海南南渡江流域木麻黄人工林林分结构的特点及规律

海南南渡江流域木麻黄人工林林分结构的特点及规律

0林分结构特征与林下物种多样性木麻黄是澳大利亚的一种毛毛树和树冠树。它于20世纪50年代在国外进口。由于其干燥、抗旱性、耐盐碱性和抗沙性，已成为中国东南沿海海岸带的主要造林树种，在预防风、固沙、改善生态环境和提供材料方面发挥着重要作用。目前,国内学者对木麻黄开展了较多研究,且多数是关于能量特征、生物量、碳贮量等方面的研究,对其林分结构特征和林下物种多样性的研究还比较罕见。本文拟用Weibull分布函数和正态分布函数进行直径、树高拟合分析其林分结构,并采用香农多样性指数来估算群落物种多样性,旨在为南渡江流域木麻黄人工林的优化改造、合理经营提供科学依据。1上游:琼州海峡—研究区概况南渡江流域位于东经109°12'~110°35'、北纬18°56'~20°05'之间,是海南岛第一大河流,干流全长333.8km,流域面积7176km2。干流发源于白沙县南峰山,东北向流经白沙、儋州、琼中、澄迈、屯昌、定安至海口市三联村汇入琼州海峡。上游河段,穿行于山丘之中,落差较大,河岸较陡,河谷狭窄,多为石底河床,水力充足,进入澄迈后河流水势变缓,河道沙洲、小丘、浅滩较多,最后穿过海口市区东部而入海。流域植物资源丰富,种类繁多,天然林主要有白楸(Mallotuspaniculatus)、滑桃树(Trewianudiflora)、黄牛木(Cratoxylumcochinchinense)、柿叶木姜(Litseamonopetala)、苦楝(Meliaazedarach)等,人工林主要有木麻黄、橡胶(Heveabrasiliensis)、桉树(Eucalyptusspp)等,在中游还有少许马占相思(Acaciamangium)分布。2学习方法2.1自然因子测定在南渡江下游选择典型木麻黄样地6块,样方面积为25m×25m。记录每块样地的海拔、坡向、坡位、坡度、土壤等自然因子,对样方内胸径≥3cm的树木进行每木检尺,记录其树种、胸径、树高、冠幅等基本测树因子。每个样方中沿对角线机械设置5个2m×2m的小样方,记录小样方内灌木层的植物组成、高度、盖度、冠幅,草本层记录植物组成、高度和盖度。典型样地基本情况见表1。2.2学习方法2.2.1不同偏度、陡度的分布函数模型1)Weibull分布选择Weibull分布函数对南渡江下游木麻黄人工林进行直径和树高拟合。众多研究表明:Weibull分布函数具有适应性强、灵活性大、参数表现能力强的特点,可拟合不同偏度、峭度的曲线。三参数的Weibull分布函数概率密度函数为:式中:x为组中值,a为位置参数,这里为林分直径最小径阶的下限值,b为尺度参数,c为形状参数,当c<1时,Weibull分布函数呈反J型分布;当1<c<3.6时,呈单峰左偏山状分布;当c=1时,为负指数分布函数;当c=2时,为X2分布;当c≈3.6时,为近似正态分布;当c>3.6时,呈单峰右偏山状分布。2)正态分布正态分布的概率密度函数为:式中:μ为变量x的期望,σ为x的标准差。2.2.2密度对林分第i径阶的影响运用Weibull分布和正态分布对南渡江木麻黄人工林进行直径、树高拟合,对其理论株数和实际株数在α=0.05的水平下进行X2检验,统计量:式中:m表示径阶数,S(xi)为林分第i径阶的实际值,F(xi)为林分第i径阶的理论值。2.2.3ener指数ener采用香农多样性指数来估算群落多样性,也叫香农-维纳(Shannon-Wiener)或香农-韦弗(Shannon-Weaver)指数,其公式如下:物种均一度(Pielou指数)用来描述物种中的个体的相对丰富度或所占比例。式中:S表示样地内物种的总数,pi表示第i个种的个数占物种总数的比例。3结果分析3.1林分直径研究3.1.1直径分布随径级分布为研究南渡江流域木麻黄人工林直径分布总体变化规律,将6块标准地的木麻黄直径数据进行合并,绘制木麻黄的径阶分布株数图(图1)。由图1可以看出,木麻黄人工林林分平均胸径为11.6cm,变幅为3.4~21.3cm,直径分布范围较小。直径分布呈单峰左偏山状分布,径级结构的变化规律为:随着径阶的增大,株数开始逐渐增加,在10cm径阶处达到最大值,之后开始减少。其中,6cm径阶到12cm径阶的林木株数所占比重最多,累计百分比已达到75.8%,大径阶株数分布很少。根据外业调查发现,在澄迈永发及定安境内河道两旁的木麻黄林被大面积砍伐,且南渡江下游非法采沙严重,两岸土壤沙化严重,导致立地条件衰退、林相层次不齐,这些都是造成木麻黄人工林生长缓慢的主要原因。3.1.2南渡江木麻黄的直径分布应用上述两种概率密度函数和调查数据,采用Forstat软件对6块样地的直径分布进行计算,结果见表2。X2检验的结果表明,6块样地的直径分布均服从Weibull分布、正态分布。其中,1号标准地的拟合效果最好,其次是3号、6号样地,2号、4号样地拟合效果一般,5号样地的拟合效果最差。