鐵嶺天然榛子林與人工榛子林植物多樣性研究

鄧春玲 曾慧宇 屈佳彤 苗青

（沈陽農(nóng)業(yè)大學生物科學技術學院，遼寧沈陽 110866）

1 引言

榛子（Corylus heterophylla Fisch.），俗名平榛，屬于被子植物門樺木科（Betulaceae）榛屬（Corylus）落葉灌木或小喬木，高1～7 m，是世界上四大干果（核桃、扁桃、榛子、腰果）之一，并有“堅果之王”的美譽。

遼寧省鐵嶺市素有“中國榛子之都”的美稱，2004 年鐵嶺市獲得了國家質檢總局的原產(chǎn)地保護標識認證。隨著知名度和影響力的不斷提高，2007年鐵嶺市被國家林業(yè)局列為全國百家“經(jīng)濟林（榛子）產(chǎn)業(yè)示范縣”，經(jīng)過近幾年的連續(xù)開發(fā)，鐵嶺市的榛子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，并形成了龍頭產(chǎn)業(yè)，目前，鐵嶺市榛林面積達到112.5 萬畝，榛果年產(chǎn)量達到2.5 萬t［1］。

鐵嶺榛子的生產(chǎn)病蟲害問題比較突出，主要類型有榛癭蚊（Dasinura corylifalva）、榛實象甲（Curculil dieckmanni Faust）、榛樹卷葉象蟲（Aoderus coryli Linnaeus）等。2020 年，榛癭蚊使植株和榛果的被害率分別達到80% 和60% 左右，對榛子的產(chǎn)量造成嚴重影響；榛實象甲成蟲取食榛子幼果汁液使其極易腐爛并脫落，對其危害結果比較明顯；榛樹卷葉象蟲以成蟲形態(tài)在枯枝落葉層下越冬，在榛葉尖端產(chǎn)卵，其幼蟲孵化以后開始在卷葉內取食進而對榛樹造成危害。這些病蟲害嚴重制約了鐵嶺地區(qū)榛子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展［2］。有研究表明，當?shù)氐闹参锒鄻有耘c病蟲害發(fā)生率有著密切聯(lián)系，通過提高植物多樣性進而提高其生物多樣性，能夠增強對病蟲害的抵抗能力［3］。合理的喬木物種混交、引進和保留鄉(xiāng)土的草本、灌木物種來提高植物多樣性，進而提高蟲害自然控制力［4］。西北地區(qū)中沙棘（Hippophae rhamnoides）常受沙棘木蠹蛾（Holcocerus hippophaecolus）的侵害，研究發(fā)現(xiàn)沙棘林植物多樣性越高，沙棘木蠹蛾災害發(fā)生程度越低［5］。在東北地區(qū)，青楊脊虎天牛（Xylotrechus rusticus）爆發(fā)成災，調查顯示哈爾濱城鄉(xiāng)接合部造林所用樹種較單一，混交林內抗性樹種比例不足，是其蟲害發(fā)生的重要誘因［6］。云南思茅松（Pinus kesiya var.langbianensis）人工林的害蟲發(fā)生與其植物多樣性也具有顯著的相關性［7］。

本研究通過調查人工榛子林與天然榛子林的群落特征，明確人工干預對榛子林植物多樣性的影響，為指導榛子產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供依據(jù)。

2 研究區(qū)域與方法

2.1 自然概況

鐵嶺市地處遼寧省的北部，屬沿海內陸地區(qū)，溫帶大陸性季風氣候區(qū)，年降雨量在450～750 mm 之間，自東南向西北減少，其中5—9 月降雨量占全年降雨量的81%～85%［8］。

