溆浦縣不同類(lèi)型人工公益林種群結(jié)構(gòu)演替規(guī)律初探

劉石峰，劉燕英

(溆浦縣林業(yè)局, 湖南 溆浦 419300)

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)把造林綠化作為社會(huì)主義建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，采取了退耕還林、封山育林、發(fā)動(dòng)全民義務(wù)植樹(shù)等措施，加速推進(jìn)人工林建設(shè)，取得了顯著成績(jī)[1]。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)人工林進(jìn)行了大量的研究，包括人工林林下生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量、生物生產(chǎn)力、林地土壤質(zhì)量、生態(tài)位等方面[2-9]。南方因自然條件優(yōu)越，人工林多以杉木和馬尾松等速生用材林為主。1997年，林業(yè)分類(lèi)經(jīng)營(yíng)總體規(guī)劃實(shí)施，從此大面積的人工林劃入公益林，受到嚴(yán)格保護(hù)[10]。但是，長(zhǎng)期以來(lái)，人工公益林都沒(méi)有被科學(xué)合理地經(jīng)營(yíng)，目前大部分人工公益林生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重退化現(xiàn)象，如何持續(xù)經(jīng)營(yíng)人工公益林是當(dāng)前面臨的重要問(wèn)題。

人工公益林持續(xù)經(jīng)營(yíng)首先需要解決的是恢復(fù)問(wèn)題，研究不同類(lèi)型人工公益林結(jié)構(gòu)可以為恢復(fù)其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、提高生物多樣性豐富度及促進(jìn)公益林可持續(xù)發(fā)展提供指導(dǎo)意見(jiàn)。本文以溆浦縣2020年生態(tài)公益林的6個(gè)人工公益林樣地的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，主要從三個(gè)方面進(jìn)行分析：(1)計(jì)算喬木層重要值及生物多樣性指數(shù)；(2)檢驗(yàn)不同類(lèi)型人工公益林之間的多樣性指數(shù)是否存在顯著相關(guān)性及6個(gè)樣地喬木層各指數(shù)(平均胸徑、平均樹(shù)高、平均冠幅)是否存在顯著差異；(3)分析不同類(lèi)型人工公益林喬木層結(jié)構(gòu)及其對(duì)可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的啟示，以便為本地區(qū)的人工公益林持續(xù)經(jīng)營(yíng)提供理論依據(jù)。

1 調(diào)查地概況

溆浦縣位于湖南省西部、懷化市東部，處于110°15′40″—111°01′07″E，27°17′31″—28°19′27″N之間?？h境四面環(huán)山，山地、丘陵、崗地、平谷、溪河并具。屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。雨水充足，歷年平均氣溫為16.9 ℃，降水量為1 300～1 700 mm，光、熱、水基本同季，全年無(wú)霜期平均為284 d。全縣林業(yè)用地面積為244 900 hm2，占土地總面積的71.4%。全縣生態(tài)公益林總面積為76 723 hm2，占林業(yè)用地面積的31.33%。本次選取的樣地分布于6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，地貌為中山及低山，海拔區(qū)間為258～1 269 m，坡度為15～45°，具體分布見(jiàn)圖1。

圖1 溆浦縣6個(gè)人工公益林樣地位置

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置和監(jiān)測(cè)調(diào)查

2020年11月，采用野外實(shí)地調(diào)查的方法對(duì)溆浦縣公益林內(nèi)的6個(gè)人工林樣地喬木層進(jìn)行全面調(diào)查。樣地面積設(shè)置為25 m(垂直等高線(xiàn))×40 m(平行等高線(xiàn))=1 000 m2，詳細(xì)記錄各樣地的地貌、海拔、坡向、坡位、坡度、土壤類(lèi)型、土壤質(zhì)地、植被總蓋度、起源、平均樹(shù)齡、郁閉度等，記錄喬木層樹(shù)種種名、株數(shù)、胸徑、樹(shù)高、冠幅等。

