福州長安山森林公園植物群落物種多樣性研究

林夏斌，彭東輝，黃華達(dá)，陳淑萍，黃詩佳，葉小霖

(福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院，福州350002)

福州長安山森林公園植物群落物種多樣性研究

林夏斌，彭東輝，黃華達(dá)，陳淑萍，黃詩佳，葉小霖

(福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院，福州350002)

以福州長安山森林公園為研究對象，對該區(qū)域的喬灌草進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)查，并對植物群落的空間分布、多樣性水平以及物種關(guān)聯(lián)度、林層動態(tài)進(jìn)行研究分析。研究結(jié)果表明:1)草本層的植物分布最均勻，其次是喬木層，而灌木層植物的分布相對較不均勻;2)灌木層的物種最豐富、生物多樣性也相對最豐富，其次是喬木層和草本層，但種間關(guān)聯(lián)性差;3)更新層的樹種數(shù)量相對較少，并且樹種較為單一，將不利于森林的發(fā)展，演替層的樹種豐富而且數(shù)量多，有利于成為森林。研究認(rèn)為:長安山森林公園種間關(guān)聯(lián)性差，處于初級演替階段，需進(jìn)行進(jìn)一步的改造。

長安山森林公園;物種多樣性;群落結(jié)構(gòu);演替

由于我國工業(yè)化發(fā)展速度越來越快，環(huán)境被破壞的腳步也逐步加快。近年來，我國將生態(tài)環(huán)境建設(shè)列入國家發(fā)展戰(zhàn)略中［1］。森林公園以自然環(huán)境為依托，具有豐富的動植物資源和多類型的自然及人文景觀，可為人們提供旅游、觀光等活動提供場所［2－3］。此外，森林公園在用材生產(chǎn)［4］、生物多樣性保護(hù)［5］、最優(yōu)生態(tài)效益的維護(hù)和森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性維持［6］，實(shí)現(xiàn)森林的可持續(xù)經(jīng)營及我國珍貴戰(zhàn)略資源的保存等方面都有極其重要的作用［7］。長安山森林公園前身為荒山，通過人工造林，形成現(xiàn)在蔥郁的林山。人工林作為世界森林資源的重要組成部分，其生態(tài)與經(jīng)濟(jì)功能至關(guān)重要，在城市人工林的建成與發(fā)展過程中，一些依靠重力、風(fēng)力及動物散布種子的木本植物實(shí)生幼苗開始自然更新，人工林逐步進(jìn)入自然恢復(fù)演替階段，其影響著群落的物種組成、結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化，是種群得以增殖、擴(kuò)散、延續(xù)和維持群落穩(wěn)定的一個(gè)重要生態(tài)過程［8－11］。本文研究福州長安山森林人工林更新層種類組成、多樣性特征及其群落特點(diǎn)，并探討其更新格局成因，為進(jìn)一步制定林相改造計(jì)劃，建設(shè)高生物量、高多樣性、高生態(tài)效益和少管護(hù)的城市森林提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。同時(shí)該研究調(diào)查對福州市的人工造林方面具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義，而在森林植被景觀資源方面，亦可為森林公園的合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地區(qū)和研究方法

1.1 研究地區(qū)概況

長安山森林公園位于福州市倉山區(qū)，是福州市重要的都市型山地公園，地理坐標(biāo)為119°18'20″N，26°02'09″E，海拔20m，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。多年平均氣溫18～20℃，多年平均降水量在1 000～2 000mm之間，暖熱潮濕，雨熱同期。該片森林前身為荒山，20世紀(jì)50年代經(jīng)過人工綠化逐漸成林。目前喬木種主要有馬尾松(Pinus massoniana)、相思樹(Acacia confusa)、樸樹(Celtis sinensis)、樟樹(Cinnamomum camphora)等。地帶性土壤以紅壤為主，由火山巖系的流紋巖、凝灰?guī)r以及花崗巖等母質(zhì)發(fā)育而成。

1.2 研究方法

1.2.1 野外調(diào)查方法

根據(jù)實(shí)地踏查，設(shè)置4個(gè)樣方(圖1)，每個(gè)樣方大小為20m×20m，樣地面積總共1 600 m2，每個(gè)樣方再分割成5m×5m大小的小樣方，測定喬木層的樹種分布，小樣方的左下角處設(shè)置2m×2m和1m× 1m的小樣方，用于分別測定灌木和草本的分布。1)喬木層:測定樹高≥3m的所有個(gè)體，記錄其種類、胸徑和高度;2)灌木層:測定所有樹高＜3m的木本個(gè)體，包括喬木幼苗和幼樹，記錄其種類、株數(shù)(叢數(shù))、高度和冠幅;3)草本層:統(tǒng)計(jì)所有草本，記錄其種類、株數(shù)(叢數(shù))、高度和蓋度。

