閩北丘陵山地4種人工純林林下植被的物種多樣性

黃鴻青

(建甌市林業(yè)局，福建 建甌 353100)

閩北丘陵山地4種人工純林林下植被的物種多樣性

黃鴻青

(建甌市林業(yè)局，福建 建甌 353100)

以物種豐富度指數(shù)、Shannon-Wienner指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)和均勻度指數(shù)作為多樣性測度指標(biāo)，對福建省建甌市馬尾松、杉木、鵝掌楸和楓香4種人工純林林下植被多樣性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：(1)除鵝掌楸純林外,灌木層林下植被豐富度指數(shù)和Shannon-Wienner指數(shù)都大于層間層和草本層；(2)除楓香純林外，灌木層優(yōu)勢度指數(shù)大于草本層，草本層均勻度指數(shù)大于灌木層；(3)闊葉林林下草本層Shannon-Wienner指數(shù)大于針葉林，物種分布更均勻，物種優(yōu)勢度不明顯；(4)楓香純林和鵝掌楸純林相對更有利于林下植被的生長發(fā)育，更有利于生態(tài)穩(wěn)定。

人工純林; 林下植被; 物種多樣性; 閩北丘陵山地

林下植被是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維持森林立地生產(chǎn)力和促進(jìn)林地養(yǎng)分循環(huán)等方面有著重要的影響和作用[1-2]。目前，關(guān)于人工林地的研究大多集中在林地生產(chǎn)力方面，但有關(guān)人工林地物種多樣性特征方面較少見報(bào)道。近年來隨著生物多樣性及保護(hù)的研究越來越受關(guān)注，人工林植被多樣性研究也逐步受到林業(yè)科技工作者的重視[3]。我國人工林大部分為純林，對人工純林的林下植被多樣性進(jìn)行研究具有實(shí)踐意義。本文選取福建省建甌市馬尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、鵝掌楸(Liriodendronchinense)和楓香(Liquidambarformosana)4種具代表性的人工純林為研究對象，對其造林15 a后的林下植被物種豐富度和植物多樣性特征進(jìn)行分析，以期為該地區(qū)物種多樣性研究、保護(hù)及人工林的可持續(xù)發(fā)展、經(jīng)營和管理提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)樣地座落于福建省建甌市東游鎮(zhèn)墩上村81林班1大班2小班。該地區(qū)以低山丘陵為主，是武夷山脈往南延伸的支脈，海拔170-260 m。屬于中亞熱帶的海洋性季風(fēng)性氣候，年平均降雨量為1665.7 mm，年平均相對濕度為81%，年平均氣溫為18.7 ℃，年平均蒸發(fā)量為1458.4 mm，年日照總時(shí)數(shù)為1829.3 h，年無霜期276.6 d。土壤土層深厚，主要是山地紅壤土。林分類型分別為馬尾松、杉木、鵝掌楸和楓香人工純林，馬尾松林下主要分布有黃瑞木(Adinandramillettii)、山雞椒(Litseacubeba)、芒萁(Dicranopterisdichotoma)等；杉木林下主要分布植物為格藥柃(Euryamuricata)、細(xì)齒葉柃(Euryanitida)、五節(jié)芒(Miscanthusfloridulu)等；鵝掌楸和楓香純林林下主要植被有格藥柃、檵木(Loropetalumchinense)、毛冬青(Ilexpubescens)、狗脊(Woodwardiajaponica)等[4]。開展調(diào)查試驗(yàn)的林地前茬為杉木純林，坡向?yàn)槲鞅逼?，坡?1.0°-15.0°，立地條件相對一致。杉木、馬尾松、鵝掌楸和楓香林分初植密度均為2500株·hm-2，幼林撫育主要管理措施為造林前3年每年分別于5月和8月全面鋤草2次，未進(jìn)行間伐。樣地概況見表1。

表1 4種人工純林樣地概況

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

2013年5月在林區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取受人為干擾較少、郁閉度相似的林分，4個(gè)樹種均建立20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)地塊作為調(diào)查樣地。調(diào)查樣地內(nèi)喬木的胸徑、株數(shù)、郁閉度。同時(shí)，每塊標(biāo)準(zhǔn)地分別設(shè)10個(gè)面積為2 m×2 m的小樣方，調(diào)查每塊小樣方中所有灌木、草本及藤本的種類、株數(shù)、地徑、高度和蓋度等。