2.2 計(jì)算公式

2.2.1 重要值

重要值Iv=(Dr+Pr+Fr)/3；

相對(duì)密度Dr=(Di/D)×100%；

相對(duì)頻度Pr=(Pi/P)×100%；

相對(duì)顯著度Fr=(Fi/F)×100%。

式中：Dr為相對(duì)密度；Pr為相對(duì)頻度；Fr為相對(duì)顯著度；Di為第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)；D為全部物種個(gè)體數(shù)；Pi為第i個(gè)物種的頻度；P為所有物種的頻度和；Fi為第i個(gè)物種的胸面積和；F為所有物種的胸面積和。

2.2.2 豐富度指數(shù)(S)、多樣性指數(shù)(Simpson指數(shù)D)及均勻度指數(shù)(J)

豐富度指數(shù)S=物種株數(shù)/樣方面積；

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

式中：Pi為物種相對(duì)密度；S為物種的數(shù)目(總數(shù))。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用Excel 2007軟件統(tǒng)計(jì)重要值排名前5的樹(shù)種株數(shù)占比、杉木株數(shù)占比、天然樹(shù)種株數(shù)占比、分布于3個(gè)樣地以上的樹(shù)種株數(shù)占比以及高度小于3 m的樹(shù)種株數(shù)占比；采用SPSS 23.0軟件對(duì)6個(gè)樣地進(jìn)行相關(guān)性雙變量分析，對(duì)喬木層相關(guān)指數(shù)(平均胸徑、平均樹(shù)高、平均冠幅)進(jìn)行單因素ANOVA檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 重要值

6個(gè)樣地喬木層總株數(shù)為708株，分屬19科32屬，重要值排名前10的依次為杉木、馬尾松、白背葉、鹽膚木、油茶、漆樹(shù)、合歡、蠟瓣花、楓香樹(shù)、野桐；6個(gè)樣地中重要值排名前5的樹(shù)種占了總數(shù)的67.5%，杉木占了總數(shù)的40%，喬木層天然樹(shù)種占了總數(shù)的26.5%，分布于3個(gè)樣地以上的樹(shù)種占總物種數(shù)的25.7%，樹(shù)高小于3 m的樹(shù)種株數(shù)占總株數(shù)的3%，說(shuō)明溆浦縣人工公益林以杉木和馬尾松人工林為主，后期火燒及其他人為因素導(dǎo)致部分公益林受損，受損后人工補(bǔ)植白背葉、蠟瓣花、油茶、鹽膚木、野桐等本地樹(shù)種，經(jīng)過(guò)次生演替形成了現(xiàn)在的公益林。具體情況見(jiàn)表1。

表1 溆浦縣人工公益林樣地喬木層基本情況Tab.1 SummaryofcanopyofpublicwelfareforestplantationinXupuCounty樹(shù)種科屬分布樣地?cái)?shù)量/個(gè)株數(shù)重要值杉木Cunninghamialanceolata杉科杉木屬62820.3291馬尾松Pinusmassoniana松科松屬3530.0842白背葉Mallotusapelta大戟科野桐屬2710.0549鹽膚木Rhuschinensis漆樹(shù)科鹽膚木屬6300.0455油茶CamelliaoleiferaAbel.山茶科山茶屬1420.0327漆樹(shù)Toxicodendronvernicifluum漆樹(shù)科漆屬4220.0316合歡Albiziajulibrissin豆科合歡屬3130.0305蠟瓣花Corylopsissinensis金縷梅科蠟瓣花屬1420.0295楓香樹(shù)Liquidambarformosana金縷梅科楓香樹(shù)屬4170.0286野桐Mallotusjaponicus大戟科野桐屬1380.0272櫻桃Cerasuspseudocerasus薔薇科櫻屬370.0201假死柴Dichotomanthustristaniaecarpa樟科山胡椒屬390.0188檵木Loropetalumchinense金縷梅科檵木屬330.0159

3.2 多樣性指數(shù)

按照優(yōu)勢(shì)樹(shù)種組成情況對(duì)6個(gè)樣地進(jìn)行分組編號(hào)，分別為Ⅰ組(杉木+白背葉+蠟瓣花)樣地，Ⅱ組(杉木+油茶)樣地，Ⅲ組杉木樣地，Ⅳ組(馬尾松+白背葉+鹽膚木)樣地，Ⅴ組(馬尾松+杉木)樣地，Ⅵ組(野桐+杉木)樣地，分別計(jì)算各組喬木層豐富度指數(shù)(S)、Simpson指數(shù)(D)及均勻度指數(shù)(J)，結(jié)果見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 各樣地豐富度指數(shù)