圖1 研究區(qū)及樣地位置示意圖Fig．1 The location of study area

1.2.2 物種多樣性測度

根據(jù)樣地資料，計(jì)算各物種的物種豐富度指數(shù)D值、Shannon-wienner多樣性指數(shù)H值、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)H'值和Pielou均勻度指數(shù)Jsw值、相關(guān)χ2值［12－13］來綜合評價(jià)長安山森林群落的物種多樣性、物種關(guān)聯(lián)性、林層動態(tài)。

豐富度指數(shù)(D):

D=S/N

Simpson指數(shù)(優(yōu)勢度指數(shù)):

Shannon-Weiner指數(shù):

Pielou均勻度指數(shù):

物種的關(guān)聯(lián)性［14］:

式中，a表示2個(gè)種均出現(xiàn)的樣方數(shù)，b表示物種B出現(xiàn)而物種A不出現(xiàn)的樣方數(shù)，c表示物種A出現(xiàn)而物種B不出現(xiàn)的樣方數(shù)，d表示2個(gè)物種均不出現(xiàn)的樣方數(shù)，N為取樣總數(shù)。Pi為第i種的個(gè)體數(shù)ni占所有種個(gè)體總數(shù)n的比例，ni為第i種的個(gè)體數(shù)，n為所有種的個(gè)體總數(shù)，i=1，2，3，…，S，S為物種數(shù)。此外，文中所有數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件［15］和Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要樹種密度

從表1可以看出該森林公園主要的樹種為樟樹、樸樹、馬尾松和紫彈(Celtis biondii)，其中樟樹的密度最大(1 023.34株/hm2)，也分布著銀合歡(Leucaena glauca)、小臘(Ligustrum sinense)、九里香(Murraya exotica)和欏木石楠(Photinia davidsoniae)等樹種，其中樟樹、紫彈、馬尾松、樸樹、相思樹和無患子(Sapindus mukorossi)平均樹高和胸徑相對于其他樹種較大，屬于喬木層樹種。

表1 主要樹種Tab.1 Main tree species in the Changan Forest Park

2.2 種群空間分布格局

從表2中可以看出菝葜(Smilax china)、薜荔(Ficus pumila)、白簕(Acanthopanax trifoliatus)、鳳尾蕨(Pteris cretica)、弓果黍(Cyrtococcum patens)、海金沙(Lygodium japonicum)、鱗毛蕨(Cyclosorus interruptus)、瘤足蕨(Plagiogyria adnata)、麥冬(Ophiopogon japonicus)、芒萁(Dicranopteris dichotoma)、綠竹(Dendrocalamopsis oldhami)、馬櫻丹(Lantana camara)、木麻黃(Casuarina equisetifolia)、扇葉鐵線蕨(Adiantum flabellulatum)、腎蕨(Morida umbellata)、羊角藤(Morida umbellata)等植物是呈現(xiàn)聚集分布，這些植物主要是一些草本植物或者小灌木，符合一般的規(guī)律，草本植物如弓果黍等都有匍匐根，一般都是成片的生長，故呈現(xiàn)聚集分布;馬尾松、樟樹、牡荊(Vitex negundo)和雀梅藤(Sageretia thea)呈現(xiàn)出泊松分布，即為隨機(jī)分布，出現(xiàn)這個(gè)結(jié)果一方面馬尾松和樟樹作為長安山森林公園的主要樹種，它們主要是由人工種植，分布具有一定規(guī)律，另一方面是由于這些植物有些是隨風(fēng)傳播，呈現(xiàn)一定的隨機(jī)性。調(diào)查結(jié)果中紫彈、樸樹、相思、銀合歡為聚集分布，究其分布原因可能是人工區(qū)域種植所導(dǎo)致的結(jié)果。

表2 各物種的空間分布格局Tab.2 The spatial distribution pattern of the species

2.3 群落各層次物種多樣性分析

從表3中的結(jié)果可以看出Simpson指數(shù)H'值:灌木層(0.886)＞喬木層(0.791)＞草本層(0.697)，這說明灌木層的生物多樣性最豐富。豐富度指數(shù)D值也是灌木層(0.240)最高，說明灌木層的物種最豐富。Shannnon-Wiener指數(shù)H值:草本層(0.667)＞喬木層(0.447)＞灌木層(0.315)，表現(xiàn)出來的結(jié)果與Simpson指數(shù)和豐富度指數(shù)D相反，主要原因是各層次的物種均勻度不同造成的。均勻度指數(shù) Jsw值:草本層(0.694)＞喬木層(0.466)＞灌木層(0.403)，這表明草本層的植物分布最均勻，其次是喬木層，而灌木層植物的分布相對較不均勻。

