5种毛竹林下植物组成及多样性分析

5种毛竹林下植物组成及多样性分析

毛竹phylostachyspubens林是中国南方重要的森林资源。福建省是毛竹主产区之一。毛竹具有生长快、产量高、用途广、可持续性强的特点,是经济价值很高的笋、材两用竹种。近年来福建大力开发利用毛竹,使经营者获得较高的经济回报。但长期以获取最大经济效益为目的,忽视毛竹林生态系统的持续稳定作用,致使毛竹林结构单一、生态系统脆弱、林地水土流失加剧等问题突显出来,影响毛竹林的可持续经营。我国森林面积和蓄积持续增长,人工林保存面积和蓄积分别达0.62亿hm2和9.61亿m3。在人工林发挥着其不可代替的木材生产功能的同时,越来越多的研究开始关注其在生物多样性方面的效应以及相应的生态功能的发挥及可持续性。多样性是森林可持续经营的一个重要目标,林下植物作为森林群落的重要组成部分,在保持水土、促进森林生态系统的物质循环、维护群落的生物多样性和稳定性以及揭示植物演替特征等方面具有独特的功能和作用。2012年7月~8月,本研究针对福建将乐国有林场毛竹林进行植物多样性调查研究,以分析不同林分类型毛竹林灌草植物的物种多样性特征,为今后福建西北部丘陵地区毛竹林植物恢复、森林的可持续经营以及充分发挥毛竹林的生态效益提供一定的科学依据。1闽西北低丘陵地带研究区位于福建省将乐国有林场,东经117°05′~117°40′,北纬26°26′~27°04′。研究区地处武夷山脉东南麓、金溪河畔,为闽西北低丘陵地带,平均海拔在400~800m之间,最高海拔1203m,最低海拔140m。年平均气温18.7℃,年平均降水量1669mm,年平均蒸发量1204mm,霜期72d,无霜期287d,气候温和,土层深厚肥沃,以红壤为主,并分布有黄红壤,适宜培育以杉木Cunninghamialanceolata、马尾松Pinusmassoniana为主的用材林和乡土珍贵树种。2学习方法2.1调查材料和方法在研究区内选取6毛竹4杉木、8毛竹2杉木、7毛竹3木油桐Verniciafordil、10毛竹、9毛竹1樟树Cinnamomumamphora5种毛竹林进行对比研究。每种类型选择标准地,设置20m×20m乔木样方,在每个乔木样方四周设置4个5m×5m灌木样方,同时在每个灌木样方内设置1个2m×2m草本样方,一共72个样方。乔木调查乔木种类、株数、胸径、树高、冠幅、郁闭度、竹度;灌木(包括幼树幼苗)和草本调查植物种名、株数、高度和盖度。另外,对每个样地测其海拔、经纬度、坡向、坡度、坡位、土壤类型。各样地的基本情况见表1。2.2多样性指数计算公式根据调查结果,分析不同毛竹林下灌木层、草本层的物种组成和数量特征。根据公式:灌草重要值=(相对多度+相对盖度+相对频度)/300,计算每一类型下灌木层、草本层的重要值;采用广泛使用的多样性指数Simpson指数、Shannon-Weiner指数、均匀度指数Pielou指数、Gini指数、物种丰富度指数Patrick指数和相似性指数Sorensen指数,比较和评价α多样性差异。Simpson指数计算公式为;Shannon-Weiner指数计算公式为;Pielou指数计算公式为Jsw=H′/lnS;Gini指数计算公式为Jsi=DS/(1-1/s);Patrick指数计算公式为Dp=S(式中S表示物种数;Pi表示种i的概率);Sorensen指数计算公式为Cs=2c/(a+b)(式中a和b分别是两群落各自的物种数,c为两群落的共有物种数)。每一类型毛竹林的各项物种多样性指数进行了方差检验(ANOVA)和差异显著性检验(p=0.05水平)。3结果与分析3.1优势种和多种植物种类组成5种毛竹林灌草层植物组成如表2(仅部分植物)所示。5种毛竹林灌木层共有102种植物,草本层共有121种植物。毛竹纯林、6毛竹4杉木、7毛竹3木油桐、8毛竹2杉木和9毛竹1樟树灌木植物层各有34、38、47、46和14种,草本层植物各有53、34、47、39和24种。灌木层中7毛竹3木油桐物种数最多,9毛竹1樟树最少,除9樟树1毛竹外,毛竹纯林物种数小于其他类型毛竹林。草本层中毛竹纯林物种数最多,9毛竹1樟树最少,毛竹纯林物种数大于混交林。