廣東南山保護區(qū)常綠闊葉林主要樹種空間分布格局和空間關聯(lián)*

黃階華 吳林芳 鐘慧聰 郭騰輝 覃俏梅

（1. 廣東始興南山省級自然保護區(qū)管理處，廣東 韶關 512521；2. 廣州林芳生態(tài)科技有限公司，廣東 廣州 510520；3. 廣東生態(tài)工程職業(yè)學院，廣東 廣州 512520）

物種的空間分布格局是指個體在群落中的分布情況，反映了在特定時空中個體的空間關系[1]。植物種群的空間分布格局受植物自身及其生境的影響[2]，對物種的空間分布格局的研究，有助于我們認識種內(nèi)、種間以及物種與生境的關系[3]，也有助于我們探討物種共存的機制[4]，從而利于指導生物多樣性保護工作的開展[5]。因此，對物種空間分布格局的研究成為了生態(tài)學研究的重點之一[6]。

近年來，許多學者對群落優(yōu)勢種的空間分布格局和種間關聯(lián)進行了深入的研究。嚴朝東等[7]通過對東莞大屏嶂森林的種群空間分布格局研究，發(fā)現(xiàn)群落中的優(yōu)勢種之間有較強的競爭關系。吳初平等[8]通過對浙江省典型天然次生林主要樹種的空間分布格局和種間關聯(lián)進行研究，發(fā)現(xiàn)擴散限制和生境異質(zhì)性對群落的形成起到重要的作用。有人對準格爾盆地的梭梭幼苗Haloxylon ammodendron 空間格局進行研究，發(fā)現(xiàn)其分布格局受到土壤條件、降水量等因素的影響[9]。也有學者通過研究極小種群植物博羅紅豆Ormosia boluoensis 的種間關聯(lián)發(fā)現(xiàn)其分布受到群落中層的小喬木和灌木的排斥，提出在對其進行保育工作的過程中可以適當疏伐群落中層樹木[10]。通過開展物種空間分布格局的研究，有利于我們了解種群、群落的分布現(xiàn)狀及影響因素，從而指導保護管理工作的開展。然而，目前對廣東南山保護區(qū)的物種空間分布格局的研究尚未開展。

廣東始興南山省級自然保護區(qū)地處廣東北部，是珠江的二級支流湞江流域，保護區(qū)內(nèi)的花山水庫為廣東始興縣的水源地。保護區(qū)的設立對亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)的保護起到重要作用，也保護了附近的水源，保障了百姓民生。本研究以保護區(qū)典型的亞熱帶常綠闊葉林為研究對象，建立固定監(jiān)測樣地，研究群落物種組成、主要物種的空間分布格局及其關聯(lián)性，以了解物種的分布情況及預測群落發(fā)展方向。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

試驗地位于廣東始興南山省級自然保護區(qū)。該保護區(qū)地處廣東北部的韶關市始興縣，地理坐標為24°49′37″N～24°56′25″N，113°53′58″E～ 114°01′29″E，該區(qū)為南亞熱帶向中亞熱帶過渡的地帶，年平均氣溫為19.6 ℃，年均降雨量1 537.8 mm。保護區(qū)的地貌主要為中山地貌，平均海拔在500 m左右，保護區(qū)最高峰黃坑頂海拔1 094 m。保護區(qū)的土壤腐殖質(zhì)含量較高，土壤類型有山地紅壤、山地黃紅壤、山地表潛黃壤和山地草甸土等類型。區(qū)域內(nèi)水系豐富，有右拔水、左拔水、中拔水、馬頭水及含秀水等五大水系，也有庫容量超過1 000 萬 m3的花山水庫。保護區(qū)的地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林，保護區(qū)植物種類多，優(yōu)勢的科有殼斗科（Fagaceae）、樟科（Lauraceae）、山茶科（Theaceae）和杜英科（Elaeocarpaceae）等[11]。樣地所處地段植被類型為保存完好的常綠闊葉林，能代表保護區(qū)的地帶性植被，樣地所在群落的主要樹種為羅浮栲Castanopsis fabri、栲Castanopsis fargesii、華南木姜子Litsea greenmaniana、羅浮柿Diospyros morrisiana。

1.2 樣地建設與調(diào)查

于2019 年12 月參照《林業(yè)系統(tǒng)自然保護區(qū)生態(tài)因子和生物多樣性監(jiān)測手冊》和CTFS/CFor-Bio 樣地建設規(guī)范要求[12]，在廣東南山保護區(qū)建立水平投影面積為1 hm2的固定監(jiān)測樣地，樣地為東西方向長100 m、南北方向長100 m。樣地存在較大的高差，樣地最高點海拔約為321 m，最低點高度約為249 m。利用全站儀將樣地分成25個20 m×20 m 的樣方，每個樣方再細分為16 個5 m×5 m 的小樣方。對樣地內(nèi)胸徑DBH ≥1 cm的木本植物進行編號、掛永久標牌，測定其坐標，并進行每木檢尺，記錄其種名、胸徑、樹高和冠幅等數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

