福建牛姆林自然保护区青钱柳天然群落结构及物种多样性研究

福建牛姆林自然保护区青钱柳天然群落结构及物种多样性研究

青钱柳又名铜币树，是青钱柳科植物。它是一个集绿化、材料和医药于一体的珍稀树种。其为落叶速生乔木,树木高大挺拔,枝叶美丽多姿,其果实像一串串的铜钱,从头年10月至第二年5月一直挂在树上,迎风摇曳,别具一格,是良好的园林绿化观赏树种。目前对青钱柳的药用、保健作用研究较多,但对其天然林的群落学研究较少,通过样地调查和群落学研究,分析了青钱柳天然林的群落结构及群落动态,为扩大种植规模、城市园林绿化建设及构建城市复层植物群落提供一定的依据。1土壤、自然条件研究地牛姆林自然保护区位于福建省永春县下洋镇溪塔村境内,总面积250hm2,地势东南高,逐步向西北倾斜,山地海拔490~1100m,坡度一般在30~35°。牛姆林的土壤母质为砂页岩,质地疏松,区内的土壤主要是暗红壤和黄红壤,土层深厚肥沃,腐殖质含量高,呈酸性。牛姆林处于南亚热带北缘地区,属南亚热带季风山地气候,年平均气温18℃,极端最高气温35℃,极端最低气温-6℃,年有霜期11d,生长季在350d左右。年降水量1500~2000mm,主要在5~6月,雨量集中,空气湿度大。青钱柳天然林群落属亚热带常绿阔叶林带,生长茂盛,树冠浑圆,高达三、四十米,与其他阔叶树种形成明显的复层林冠,林相错落有致形成漂亮的景观,为牛姆林的景观之一。青钱柳天然林群落集中分布在山坡中、下部的山垇、山谷地带,该群落中共有维管束植物66种,隶属39科58属,其中蕨类植物8科10属,单子叶植物4科5属,双子叶植物27科43属。2学习方法2.1不同树种树高、胸径、幅的测量天然林中乔木层调查采用10m×10m的相邻格子法,记录样方中所有植株及不同树种的树高、胸径、幅(起测径阶4cm),设置样地2800m2。林下的灌木、幼树、草本、藤本在每个格子内采用2m×2m的小样方调查,记录各层次植被种类、株数、地径、高度等因子,并对样方资料进行统计分析。2.2青钱柳天然林群落多样性综合描述应用扩散系数、丛生指数、扩散指标、平均拥挤度指标、Cassie.R.M指标对优势种群在天然林群落中的空间水平分布格局进行研究。根据Margalef指数(R1)、Menhinick指数(R2)、Shannon-wiener指数(H)、Mclntoch指数(D)对青钱柳天然林群落多样性进行综合描述。各指数计算方法如下:公式(1)、(2)中,S为群落中物种的总数,N为观察到的个体总数。公式(4)中U=(∑ni2)/2,公式(3)、(4)中,Pi是第i种的个体数占总个体数N的比例,即Pi=ni/N,ni是第i种的个体数。3结果与分析3.1群落结构分析3.1.1两亚层植被组成青钱柳天然林群落由生活型、生态幅和适应性不同的树种组成,各自占据着不同的生态位,形成群落的多层次现象。因此群落内部垂直结构层次比较明显,可划分为乔木层、灌木层、草本层和层间植物4个层次(表1)。其中乔木层又划分为3个亚层(第一亚层为25m以上,12m<第二亚层≤25m,5m<第三亚层≤12m),灌木层划分为2个亚层(2m<第一亚层≤5m,第二亚层为≤2m)。乔木第一亚层为占优势的大乔木,主要有青钱柳、狗牙锥(Castanopsisfargesii)、刨花楠(Machiluspauhoi)、密花山矾(Symplocoscongesta)、红楠(Machilusthunbergii),其中青钱柳在主林层中占绝对优势;第二亚层植物种类较少,由青钱柳、华南吴茱萸(Euodiaaustrosinensis)、拟赤杨(Alniphyllumfortunei)、米槠(Castanopsiscarlesii)、梨茶(Camelliaoctopetala)、芬芳安息香(Styraxodoratissimus)、日本杜英(Elaeocarpusjaponicus)等组成;第三亚层植物种类丰富,主要由梨茶、华南吴茱萸、刨花楠、狗牙锥、芬芳安息香、米槠等树种组成,这3个亚层形成连续的主林层。灌木第一亚层中乔木幼苗有华南吴茱萸、芬芳安息香、狗牙锥、米槠、华南桂、光叶山矾、黄楠,灌木主要有梨茶、冬青、细齿叶柃、野含笑、毛天仙果、柏拉木、细枝柃等;灌木第二亚层中有杜茎山、五加、野含笑、华南桂、毛天仙果等。