開陽縣彩化森林植物群落特征調(diào)查分析

李毅田娟陸亮

(貴陽市野生動植物管理站 貴陽 550003)

森林被譽(yù)為“地球之肺”，為人們提供了豐富的物質(zhì)產(chǎn)品和巨大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，在維持和改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量方面起著非常重要的作用[1]。由于自然和人為干擾等原因，森林退化是一個普遍存在的問題，特別是通過人工營造的純林生態(tài)系統(tǒng)，不同程度的存在林相單調(diào)、病蟲害嚴(yán)重、地力衰退、物種多樣性下降等問題[2]。比如，楊樹林容易遭受天牛危害[3]、馬尾松林容易遭受松材線蟲的危害[4]便是典型的例子。

為了促進(jìn)森林健康發(fā)展，提高森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值，實現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)營，需要采取科學(xué)有效的方法對現(xiàn)有森林、尤其是人工林進(jìn)行改造，使退化的森林生態(tài)系統(tǒng)得到恢復(fù)，最大化地發(fā)揮其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的功能[5]。由于森林生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和各個時期社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求性的差異，對森林的經(jīng)營措施也不盡相同。黨的十八大做出了“大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)”的戰(zhàn)略決策，彩化森林以其獨(dú)特的生態(tài)觀賞價值[6][7][8][9][10]給生態(tài)文明建設(shè)背景下的森林經(jīng)營賦予了新的內(nèi)涵，是提高森林質(zhì)量的必然選擇。

森林彩化是充分利用不同植物器官(葉、花、果等)色相差異、群落季相變化以及空間結(jié)構(gòu)差異形成的不同視覺效果，使森林由單一的綠色向多種色彩變化的建設(shè)過程[8][9][10]。因此，積極建設(shè)好彩色森林，對于促進(jìn)旅游業(yè)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)等具有非常重要的現(xiàn)實意義。貴陽市作為全國首個“森林城市”，具有良好的生態(tài)環(huán)境。大力營建城鄉(xiāng)彩化生態(tài)景觀，將給貴陽帶來充滿活力的城市新形象。但目前關(guān)于貴陽市彩化森林植物群落結(jié)構(gòu)特征的研究較少，本研究對貴陽市開陽縣彩化森林觀賞帶植物群落主要結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行調(diào)查和分析，旨在為彩化森林建設(shè)質(zhì)量提升和群落管理提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)禾豐鄉(xiāng)位于貴陽市開陽縣。開陽縣地理座標(biāo)為東經(jīng)106o45′～107o17′，北緯26o48′～27o22′，南北長64.5公里，東西寬53公里，總面積2026平方公里；地勢較高、起伏不平，屬黔中山原地貌，最高海拔1702m，最低海拔506m，平均海拔1000～1400m。屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫12.9～14.7℃，年降雨量1120mm，年無霜期為315天左右。開陽縣森林覆蓋率達(dá)52.9%，位居黔中之首，屬亞熱帶常綠闊葉林帶，主要植物代表為殼斗科、樟科、山茶科、冬青科的多種植物。

1.2 研究方法

在對研究區(qū)天然彩化森林全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，選擇分布較多的3種彩化森林類型進(jìn)行樣地群落特征調(diào)查。3種彩化森林類型分別為針葉林(馬尾松)、落葉闊葉林(楓香)和針闊混交林(馬尾松、楓香、響葉楊)。在每種森林類型內(nèi)設(shè)置典型調(diào)查樣方，樣方大小為20m×20m，記錄樹種、胸徑、樹高、冠幅、群落外貌等測樹指標(biāo)。在每個樣方中心及四角設(shè)置1m×1m的草本樣方，調(diào)查草本的種類、多度及蓋度。

根據(jù)有關(guān)參考文獻(xiàn)[11][12][13][14]，群落數(shù)量特征的計算公式如下。數(shù)據(jù)處理、制圖采用Micrisof Excel等軟件完成。

(1)Shannon-Wiener指數(shù)

(2)Pielou均勻度指數(shù)

J=H/lnS

(3)Simpson指數(shù)

式中，S為物種豐富度，即物種的總數(shù)；Pi為物種i個體數(shù)占總個體數(shù)的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物種類總體特征分析

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計分析，在開陽縣禾豐鄉(xiāng)天然彩化森林內(nèi)共記錄到常見植物喬木3種，分屬于3科3屬；灌木25種，分屬于21科23屬；草本12種，分屬于10科12屬(表1)。被子植物占主要優(yōu)勢，占調(diào)查植物總種數(shù)的90%。其中鄉(xiāng)土植物36種，占植物總數(shù)的90%，與當(dāng)?shù)刂参锓植嫉牡貛砸?guī)律高度吻合。物種分布較為集中的科為薔薇科、禾本科、菊科、楊柳科、松科、金縷梅科和殼斗科，占總科數(shù)的21.9%。

