新寧縣生態(tài)公益林不同樹種結(jié)構(gòu)林下植物多樣性研究

李曉林， 朱 昕， 劉繼煊， 曾祥海，朱登躍，許小兵， 張忠波， 劉倫紅

1.新寧縣林業(yè)局， 湖南 新寧 422700；2.湖南省林業(yè)局， 湖南 長沙 410004)

生態(tài)公益林作為維護(hù)和改善環(huán)境，保持生態(tài)平衡，保護(hù)生物多樣性，保存物種資源等滿足人類社會的生態(tài)、社會需求和可持續(xù)發(fā)展為主題功能的經(jīng)營性森林，更具有重要的研究價值與意義[1]。近年來，生態(tài)公益林的研究越來越細(xì)化，關(guān)于對生態(tài)公益林物種多樣性的研究也越來越多，林分密度、林分結(jié)構(gòu)、地域性氣候等因子對生物多樣性的影響尤為巨大[2-9]，本文根據(jù)新寧縣13個生態(tài)公益林樣地的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對不同樹種結(jié)構(gòu)林下灌木層和草本層生物多樣性進(jìn)行分析，以便對新寧縣生態(tài)公益林的管理與結(jié)構(gòu)調(diào)整提供依據(jù)，同時也可以為邵陽地區(qū)公益林的保護(hù)與發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

新寧縣地處湖南省西南邊陲，越城嶺山脈西北部，雪峰山脈東南部，衡邵盆地丘陵山脈西南部，資江水系扶夷江上源。地理坐標(biāo)為 26°15′06″—26°55′21″N，110°28′53″—111°18′34″E，屬于中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，氣候溫和，光、熱充足，水資源較足，四季分明。新寧縣 2019年省級以上公益林面積共90250.40hm2，占林業(yè)用地面積的45.4%，其中國家級公益林88464.00hm2，占公益林面積的98%；省級公益林1786.40hm2，占公益林面積的2%。本次選取的13個樣地分布于8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和4個國有林場，以丘陵和山地為主，最低海拔307m，最高海拔1830m，年平均氣溫17℃，年平均降水量1331.1mm?；究梢源硇聦幙h不同類型的生態(tài)公益林。13個生態(tài)公益林樣地具體位置見圖1。

圖1 新寧縣13個生態(tài)公益林樣地位置圖Fig.1 Location map of 13 ecological public welfare forest sample plots in Xinning County

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置及調(diào)查方法

采用野外實(shí)地調(diào)查的方法對 13個樣地進(jìn)行全面調(diào)查，樣地建設(shè)面積為 25m(垂直等高線)×40m(平行等高線)=1000m2，每個樣地設(shè) 5 個灌草樣方，調(diào)查灌木植物和草本植物總蓋度，種名、蓋度、株(叢)數(shù)[10-11]。

2.2 計(jì)算方法

統(tǒng)計(jì)各樣地灌草層樣方的種名、株數(shù)及蓋度，計(jì)算其重要值，計(jì)算公式為：

重要值=(相對密度+相對頻度+相對優(yōu)勢度)/3。

(1)

采用豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)(Simpson指數(shù))及均勻度指數(shù)來評價灌草層生物多樣性，計(jì)算公式為：

豐富度指數(shù)S=物種株數(shù)/樣方面積

(2)

式中：D為多樣性指數(shù)；N為所有物種個體總數(shù)；ni為第i個物種的個體數(shù)；S為物種的數(shù)目(總數(shù))。

(3)