草本层主要种类有乌毛蕨、海金沙、单叶新月蕨、深绿卷柏等。层间植物主要有钩刺雀梅藤、流苏藤、石血等。3.1.2不同优势种群的空间分布格局群落的水平结构是各种群间格局的决定因素,即种群在水平空间上的配置状况。根据群落数量特征调查分析,以重要值排在前4位的青钱柳、华南吴茱萸、梨茶、狗牙锥为研究对象,用扩散系数、丛生指数、扩散指标、平均拥挤度指标、Cassie.R.M指标对4种优势种群在天然林群落中的空间水平分布格局进行研究。结果表明华南吴茱萸与梨茶种群聚集程度较高,为聚集分布;青钱柳与狗牙锥种群呈随机分布。这种分布格局是由于它们对生境的适应性不同所致。3.2群落优势种群的数量特征优势种群的生态学特征及发生、发展动态对群落外貌、结构、演替方向有重要影响。种群结构不仅反映了种群不同年龄个体的组配情况,也反映了种群数量动态及其发展趋势,并在很大程度上反映了种群与环境间的相互关系以及它们在群落中的作用和地位。但划分种群个体大小时用生长锥钻取木芯比较困难,根据外部特征也很难确定生长年龄,因此用立木结构代替年龄结构来分析种群动态,按曲仲湘等的标准将种群的径级划分为5个级别:幼苗(高33cm以下)为Ⅰ级、幼树(高33cm以上,胸径<2.5cm)为Ⅱ级、小树(胸径2.5~7.5cm)为Ⅲ级、壮树(胸径7.5~22.5cm)为Ⅳ级、大树(胸径22.5cm以上)为Ⅴ级,群落中的优势种种群数量统计见表1。从表1可以看出,在青钱柳占绝对优势的天然林群落中,青钱柳大树个体多,占种群个体总数的63.76%,但林下未见幼苗和幼树,其Ⅲ、Ⅳ立木级贮备也较少,均占种群总数的18.12%,说明青钱柳的种群结构属于基部窄顶部宽的倒金字塔形结构,为衰退型种群,这可能与青钱柳为强阳性喜光树种,闭荫的林下环境不利于其幼苗、幼树的生长有关,这对青钱柳种群的生长有着很大的影响,因此急需加强对青钱柳种质资源的保护,扩大种群规模。华南吴茱萸的小树储备较多,占种群总数的71.43%,林下未见更新幼苗,也未见华南吴茱萸的大树,说明华南吴茱萸也为衰退型种群,但其小树比例较大,每公顷为125株,所以在较长的一段时间内,华南吴茱萸在此群落结构中仍为优势种群,其衰退程度小于青钱柳。梨茶的立木级分布较均匀,前四级俱全,未见胸径大于22.5cm的大树,因梨茶属小乔木,主要在乔木层的第3亚层占绝对优势,故梨茶可称为成熟型种群,幼苗和幼树占其种群个体总数的39.11%,说明梨茶在群落中属稳定增长型种群,但其为小乔木,不可能在群落中成为占绝对优势的建群种。狗牙锥种群结构稳定,五级齐全,为成熟型种群,其中幼苗和幼树占其种群总个体数的27.54%,小树占其总个体数的36.23%,说明其属增长型种群,虽然其现在的优势地位不如青钱柳,但在以后的生长过程中其在主林层中的地位会越来越重要。3.3群落丰富度根据Margalef指数、Menhinick指数、Shannonwiener指数、Mclntoch指数对永春县牛姆林自然保护区青钱柳天然林群落进行综合描述,群落中各层次物种多样性指数见表2。物种丰富度是表征群落中包含多少个物种的量度。从表2可看出,表征群落中物种丰富度的Margalef指数、Menhinick指数为灌木层>乔木层>草本层>层间植物,说明灌木层的物种最丰富,随着丰富度指数的减少物种的丰富程度降低。物种多样性作为群落组织水平的生态学特征之一,主要依赖于群落中物种数的多少以及个体数在各个种中的分布是否均匀,即多样性是群落丰富度和均匀度的函数。物种的多样性指数Shannon-wiener指数、Mclntoch指数为灌木层>乔木层>草本层>层间植物,说明灌木层物种的多样性程度最高,即物种数目最多,随着多样性指数的降低物种多样性逐渐减少,这与丰富度指数是一致的。4青钱柳属植物属永春县牛姆林自然保护区青钱柳天然林群落中林下青钱柳幼苗很少,主要是因为青钱柳为强阳性树种,荫蔽的群落环境抑制了幼苗的生长。青钱柳种子果皮坚硬革质,具有深休眠特性,败育率高,沙藏种子需两年才能萌发,这是造成其种群扩展最大的难题,今后应加强青钱柳的无性繁殖、组培育苗的研究工作,扩大其种群规模。该研究地青钱柳天然林群落中青钱柳占绝对优势,此外优势种还有梨茶、华南吴茱萸、狗牙锥、米槠