2.2 研究方法

2.2.1 樣地調查

樣地的設置采用典型的取樣法，在天然榛子林和人工榛子林各分設樣地5 個，每個樣地設置樣方3 個，大小為5 m×5 m。

調查指標主要包括草本植物的種類、數(shù)量（密度）、高度、蓋度、分枝情況；灌木的種類、數(shù)量（密度）、高度、冠幅、基莖、分枝數(shù)；喬木的種類、數(shù)量、高度、冠幅、胸徑；所有植物生物量。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)張金屯［9］的計算方法，計算樣地植物物種重要值（Important Value，IV），以IV≥1 的物種為主要優(yōu)勢物種，作為區(qū)分喬木和灌木優(yōu)勢種的標準，區(qū)分草本植物時，以IV≥0.5 作為標準分析優(yōu)勢物種。在以上標準的前提下，優(yōu)先將重要值最高的物種定為優(yōu)勢種，若存在兩個物種重要值相差不大且≤20%時，則判定為存在兩個優(yōu)勢物種。以物種多樣性指數(shù)測度植物群落多樣性，選用的物種多樣性指數(shù)包含物種豐富度指數(shù)、α 多樣性指數(shù)（Simpson 指數(shù)，Shannon-weiner 指數(shù)，Pielou 指數(shù)，種間相遇幾率）、β多樣性指數(shù)。

3 結果與分析

3.1 不同榛子林優(yōu)勢植物的變化

榛子在天然榛子林中的地位遠沒有在人工榛子林中的地位高。天然榛子林的草本層優(yōu)勢種為金盞銀盤（Bidens biternata），人工榛子林草本層的優(yōu)勢種為狼尾巴花（Lysimachia barystachys）和軸藜（Axyris amaranthoides）、野艾蒿（Artemisia lavandulifolia）。人工榛子林優(yōu)勢種的重要值相近且都遠遠小于天然榛子林優(yōu)勢種的重要值，說明人工榛子林草本層的種間競爭較為激烈。天然榛子林和人工榛子林灌木層中榛子的重要值最高，是灌木層的優(yōu)勢種。

3.2 不同榛子林群落垂直結構的變化

榛子林群落樹冠的垂直成層性是林分的重要屬性，直接影響樹木的生長和下層植物群落結構。天然榛子林中喬木層中分布有油松和遼東櫟（Quercus Liaotungensis），其中油松占主要優(yōu)勢，平均高度約為14 m；其灌木層中除生長著榛子外，還生長著少量忍冬屬植物，榛子的高度為1.2～1.8 m；其草本層植物種類繁多，分布有金盞銀盤、酢漿草（Oxalis corniculata）、桃葉蓼（Polygonum persicaria）、野大豆（Glycine soja Sieb. et Zucc）、鴨跖草（Commelina communis）等植物，其中金盞銀盤數(shù)量最多。人工榛子林中喬木層主要分布有遼東櫟和山杏（Prunus armeniaca），其中遼東櫟占主要優(yōu)勢，最高的遼東櫟可達20 m；其灌木層只生長著榛子，高度大多為1.5 m，高度相對均一；草本層植物種類較少。

可見，天然榛子林的植物種類更多，植物群落更為復雜。天然榛子林喬木層植物生長繁密，高度較高，而人工榛子林喬木層植物的種類與數(shù)量均遠遠少于天然榛子林。天然榛子林的灌木層分布有其他植物，與榛子競爭營養(yǎng)成分，而人工榛子林灌木層則只生長著榛子，無競爭植物。天然榛子林草本層植物種類較多，但高度普遍較低，相較之下，人工榛子林草本層植物種類較少，但高度較高。

3.3 不同榛子林植物多樣性的變化

通過調查發(fā)現(xiàn)，天然榛子林物種比人工榛子林更加豐富多樣。天然榛子林的物種總數(shù)為27 種，人工榛子林的物種總數(shù)為24 種。

從Shannon-weiner 指數(shù)來看，人工榛子林樣地的喬、灌、草均勻度接近一致，其中灌木層和喬木層的均勻性為0，草本層指數(shù)分別為1.63 和1.64。天然榛子林草本層的Shannon-weiner 指數(shù)為0.98，遠低于人工榛子林的均勻性，但灌木層（0.38）和喬木層（0.39）均勻度高于人工榛子林。

Simpson 多樣性指數(shù)表明，天然榛子林和人工榛子林在各層植物的多樣性基本一致。草本層中，天然榛子林的多樣性指數(shù)為0.28，遠低于人工榛子林（0.75）。在灌木層和喬木層方面，天然榛子林多樣性明顯高于人工榛林子。從豐富度來看，人工榛子林喬木和灌木多樣性一樣單一，但均勻度不同。