2.2 多樣性的測度方法

采用物種豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)對4種人工純林的林下植被物種多樣性進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[5]。具體計(jì)算公式如下。

①物種豐富度指數(shù)R：

式中，S為物種的種數(shù)，N為樣方內(nèi)全部個(gè)體的總數(shù)。

②多樣性指數(shù)H(Shannon-Wiener指數(shù))：

式中，S為物種的種數(shù)，Pi為第i物種的個(gè)體個(gè)數(shù)占所有物種個(gè)體個(gè)數(shù)的比。

③均勻度指數(shù)J(Pielou均勻度指數(shù))：

式中，S為物種的種數(shù)，H為多樣性指數(shù)。

④優(yōu)勢度指數(shù)C(Simpson指數(shù))：

式中，S為物種的種數(shù)，ni為第i個(gè)物種的個(gè)體個(gè)數(shù)，Ni為樣方內(nèi)全部個(gè)體的總數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 林下植被物種豐富度分析

物種豐富度指數(shù)能體現(xiàn)群落內(nèi)物種的數(shù)量特征，既是衡量生態(tài)系統(tǒng)中物種多樣性高低的基本性指標(biāo)，也是多樣性測度方法中最為簡單的一種[6]。本研究的生長型分類是以WHITTAKER等的分類系統(tǒng)為參照[7]，對不同人工林下的灌木層、層間層、草本層物種豐富度進(jìn)行分析(表2)。由表2可得，楓香純林中灌木層物種豐富度指數(shù)最大，為2.698，其他3種純林的灌木層物種豐富度指數(shù)差異不明顯。在馬尾松純林、杉木純林的層間層內(nèi)沒有物種分布。草本層物種豐富度指數(shù)表現(xiàn)為：鵝掌楸純林>楓香純林>杉木純林>馬尾松純林。此外，除鵝掌楸純林的豐富度指數(shù)是灌木層小于草本層外，其他3個(gè)樣地林地的灌木層豐富度指數(shù)均大于層間層和草本層，說明馬尾松純林、杉木純林、楓香純林3個(gè)樣地林分林下植被組成以灌木為主。

表2 4種人工純林林下灌木層、層間層和草本層植物物種豐富度指數(shù)表

3.2 林下植被物種多樣性分析

林下植被灌木層、層間層、草本層Shannon-Wienner指數(shù)比較見表3。純林灌木層Shannon-Wienner指數(shù)最大值出現(xiàn)在楓香純林(1.347)，最小值出現(xiàn)在鵝掌楸純林(0.541)。馬尾松純林和杉木純林的灌木層Shannon-Wienner 指數(shù)差異不明顯，層間層都為0，說明林分層次單一，僅上下2個(gè)層次。由表3可見，灌木層物種Shannon-Wienner指數(shù)為：楓香純林>杉木純林>馬尾松純林>鵝掌楸純林；草本層物種Shannon-Wienner指數(shù)為：鵝掌楸純林>楓香純林>杉木純林>馬尾松純林，最大值是2.294，而最小值是0，說明闊葉林比針葉林更有利于林下植被的生長發(fā)育[8]。

表3 4種人工純林林下灌木層、層間層、草本層植物物種Shannon-Wienner指數(shù)表

3.3 林下植被物種優(yōu)勢度分析

一個(gè)物種在群落中的地位與作用通常用物種優(yōu)勢度表示，物種分布越均勻，群落優(yōu)勢度越小[9]。各試驗(yàn)區(qū)林下植被的草本層、層間層和灌木層優(yōu)勢度指數(shù)比較見表4。由表4可見，鵝掌楸純林灌木層物種優(yōu)勢度指數(shù)最大，為0.802，其他3種純林灌木層物種優(yōu)勢度差異不明顯。層間層最大值出現(xiàn)在馬尾松純林和杉木純林中，對應(yīng)值為1.000，草本層最大值出現(xiàn)在馬尾松純林中，對應(yīng)值為1.000。出現(xiàn)林地優(yōu)勢度為1.000的情況，是該群落少數(shù)物種抑制了其他物種生長和發(fā)育，在競爭中占據(jù)絕對優(yōu)勢的結(jié)果。