结合图1可以发现,木麻黄样地的直径分布近似呈正态分布,这与拟合检验结果完全相符。总体来看,所有样地的林分直径分布规律呈单峰山状分布曲线,中等大小的林木株数比例最大,并向两端径阶逐渐减少。从两种分布函数的拟合效果来看,Weibull分布函数的拟合精度要略高于正态分布,但差异不显著。Weibull分布函数的参数见表3,结合表2、表3对南渡江木麻黄直径分布特征进行分析。6块标准地的削度均为负值,说明木麻黄人工林直径分布的离散程度较大;2号、3号、5号和6号样地的偏度为正值,且Weibull参数值c均在1~3.6范围内,表明分布曲线顶峰偏左,中、小径阶的林木占多数;1号、4号标准地的偏度为负值,且c值均大于3.6,说明直径分布右偏,样地内中、大径阶的林木较多。3.2树高结构研究3.2.1树高生长规律根据样地调查,木麻黄人工林林分平均树高为13.6m,变幅为5.2~23.5m,全距18.3m。将6块样地的树高数据合并,并按2m树高距分组,木麻黄树高分布见图2。由图2可以看出,南渡江木麻黄人工林树高的基本规律为:随着树高的增高,株数逐渐增加,在12m处达到最高值,随后株数开始逐渐减少。林木树高分布范围较广、跨度较大,从5.2~23.5m均有分布,其中,8~16m高阶的株数最多,累计百分比已达82.59%,树高在20m以上的林木株数很少。从总体上看,木麻黄人工林树高分布符合一般人工林树高分布规律。3.2.2木麻黄树高分布特征采用Weibull分布和正态分布对木麻黄人工林树高进行拟合,计算结果见表4。X2检验的结果表明:6块样地的树高分布均服从Weibull分布、正态分布,拟合精度排序为:样地1号>样地6号>样地3号>样地5号>样地4号>样地2号;两种分布函数相比,Weibull分布拟合精度优于正态分布。表5列出了木麻黄树高Weibull分布的参数值,由表4、表5可以发现:6块样地的削度均为负值,说明木麻黄人工林树高分布的离散程度较大,在树高级上分布比较均匀,分布形状较正态分布平坦。2号、5号和6号样地的偏度大于0且c值在1~3.6范围内变动,表明树高分布曲线顶峰偏左,低矮、中等树高的林木占多数;1号、3号和4号样地的偏度小于0且c值均大于3.6,表明树高分布曲线右偏,高大林木占多数,这与直径拟合结果相一致。3.3地下植被多样性研究3.3.1灌木层丰富度表6列出了6块样地的灌木层物种多样性变化。据调查,木麻黄林下灌木层物种包括南酸枣(Choerospondiasaxillaris)、荆条(Vitexnegundovar.heterophylla)、冬青(Ilexchinensis)、山油柑(Acronychiapedunculata)、野葛(Puerarialobata)、倒吊笔(Wrightiapubescens)、马蓝(Strobilanthescusia)等。由表6可以看出:6块典型样地的灌木层物种丰富度为0~8,香农-威纳尔指数为0~1.52,均匀度指数为0~0.95。其中,6号样地的物种丰富度最大,其对应的香农-威纳尔指数也最高;2号样地的均匀度指数最大,但物种丰富度较少。3号样地的灌木层丰富度为0,其原因是该样地土壤沙化较严重,立地条件恶劣,致使林下植被数量减少。总体来说,木麻黄人工林灌木层物种丰富度低且分布不均匀。3.3.2不同立地条件对木麻黄林下物种丰富度和均匀度的影响表6还列出了6块样地的草本层物种多样性变化。木麻黄林下草本层物种包括鬼针草(B.pilosa)、鸟巢蕨(Aspleniumantiquum)、南海铁角蕨(Aspleniumloriceum)、狗甘菜(Diclipterachinensis)、茜草(Rubiacordifolia)、假臭草(Praxelisclematidea)、卷柏(Selaginellatamariscina)、翠云草(Selaginellauncinata)、淡绿短肠蕨(Allantodiavirescens)、柊叶(Phryniumrheedei)、双盖蕨(Diplaziumdonianum)等。由表6可以看出:木麻黄草本层丰富度为6~10,香农-威纳尔指数1.45~1.64,均匀度指数0.71~1.03;6号样地的物种丰富度最大,其香农-威纳尔指数和均匀度指数也最高;1号、2号、4号和5号样地的物种丰富度和香农-威纳尔指数差异不大,但5号样地的均匀度指数最小,说明5号样地草本层分布不均匀;3号样地的物种丰富度和香农-威纳尔指数最小,但均匀度指数较高,分布较为均匀,草本层优势种竞争不显著。与灌木层相比,南渡江木麻黄人工林草本层生长较灌木层茂盛。4木麻黄人工林密度和多样性1)运用Weibull分布函数和正态分布函数进行直径、树高拟合的结果表明:两种分布函数都能很好地拟合木麻黄人工林直径分布和树高分布,且Weibull分布函数的拟合精度略优于正态分布。两种分布函数均可用于南渡江木麻黄人工林直径、树高分布结构预测。2)南渡江木麻黄人工林林下植被组成简单,多样性较低,且草本层生长较灌木层茂盛。灌木层物种丰富度为0~8,香农-威纳尔指数为0~1.52,