圖3 各樣地Simpson指數(shù)(D)均勻度指數(shù)(J)圖

6組樣地喬木層豐富度指數(shù)關(guān)系為Ⅲ組>Ⅰ組>Ⅳ組>Ⅱ組>Ⅵ組>Ⅴ組，Simpson指數(shù)(D)及均勻度指數(shù)(J)關(guān)系基本一致，為Ⅳ組>Ⅴ組>Ⅵ組>Ⅱ組>Ⅰ組>Ⅲ組，Ⅲ組和Ⅰ組豐富度指數(shù)明顯高于其他組，原因是Ⅰ組杉木樣地受到破壞后，補(bǔ)植了白背葉和蠟瓣花等適宜本地生長(zhǎng)的樹(shù)種，兩個(gè)樹(shù)種很快占據(jù)了優(yōu)勢(shì)地位并迅速生長(zhǎng)成為建群種；Ⅲ組樣地保護(hù)措施到位，杉木沒(méi)有受到破壞，依然保持著杉木占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位的人工林初始狀態(tài)。Ⅳ組樣地Simpson指數(shù)(D)及均勻度指數(shù)(J)均處于較高水平，原因是該樣地內(nèi)馬尾松、白背葉及鹽膚木分布合理，其他闊葉樹(shù)種均有良好的生長(zhǎng)環(huán)境，逐漸發(fā)展為生物多樣性豐富的針闊混交林；而Ⅲ組樣地Simpson指數(shù)(D)及均勻度指數(shù)(J)水平較低的原因是人工種植的杉木一直受到較好的保護(hù)且在樣地內(nèi)占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)位，因此，該樣地只有極少數(shù)耐陰且適應(yīng)性強(qiáng)的闊葉樹(shù)種得以生長(zhǎng)成林。

3.3 多樣性指數(shù)的相關(guān)性及喬木層各指數(shù)的差異程度

對(duì)6個(gè)樣地進(jìn)行相關(guān)性雙變量分析，結(jié)果表明:豐富度指數(shù)(S)與Simpson指數(shù)(D)及均勻度指數(shù)(J)相關(guān)性不顯著，Simpson指數(shù)(D)與均勻度指數(shù)(J)存在顯著的正相關(guān)。對(duì)喬木層各指數(shù)進(jìn)行單因素ANOVA檢驗(yàn)，結(jié)果表明:6個(gè)樣地喬木層平均冠幅差異顯著，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)Ⅱ組(杉木+油茶)樣地與Ⅵ組(野桐+杉木)樣地的平均冠幅明顯高于其他組，這與后期闊葉樹(shù)種的合理補(bǔ)植有關(guān)。平均胸徑及平均樹(shù)高差異不顯著，具體結(jié)果見(jiàn)表2及表3。

表2 各樣地豐富度指數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果Tab.2 Correlationanalysisresultsofrichnessindexesacrossmultipleplots豐富度指數(shù)SSimpson指數(shù)D均勻度指數(shù)J豐富度指數(shù)S0.1360.129Simpson指數(shù)D0.1360.000均勻度指數(shù)J0.1290.000

表3 各樣地喬木層指數(shù)單因素ANOVA檢驗(yàn)結(jié)果Tab.3 SinglefactorANOVAtestresultsoftreelayerin-dexacrossmultipleplots平方和自由度均方F值顯著性組間79.927515.985平均胸徑組內(nèi)923.8435815.9281.0040.424總計(jì)1003.77063組間10.35652.071平均樹(shù)高組內(nèi)153.002582.6380.7850.565總計(jì)163.35863組間12.67352.535平均冠幅組內(nèi)53.763580.9272.7340.028總計(jì)66.43663