本研究以物種的重要值作為排序，重要值IV=(相對多度+相對頻度+相對優(yōu)勢度)/3。選擇樣地中重要值前四的物種羅浮栲、栲、華南木姜子、羅浮柿作為研究對象，分析各個物種的空間分布格局和物種之間的空間關聯(lián)。物種的空間分布格局分析利用點格局分析進行研究，利用成對由Ripley 的K(r)函數(shù)改進的成對相關函數(shù)g(r)函數(shù)來分析[13]。g(r)函數(shù)分為單變量的函數(shù)和雙變量的函數(shù)。單變量函數(shù)用來分析單個物種的空間分布格局，雙變量函數(shù)用來分析兩個物種的空間關聯(lián)性。

數(shù)據(jù)分析利用Programita 軟件[13-14]完成。因在0～20 m 的空間尺度時，空間格局對尺度的變化更敏感，故選擇在0～20 m 的空間尺度進行分析。通過計算得到每個尺度實際的g(r)值，并得到g(r)值的曲線。同時，運用Monte Carlo 循環(huán)199 次，得到99%的置信區(qū)間，形成置信區(qū)間的上下包跡線。在單個物種的空間格局分析中，當g(r)值的曲線在上包跡線上方時，表示物種呈聚集分布，在上下包跡線之間時為隨機分布，在下包跡線的下方表示物種呈現(xiàn)均勻分布。在關聯(lián)性分析中，當g(r)值曲線在上包跡線上方表示兩個物種呈正相關，在上下包跡線之間時不相關，在下包跡線之下表示兩個物種呈負關聯(lián)。

表1 樣地中重要值IV ≥1%的物種的數(shù)量特征Table 1 Quantitative characteristics of species with importance value ≥ 1% in the plot

圖1 廣東南山保護區(qū)常綠闊葉林4 種主要樹種的徑級分布Fig. 1 Diameter class distribution of four main species of evergreen broad-leaved forest at Nanshan Natural Reserve of Guangdong

圖2 廣東南山保護區(qū)常綠闊葉林4 種主要樹種的點格局分析Fig. 2 Spatial distribution pattern of four main species of evergreen broad-leaved forest at Nanshan Natural Reserve of Guangdong

2 結(jié)果與分析

2.1 物種組成

在南山保護區(qū)常綠闊葉林1 hm2樣地調(diào)查到植物個體3 359 株（不包括分枝），共94 個物種，隸屬于35 科65 屬。其中，物種數(shù)最多的科為樟科，有14 個物種，其次是山茶科，有7 個物種，其他的科都不超過5 種，只有一個種的科有16 個，占總科數(shù)的45.71%。樣地中重要值大于1 的物種有26 個，重要值最大的物種為羅浮栲，其重要值為14.58%。個體數(shù)量最多的物種為華南木姜子，為671 株，但其胸高斷面積較小，僅有0.69 m2/hm2。樣地中重要值的4 個物種為羅浮栲、栲、華南木姜子、羅浮柿，這四個物種的個體數(shù)量之和為1 473 株，占所有植物個體數(shù)量的47.78%，這4 個物種的胸高斷面積之和占所有物種胸高斷面積和的57.27%，在群落中擁有絕對優(yōu)勢（表1）。在此群落中，這四個物種的徑級分布均呈明顯的倒“J”型，說明這些種群還處于增長狀態(tài)。羅浮栲有較多的大徑個體，胸徑大于10 cm 的個體占63.26%；栲胸徑大于10 cm 的個體占61.76%；華南木姜子的全部個體都小于10 cm；而羅浮柿76.92%的個體胸徑都小于10 cm（圖1）。

圖3 廣東南山保護區(qū)常綠闊葉林4 種主要樹種的種間關聯(lián)Fig.3 Correlations of four main species of evergreen broad-leaved forest at Nanshan Natural Reserve of Guangdong

2.2 主要物種空間分布格局

樣地中4 個主要物種的空間分布格局隨尺度的變化也發(fā)生變化。羅浮栲在0～1.5 m，2.5～10 m的空間尺度上呈現(xiàn)聚集分布，在其他尺度上呈隨機分布。栲在樣地中主要呈隨機分布，僅在1.5～6.5 m、8.5～9.5 m 的尺度左右時呈現(xiàn)聚集分布，在其他尺度上呈隨機分布。而華南木姜子在0～20 m 的尺度上都呈聚集分布，但隨著尺度的增大，聚集程度降低。羅浮柿在0～9.5 m，10.5～14.5 m的尺度左右呈現(xiàn)聚集分布，其他尺度呈隨機分布（圖2）。

2.3 種間關聯(lián)

