喀斯特石山翅莢木人工林林下植物多樣性分析

侯遠(yuǎn)瑞，鐘瑜，黃小榮，申文輝，陸國導(dǎo)

(1.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院,廣西 南寧 530002；2.國家林業(yè)和草原局中南速生材繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530002；3.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530002)

翅莢木(ZeniainsignisChun)為蘇木科翅莢木屬落葉闊葉大喬木，又名任豆、砍頭樹，胸徑達(dá)100 cm，樹高達(dá)20～30 m[1,2]。翅莢木天然分布在廣西、廣東、湖南、云南、貴州等省區(qū)，越南北部也有分布。翅莢木樹干圓滿通直，木材結(jié)構(gòu)細(xì)密，抗壓和抗彎力強(qiáng)，經(jīng)水浸泡后不翹不裂，不易受蟲蛀，是優(yōu)良家具材和膠合板材。木材纖維長、韌性好、出漿率高，也是優(yōu)良造紙?jiān)蟍3]。樹葉粗蛋白質(zhì)含量達(dá)24.57%，牛羊喜食，為良好的家畜飼料[4]。翅莢木用途廣，速生，根系穿透力強(qiáng)，能通過巖石縫隙向深處生長，在廣西喀斯特山區(qū)作為石漠化治理和退耕還林大面積推廣應(yīng)用的主要造林樹種[5]。福建、湖南、湖北、四川、江西、浙江等地有引種栽培，生長表現(xiàn)良好[3,6～10]。

目前對翅莢木的研究主要集中在苗木培育[11,12]、栽培技術(shù)[13,14]、生理特性[15,16]、材性及利用[3,17]等方面，在翅莢木人工林生態(tài)功能評價及其生物多樣性研究方面未見報道。本研究通過對廣西喀斯特石山17年生的翅莢木人工林林下植物多樣性進(jìn)行調(diào)查分析，初步評估翅莢木人工林的植物多樣性保護(hù)作用，為科學(xué)評價翅莢木人工林的社會效益和生態(tài)效益提供參考。

1 林地概況

翅莢木人工林調(diào)查地位于廣西壯族自治區(qū)平果市，107°21′—107°51′ E，23°12′—23°51′ N。該市氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，春秋干旱，冬季干冷。年平均氣溫19～21.5 ℃，極端最低溫-1.3 ℃，極端最高溫40.9 ℃，1月平均氣溫12.4 ℃，7月份平均氣溫28.2 ℃，年無霜期300～350 d，年平均降雨量1 200～1 500 mm，相對濕度80%以上。翅莢木人工林的地形為喀斯特山地，海拔400～550 m，坡度20°～30°，土壤為石灰?guī)r發(fā)育而成的棕色或黑色石灰土，巖石裸露率達(dá)53%。翅莢木人工林平均樹高14.34 m，平均胸徑17.14 cm，活立木密度1 208株·hm-2。自然植被有黃荊(VitexnegundoLinn.)、粗葉懸鉤子(RubusalceaefoliusPoir.)、紅背山麻桿〔Alchorneatrewioides(Benth.) Muell. Arg.〕、小果野桐(MallotusmicrocarpusPax et Hoffm.)、腎蕨〔Nephrolepiscordifolia(L.) Trimen.〕、藎草〔Arthraxonhipidus(Trin.) Makino〕、飛機(jī)草(EupatoriumodoratumLinn.)等。

2 研究方法

2.1 調(diào)查方法

在翅莢木人工林中選擇有代表性的地段設(shè)置3塊20 m×20 m的標(biāo)準(zhǔn)地(即3次重復(fù))，對標(biāo)準(zhǔn)地林木進(jìn)行每木檢尺，并以相鄰的地形和土壤條件基本相同的自然灌草叢作為對比研究，在每個標(biāo)準(zhǔn)地的對角線及中部共設(shè)置5個100 cm×100 cm水平面積的小樣方，調(diào)查小樣方內(nèi)灌木和草本植物種類、數(shù)量、高度和蓋度。

2.2 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分別估算物種的重要值(Iv)、豐富度指數(shù)(S)、Simpson多樣性指數(shù)(D)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)和均勻度指數(shù)(Jsw)等[18]。

3 結(jié)果與分析

3.1 林下植被組成

植物組成是植物群落的主要特征之一。由表1可以看出，翅莢木人工林林下共出現(xiàn)13科22屬22種植物，其中灌木層有7科10屬10種，草本層有6科12屬12種。而與翅莢木人工林相鄰的自然灌草叢共出現(xiàn)6科11屬11種植物，其中灌木層有4科6屬6種，草本層有3科5屬5種，灌木層的大葉山螞蝗和草本層的雞眼草同為蝶形花科?？梢姵崆v木人工林林下植物無論是灌林或是草本的種類均比其相鄰的自然灌草叢豐富。

翅莢木人工林林下植被以菊科、馬鞭草科、禾本科、大戟科為優(yōu)勢科(圖1)，其中菊科的種類最多，占總量的38.46%。而自然灌草叢則以馬鞭草科、菊科、蝶形花科為優(yōu)勢科(圖2)，其中馬鞭草科和菊科種類最多，各占總量的27.27%。