4 結(jié)論與討論

雖然我國(guó)的公益林面積增長(zhǎng)較快，但普遍存在質(zhì)量不高、結(jié)構(gòu)不合理、樹(shù)種單一、生態(tài)功能不強(qiáng)等缺點(diǎn)[11-15]。2020年，溆浦縣公益林監(jiān)測(cè)設(shè)置了7個(gè)樣地，其中6個(gè)樣地為人工林。其中，重要值排名前5的樹(shù)種就占了總數(shù)的67.5%，杉木占了總數(shù)的40%，喬木層天然樹(shù)種只占26.5%，且大部分樹(shù)種分布于1～2個(gè)樣地，樹(shù)高小于3 m的樹(shù)種占總樣地的3%，6個(gè)樣地的樹(shù)種種類(lèi)均值為6，說(shuō)明溆浦縣人工公益林喬木層總體豐富度指數(shù)及生物多樣性指數(shù)較高，但存在樹(shù)種單一、闊葉樹(shù)種占比少、天然更新能力差、杉木純林的喬木層生物多樣性指數(shù)極低(D=0.27，J=0.27)、Ⅰ組(杉木+白背葉+蠟瓣花)樣地內(nèi)除優(yōu)勢(shì)樹(shù)種外其他闊葉樹(shù)種占比較低(7.38%)、Ⅴ組(馬尾松+杉木)樣地(S=0.007 1)及Ⅵ組(野桐+杉木)樣地(S=0.008 6)豐富度指數(shù)低于平均水平(S=0.011 0)的情況。

杉木純林郁閉度為0.85，喬木層生物多樣性指數(shù)(D=0.27，J=0.27)明顯低于其他樣地，對(duì)此類(lèi)公益林可以采取間伐措施降低杉木密度，同時(shí)合理補(bǔ)植白背葉、鹽膚木、漆樹(shù)、合歡、櫻桃、假死柴、檵木等適應(yīng)能力強(qiáng)的本地樹(shù)種；Ⅰ組(杉木+白背葉+蠟瓣花)樣地內(nèi)物種數(shù)為9，種類(lèi)較單一，需要通過(guò)間伐措施降低杉木、白背葉及蠟瓣花的密度，給其他闊葉樹(shù)種留出一定的生活空間，同時(shí)補(bǔ)植楓香、杜鵑、櫻桃等景觀價(jià)值較高的樹(shù)種；Ⅴ組(馬尾松+杉木)樣地及Ⅵ組(野桐+杉木)樣地豐富度指數(shù)分別為0.007 1和0.008 6，低于6個(gè)樣地的平均值0.011 0，此類(lèi)公益林則需要割灌、除草，進(jìn)一步優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)，同時(shí)補(bǔ)植楓香、檵木、杜鵑、假死柴等適應(yīng)性強(qiáng)、景觀價(jià)值高的天然形成的本地樹(shù)種，從而形成物種豐富、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生態(tài)功能較強(qiáng)的高質(zhì)量生態(tài)公益林。Ⅳ組(馬尾松+白背葉+鹽膚木)樣地總體豐富度、生物多樣性指數(shù)水平較高(S=0.012 1，D=0.83，J=0.84)，郁閉度為0.65，喬木層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這與后期合理補(bǔ)植闊葉樹(shù)種有關(guān)。本研究可以為本縣的其他公益林經(jīng)營(yíng)提供參考。

人工公益林的恢復(fù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期且復(fù)雜的工程。目前，在封山育林的前提下，大部分人工公益林已達(dá)到二代穩(wěn)定階段，實(shí)施目的明確的更新、撫育、擇伐等經(jīng)營(yíng)措施是當(dāng)前急需開(kāi)展的工作[16]。對(duì)第一代人工公益林(杉木、馬尾松等)進(jìn)行間伐，降低公益林內(nèi)針葉樹(shù)種的密度，同時(shí)合理補(bǔ)植適應(yīng)性強(qiáng)的本地闊葉樹(shù)種，才能更快形成頂級(jí)常綠闊葉生態(tài)公益林[17]。本次調(diào)查的樣地較少，樣地類(lèi)型單一，可能對(duì)結(jié)果有一定的影響，且由于林下灌草樣地調(diào)查沒(méi)有完成，不能夠?qū)α窒鹿嗖輰由锒鄻有赃M(jìn)行研究，下一步可以增加馬尾松純林樣地及(馬尾松+杉木)樣地做進(jìn)一步分析比較，以便為溆浦縣人工公益林經(jīng)營(yíng)提供更科學(xué)、合理的參考意見(jiàn)。