浦江縣公益林群落生物多樣性及其與環(huán)境相關(guān)性研究

于姍君 王震明 徐季宏 鄭朝陽

?

浦江縣公益林群落生物多樣性及其與環(huán)境相關(guān)性研究

于姍君1王震明1徐季宏2鄭朝陽1

（1浙江省浦江縣林業(yè)局 322200；2浙江省浦江縣中余鄉(xiāng)林業(yè)工作站 322209）

基于125個樣地調(diào)查數(shù)據(jù)對浦江縣公益林物種組成進行分析，繼而研究公益林群落α多樣性和β多樣性及其與環(huán)境因子間的相關(guān)性，研究結(jié)果表明：（1）浦江縣公益林共有物種266種，其中喬木層104種，馬尾松的重要值最大；灌木層132種（其中48種為喬木幼苗），格藥柃的重要值最大；草本層78種，里白的重要值最大。（2）浦江縣不同森林群落類型的群落物種豐富度在數(shù)值上表現(xiàn)為闊葉林群落>針闊混交林群落>毛竹群落>杉木林群落>松林群落>灌木林群落。（3）坡度和海拔因子對浦江縣公益林物種多樣性分布影響較為顯著，隨著坡度的增大，群落間的相似性呈先減弱后增強再減弱的趨勢；隨著海拔的增加，群落間的相似性呈先增大后減小的趨勢。

公益林；α多樣性；β多樣性；坡度；海拔

生物多樣性是人類賴以生存和發(fā)展最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，是反映地球上所有生物及其生存環(huán)境和所包含的組成部分的綜合體[2]，對于全球生態(tài)平衡維持和人類可持續(xù)發(fā)展具有重大意義[3]。生物多樣性保護已成為當(dāng)今世界矚目的重大生態(tài)和環(huán)境問題，也是森林可持續(xù)經(jīng)營的一個重要目標(biāo)[4]。

環(huán)境對物種分布和生物多樣性變化的影響一直是生態(tài)學(xué)研究的重要方面[5]，環(huán)境因子包括生物因子和非生物因子[6]，生物因子如人類活動、競爭等[7,8]，非生物因子如地形、土壤特征等。眾多研究表明，海拔、坡度等地形因子對物種分布和多樣性具有重要影響[9]。公益林是森林生態(tài)工程的主體，在維護生物多樣性、保持生態(tài)平衡等生態(tài)需求以及社會可持續(xù)發(fā)展方面具有不可替代的作用[10]。

公益林建設(shè)是浦江縣實施“生態(tài)立縣”、建設(shè)生態(tài)文明的重要舉措之一，是改善浦江縣生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)林業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。本研究以浦江縣公益林群落多樣性和多樣性為研究對象，同時針對浦江縣公益林環(huán)境因子和生物多樣性的相關(guān)性進行分析，對浦江縣公益林管理與建設(shè)提供科學(xué)的理論支持。

1 研究區(qū)概況

浦江縣隸屬浙江省金華市，位于北緯29°21'－29°41'、東經(jīng)119°42'－120°07'之間，縣域面積為9.2萬公頃，其中公益林總面積3.37萬公頃。根據(jù)森林類型可將浦江縣公益林大致分為6類，即松林、杉木林、針闊混交林、闊葉林、毛竹林和灌木林等，其面積分布如表1所示。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

采用系統(tǒng)抽樣法，在獲取公益林二類森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以公益林小班作為總體抽樣樣本抽取監(jiān)測樣地125個，樣地分布情況如表1和圖1所示。

圖1 調(diào)查樣地分布圖

在對公益林小班進行全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取典型地段設(shè)置20m×20m的監(jiān)測樣方，詳細(xì)記錄樣地的基本信息（如經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡位等環(huán)境因子）[11]。對喬木層胸徑大于5.0 cm的樹木進行每木檢尺，調(diào)查內(nèi)容包括樹種名、樹高、胸徑、枝下高等；在每個樣方對角線上均勻設(shè)置3個2 m×2 m的灌草小樣方，詳細(xì)記錄每個小樣方中的灌木物種名、株數(shù)、高度、地徑、蓋度以及草本種名、高度、蓋度等信息[12,13]。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

2.2.1重要值

重要值是用來表示某個種在群落中的地位和作用的綜合數(shù)量指標(biāo)，反映的是植物在樣地內(nèi)所占有的相對優(yōu)勢[14]。其中，喬木層重要值=(相對高度+相對顯著度+相對多度)/3；灌木層、草本層重要值=(相對蓋度+相對多度)/2。