人工榛子林各層的均勻度指數(shù)基本一致，喬木層和灌木層的均勻度指數(shù)為0，說明兩個樣地的喬木和灌木物種單一，分布不均勻。人工榛子林草本層均勻度指數(shù)（0.49）高于天然榛子林（0.34）。

天然榛子林和人工榛子林灌木層的相似度為66.7%，草本層的相似度為31.1%，天然榛子林中的灌木層物種種類多，榛子與其他灌木存在競爭關系。人工榛子林和天然榛子林的草本相似度為31%左右，說明二者草本層的種類復雜。

3.4 群落多樣性指數(shù)之間的關系

物種多樣性指數(shù)是物種豐富度和均勻度的函數(shù)，不同的多樣性指數(shù)的差別就在于這兩個變量賦予的權重不同。

天然榛子林的物種多樣性大于人工榛子林，尤其表現(xiàn)在灌木層與喬木層中。Simpson 指數(shù)越大，表明植物群落的物種多樣性越大。天然榛子林喬木層和灌木層的Simpson 指數(shù)均高于人工榛子林，由此可說明，天然榛子林的喬木層與灌木層較人工榛子林更為復雜，更為多樣，而兩種榛子林的草本層物種多樣性都很大。物種均勻度的高低往往與物種多樣性的大小成正比，天然榛子林喬、灌、草3 層群落物種分布的均勻度均高于人工榛子林，尤其是天然榛子林的灌木層Pielou 指數(shù)遠高于人工榛子林，進一步證明天然榛子林的物種多樣性大于人工榛子林，且天然榛子林的榛子的均勻度更高。天然榛子林草本層的種間相遇幾率因子高于人工榛子林。

3.5 因子分析

提取3 個主因子，累計貢獻率99.905%。將4 個指標按高載荷可分為3 類：多樣性因子（Shannon-weiner指數(shù)，Simpson 指數(shù)）、種間相遇幾率因子（種間相遇幾率指數(shù)）、Pielou 均勻度因子（Pielou 均勻度指數(shù)）。天然榛子林草本層的種間相遇幾率因子最高，為1.874 7，說明其草本層種間相遇幾率最大。天然榛子林灌木層的Pielou 均勻度因子最大，為1.810 3。可見，天然榛子林灌木和草本2 層群落物種分布的均勻度均高于人工榛子林。

3.6 不同群落間生產(chǎn)力的變化

根據(jù)生物量分析，人工榛子林的群落生產(chǎn)力高于天然榛子林。天然榛子林灌木與草本的總生物量低于人工榛子林；人工榛子林草本層的生物量高于天然榛子林。

4 結論與討論

天然榛子林的物種多樣性大于人工榛子林，尤其表現(xiàn)在灌木層與喬木層中。Simpson 指數(shù)越大，表明植物群落的物種多樣性越大。天然榛子林喬木層和灌木層的Simpson 指數(shù)高于人工榛子林。物種均勻度的高低往往與物種多樣性的大小成正比，天然榛子林的喬、灌、草3 層物種分布的均勻度均高于人工榛子林，進一步證明天然榛子林的物種多樣性大于人工榛子林，且天然榛子林的榛子的均勻度更高。

物種多樣性是衡量植物群落穩(wěn)定性的一個重要指標，物種多樣性越高，表明群落結構越復雜，林分的穩(wěn)定性就越強［10］。但無論是用物種多樣性指數(shù)還是用均勻度指數(shù)衡量人工榛子林和天然榛子林植物群落的多樣性，都反應出一致的趨勢，即天然榛子林＞人工榛子林，證明天然榛子林的穩(wěn)定性比人工榛子林的強。人工榛子林和天然榛子林相比，人工榛子林草本層優(yōu)勢種的重要值低，種間競爭大，群落的喬木層和灌木層多樣性單一，均勻度不同；天然榛子林群落各層的均勻度指數(shù)比人工榛子林的均勻度指數(shù)大，群落生產(chǎn)力比人工榛子林的群落生產(chǎn)力低。