東莞市大屏嶂森林公園微地形對植被多樣性的影響

胡科 嚴朝東 林育述

摘要[目的]研究微地形與植被多樣性的關(guān)系。[方法]設(shè)置1 hm2大樣地，調(diào)查大屏嶂森林公園南亞熱帶次生常綠闊葉混交林的樹木性狀，分析微地形與森林植被多樣性指數(shù)的關(guān)系。[結(jié)果]①1 hm2大樣地內(nèi)共記錄到2 209個植株，含24科38屬45種。優(yōu)勢樹種為楊梅葉青岡（Cyclobalanopsismyrsinaefolia）等樹種。單位面積植株密度為0.220 9株/m2。植被多樣性指數(shù)的平均值為1.29，均勻度指數(shù)的平均值為0.56。②陡坡的植被多樣性指數(shù)最高（1.46），其次為緩坡（1.28），最低的是急坡（1.19）。③各坡向的植被多樣性指數(shù)從大到小依次為北向（1.95）、西向（1.47）、東向（1.31）、南向（0.95）。④上坡和下坡的植被多樣性指數(shù)相當(dāng)（1.43和1.40），而中坡的相對較低（1.29）。[結(jié)論]該研究可為更深入地研究該地區(qū)的物種多樣性維持機制等提供基礎(chǔ)資料。

關(guān)鍵詞大屏嶂森林公園；大樣地；微地形；多樣性指數(shù)

中圖分類號S718.5文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）33-0172-03

Influence of Micro Topography on Vegetation Diversity in Dapingzhang Forest Park of Dongguan City

HU Ke1， YAN Chaodong1， LIN Yushu1， LIN Guantu3* et al

（1.Dapingzhang Forest Farm， Dongguan， Guangdong 523725；3.College of Resource and Environment， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510642）

Abstract[Objective]To study the relationship between microtopography and vegetation diversity.[Method]A forest monitoring plot of 1 hm2 was established in a secondary southern subtropical evergreen broadleaved forest in Dapingzhang Forest Park and conducted a tree census.The correlations between microtopographic conditions and forest plant diversity were tested.[Result]①It recorded 2 209 individuals of 45 species from 38 genera and 24 families in the 1 hm2 forest plot， with a density of 0.2 209 individuals/m2.The forest plot was dominated by Cyclobalanopsismyrsinaefolia. The ShannonWiener index and the evenness of the forest plot were 1.29 and 0.56， respectively.②Plant diversity index was highest on the abrupt slope（1.46） and lowest on the steep slope（1.19）.③Plant diversity index on different aspects ranked form big to small as follows：north aspect（1.95）， west aspect（1.47）， east aspect（1.31）， south aspect（0.95）.④Plant diversity index on the upslope positions（143） was similar with that on the downslope positions（1.40）， and that on the midslope positions was lowest（1.29）.[Conclusion]The results can serve as references to further exploration of the underlying mechanisms of species diversity maintenance.

Key wordsDapingzhang Forest Park；Large forest plot；Microtopography；Diversity index

森林具有涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、保持水土、凈化水質(zhì)及調(diào)節(jié)區(qū)域氣候等多樣性服務(wù)功能，其多樣性在維持森林生態(tài)系統(tǒng)基本功能方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，對其多樣性功能的研究和保護已經(jīng)成為生態(tài)學(xué)與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的一個焦點[1]，而驅(qū)動森林演替的重要動力除了地形和土壤因素外，還有臺風(fēng)、冰雪災(zāi)害干擾等因素[2]。有研究表明，地形通過地貌過程影響土壤的水、熱及養(yǎng)分的再分配，進而對植被產(chǎn)生直接的空間再分配，是影響森林發(fā)展和演替的重要因子[3]。長期的植物多樣性研究大都集中在大尺度空間格局上，對于小范圍的微地形研究甚少。筆者以東莞大屏嶂森林公園內(nèi)南亞熱帶次生常綠闊葉混交林為例，設(shè)置大樣地，調(diào)查其群落結(jié)構(gòu)，分析微地形與植被多樣性的關(guān)系，以期為更深入地研究該地區(qū)的物種多樣性維持機制等提供基礎(chǔ)資料。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣東省東莞市南部的大屏嶂森林公園內(nèi)，公園總面積26.7 km2，地理坐標為113°59′07″～114°01′11″ E，22°45′44″～22°49′25″ N。大屏嶂森林公園屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，年降雨量1 500～2 400 mm，雨量集中在4—8月，年蒸發(fā)量1 600～1 700 mm，平均氣溫21.8 ℃，1—2月極端低溫3.1 ℃，7—8月極端高溫37.5 ℃，無霜期350 d以上。地形為低山高丘，最高峰為大屏嶂，海拔348 m，土壤主要為砂頁巖發(fā)育的磚紅性紅壤。目前大屏障森林公園林分類型主要以馬占相思（Acacia mangium）人工林和荔枝（Litchi chinensis）、龍眼（Dimocarpus longan）等果林為主，面積占森林公園的1/3以上。公園西部還保存約 91.6 hm2的地帶性植被，為南亞熱帶次生常綠闊葉混交林[4]，喬木層主要由殼斗科的小葉青岡（Cyclobalanopsis myrsinaefolia）、石礫（Lithocarpus glaber）、中華錐（Gomphostemma chinense Oliv.var.）、黧蒴（Castanopsis fissa）及樟科的浙江潤楠[Machilus chekiangensis S.Lee（Lauraceae）]等組成。灌木層主要的組成種類有桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）、野牡丹（Melastoma candidum）、酸藤果（Embelia laeta）、梅葉冬青（Ilex asprella）、粗葉榕（Ficus hirta）等。草本層的主要種類有玉葉金花（Mussaenda pubessens）、淡竹葉（Lophatherum gracile）、山菅蘭 （Dianella ensifolia）、小葉海金沙 （Lygodium microphyllum）等。另外，包含小部分荒草坡以及一個高爾夫球場。