表4 4種人工純林林下灌木層、層間層和草本層植物物種優(yōu)勢度指數(shù)表

3.4 林下植被物種均勻度分析

物種的均勻度指數(shù)是體現(xiàn)物種在所屬群落中的水平分布結(jié)構(gòu)和衡量物種個(gè)體數(shù)量分布均勻程度的重要指標(biāo)[10]。對各試驗(yàn)地群落中均勻度指數(shù)的比較表明，純林中灌木層最小值出現(xiàn)在鵝掌楸純林內(nèi)，為0.246，其他3種純林物種均勻度指數(shù)差異不明顯(表5)。層間層最大值出現(xiàn)在鵝掌楸純林，為0.937，草本層最大值亦出現(xiàn)在鵝掌楸純林內(nèi)，為0.894。綜合分析可知，鵝掌楸純林和楓香純林草本層物種均勻度大于灌木層物種均勻度，說明草本層的物種分布相對比較均勻，各優(yōu)勢物種的作用不突出。相對而言，灌木層均勻度比較小，說明在群落中的物種個(gè)體分布不均勻，個(gè)別優(yōu)勢物種的地位相對較明顯。

表5 4種人工純林林下灌木層、層間層和草本層植物物種均勻度指數(shù)表

4 結(jié)論與討論

4.1 小結(jié)

本研究表明，雖然4種典型人工純林前茬相同，但由于不同人工林群落在物種組成、結(jié)構(gòu)及功能等多方面存在一定的差異，使它們在物種的多樣性特征(物種豐富度、物種多樣性、物種優(yōu)勢度及物種均勻度)上存在一定差異。(1)豐富度指數(shù)分析表明，楓香純林的灌木層和層間層物種豐富度指數(shù)最大，鵝掌楸純林草本層物種豐富度最大。相比較而言，闊葉樹純林物種多樣性較針葉樹純林高。(2)多樣性指數(shù)分析表明，灌木層楓香純林最大，鵝掌楸純林最小，馬尾松純林和杉木純林差異不明顯。草本層是鵝掌楸純林>楓香純林>杉木純林>馬尾松純林，說明杉木和馬尾松純林不利于林下植被生長。(3)優(yōu)勢度指數(shù)分析表明，灌木層鵝掌楸純林最大，其他3種純林的灌木層物種優(yōu)勢度差異不明顯。層間層最大值出現(xiàn)在馬尾松純林和杉木純林中，草本層最大值為馬尾松純林。說明針葉林林下物種多樣性結(jié)構(gòu)單一。(4)均勻度指數(shù)分析表明，灌木層鵝掌楸純林最小，其他3種純林物種均勻度指數(shù)差異不明顯。楓香純林和鵝掌楸純林的草本層物種均勻度>灌木層物種均勻度，說明草本層優(yōu)勢物種不突出，物種的分布相對較均勻，灌木層優(yōu)勢物種相對較明顯，物種個(gè)體分布比較不均勻。

從多樣性構(gòu)成的意義來看，草本層和灌木層都是物種多樣性的重要組成部分[11-12]。4種人工純林群落總體多樣性特征研究表明：闊葉人工純林比針葉人工純林更有利于林下植被的生長和發(fā)育，林下植被植物種類更豐富、物種多樣性更高。但是由于鵝掌楸樹葉寬大,林分郁閉度較高,林下光線弱,不利于灌木層生長。

4.2 促進(jìn)人工純林生物多樣性的措施

在營林生產(chǎn)實(shí)踐中，為促進(jìn)人工林生物多樣性，應(yīng)推廣營造針闊混交林。為兼顧人工林經(jīng)濟(jì)效益，林農(nóng)在選擇營造人工純林時(shí)，樹種選擇應(yīng)以鄉(xiāng)土闊葉樹種為主[13-14]。營造針葉林，應(yīng)適度套種闊葉樹種，套種比例一般不低于30%。人工純林在林地準(zhǔn)備階段就要考慮保護(hù)林下生物多樣性，采取不煉山、不全墾的整地方式，將采伐剩余物耙?guī)Ф鸭?，整理出種植帶，盡量不破壞原有植被。在種植過程中，提倡適當(dāng)稀植，以提高林分透光程度，保證林下植被生存空間。幼林撫育作業(yè)禁止全面深翻、全面鋤草，禁止使用草甘靈等除草藥劑，應(yīng)以劈草為主，實(shí)施塊狀撫育作業(yè)。林分郁閉后及時(shí)開展透光伐，郁閉度保持在0.7以下,確保林間光線充足,有利于林下植被生長,促進(jìn)林下生物多樣性。

[1] 梁遠(yuǎn)文,譚葉厚,覃祚玉,等.桂東地區(qū)3種人工林植物多樣性研究[J].綠色科技,2014,12(4):64-67.