表1 植物組成情況

2.2 植物群落密度結(jié)構(gòu)

為了分析植物群落不同空間結(jié)構(gòu)的密度特征，對群落中不同生活型植物密度進(jìn)行等級劃分(表2)，探索研究區(qū)彩化森林群落不同層次的密度特點。由圖1可以看出，喬木層的株數(shù)每100m2多為0～5株，占比66.7%；灌木層每100m2多為21～60株，占比52.6%；草本蓋度多在40%以上，占比41.7%。

表2 群落結(jié)構(gòu)的密度分級標(biāo)準(zhǔn)

圖1 喬木層、灌木層和草本層密度比較

2.3 植物群落組成與出現(xiàn)頻率

喬木層、灌木層(包括藤本植物)和草本層的物種組成及出現(xiàn)頻次情況分別見表3、表4和表5所示。其中，馬尾松樣地共記錄到植物9種，隸屬于9科9屬，其中喬木1種，灌木層5種，草本層3種；變色樹種有麻櫟(出現(xiàn)頻次4次)和柿(出現(xiàn)頻次1次)等，占該樣地喬灌出現(xiàn)頻次的20%，比例較少。楓香林樣地共記錄到植物19種，隸屬于19科19屬，其中喬木層1種，灌木層13種，草本層5種；變色樹種有楓香(出現(xiàn)頻次34次)和白櫟(出現(xiàn)頻次6次)、山胡椒(出現(xiàn)頻次1次)、桑(出現(xiàn)頻次1次)、算盤子(出現(xiàn)頻次1次)等，占該樣地喬灌出現(xiàn)頻次的65%，所占比例較大。混交林樣地共記錄到植物31種，隸屬于26科29屬，其中喬木3種，楓香是優(yōu)勢種，其次是馬尾松、響葉楊，灌木18種，草本10種；變色樹種有楓香(出現(xiàn)頻次13次)、響葉楊(出現(xiàn)頻次3次)和麻櫟(出現(xiàn)頻次4次)、白櫟(出現(xiàn)頻次2次)、鹽膚木(出現(xiàn)頻次3次)、山胡椒(出現(xiàn)頻次1次)、華中五味子(出現(xiàn)頻次1次)等，占該樣地喬灌出現(xiàn)頻次的41%。

灌木層中以杜鵑花科的杜鵑屬(出現(xiàn)頻次8次)最為常見，其次常見的有蕓香科的花椒屬(出現(xiàn)頻次6次)、藤黃科的金絲桃屬(出現(xiàn)頻次6次)、紫金?？频蔫F仔屬(出現(xiàn)頻次6次)，再其次薔薇科的懸鉤子屬(出現(xiàn)頻次3次)、薔薇屬(出現(xiàn)頻次3次)、火棘屬(出現(xiàn)頻次2次)等。變色灌木有殼斗科的櫟屬、漆科的鹽膚木屬、樟科的山胡椒屬、柿科的柿屬、?？频纳佟⒛咎m科的五味子屬、大戟科的算盤子屬等8種植物，出現(xiàn)頻次共27次，占整個灌木層樹種出現(xiàn)頻次的1/3左右。草本層中，最常見的是菊科(出現(xiàn)頻次37次)和蕨類(出現(xiàn)頻次28次)等植物。

利用無人機(jī)直觀觀察，位于田沖村水淹凼的楓香樹、響葉楊和馬尾松等的混交林樣地，彩化效果明顯高于位于穿洞村謝大山的馬尾松林樣地和楓香林樣地。

表3 喬木層組成特征分析

表4 灌木層組成特征分析

表5 草本層組成特征分析

表6 植物多樣性指數(shù)計算結(jié)果表

2.4 生物多樣性比較

馬尾松林、楓香林和混交林3種彩化森林類型的Shannon-Wiener指數(shù)(H)、Pielou均勻度指數(shù)(J)和Simpson指數(shù)(D)計算結(jié)果見表6所示。從灌木層來看，Shannon-Wiener指數(shù)排列順序為馬尾松林<楓香林<混交林，Simpson指數(shù)排列順序為馬尾松林<楓香林<混交林；從草本層來看，Shannon-Wiener指數(shù)排列順序為馬尾松林<楓香林<混交林，Simpson指數(shù)(D)排列順序為馬尾松林<楓香林<混交林。這三種指數(shù)的大小順序，說明楓香、響葉楊等闊葉樹中混交一定比例的馬尾松針葉林，更加符合貴陽地區(qū)地帶性群落類型，符合亞熱帶喀斯特地貌植物群落演替規(guī)律，群落生物多樣性大，組成豐富，較其它兩種純林更具穩(wěn)定性，同時混交林也增加了該森林類型的色彩豐富度。然而這3種森林類型的Pielou均勻度指數(shù)(J)大小排列順序卻發(fā)生了變化，灌木層的均勻度指數(shù)，從小到大的排列順序為楓香林<馬尾松林<混交林，楓香林略小于其余兩種林類，差距不明顯；草本層的均勻度指數(shù)排列順序為馬尾松林<混交林<楓香林，楓香林卻明顯大于其余兩種林類。這主要是因為楓香是落葉樹種，光照能直接均勻到達(dá)地面，林下水分也較為充足，使草本能均勻生長，而馬尾松林常年郁閉，林下光照、水分分布也不均勻，導(dǎo)致草本、灌木均勻度小。說明營建混交林過程中，常綠、闊葉樹種需要合理的比例，充分利用光照、水分等影響因子，林下灌草分布才均勻，才能構(gòu)成更加穩(wěn)定、合理的喬-灌草群落。