式中：Pi為物種重要值；S為物種的數(shù)目(總數(shù))。

3 結(jié)果與分析

3.1 各樣地灌草層重要值

分別計(jì)算13個樣地灌草層的重要值，并將統(tǒng)計(jì)重要值排列前3位，結(jié)果見表1。 13個樣地中，草本物種豐富度大于灌木物種數(shù)的樣地有8個，差值區(qū)間為1～12；灌木層物種數(shù)大于草本層物種數(shù)的有4個樣方，差值區(qū)間為2～7；草本層物種數(shù)與灌木層物種數(shù)相同的樣地有1個，說明新寧縣公益林灌木層和草本層基本上表現(xiàn)為草本層物種數(shù)大于灌木層物種數(shù)；另外3號樣地和12號樣地相差程度尤為明顯，差值分別為10、9。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，兩個樣地均為以松科植物為優(yōu)勢種的針闊混交林，其中3號樣地是以馬尾松為優(yōu)勢種的人工林，12號樣地是以華山松為優(yōu)勢種的天然林，兩個樣地的郁閉度分別為0.70和0.65，均為成熟林，原因可能為林內(nèi)光照適宜，灌木層和草本層均有良好的生長空間，但草本植物對灌木植物發(fā)育的抑制作用較大。

表1 新寧縣生態(tài)公益林各樣地灌草層重要值(前3位)Tab.1 Important value of shrub and grass layer in different sample plots ofecological public welfareforest in Xinning County(top three)樣地號郁閉度灌木物種數(shù)草本物種數(shù)種名重要值絡(luò)石Trachelospermum jasminoides0.3810.8535鱗毛蕨Dryopteris expensa0.22沿階草Ophiopogon bodinieri0.11苔草Carex tristachya0.2420.5097矮蒲葦Cortaderia selloana0.16小葉女貞Ligustrum quihoui 0.08苔草Carex tristachya0.1530.70618海通Clerodendrum mandarinorum0.12映山紅Rhododendron pulchrum0.06鱗毛蕨Dryopteris expensa0.4640.8539春蘭Cymbidium goeringii 0.09柃木Eurya japonica 0.06箭竹Fargesia spathacea0.2850.5063白檵木Loropetalum chinense0.21矮蒲葦Cortaderia selloana0.14野牡丹Melastoma candidum0.2560.8544白茅Imperata cylindrica0.22映山紅Rhododendron pulchrum0.17

續(xù)表1 新寧縣生態(tài)公益林各樣地灌草層重要值(前3位)Continued Tab.1 Important value of shrub and grass layer in different sample plots ofecological public welfareforest in Xinning County(top three)樣地號郁閉度灌木物種數(shù)草本物種數(shù)種名重要值金星蕨Parathelypteris glanduligera0.4570.7567山雞椒Litsea cubeba0.07求米草Oplismenus undulatifolius 0.07銹毛莓Rubus reflexus0.2780.9092沿階草Ophiopogon bodinieri 0.18六月雪Serissa japonica0.11山礬Symplocos sumuntia0.2190.8083六月雪Serissa japonica0.13沿階草Ophiopogon bodinieri 0.12求米草Oplismenus undulatifolius0.18100.9079雙蓋蕨Diplazium donianum0.15蹄蓋蕨Athyrium filix-femina0.13沿階草Ophiopogon bodinieri0.15110.701115剛竹Phyllostachys sulphurea 0.12六月雪Serissa japonica0.08沿階草Ophiopogon bodinieri 0.13120.65918卷柏Selaginella tamariscina0.12檵木Loropetalum chinense0.09吉祥草Reineckia carnea 0.35130.9017瘤足蕨Plagiogyria adnata0.13紫菀Aster tataricus0.12