[2] 史作民,劉世榮,程瑞梅.寶天曼地區(qū)栓皮櫟林恢復(fù)過程中高等植物物種多樣性變化[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),1998,22(5):415-421.

[3] 龐宏東,王曉榮,張家來,等.湖北省馬尾松天然林碳儲量及碳密度特征[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,42(7):40-43.

[4] 周秀英.閩北山地杉木純林和杉闊混交林的土壤肥力[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào),2010,30(2):150-153.

[5] 周秀英.閩北山地杉木純林和杉闊混交林林下植被多樣性研究[J].林業(yè)資源管理,2011(3):65-68.

[6] 林德喜,樊后保.馬尾松林下補(bǔ)植闊葉樹后森林凋落物量、養(yǎng)分含量及周轉(zhuǎn)時(shí)間的變化[J].林業(yè)科學(xué),2005,41(6):7-15.

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

[8] 秦新生,劉苑秋,刑福武.低丘人工林林下植被物種多樣性初步研究[J].熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào),2003,11(3):223-228.

[9] 解丹丹.廣東石門臺自然保護(hù)區(qū)常綠闊葉林物種多樣性分析[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,42(4):110-114.

[10] 卜志國,于清芹,盧銀平,等.燕山山脈天然次生油松林群落結(jié)構(gòu)與物種多樣性分析[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2014,23(4):99-104.

[11] 郭寶嘉.霧靈山森林植物與節(jié)肢動物群落結(jié)構(gòu)及多樣性研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2005.

[12] 溫遠(yuǎn)光,劉世榮,陳放,等.桉樹工業(yè)人工林植物物種多樣性及動態(tài)研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005,27(4):17-22.

[13] 朱建琴.武夷山風(fēng)景區(qū)地被植物的群落結(jié)構(gòu)特征[J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究,2007,3(1):48-50.

[14] 黃秋淋,蘇小青,陳世品,等.福州市公園綠地植物的多樣性[J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究,2014,10(4):252-257.

(責(zé)任編輯:陳幼玉)

Genetic diversity analysis of plant species grown under the canopy of four man-made plantation forests on hilly mountains in Northern Fujian

HUANG Hong-qing

(Jian′ou Forestry Bureau, Jian′ou, Fujian 353100, China)

Using four indexes (Species Richness index, Shannon-Wienner index, Dominance index, and Evenness index), we analyzed plant species diversity of under canopy vegetations of four man-made plantation forests (Pinusmassoniana,Cunninghamialanceolata,Liriodendronchinense, andLiquidambarformosana) on hilly mountains in Jian′ou, Fujian Province. The results showed that: (1) Except for theLiriodendronchinenseplantation, the shrub layers under the canopies of three plantation forests had larger Species Richness index and Shannon-Wienner index values than the interlayer and herb layer; (2) Except for theLiquidambarformosanaplantation forest, the dominance index value of the shrub layer was greater than that of the herb layer; whereas the evenness index value was lower in shrub layer than the herb layer; (3) In contrast to the coniferous forest, the herb layer of broadleaf forest showed a higher Shannon-Wienner index value, a more even distribution of plant species, and an inconspicuous species dominance; and (4) Man-made plantation forests ofLiquidambarformosanaandLiriodendronchinensewere more suitable for under canopy vegetation and more beneficial to ecological stability.

pure plantation; under canopy vegetation; species diversity; hilly mountains in Northern Fujian

2015-07-06

黃鴻青(1974-),男，工程師。研究方向：造林綠化。Email:hhq914120@163.com。

S718.5

A

1673-0925(2015)03-0164-05

10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2015.03.005