2.2.2多樣性指數(shù)

本研究主要通過群落多樣性和多樣性對研究區(qū)生物多樣性進行分析，其中多樣性主要涉及物種豐富度指數(shù)、指數(shù)、指數(shù)和均勻度指數(shù)；多樣性主要選取Cody指數(shù)C，Sorensen指數(shù)S以及Jaccard指數(shù)C。其中，物種豐富度指數(shù)Gleason指數(shù)=/ln（為物種數(shù)，為樣方面積），由于公益林樣地調(diào)查層樣方面積一定，所以本研究用群落中物種總數(shù)（）來替代物種豐富度指數(shù)。

3 研究結(jié)果

3.1 公益林物種組成

基于125個樣地的踏查數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知，浦江縣公益林共有植物266種，其中喬木層104種，灌木層132種（其中48種為喬木幼苗），草本層78種。對樣地調(diào)查中各植被層重要值大于1的物種進行分層統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。喬木層物種中，馬尾松的重要值最高，杉木和木荷次之，楓香樹和毛竹等物種都有較高的重要值；灌木層物種中，格藥柃的重要值最高，油茶次之，白櫟、杉木、烏藥等物種亦有較高的重要值；草本層的物種中，里白的重要值最高，紫萁和莎草族的重要值次之，蕨、寒莓和三穗薹草等物種有較高的重要值。

表2 浦江公益林優(yōu)勢種重要值

由表2分析可知，浦江縣公益林喬木層主要物種中，馬尾松、杉木等針葉樹種重要值合計達52.03，木荷、楓香樹、苦櫧等闊葉樹種重要值合計44.12，由此可見浦江縣公益林喬木層樹種中針葉樹種和闊葉樹種的重要性差異不大，但針葉樹種仍稍占優(yōu)勢。

3.2 α多樣性分析

3.2.1物種豐富度指數(shù)

浦江縣公益林喬木層、灌木層、草本層和群落的物種豐富度如表3所示，不同森林群落類型的群落物種豐富度在數(shù)值上表現(xiàn)為闊葉林>針闊混交林>毛竹林>杉木林>松林>灌木林。

表3 浦江縣公益林物種豐富度

3.2.2物種多樣性指數(shù)

浦江縣公益林群落的Simpson指數(shù)（）、Shannon-Wiener指數(shù)（）和Pielou指數(shù)（）計算結(jié)果如表4所示。研究區(qū)不同森林類型的群落生物多樣性表現(xiàn)為闊葉林群落最高，針闊混交林群落和松林群落次之，灌木林最低。不同森林群落類型在不同植被層的生物多樣性指數(shù)的變化趨勢較為一致，其中，喬木層生物多樣性表現(xiàn)為闊葉林>針闊混交林>松林>杉木林>毛竹林；灌木層生物多樣性表現(xiàn)為毛竹林>灌木林>闊葉林>松林>針闊混交林>杉木林；草本層生物多樣性表現(xiàn)為毛竹林>針闊混交林>闊葉林>松林>灌木林>杉木林。

表4 浦江縣公益林α多樣性

3.2.3環(huán)境因子與生物多樣性的相關(guān)性分析

選取對物種群落多樣性影響較大的海拔、坡度、坡向、坡位、土壤厚度等環(huán)境因子進行相關(guān)性分析。其中，海拔采用樣方GPS實測數(shù)據(jù)；坡度由經(jīng)緯儀實測獲得，且都為正值；土壤厚度主要使用帶刻度的土鉆以10cm為間隔垂直向下打鉆至石質(zhì)或碎屑母質(zhì)，測定由土層到母質(zhì)的土壤厚度；坡向采用羅盤儀實測，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)分為9級，即1為北坡、2為東北坡、3為西北坡、4為東坡、5為西坡、6為東南坡、7為西南坡、8為南坡、9為平坡，數(shù)值越大，表示越向陽。

表5 環(huán)境因子與α多樣性的相關(guān)系數(shù)

注：*表示顯著相關(guān)(P<0.05);**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)

