-小構(gòu)樹-求米草群叢，馬尾松-黃荊條-白茅群叢，馬尾松-化香-蕨群叢，馬尾松-山胡椒-藎草群叢，馬尾松-黃荊條-野苧麻群叢等。

3.2 單位面積蓄積量和株數(shù)分析

通過角規(guī)繞測(cè)方法，利用單位面積林木數(shù)計(jì)算公式（1）和蓄積量計(jì)算公式（2），可以得到各樣地的單位面積林木數(shù)和蓄積量數(shù)據(jù)，具體見表1。從表1可見，馬尾松林單位面積林木數(shù)最大值為5 770株/hm2，最小值為360株/hm2，平均值為1 988株/hm2，不同樣地林木株數(shù)差異明顯；馬尾松林單位蓄積量最大值為219.03 m3/hm2，最小值為68 m3/hm2，平均值為119.97 m3/hm2，不同樣地單位蓄積量差異明顯。對(duì)馬尾松林單位面積林木數(shù)和蓄積量進(jìn)行相關(guān)分析，得到的相關(guān)系數(shù)為0.223，大于0.05，說明單位面積林木數(shù)和蓄積量之間的相關(guān)性不顯著。

3.3 多樣性分析

植物種的豐富度及多樣性計(jì)算為喬、灌、草三層分別統(tǒng)計(jì)，通過對(duì)13個(gè)樣地的調(diào)查，求其加權(quán)平均數(shù)，結(jié)果見表2。表2顯示，灌木層物種的豐富度最高，其次為草本層，最后是喬木層；利用公式（3）和公式（4）可以計(jì)算出調(diào)查林分的多樣性指數(shù)，得到的Simpson指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)均為灌木層最高，其次為草本層，最后是喬木層，說明淮河源生態(tài)功能區(qū)馬尾松群落的物種多樣性順序?yàn)楣嗄緦?、草本層、喬木層?/p>

4 小結(jié)

1）研究結(jié)果表明，淮河源生態(tài)功能區(qū)馬尾松群落郁閉度較高（80%～95%），喬木層有少量闊葉樹種，多為栓皮櫟、麻櫟、黃檀、黃連木、化香等，灌木層的闊葉樹種較多，主要有小構(gòu)樹、黃荊條、山胡椒、槲櫟、化香、懸鉤子、野桐、油桐等；草本層長(zhǎng)勢(shì)較差，主要有白茅、求米草、羊胡子草、野苧麻、藎草、蕨等；層間植物較少，僅見絡(luò)石、蛇葡萄、三葉木通、扶芳藤等。群落內(nèi)馬尾松林長(zhǎng)勢(shì)一般，并伴有病蟲害發(fā)生，有火跡和人為采伐現(xiàn)象，成材率不高。樣地內(nèi)灌木較為豐富，草本相對(duì)較少，馬尾松群系在該區(qū)域內(nèi)發(fā)育形成了多個(gè)群叢。

2）淮河源生態(tài)功能區(qū)的馬尾松林單位面積林木數(shù)最大值為5 770株/hm2，最小值為360株/hm2，平均值為1 988株/hm2，不同樣地單位面積林木數(shù)差異明顯；馬尾松林單位蓄積量最大值為219.03 m3/hm2，最小值為68 m3/hm2，平均值為119.97 m3/hm2，不同樣地單位蓄積量差異明顯，馬尾松林單位面積林木數(shù)和蓄積量之間的相關(guān)性不顯著。

3）淮河源生態(tài)功能區(qū)的灌木層物種的豐富度最高，其次為草本層，喬木層最后；Simpson指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)也是灌木層最高，次為草本層，喬木層最后，說明淮河源生態(tài)功能區(qū)馬尾松群落的物種多樣性順序?yàn)楣嗄緦?草本層>喬木層。一般情況下，群落內(nèi)物種多樣性指數(shù)表現(xiàn)為草本層>灌木層 >喬木層[8]，但是在淮河源生態(tài)功能區(qū)馬尾松群落中，灌木層的物種豐富度和多樣性均高于草本層，這可能與草本層受群落影響有關(guān)，因?yàn)閱棠緦?、灌木層?duì)草本層的發(fā)育有抑制作用；調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)氐鸟R尾松群落郁閉度較大，遮蔽嚴(yán)重，草本層的物種多樣性相對(duì)較低。

4）研究結(jié)果表明，淮河源生態(tài)功能區(qū)的馬尾松林群落物種多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)較其他穩(wěn)定的群落低[9-11]，說明馬尾松林群落物種多樣性較低、物種種類較少、分布不均勻。一般來說，群落在演替的初級(jí)階段，由于種類組成較簡(jiǎn)單而生態(tài)優(yōu)勢(shì)度較高；隨著演替過程的進(jìn)展，群落趨于穩(wěn)定，群落內(nèi)種類組成變得復(fù)雜，且各種群在占居生態(tài)位上越來越協(xié)調(diào)，生態(tài)優(yōu)勢(shì)度隨之遞減。從調(diào)查得到的群落物種多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)較低的結(jié)果來看，馬尾松群落為不成熟的群落，還處于某個(gè)演替階段，這種情況與世界上其他一些對(duì)于松樹人工林林下本土植物多樣性的研究不同[6]，馬尾松作為一種本土先鋒樹種，出現(xiàn)這種差異的原因與造林密度、立地條件、管理方式及病蟲害的影響都有一定的關(guān)系，這些問題也是下一步深入研究的內(nèi)容之一。

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