3 討論及建議

3.1 構(gòu)建符合地帶性的植被是營建彩化林的內(nèi)在規(guī)律

本研究表明，馬尾松、楓香和響葉楊組成的混交林物種豐富度和生物多樣性都要優(yōu)于馬尾松或楓香純林。根據(jù)生態(tài)學(xué)法則，自然條件下，所有的森林群落都向地帶性群落植被發(fā)生正向演替。貴陽地區(qū)地帶性植被是亞熱帶常綠闊葉落葉混交林分，因此，構(gòu)建馬尾松、楓香和響葉楊等組成的針闊混交林符合自然規(guī)律，是理想的林分類型，能增加物種豐富度和生物多樣性，能形成穩(wěn)定、健康的喬-灌-草群落，對營建彩化森林景觀也具有較強(qiáng)指導(dǎo)性。作者由于條件限制，未曾對擬確定的彩化森林景觀的馬尾松、楓香和響葉楊等樹種比例進(jìn)行研究，建議從突出彩化森林景觀效果和生物多樣性保護(hù)的角度，針對特殊的地理氣候環(huán)境進(jìn)一步加以調(diào)查分析，形成一套較優(yōu)的彩化樹種比例，指導(dǎo)今后的生產(chǎn)實踐。

3.2 混交林彩化效果要優(yōu)于純林

通過調(diào)查，混交林喬木層中，楓香(出現(xiàn)頻次47次)和響葉楊(出現(xiàn)頻次3次)兩變色樹種占整個喬木層樹種出現(xiàn)頻次的3/4左右，使調(diào)查地在秋季出現(xiàn)豐富的彩化景色。雖然楓香林的彩化樹種占比大，但由于單純的楓香林在冬季落葉后景觀單調(diào)，顯得毫無生機(jī)；同樣單純的馬尾松林雖然林下也有一定的彩化灌木，但由于生物多樣性小，秋季的彩化較果并不明顯，更多呈現(xiàn)的是一片綠色；楓香、響葉楊和馬尾松組成的混交林兼顧了這二者的優(yōu)點，又彌補(bǔ)了相互間的缺點，同時生物多樣性又豐富，彩化效果明顯優(yōu)于這兩種純林。在楓香、響葉楊和馬尾松的混交林中，秋季楓香樹呈現(xiàn)紅色、響葉楊呈現(xiàn)黃色、馬尾松四季常綠，冬季楓香樹、響葉楊樹葉掉落后樹干呈現(xiàn)灰白色與馬尾松常綠的組合，使這三者形成的混交林在秋冬兩季色彩豐富、林相層次多樣，同時，灌木層和草本層的物種數(shù)量明顯更多，彩色植物種類更具多樣性，不僅為混交林季相增添顏色，還增加了群落的穩(wěn)定性和對病蟲害的抵抗力。

3.3 對貴陽地區(qū)營建彩化森林景觀的建議

營建彩化森林景觀建議納入各區(qū)縣的森林經(jīng)營統(tǒng)一規(guī)劃，在交通沿線、風(fēng)景區(qū)、村鎮(zhèn)周邊等人流量大的區(qū)域，通過在馬尾松、柏木、柳杉、杉木等針葉林里的林窗內(nèi)或撫育間伐形成的空地內(nèi)，采取人工補(bǔ)植楓香樹、欒樹、黃櫨等變色樹種或定向培育變色樹種的方法，根據(jù)山形地貌，按照一定比例，合理培植針闊樹種、常綠和變色樹種組成的混交林，形成層次分明、色彩多樣的森林季相。同時，在經(jīng)營撫育的過程中，在灌木層中盡量多保留櫟類等彩色植物和花型亮麗的杜鵑、薔薇等開花蜜源植物，在草本層中適當(dāng)保留菊科、蕨類等，增強(qiáng)改造后彩化森林群落的生物多樣性和抗逆性，從而提高林分的穩(wěn)定性和靚麗色彩景觀效果。