四川盆地丘陵区叶片河流域森林群落特征分析

四川盆地丘陵区叶片河流域森林群落特征分析

洛阳长江上游支流之一的柳江水系是长江上游植被景观的中心地区之一。本区域属典型的农林复合生态系统,其原生植被为亚热带常绿阔叶林。由于长期受人为因素的影响,原生植被已不复存在,现存具代表性的森林群落除人工林外,主要是通过封山育林和自然更新形成的以松、柏、栎类为主要树种构成的混交林。由于农田、耕地、村舍、河流、堰塘和道路的分割,各群落类型未能连接成片,零星分布于丘坡、丘顶和平坝,各地类彼此镶嵌,构成四川盆地丘陵区特有的森林植被,可以说是一种另类岛屿群落。由于这类森林植被在构建长江中上游防护林体系中具有十分重要的生态功能,包括涵养水源、保持水土、调节区域性气候、为动物提供栖息环境等,因而本文旨在通过官司河流域主要代表性森林群落的研究,揭示四川盆地丘陵区森林群落的结构特征,为长江中上游防护林充分发挥其生态功能和植被景观资源的可持续利用提供理论依据。1林下群落调查研究地点选择在四川省林业科学研究院绵阳新桥森林生态定位研究站,其自然地理情况见参考文献。本次调查于2005年9月～10月进行。在对官司河流域踏查的基础上,选择了9种具代表性的森林群落进行调查。所研究的群落结构简单,可明显分为乔、灌、草3层。林下灌木以黄荆(Vitexnegurdo)、铁籽(Myrsineafricana)、火棘(Pyracanthafortuneana)、胡颓子(Elaeagnusumbellate)、三颗针(Berberisjulianae)等为主;草本植物以苔草(Carexspp.)、圆果雀稗(Paspalumorbiculare)、大叶艾纳香(Blumeamartiniana)和竹叶草(Oplismenuscompositus)等为主。其样地的基本概况见表1。2学习方法2.1调查样地设置群落调查采用样方调查法。在官司河流域的典型地段设置样地,样地面积因地形条件而异,有10m×10m、10m×20m和20m×20m,在大样方中划分10m×10m的小样方,沿样地的对角线机械布设5个2m×2m的灌木层和5个1m×1m的草本层小样方。分别调查乔木层、灌木层和草本层的植物种类、数量、高度、覆盖度及乔木胸径。2.2数据的统计分析2.2.1乔木层iii的计算分别计算乔木层、灌木层及草本层的重要值。计算公式为:乔木层IV=(相对密度+相对频度+相对显著度)/3;灌木层IV=(相对密度+相对频度+相对高度)/3;草本层IV=(相对频度+相对盖度)/2。2.2.2物种多样性的测度采用物种多样性指数、均匀度及生态优势度作为描述群落的综合特征的指标。因重要值考虑了频度、盖度、个体数及生物量等参数,从而避免了以单一的个体数来测度物种多样性指标导致的偏差,故许多学者建议以重要值作为物种多样性的测度依据。本文用以下几种常用的测度方法。Shannon-Wiener多样性指数H=-∑PilnPiPielou群落均匀度指数J=(-∑PilnPi)/lnSSimpson生态优势度C=∑(Pi/N)2式中N为取样中所有种类的重要值总数,Pi为第i种的相对重要值,S为样地的物种总数。3结果与分析3.1乔木层群落组成根据6900m2调查样方统计,群落内共有维管植物67科125属146种(表2)。其中蕨类植物11科12属14种,裸子植物2科2属3种,被子植物54科111属129种,引进树种2个(湿地松、桉树);乔木树种12科16属19种,灌木种19科37属42种,草本植物34科67属76种,藤本植物2科9属9种。乔木层是群落垂直结构的主要层次,其种类组成和种群数量不仅决定了群落的季相变化,而且也决定了群落的主要功能。构成该流域群落乔木层的植物种类组成极为简单,主要是马尾松、柏木、栓皮栎、化香和桤木,由1～3个树种作为优势种组合成第一节所述的森林群落类型,其优势种的重要值之和都在80%以上。灌木层中,不管是人工林还是次生林,不管是纯林还是混交林,主要优势种是黄荆(其重要值在10.32%～47.09%)和铁籽(11.06%～33.44%)。草本层人工林中,其重要值>10%的是栗褐苔草和竹叶草;次生林中重要值>10%的是圆果雀稗、栗褐苔草、大叶艾纳香和小金梅草。3.2群落主要植物的生活型和叶型特征就单一群落来说,以松、柏针叶树种组成的纯林或针针混交林,群落外貌特征表现为林冠较密、冠层较整齐、林相变化很小,终年以深绿色为主;以松、栎、柏、桤木、化香等树种组成的针阔混交林,群落外貌特征表现为林冠较稀,冠层起伏较大,参差不齐,林相有季节性变化,夏季深绿,冬季呈现绿、黄、褐,斑块相间。就流域来说,其群落外貌特征表现为各群落彼此镶嵌,呈岛屿状,春、夏季林冠为浅绿和深绿相间,秋、冬季绿、黄、褐色相融。植物的生活型、叶型是反映群落外貌的重要参数,是植物长期适应外界综合环境的形态特征。根据Raunkiaer的生活型系统和叶型分类系统,官司河流域主要群落植物的生活型和叶型特征见表3和表4。从表3和表4可知,9种群落类型植物的生活型和叶型特征值相差不大,各生活型植物无明显优势,仅有微小的差异。