表1 林下植被組成

圖1 翅莢木林下植物種類數(shù)量分布

圖2 自然灌草叢植物種類數(shù)量分布

3.2 林下植被重要值

由表2可以看出，翅莢木人工林灌木層以黃荊為優(yōu)勢種，其重要值達(dá)75.96%；五色梅、小果野桐和粗葉懸鉤子為次優(yōu)勢種，其重要值分別為62.94%、53.56%和52.93%；優(yōu)勢種和次優(yōu)勢種4個植物種的重要值之和為245.39%，約占整個灌木層重要值總量的80%；其余6個植物種的重要值之和只占20%，黃荊、五色梅、小果野桐和粗葉懸鉤子在翅莢木人工林灌木層中優(yōu)勢地位明顯。而自然灌草叢的灌木層中黃荊占絕對優(yōu)勢，其重要值達(dá)154.77%，次優(yōu)勢種為蘭香草，重要值為57.19%，2個植物種的重要值之和為211.96%，約占整個灌木層重要值總量的70%，其余4個植物種的重要值之和只占30%，黃荊和蘭香草在自然灌草叢中優(yōu)勢地位明顯。由此可見翅莢木人工林灌木層優(yōu)勢種和次優(yōu)勢種豐富，而自然灌草叢的灌木層的優(yōu)勢種和次優(yōu)勢種較單一。

翅莢木人工林草本層植物種類數(shù)量與灌木層相近，以鬼針草為優(yōu)勢種，其重要值為118.14%，腎蕨為次優(yōu)勢種，重要值為62.94%，2個植物種的重要值之和為181.08%，約占整個草本層重要值總量的60%；其余10個植物種的重要值之和只占40%，鬼針草和腎蕨的優(yōu)勢地位明顯。而自然灌草叢的草本層也以鬼針草為優(yōu)勢種，其重要值為111.48%，藎草為次優(yōu)勢種，重要值為92.01%，2個植物種的重要值之和為203.49%，約占整個草本層重要值總量的70%；其余3個植物種的重要值之和只占30%，鬼針草和藎草的優(yōu)勢地位明顯。由此可見翅莢木人工林草本層優(yōu)勢種與自然灌草叢相同，次優(yōu)勢種腎蕨在自然灌草叢中無分布，自然灌草叢中次優(yōu)勢種藎草在翅莢木人工林林下不占優(yōu)勢。

表2 灌木層重要值

表3 草本層重要值

3.3 林下植被多樣性指數(shù)

翅莢木人工林灌木層植物豐富度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)均高于自然灌草叢，翅莢木人工林灌木層植物豐富度是自然灌草叢的近2倍，而兩者的均勻度指數(shù)相近(表4)。翅莢木人工林草本層植物豐富度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)也高于自然灌草叢，翅莢木人工林草本層植物豐富度是自然灌草叢的2倍多，而均勻度指數(shù)略低于自然灌草叢。總的來看，翅莢木人工林植物豐富度和多樣性指數(shù)均高于自然灌草叢，而均勻度指數(shù)略低于自然灌草叢。

表4 植物多樣性指數(shù)

4 結(jié)論與討論

翅莢木人工林林下共出現(xiàn)13科22屬22種植物，其中灌木層有7科10屬10種，草本層有6科12屬12種，無論是灌木或是草本的種類均比相鄰的自然灌草叢豐富。翅莢木人工林林下植被以菊科、馬鞭草科、禾本科、大戟科為優(yōu)勢科。從重要值來看，翅莢木人工林灌木層以黃荊為優(yōu)勢種，五色梅、小果野桐和粗葉懸鉤子為次優(yōu)勢種；草本層以鬼針草為優(yōu)勢種，腎蕨為次優(yōu)勢種。翅莢木人工林植物豐富度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)均高于自然灌草叢。說明在脆弱的喀斯特石山生境條件下人工種植翅莢木后，改良了生境條件，引入更多適宜生長的植物，提高了物種的豐富度，增加植物多樣性，但同時翅莢木人工林改變了林下光照和水熱條件，增加了生境的異質(zhì)性，植物分布的均勻度指數(shù)比自然灌草叢略低。

林下植被是人工林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維護(hù)生物多樣性、促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)、維持林地土壤質(zhì)量、減少水土流失起著重要作用。隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度不斷提升，人工林植物多樣性變化也日益受到關(guān)注。南方的桉樹是最受關(guān)注的人工林樹種，李寧對位于云南昆明的桉樹人工林研究認(rèn)為桉樹人工林林下結(jié)構(gòu)成分單一，多為外來物種紫莖澤蘭，呈現(xiàn)生物多樣性減少現(xiàn)象[19]。也有研究認(rèn)為巨尾桉林取代馬尾松疏林后林下植物多樣性有所提高[20]。李新榮等研究了我國干旱沙漠地區(qū)流沙治理的成功模式對植物多樣性的影響，結(jié)果表明：隨著時間演變，植物物種多樣性呈增加趨勢[21]。本研究中喀斯特石山17年生翅莢木人工林植物豐富度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)均高于自然灌草叢，表明翅莢木人工林生態(tài)系統(tǒng)植物多樣性并不低于自然生態(tài)系統(tǒng)，因此，在退化的喀斯特石山進(jìn)行翅莢木人工造林，對加快石漠化森林植被恢復(fù)及促進(jìn)植物多樣性增加具有重要作用。