从物种组成来看,灌木层中刚竹、粗叶榕、豆腐柴,草本层中五节芒、淡竹叶、乌蕨等植物为5种毛竹林下共存种,说明这些植物是福建西北丘陵地区毛竹林下常见种。5种毛竹林下植物物种的相对重要值如表2(仅部分植物)所示。如果以10%作为优势物种判定标准,可以看出毛竹纯林灌木优势种为乌饭树、粗叶榕,草本优势种为淡竹叶。6毛竹4杉木灌木优势种为刚竹,草本优势种为芒萁、锯蕨、五节芒。7毛竹3木油桐灌木优势种为刚竹,无草本优势种。8毛竹2杉木灌木优势种为显齿蛇葡萄,草本优势种为芒萁、五节芒。9毛竹1樟树灌木优势种为刚竹、粗叶榕,草本优势种为玉叶金花、狗脊蕨。3.2林下植物物种多样性5种毛竹林灌草层物种多样性指数如表3所示。不同类型毛竹林下的植物物种多样性有差异。灌木层物种丰富度指数最小的是9毛竹1樟树(p<0.0.5),其他4种类型差异不显著;Shannon-Wiener多样性指数最小的也是9毛竹1樟树(p<0.0.5),其他4种类型差异不显著;Simpson多样性指数、Pielou均匀度指数、Gini均匀度指数差异均不显著。草本层物种丰富度指数较大的是7毛竹3木油桐、毛竹纯林;Simpson多样性指数较小的是6毛竹4杉木、8毛竹2杉木;Shannon-Wiener多样性指数较大的为7毛竹3木油桐、毛竹纯林;Pielou均匀度指数较小的是6毛竹4杉木、8毛竹2杉木;Gini均匀度指数最小的是9毛竹1樟树(p<0.0.5),其他4种类型差异不显著。总体来看,灌木层物种多样性指数最高是7毛竹3木油桐,最低是9毛竹1樟树。草本层物种多样性指数最高为7毛竹3木油桐,最低是8毛竹2杉木。综合分析,在福建西北丘陵地毛竹林中,7毛竹3木油桐的林下植物物种多样性最高。福建西北丘陵地毛竹林的灌草层物种多样性指数均值如表4所示。物种丰富度指数是草本层>灌木层,Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Gini均匀度指数均为灌木层>草本层。物种丰富度指数的大小受取样面积的影响较大,在本研究中灌木层与草本层的取样面积不一致,可能影响了灌木层、草本层的物种丰富度指数的大小。总体来看,福建西北丘陵区毛竹林的物种多样性为灌木层>草本层。3.3种毛竹林种间的相似性5种毛竹林间共有种及相似系数比较指数如表5所示。10毛竹和8毛竹2杉木、10毛竹和7毛竹3杉木相似系数为0.5257、0.4235,其他毛竹林间相似系数较一致,为0.2~0.4,总体来看,福建西北丘陵地毛竹林分间有着较大的差异性。9毛竹1樟树与其他模式毛竹林的差异最为突出。Sorenson指数描述了群落间相似程度。从理论上分析,在自然状态下的一定尺度空间范围内,生态环境相同或相似,林分建群种一致,其林内植物应有较高的相似性和较多的共有种。本研究中不同毛竹林差异较大,说明林分结构不稳定,毛竹林的林分结构有待进一步优化调整。4毛竹林生物群落物种组成及多样性的区域差异福建西北丘陵地毛竹林灌木层共有102种植物,草本层共有121种植物,不同毛竹林的灌木层物种数为14~47,草本层为24~53。不同毛竹林的灌草物种多样性指数也表现出一定的差异性,其中灌木层物种多样性指数最高是7毛竹3木油桐,最低是9毛竹1樟树;草本层物种多样性指数最高为7毛竹3木油桐,最低是8毛竹2杉木。总体上7毛竹3木油桐的林下植物物种多样性最高。5种毛竹林间相似系数较一致,为0.2~0.4,各毛竹林间有着较大的差异性。从林下植物物种组成和多样性来看,5种毛竹林存在较大差异。对比彭志等对安徽省毛竹林下植物物种多样性的研究,表明闽西北丘陵地与安徽省毛竹林下植物物种组成差异明显。本研究中毛竹林下植物种类较多,但多为耐阴或较耐阴、喜温暖湿润的植物,比如刚竹、蕨类植株等,这与福建西北丘陵地肥沃湿润的土壤立地条件相适宜。这也说明毛竹林内物种虽是丰富的,但较大部分物种是脆弱的,该结论与张刚华等对不同类型毛竹林植物物种多样性研究结论基本相同。毛竹林灌木层中乔木的幼树幼苗数量较多,可以推测,灌木层的植物物种组成及结构与乔木的林分结构、林分密度有密切关系。灌木层和草本层是人工林群落的主要成分,其组成和结构反映了该种人工生态系统的结构和功能特点,也反映了人工生态系统植被恢复特点。因此,毛竹林灌草植物物种组成与结构可以作为毛竹林生态环境恢