2.4 種間關(guān)聯(lián)分析

從表4中可以看出:馬尾松、雀梅藤、小臘、樟樹、紫彈作為長安山森林公園中優(yōu)勢度較高的5種植物，其中只有雀梅藤和馬尾松表現(xiàn)為顯著關(guān)聯(lián)，主要原因可能是馬尾松的林下條件適合雀梅藤的生長，但其他植物之間都表現(xiàn)為無顯著關(guān)聯(lián)。這說明長安山森林公園的群落處于初級演替階段，群落的穩(wěn)定性還處于較低水平，各個(gè)群落大多表現(xiàn)為獨(dú)立分布的狀態(tài)。

表4 種間關(guān)聯(lián)性Tab.4 The association of species

2.5 林層動態(tài)

從表5可以看出，在主林層中分布的主要有樟樹、馬尾松、紫彈、銀合歡、欏木石楠、小臘和樸樹這幾種樹種;演替層的樹種主要有樟樹、銀合歡、紫彈、雀梅藤、樸樹、欏木石楠和九里香。更新層的樹種主要有銀合歡和馬櫻丹。因此林層中的馬尾松、樟樹將由演替層的樟樹、銀合歡、九里香等樹種所代替，更新層中的樹種如果都能順利成長為演替層植物的話以后也將代替演替層的樹種成為主林層樹種。更新層的樹種數(shù)量相對較少，樹種也較為單一，將不利于森林的發(fā)展，可能需要人工種植部分樹種進(jìn)行調(diào)整。演替層的樹種豐富而且數(shù)量多，將有利于發(fā)展為森林。

表5 林層動態(tài)結(jié)果Tab.5 Dynamic result of forest layers

3 討論與結(jié)論

人工林是實(shí)施天然林保護(hù)工程和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的必然選擇，是增加森林資源最為有效的途徑［16］。森林生態(tài)系統(tǒng)為生物多樣性的保護(hù)和維持提供了絕大部分場所［17］。優(yōu)勢喬木樹種作為森林群落的建群種，在形成群落，改變?nèi)郝鋬?nèi)光照、溫度、水分及養(yǎng)分等微環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用［18］。長安山森林公園從物種數(shù)量以及生物多樣性指數(shù)來看，物種相對較豐富。在喬木層中有馬尾松、樟樹、紫彈、銀合歡、欏木石楠、小臘、無患子、石楠等物種，其中馬尾松、樟樹、紫彈是這片森林的優(yōu)勢物種。灌木層中主要的物種是樟樹、雀梅藤、銀合歡、小蠟、九里香、樸樹、欏木石楠、石楠、馬櫻丹和馬尾松等物種。灌木層物種豐富度和多樣性處于較高水平。草本層則主要是有弓果黍、芒萁以及蕨類植物，草本層的蕨類植物比較豐富。物種多樣性越高意味著組成該群落的物種種類繁多而且均衡，群落對外界環(huán)境干擾或來自群落內(nèi)部的種群波動都具有較強(qiáng)的抵抗和調(diào)節(jié)能力，從而使群落具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性［19］。

長安山森林公園里灌木層和草本層的菝葜、薜荔、白簕、鳳尾蕨、弓果黍、海金沙、九里香、鱗毛蕨、瘤足蕨、麥冬、芒萁、小臘等植物呈現(xiàn)聚集分布;喬木層的馬尾松和樟樹呈現(xiàn)出泊松分布;由于人為干擾與自然干擾的影響，灌木層的牡荊、雀梅藤呈現(xiàn)出泊松分布，即為隨機(jī)分布。森林群落的多樣性與層間物種多樣性的關(guān)系密切，層間物種分布比較均勻，群落的多樣性指數(shù)會比較高，反之，群落的多樣性指數(shù)低;層間物種比較多，層間物種分布也比較均勻，則群落多樣性指數(shù)會比較高［20］。森林演替是森林生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)中一個(gè)重要的生態(tài)學(xué)過程，以木本植物為主的生物種群在時(shí)間和空間上不斷延續(xù)、發(fā)展或發(fā)生演替，對未來森林群落的結(jié)構(gòu)及生物多樣性具有深遠(yuǎn)的影響［21］。該區(qū)域演替層的樹種豐富而且數(shù)量多，有利于發(fā)展為森林。但更新層樹種數(shù)量相對較少，不利于森林群落的發(fā)展，對物種多樣性有一定的影響，需進(jìn)行相應(yīng)措施調(diào)節(jié)。