13個樣地中，重要值排名前3位的灌木植物和草本植物有20科、26屬、28種，蕨類植物的重要值最高，鱗毛蕨為0.46，金星蕨為0.45；其次為絡(luò)石和吉祥草，重要值為0.38和0.35；重要值小于0.10的物種有小葉女貞、春蘭、柃木、檵木。13個樣地中灌木層植物重要值普遍偏低，這與新寧縣生態(tài)公益林受人為因素干擾較大及喬木層郁閉度太大抑制灌木的生長發(fā)育有關(guān)。以草本植物為優(yōu)勢種的樣地有11個，以灌木為優(yōu)勢種的樣地有2個，說明新寧縣公益林灌草層中草本層相對于灌木層較發(fā)達(dá)，灌木層主要物種組成為野牡丹、山礬、小葉女貞、映山紅、柃木、檵木、木姜子、銹毛莓、卷柏；草本層主要物種組成為絡(luò)石、苔草、鱗毛蕨、箭竹、金星蕨、銹毛莓、求米草、沿階草、吉祥草，由于喬木層郁閉度普遍較大，灌草層多以耐陰性植物為主。

3.2 各樣地灌草層植物種類數(shù)及生物多樣性

13個樣地優(yōu)勢樹種組為4種，分別是闊葉混交林(Ⅰ組)、針闊混交林(Ⅱ組)、針葉混交林(Ⅲ組)及針葉純林(Ⅳ組)，分別計(jì)算各樣地灌草層物種豐富度指數(shù)(S)、Simpson指數(shù)(D)及均勻度指數(shù)(Jsi)，對每組各指數(shù)取平均值，結(jié)果見表2。

表2 各組灌草層物種株數(shù)、物種豐富度、豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)的基本情況表Tab.2 Basic information of tree numbers, species rich-ness, richness index, diversity index and evenness index of each shrub and grass layer優(yōu)勢樹種組物種株數(shù)/株種類數(shù)各樣地灌草層生物多樣性指數(shù)SDJsi闊葉混交林(Ⅰ組)681113.70.700.72針闊混交林(Ⅱ組)37167.40.820.84針葉混交林(Ⅲ組)3697.20.660.68針葉純林(Ⅳ組)47189.40.840.86

4組優(yōu)勢樹種結(jié)構(gòu)林下灌草層物種豐富度關(guān)系為Ⅰ組﹥Ⅳ組﹥Ⅱ組﹥Ⅲ組；林下灌草層Simpson指數(shù)和均勻度指數(shù)關(guān)系基本一致，均表現(xiàn)為Ⅳ組﹥Ⅱ組﹥Ⅰ組﹥Ⅲ組。其中闊葉混交林中的灌草層豐富度指數(shù)明顯高于其它組，但Simpson指數(shù)和均勻度指數(shù)處于較低水平，原因可能為新寧縣闊葉混交林均為封山育林后自然形成的次生林，人為干擾因素較小，而針葉混交、針闊混交、針葉純林多為人工造林，林分撫育時灌木植物被大量去除，隨著林分郁閉度的增大，先鋒樹種逐漸被淘汰，僅有耐陰性較強(qiáng)的植物杜鵑、山礬、檵木、沿階草、吉祥草、苔草得以保留，導(dǎo)致豐富度指數(shù)低。9號樣地同為闊葉混交林，但是灌草層豐富度指數(shù)也處于較低水平，原因?yàn)?號樣地多為小喬木和灌木，林分的垂直結(jié)構(gòu)劃分不明顯，抑制了其它灌木和草本的生長，同時成土母質(zhì)多為石灰?guī)r，土層較薄，土被不連續(xù)，導(dǎo)致灌草層物種株數(shù)較少。針葉純林及針闊混交林Simpson指數(shù)和均勻度指數(shù)較高的原因?yàn)樵炝殖跗谶B續(xù)多年人工撫育利于各物種均衡發(fā)展，所以林下物種種類較多。

4 結(jié)論與討論

(1) 新寧縣公益林灌草層中草本層相對于灌木層較發(fā)達(dá)，主要原因?yàn)楦鳂拥貑棠緦佑糸]度太大，郁閉度≥0.7的樣地有10個，林下陽光不夠充足，下層又受到物種豐富的草本層抑制，加之新寧縣生態(tài)公益林普遍受人為因素干擾較大。灌木層主要物種組成為：野牡丹、山礬；草本層主要物種組成為：絡(luò)石、苔草、鱗毛蕨、箭竹、金星蕨、銹毛莓、求米草、沿階草、吉祥草，郁閉度較小的林分灌木植物較發(fā)達(dá)，郁閉度較大的林分中分布有少量的耐陰性灌木植物，針對這一現(xiàn)象，建議郁閉度較大的林分采取透光伐，增加林下光照，同時補(bǔ)植柃木、檵木、木姜子、銹毛莓、卷柏等耐陰性本地灌木物種，提高其生物多樣性。