1.2樣地設(shè)置與調(diào)查

2016年1月在大屏嶂森林公園老虎巖地段設(shè)置1個100 m×100 m大樣地，利用全站儀按照邊長為20 m正方形標準[5]，將樣地劃分為25個樣方，網(wǎng)格頂點用PVC管進行標注，并利用全站儀與RTK聯(lián)合測量的方法測繪1∶500數(shù)字化地形圖（圖1）。對每個樣方內(nèi)胸徑大于3 cm的立木進行調(diào)查，包括胸徑、樹高及冠幅等指標，并鑒定和記錄種名。

1.3數(shù)據(jù)分析

地表植被的多樣性指標[6]包括總個體數(shù)（N）、豐富度指數(shù)（S）（即物種數(shù)）、多樣性指數(shù)（H′）和均勻度指數(shù)（E），它們的計算公式：

N=Ni

式中，Ni為各物種的多度；

H′=-si=1（Pi）（lnPi）

式中，S為物種數(shù)；Pi為樣本中屬于種的所有個體的比重。

E=H′lnS

利用GIS軟件分析大樣地的坡度、坡向及坡位等數(shù)據(jù)[7]，與群落內(nèi)各樣方的植被多樣性進行相關(guān)統(tǒng)計與分析。

坡向從方位角北端45°開始，均勻地劃分為4個坡位：①東坡（45°～135°）；②南坡（136°～225°）；③西坡（226°～315°）；④北坡（316°～44°）。

坡度從緩到陡坡度可以分為4組：①緩坡（5.8°～25°）；②陡坡（25°～35°）；③急坡（35°～45°）；④險坡（45°～556°）。

坡位從山脊到山谷分為上坡位、中坡位、下坡位。

2結(jié)果與分析

2.1大樣地的地形

根據(jù)GIS軟件分析大樣地的地形數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出坡度、坡向及坡位情況，大樣地20 m×20 m樣方水平上坡度在20.9°～40.2°。出現(xiàn)4種坡向和3種坡位，具體見表1和圖1。

2.2群落的多樣性指數(shù)及結(jié)構(gòu)

根據(jù)野外調(diào)查結(jié)果，按照計算公式計算出每個樣方植被的多樣性指數(shù)，結(jié)果見表2。

分析該群落結(jié)構(gòu)可知，整個1 hm2大樣地內(nèi)共記錄到2 209個植株，含24科38屬45種。優(yōu)勢樹種為小葉青岡（Cyclobalanopsismyrsinaefolia）、黧蒴[Castanopsis fissa （Champ.ex Benth.） Rehd.et Wils.]、降真香（Dalbergia benthamii）和黃牛木[Cratoxylum cochinchinense（Lour.） Blume]等。

大樣地單位面積植株密度為0.220 9株/m2，20 m×20 m尺度上單位面積物種數(shù)量為6～16種，平均10種，與海南尖峰嶺地區(qū)植被動態(tài)監(jiān)測大樣地[2]的熱帶山地雨林（20 m×20 m尺度上單位面積物種數(shù)量為32～120種，平均80種）相比，同等面積上的物種數(shù)量和密度明顯降低，也低于南嶺山地森林群落[8]的立木數(shù)量（1 hm2大樣地共有立木47科81屬143種）。

東莞大屏嶂南亞熱帶次生常綠闊葉混交林森林群落植被多樣性指數(shù)的平均值為1.29，均勻度指數(shù)的平均值為0.56，低于南嶺國家級自然保護區(qū)[8]的天然林物種多樣性指數(shù)（2.90～5.34）和均勻度指數(shù)（0.56～0.87）。

結(jié)果顯示，整個1 hm2大樣地的平均樹高8.1 m，平均胸徑為10.7 cm，而冠幅只有8.2 m2，與楊加志等[9]在10年前調(diào)查的結(jié)果一致。