樣地中主要物種之間的關聯(lián)關系以無關聯(lián)為主，只有個別物種在個別的尺度上呈現(xiàn)正關聯(lián)或負關聯(lián)。羅浮栲與華南木姜子在尺度為1.5～2.5 m 左右時呈現(xiàn)負關聯(lián)，而在14.5～15.5 m、16.5～17.5 m的尺度上呈現(xiàn)正關聯(lián)。羅浮栲與栲在尺度為5.5 m 左右時有一個微弱的負關聯(lián)，其余尺度都無關聯(lián)。羅浮栲與羅浮柿在0～1.5 m、7.5～9.5 m、11.5～12.5 m、16.5～17.5 m 的尺度上呈現(xiàn)正關聯(lián)。栲與羅浮柿在1.5～5.5 m、6.5～7.5 m 呈正關聯(lián)。華南木姜子與羅浮柿在0～1.5 m 左右有微弱的正關聯(lián)，在9.5 m、15.5 m、17.5～18.5 m 的尺度呈負關聯(lián)（圖3）。

3 討論與結(jié)論

物種組成是群落的基本特征，影響著群落的結(jié)構(gòu)與功能，是多種因素共同作用的結(jié)果。廣東南山保護區(qū)地處亞熱帶季風區(qū)，水熱條件較優(yōu)，同時經(jīng)過保護區(qū)多年的保護實踐，區(qū)域內(nèi)的森林保存良好，物種多樣性較高。在面積為1 hm2樣地中共調(diào)查到94 個物種，以樟科、山茶科的為優(yōu)勢科，同時樣地內(nèi)也有較多殼斗科的物種，這與繆紳裕等[11]研究的結(jié)果較為吻合，與附近地區(qū)的常綠闊葉林的物種組成也較為相似[15-16]。樣地內(nèi)以羅浮栲、栲、華南木姜子、羅浮柿4 個物種重要值最大，個體數(shù)量所有植物個體數(shù)量的47.78%，胸高斷面積之和占所有物種胸高斷面積和的57.27%，這幾個物種在群落中起到最重要的作用，對群落的其他物種影響較大。因此，對它們進行空間格局的研究更有意義。在徑階分析中發(fā)現(xiàn)，羅浮拷和栲都存在較多大徑個體，體現(xiàn)了其為高大喬木的特性，而華南木姜子和羅浮拷個體的胸徑則較小，這也與其是灌木或小喬木的生物特性有關。這些生物也影響了物種的分布格局。

群落中主要物種的空間分布格局有一定的差異。華南木姜子和羅浮柿以聚集分布為主，這兩個物種主要是小喬木，小喬木在自然界中會偏向于聚集分布，物種在小尺度上的聚集可以使種群具有較強競爭能力[17]，從而提高物種的生存能力。而相比于這兩個物種，羅浮栲和栲的聚集程度較低，在小尺度上都有出現(xiàn)隨機分布的現(xiàn)象，這也可能與其自身生活型有關，羅浮栲和栲都是高大喬木，在小尺度上會存在競爭排斥[18]。同時，這兩個物種在樣地中更傾向于隨機分布，分布范圍較廣，說明這兩個物種有較強的適應能力[19]。此外，在尺度較大時這兩個物種出現(xiàn)隨機分布與聚集分布交替出現(xiàn)的現(xiàn)象，這可能是由于生境的異質(zhì)性導致的[20]。因此，該群落主要樹種的空間分分布格局受到自身因素、生境異質(zhì)性的影響。

群落中的主要物種之間在個別尺度上呈正關聯(lián)或負關聯(lián)，在大部分的尺度上無關聯(lián)。說明這些物種相對獨立，沒有明顯的競爭關系，它們之間存在生態(tài)位的分化，在群落中占據(jù)不同的層次和位置[10]，利用不同的空間和資源得以共存。一般而言，處于演替初期的群落，物種間的關聯(lián)性會較低，這樣的群落會繼續(xù)演替，最終種間關系會趨于較明顯的相關性[21]，這也印證了繆紳裕等[11]關于南山保護區(qū)的群落會繼續(xù)演替到頂級群落的判斷。此外，華南木姜子與羅浮柿在個別尺度上呈現(xiàn)負關聯(lián)，這兩個物種都是小型喬木，在群落中主要占中間層，因而它們之間存在競爭關系，會有一定的競爭排斥[4]。

綜上所述，南山保護區(qū)的常綠闊葉林植物種類多，1 hm2樣地中有35 科65 屬94 個喬木樹種。樣地中的主要物種的空間分布模式有所差異，華南木姜子和羅浮柿主要為聚集分布，而羅浮栲和栲的聚集程度較低，這與植物自身特性和生境異質(zhì)性有關。群落主要物種之間的關聯(lián)性不明顯，除華南木姜子與羅浮柿有一定競爭外，整體競爭不明顯，群落會繼續(xù)演替。