通過人工適當(dāng)引入鄉(xiāng)土物種能夠較快的提高林下物種多樣性，同時(shí)林下補(bǔ)植闊葉樹種對天然更新幼苗具有保護(hù)作用，有利于增加物種多樣性［22］。所以可以采取人工播種、植苗等多種形式在長安山森林公園林下補(bǔ)植樸樹、銀合歡和欏木石楠等闊葉樹種，加快林內(nèi)物種的進(jìn)入速度，保護(hù)更新層樹種的生長，從而完善林分垂直結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)林層缺失，促進(jìn)森林正向演替。

長安山森林公園中間林分密度的均勻程度低，從生態(tài)的穩(wěn)定性和發(fā)展的角度考慮，應(yīng)進(jìn)行人為干預(yù)。可采用間伐的方式對林分密度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使各層植物保持合理的密度以提高林分的穩(wěn)定性，加快中間層植物進(jìn)入林冠上層的速度，促進(jìn)植物群落的演替。

長安山作為重要的都市型山地公園，目前樹種相對比較單一，景觀性差，可適當(dāng)增加一些觀賞價(jià)值高、易于在該地區(qū)生長的樹種，提高公園的整體景觀效果。如:1)觀花喬木:油桐(Vernicia fordii)、深山含笑(Michelia maudiae)、鐘萼木(Bretschneidera sinensis)、木蓮(Manglietia fordiana);2)觀花灌木:四照花(Dendrobenthamia japonica)、楨桐(Clerodendrum japonicum)、溪畔杜鵑(Rhododendron rivulare)、紫薇(Lagerstroemia indica);3)觀葉喬木:藍(lán)果樹(Nyssa sinensis)、烏桕(Sapium sebiferum)、楓香(Liquidambar formosana)、紅葉李(Prunus Cerasifera);4)觀葉灌木:五裂槭(Acer oliverianum)、紅背桂(Excoecaria cochinchinensis)、花葉假連翹(Duranta repens); 5)觀果喬木:欒樹(Koelreuteria paniculata)、野柿(Diospyros kaki)、野鴉椿(Euscaphis japonica)、香泡(Citrus medica)、苦楝(Melia azedarach)、大葉冬青(Ilex latifolia);6)觀果灌木:朱砂根(Ardisia crenata)、十大功勞(Mahonia fortunei)、火棘(Pyracantha fortuneana)、九里香(Murraya exotica)等。

志謝:衷心感謝吳沙沙老師、翟俊文老師、黃柳菁老師、陳進(jìn)燎老師的悉心指導(dǎo)。

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Plant Community and Species Diversity in the Changanshan Forest Park of Fuzhou

LIN Xiabin，PENG Donghui，HUANG Huada，CHEN Shuping，HUANG Shijia，YE Xiaolin
(College of Landscape Architecture，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350002，China)

The space distribution，species diversity，species association degree and forest floor dynamics in Changan Forest Park of Fuzhou were studied and analyzed through field investigation and statistics.The results showed that:(1)the herb layer has the most uniform distribution，and the second one is tree layer，while the last one is shrub layer;(2)the species of shrub layer possesses the most diversity of species and community，and then is the tree and herb layer.But the correlation between species is poor.;(3)the number of species in the regeneration layer is relatively small，and the species is simplex which will not be conducive to the development of the forest.The species richness and abundance of the succession layer is beneficial to the forest.The study concluded that the correlation between Changan Forest Park is poor which is in the primary succession stage and needs to be further transformed.

Changanshan Forest Park，species diversity，community structure，succession

S718.5;X176

A

1002－6622(2017)01－0104－06

10．13466/j．cnki．lyzygl．2017．01．018

2016－10－18;

2016－12－12

國家科技支撐計(jì)劃(2014BAD15B00);亞熱帶野生觀賞植物多樣性保育與擴(kuò)繁技術(shù)研究(K43120001)

林夏斌(1990－)，男，福建屏南人，在讀碩士，從事風(fēng)景園林研究。Email:xiabinlin1916@126.com

彭東輝(1971－)，男，福建屏南人，教授，博士，主要從事園林應(yīng)用研究。Email:fjpdh@126.com