2.3坡度對多樣性指數(shù)的影響

東莞大屏嶂森林公園大樣地中只有3種坡度類型：緩坡、陡坡和急坡，沒有險坡，將各類型坡度多樣性指數(shù)對比后發(fā)現(xiàn)，陡坡的多樣性指數(shù)最高（1.46），其次為緩坡（1.28），最低的是急坡（1.19）。通常，地形因素可以通過影響土壤的微氣候、土壤的理化性質(zhì)、植被的生長等途徑影響林木的生長質(zhì)量，即使很小的地形變化也會造成短距離內(nèi)土壤條件的劇烈變化[10]，如坡度大小通常影響土壤有機質(zhì)的積累、水分的保持，坡度小的地方土壤有機質(zhì)和水分充足，給植物生長提供有利條件；相反，坡度大的地方土壤有機質(zhì)及水分流失過快，植被生境較差，因此群落的多樣性指數(shù)較低，如急坡。按此推理緩坡的多樣性指數(shù)應(yīng)該高于陡坡，但實際情況較復(fù)雜，也有可能是經(jīng)過較長時間的競爭，在緩坡的優(yōu)勢樹種占據(jù)絕對優(yōu)勢，反而使得緩坡內(nèi)其他樹木種類減少，緩坡多樣性指數(shù)會下降，因此會出現(xiàn)陡坡的多樣性指數(shù)反而高于緩坡的情況。

2.4坡向?qū)Χ鄻有灾笖?shù)的影響

不同坡向的坡面由于其水熱條件的差異，造成土壤含水量變異明顯。坡向也是影響土壤有機質(zhì)空間分布及其腐殖化和礦化過程的重要因素[11]。調(diào)查顯示，4種坡向均出現(xiàn)在該大樣地內(nèi)，比較各類型坡向的小樣地群落多樣性指數(shù)的平均數(shù)，各坡向的多樣性指數(shù)從大到小依次為北向（1.95）、西向（1.47）、東向（1.31）、南向（0.95）。通常南坡陽光充足，溫度高，對于植被生長有利，群落的多樣性指數(shù)應(yīng)該較高，該試驗結(jié)果卻與之相反，可能與當(dāng)?shù)仫L(fēng)力的影響有關(guān)。當(dāng)?shù)亟?jīng)常刮東南風(fēng)，特別是臺風(fēng)季節(jié)，猛烈的風(fēng)力從東南面吹來，東向和南向的樹木首當(dāng)其沖，脆弱的樹木被刮倒，相反受樹木及地形的遮擋，北坡和西坡的樹木受影響程度不高，群落結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，使得其多樣性指數(shù)升高。

2.5坡位與多樣性指數(shù)的影響

坡位對太陽輻射和降水再分配、土壤有機質(zhì)和含水量有重要影響，不同坡位形成了不同的微地形環(huán)境，能夠?qū)θ郝浣Y(jié)構(gòu)和物種多樣性分布形成顯著影響[11]。大屏嶂森林公園大樣地的3種坡位中，上坡和下坡的群落多樣性指數(shù)相當(dāng)（分別為1.43和1.40），而中坡的多樣性指數(shù)相對較低（1.29）。反映出生長在中坡的植被受太陽輻射、降水分配和土壤有機質(zhì)供應(yīng)較上坡和下坡的植被少，生態(tài)條件較差，因而多樣性指數(shù)相對較低。

均勻度指數(shù)是群落的實測多樣性與最大多樣性的比率，當(dāng)群落中物種數(shù)量和個體總數(shù)量一定、各物種的個體數(shù)量最均勻時，群落具有最大的多樣性[11]。由表2可知，均勻度指數(shù)與多樣性指數(shù)受地形的影響相同。

3結(jié)論

該研究設(shè)置1 hm2大樣地，調(diào)查大屏嶂森林公園南亞熱帶次生常綠闊葉混交林的樹木性狀，計算與統(tǒng)計了各樣方的森林群落多樣性指數(shù)，并與當(dāng)?shù)氐牡匦我蜃舆M行分析，結(jié)果表明：①1 hm2大樣地內(nèi)共記錄到2 209個植株，含24科38屬45種。優(yōu)勢樹種為小葉青岡（Cyclobalanopsismyrsinaefolia）等樹種；單位面積植株密度為0.220 9株/m2；植被多樣性指數(shù)的平均值為1.29，均勻度指數(shù)的平均值為0.56。

②陡坡的植被多樣性指數(shù)最高（1.46），其次為緩坡（1.28），最低的是急坡（1.19）。③各坡向的植被多樣性指數(shù)從大到小依次為北向（1.95）、西向（1.47）、東向（1.31）、南向（0.95）。④上坡和下坡的植被多樣性指數(shù)相當(dāng)（1.43和1.40），而中坡的植被多樣性指數(shù)相對較低（1.29）。

設(shè)置大樣地能夠深入了解微地形對植被多樣性的影響機理，對于當(dāng)?shù)厝斯ぴ炝旨疤剿髦脖欢鄻有员Ｗo具有指導(dǎo)意義。該研究基于試驗條件的限制，微地形對植被多樣性的影響有待于進一步研究。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年

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