高位芽植物中,在人工林(柏木纯林和桤柏混交林)和松柏混交林占群落总种数的40%左右,松林、栎柏混交林和化香栎柏混交林占50%左右,松栎和松柏栎混交林略高于60%;地上芽植物、地面芽植物、地下芽植物和1a生植物占群落总种数的比例,低的在10%左右,高的也仅20%上下。叶级中以小型叶为主,微型叶(含鳞叶)或中型叶次之,大型叶稀少或缺;叶型中单叶多于复叶;叶质中以草质叶为主,革质叶次之,膜质叶稀少;叶缘中柏木人工林和化香栎柏林非全缘叶略多于全缘叶,其余林分全缘叶多于非全缘叶。以植物的生活型、叶型表征的群落外貌特征上,各类型群落极为相似,是以常绿针叶(松、柏)或/和落叶阔叶(栎类)为主构成乔木主层,以小型叶、单叶、草质叶为优势特征的群落。3.3群落组成和群落结构9种群落的垂直结构较简单,可明显分为乔木层、灌木层和草本层。以4m为1个树高级,乔木层的株数及其比例按树高级的分配状况见表5。从表5可知,乔木层分化明显,可分为3个亚层。第1亚层高度在10m～14m以上,第2亚层高度在6m～10m之间,第3亚层高度在3m～6m之间,且各层株数按树高级的分配是连续变化的。按树高级各层个体数及其百分比的分配状况,则9种群落可分为3种类型:第1类是递增型,包括桤柏人工混交林(Com.B)、马尾松近熟林(Com.D)和松栎混交林(Com.G)。第1亚层的个体百分数在7.82%～17.75%之间,占有较少的个体数;第2亚层的个体百分数在33.93%～39.61%之间,占有中间数量;第3亚层的个体百分数在41.48%～52.57%之间,占有较多的个体数。第2类是递减型,仅有化香栎柏混交林(Com.I),第1亚层的个体百分数为56.62%,占有整个群落个体数的一半以上;第2亚层的个体百分数为25.74%,约占群落个体数的1/4;第3亚层的个体百分数为17.65%,约占群落个体数的1/6。第3类是中间多两头尖,包括柏木人工林(Com.A)、马尾松中龄林(Com.C)、栎柏混交林(Com.E)、松柏混交林(Com.F)和松栎柏混交林(Com.H)等5种群落类型。第1亚层的个体百分数在14.04%～26.47%之间,占有较少的个体数;第2亚层的个体百分数在47.33%～65.96%之间,占整个群落个体数的一半左右;第3亚层的个体百分数在19.65%～34.36%之间,占有较少的个体数。灌木层和草本层均仅有1层,其高度分别在1.5m、0.8m左右,密度和盖度的变化视群落冠层的郁闭状况、连结程度和乔木个体的分布格局以及地形条件而异。在第1类型的林分中,各冠层尚未完全连结,透光性大,林下灌木多,呈丛状分布;但草本稀疏,呈小丛分布,林下土壤裸露较少。在第2类型的林分中,各冠层已完全连结,透光性差,林下灌木稀疏,呈小丛分布;草本层发育良好,林下土壤裸露较少。在第3类型的林分中,林木密度较高,各冠层也已完全连结,透光性极差,大多分布在丘顶,林下灌木和草本稀疏,呈小丛分布,林下土壤呈斑块状裸露。林内枯枝落叶厚度因林分树种组成、树种生理特性的差异而异,一般情况是针叶纯林和针针混交林的枯枝落叶厚度较薄,枯落量较少,针阔混交林较厚,枯落量较多;各类型林分的地被物层中,有少量的苔藓和地衣出现。3.4不同层系群落的综合特征值物种多样性指数是对群落的种数、个体总数以及各个种群个体的均匀程度进行度量的指标,群落均匀度是指当群落中种数和个体总数一定时,各种的个体数最均匀时具有最大的多样性,而生态优势度则是把群落作为一个整体而把各个种的重要性总结为1个合适的度量值,因此,这3个指标是对群落综合特征的描述。官司河流域主要森林群落的综合特征值见表6。从表6可知,乔木层各群落的综合特征值表现为:人工林较天然次生林、人工柏木纯林天然纯林(马尾松近熟林)、纯林较混交林群落的生态优势度较高,物种多样性和均匀度较低;灌木层各群落的综合特征值表现为:人工林较天然次生林、人工柏木纯林较天然纯林群落的生态优势度较高,物种多样性和均匀度较低;草本层各群落的综合特征值表现为:松柏混交林群落的生态优势度最低,物种多样性和均匀度最高;松栎混交林群落的生态优势度最高,物种多样性和均匀度最低;其它群落的生态优势度、物种多样性和均匀度值相差不大。4群落组成和物种组成绵阳官司河流域森林植被是上世纪80年代以来,通过封山育林形成的次生林和营造的人工林,通过20余年的森林经营活动和植被的自然演替,森林群落呈现良好的态势。根样方统计,群落内共有维管植物67科125属146种,与10a前的调查资料相比,该流域植物种群数量在科、属、种分类单元上有了明显的增加,增加了12科43属58种(其中蕨类植物增加4科5属7种,被子植物增加8科37属50种,引进种增加1种)。该流域的地带性植被为亚热带常绿阔叶林。常绿阔叶林的乔木层主要是由樟科、山毛榉科、木兰科和山茶科的常绿阔叶树种构成,其叶片宽大、坚厚革质、叶表面富蜡质层;群落具有较高的物种多样性(指数值为4～5)、较高的均匀度(指数值为0.7～0.8)和较低的生态优势度(指数值为0.08～0.12)。与之相比,构成该流域群落乔木层的植物种类组成极为简单,主要是马尾松、柏木、栓皮栎、化香和