通過上表分析可知，研究區(qū)5個環(huán)境因子間的相關(guān)性較弱，僅海拔與坡位、坡度與土壤厚度呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.213和-0.355。在環(huán)境因子和α多樣性之間的20組相關(guān)關(guān)系中，有7組關(guān)系呈顯著相關(guān)，占總數(shù)的35.00%，其中有4組關(guān)系呈極顯著正相關(guān)，2組呈顯著正相關(guān)，1組呈極顯著負(fù)相關(guān)，即坡度與物種豐富度、坡度與Shannon-Wiener指數(shù)、土壤厚度與物種豐富度、海拔與Shannon-Wiener指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.364、0.247、0.217和0.192；坡度與Simpson指數(shù)、海拔與物種豐富度呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.174和0.159；坡位與物種豐富度呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.216。

綜上所述，在5個環(huán)境因子中，以坡度因子與物種多樣性間的相關(guān)性最為突出，海拔因子次之，土壤厚度與坡位因子與物種豐富度有顯著性相關(guān)，坡向因子在研究區(qū)內(nèi)對物種多樣性的影響較弱。

3.3 β多樣性分析

3.3.1β多樣性隨海拔梯度的變化分析

研究區(qū)內(nèi)樣地海拔分布于90 m～840 m之間，因而選取100 m作為梯度單位，將樣地海拔分為9個梯度：0 m～100 m（梯度1）、100 m～200 m（梯度2）、200m～300m（梯度3）、300 m～400 m（梯度4）、400 m～500 m（梯度5）、500 m～600m（梯度6）、600 m～700 m（梯度7）、700 m～800 m（梯度8）、800 m～900 m（梯度9）。通過對比相鄰海拔梯度的物種變化，得到浦江縣公益林相鄰海拔梯度群落多樣性如表6所示。

表6 浦江縣公益林相鄰海拔梯度群落β多樣性測度

由表6分析可知，Sorensen指數(shù)和Jaccard指數(shù)表現(xiàn)為隨著海拔的增加，群落間的相似性呈先增大后減小的趨勢，在4-5和5-6海拔梯度達到最大值，并在6-7海拔梯度出現(xiàn)凹點，隨后又呈上升趨勢。由此可知，浦江縣公益林在海拔600 m以下的區(qū)間內(nèi)，隨著海拔的增加群落間的相似度越來越大，并在該點達到峰值，在600 m～700 m區(qū)間群落間的相似度降低，隨后上升。Cody指數(shù)能較為直觀地反映出梯度間群落物種的更替情況，海拔在100m～200m區(qū)間物種更替最為頻繁，這是因為低海拔區(qū)人為干擾因素較多，對物種的分布有較大的影響。

3.3.2β多樣性隨坡度梯度的變化分析

研究區(qū)內(nèi)樣地坡度分布于10°～50°之間，根據(jù)林業(yè)調(diào)查坡度分級標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)樣地分為6個梯度：5°～15°（梯度1，緩坡）、16°～25°（梯度2，斜坡）、26°～35°（梯度3，陡坡）、36°～45°（梯度4，急坡）、46°以上（梯度5，險坡）。通過對比相鄰坡度梯度的物種變化，得到浦江縣公益林相鄰坡度梯度群落多樣性如表7所示。

表7 浦江縣公益林相鄰坡度梯度群落β多樣性測度

通過表7分析可知，Sorensen指數(shù)和Jaccard指數(shù)呈波動趨勢，即隨著坡度的增加，群落間的相似性呈先減弱后增強再減弱的趨勢，在4-5相鄰梯度減弱趨勢最強，由此可知，浦江縣公益林在36°以上坡度區(qū)間范圍內(nèi)群落間的相似度驟減。Cody指數(shù)則隨著坡度增加呈上升趨勢，由此可知，浦江縣公益林群落物種的更替速率隨著坡度增加而加快。

4 結(jié)論

①浦江縣公益林物種豐富，共有物種266種，其中喬木層104種，馬尾松的重要值最大；灌木層132種（其中48種為喬木幼苗），格藥柃的重要值最大；草本層78種，里白的重要值最大。

②浦江縣不同森林群落類型的群落物種豐富度在數(shù)值上表現(xiàn)為闊葉林群落>針闊混交林群落>毛竹群落>杉木林群落>松林群落>灌木林群落。不同森林類型的群落生物多樣性主要表現(xiàn)為闊葉林群落最強，針闊混交林群落和松林群落次之，灌木林最弱。