(2) 新寧縣公益林林下灌草層物種豐富度關(guān)系為闊葉混交林﹥針葉純林﹥針闊混交林﹥針葉混交林，林下灌草層Simpson指數(shù)和均勻度指數(shù)關(guān)系基本一致，均表現(xiàn)為針葉純林﹥針闊混交﹥闊葉混交林﹥針葉混交林。整體表現(xiàn)為闊葉混交林物種豐富度高，但Simpson指數(shù)和均勻度指數(shù)較低，這是由于新寧縣的闊葉混交林大多為天然林，經(jīng)過長期自然演替，達(dá)到了以陽性樹種為優(yōu)勢種的次生林演替早期穩(wěn)定狀態(tài)，林下灌木層和草本層成分單一，大多為耐陰性植物；針闊混交及針葉純林Simpson指數(shù)和均勻度指數(shù)較高，但豐富度較低，此類林分可以發(fā)展為生物多樣性復(fù)雜、物種豐富的次生林，但所需時間較長，可以合理補(bǔ)植林內(nèi)同類灌木及草本，提高灌草層物種株數(shù)，加快其發(fā)展進(jìn)程；針葉混交林各項(xiàng)指數(shù)均為最低，此種林分只有1個樣地，樣地內(nèi)喬木層林分密度太低，郁閉度只有0.50，林內(nèi)灌木植物密布，極大地抑制了草本植物的生長發(fā)育。

(3) 林下植被是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，受環(huán)境因素、林分密度、撫育強(qiáng)度及間伐強(qiáng)度影響較大[12-16]，在改良土壤理化性質(zhì)、增加土壤微量元素、提高土壤營養(yǎng)元素等方面起著巨大的作用[17-19]，因此保護(hù)林下植被生物多樣性對于提高生態(tài)公益林的生態(tài)效益具有重要意義?？傮w來看，新寧縣生態(tài)公益林林下植被豐富，但管護(hù)較差，導(dǎo)致喬木層的郁閉度過大，影響了灌木層和草本層的豐富度及物種多樣性。闊葉混交林物種豐富度高，但種類單一；針闊混交及針葉純林物種種類較多，但豐富度較低；個別針葉混交林喬木層郁閉度較小，林下灌木密布，草本層植物較少，林分垂直結(jié)構(gòu)分布不明顯；另外，以松科植物為優(yōu)勢樹種的針闊混交林林下物種的豐富度及生物多樣性均比較高，這是否與喬木層郁閉度或樹種結(jié)構(gòu)有關(guān)還需要進(jìn)一步研究驗(yàn)證。從長遠(yuǎn)發(fā)展角度考慮，新寧縣公益林多數(shù)需進(jìn)行人工間伐，并且合理補(bǔ)植本地灌草類[20]，以提高林下物種生物多樣性復(fù)雜程度，這樣更有利于林分向物種豐富、層次復(fù)雜、生態(tài)功能較高的次生林發(fā)展。本次取樣樣本數(shù)量較少，竹林地、灌木林地等均未進(jìn)行林下植被生物多樣性分析，下一步可以增加調(diào)查樣本，從環(huán)境因素、林分密度、撫育強(qiáng)度及間伐強(qiáng)度等方面對林下植被生物多樣性的影響作進(jìn)一步分析，為新寧縣生態(tài)公益林經(jīng)營管理提供更全面、更科學(xué)的依據(jù)。