③浦江縣公益林樣地海拔、坡度、坡向、坡位、土壤厚度等5個環(huán)境因子間的相關(guān)性較弱；環(huán)境因子與α多樣性之間的20組相關(guān)關(guān)系中，有7組關(guān)系呈顯著相關(guān)，其中以坡度因子與物種多樣性間的相關(guān)性最為突出，海拔因子次之，土壤厚度、坡位因子與物種豐富度有顯著性相關(guān)。

④坡度和海拔因子對浦江縣公益林物種多樣性分布影響較為顯著。隨著坡度的增大，群落物種的更替速率加快，群落間的相似性呈先減弱后增強再減弱的趨勢；隨著海拔的增加，群落間的相似性呈先增大后減小的趨勢，在300m～400m區(qū)間內(nèi)群落間的相似性最高，物種的更替速率最快。

[1] 田海芬，劉華民，王煒，等．大青山山地植物區(qū)系及生物多樣性研究[J]．干旱區(qū)資源與環(huán)境，2014，28（8）：172-177．

[2] 丁增發(fā)，張瑤，劉俊龍，等．北亞熱帶不同森林群落類型的生物多樣性研究[Z]，2011：3-9+13．

[3] 李林，周小勇，黃忠良，等．鼎湖山植物群落α多樣性與環(huán)境的關(guān)系[J]．生態(tài)學(xué)報，2006，（07）：2301-2307．

[4] TILMAN D. The ecological Consequences of changes in biodiversity a search for general principles[J]. Ecology, 1999, 80(5): 1455-1474.

[5] GUISAN A, ZIMMERMANN N E. Predictive habitat distribution models in ecology[J]. Ecological Modeling, 2000, 135(2/3): 147-186.

[6] MOTZKIN G, EBERHARDT R, HALL B, et al. Vegetation variation across Cape Cod, Massachusetts: environmental and historical determinants[J]. Journal of Biogeography, 2002, 29(10/11): 1439-1454.

[7] 王世雄，王孝安，李國慶，等．陜西子午嶺植物群落演替過程中物種多樣性變化與環(huán)境解釋[J]．生態(tài)學(xué)報，2010，（06）：1638-1647．

[8] BAMPFYLDE C J, BROWN N D, GAVAGHAN D J, et al. Modelling rain forest diversity: the role of competition[J]. Ecological Modelling, 2005, 188(2/3): 253-278.

[9] 任學(xué)敏，楊改河，王得祥，等．環(huán)境因子對巴山冷杉-糙皮樺混交林物種分布及多樣性的影響[J]．生態(tài)學(xué)報，2012，（02）：605-613．

[10]李土生，袁位高．公益林監(jiān)測研究[M]．北京：中國林業(yè)出版社，2011．

[11]袁位高．浙江省生態(tài)公益林主要群落結(jié)構(gòu)的比較研究[D]．北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2011．

[12]錢逸凡，伊力塔，張超，等．浙江省中部地區(qū)公益林生物量與碳儲量[J]．林業(yè)科學(xué)，2013，（05）：17-23．

[13]鄭超超，伊力塔，張超，等．浙江江山公益林物種種間關(guān)系及CCA排序[J]．生態(tài)學(xué)報，2015，（22）：7511-7521．

[14]李博．生態(tài)學(xué)[M]．北京：高等教育出版社，2000.

A study of the community biodiversity in the public welfare forests and the correlativity of them with the environment in Pujiang county

Yu Shanjun1, Wang Zhenming1, Xu Jihong2, Zheng Chaoyang1

Public welfare forests have provided many more ecological benefits to human beings than commercial woodlands. In this study the main objective was researching alpha diversity and beta diversity of public welfare forests in Pujiang City and analyzing the correlation between biodiversity and environmental factors. Based on 125 permanent sample plots, we took investigation and analysis of the dominant species and species composition of public welfare forest in Pujiang City. The results showed that there were 266 kinds of species in the study area, of which 104 species of tree layer, 132 species of shrub layer (including 48 species of tree seedlings), 78 species of herb layer.,andwere the dominant species of the tree layer, shrub layer, and herb layer, respectively. The community species richness of different kinds of forests presented that broad-leaved forest>coniferous and broadleaved mixed forest>forest>forest>pine forest>shrub forests. Slope and elevation was much more significant effects on species diversity distribution. With the increase of slope, the similarity between communities showed a trend of increase and decrease after the first weakened, while with the increase of altitude, the similarity between communities was increased firstly and then decreased.

public welfare forest；alpha diversity；beta diversity；slope；elevation

S718.54

A

1004-7743（2017）02-0037-05

2017-02-22