杉木人工林栽杉留阔模式群落结构及植物区系多样性研究

杉木人工林栽杉留阔模式群落结构及植物区系多样性研究

杉木纯林树种独特，针叶林，林冠结构简单，生物多样性不足。因此，生态系统的稳定性很差，容易受到病虫害的影响，导致土壤肥力下降。在不同的杉木生产区，为了结合森林管理的生产，已经对杉木林的可可持续管理进行了大量的实验和讨论。其中，红杉保持宽模型。换句话说，当红杉幼林被养护时，有必要保护一些阔叶树木和灌木，并形成一个半天然的混交林。实践的时间长，幅员辽阔。一些研究人员还做了相关报告，但报告的年龄很小。通过对30年生云杉林可持续管理模式的理论指导，调查了云杉林的群落类型、层次结构和植物种子多样性。1杉木留阔模式试验地位于福建省南平市溪后林业采育场罗源工区.试验地土壤均为燕山晚期白云母化中细粒花岗岩发育的红壤,土壤厚度在100cm以上,土壤表层疏松,表土层厚度A+AB层约(20±3)cm,质地为轻壤土,试验地海拔高度300m左右.1966年采伐以栲树、青冈栎等为主的常绿阔叶林,1967年用1年生实生杉木苗造林,在当年和翌年幼林抚育时,保留一些阔叶乔、灌木,形成杉阔半天然混交林(文中称为栽杉留阔模式),以及常规(把所有阔叶乔木、灌木和草本全部锄光)处理形成的杉木纯林作为对照.栽杉留阔模式杉木保留密度为1350株·hm-2,平均树高21.4m,平均胸径22.1cm,蓄积量为513.162m3·hm-2;阔叶树密度为500株·hm-2,平均树高19.60m,平均胸径16.6cm,蓄积量为105.200m3·hm-2.对照杉木纯林保留密度1770株·hm-2,平均树高20.60m,平均胸径20.2cm,蓄积量为548.187m3·hm-2.2ni指数simpson指数分别在栽杉留阔模式和常规林分中,沿着山坡间断或不间断地连续设置13个样方,林下乔木层的样方面积为10m×10m,在样方内调查林下乔木层种类与株数,实测每木树高与胸径,并在每个样方内设置一个小样方,面积为2m×2m,调查林下灌木层、草本层和藤本层植物的种类、株数、地径、高度和盖度等.重要值=(相对密度+相对优势度+相对频度)×100.采用的α多样性测度方法如下Gini指数(Simpson指数变型):DGi=1−∑i=1SDGi=1-∑i=1S(Ni/N)2=1−∑i=1SPi2(Νi/Ν)2=1-∑i=1SΡi2种间相遇机率:PIE=1−∑i=1SNiΡΙE=1-∑i=1SΝi(Ni-1)/[N(N-1)]多样性奇数测度:OD=(∑i=1SPi2)−1−1(∑i=1SΡi2)-1-1Shannon-Wiener指数:DSh=−∑i=1SPilnPiDSh=-∑i=1SΡilnΡiMcIntosh指数:DMc=(N−∑i=1SNi2−−−−−−ue001⎷ue000ue000)/(N−N−−√)DΜc=(Ν-∑i=1SΝi2)/(Ν-Ν)Shannon-Wiener均匀度指数:JSh=(−∑i=1SPilnPi)/lnSJSh=(-∑i=1SΡilnΡi)/lnSGini均匀度指数:JGi=(1−∑i=1SPi2)/(1−1/S)JGi=(1-∑i=1SΡi2)/(1-1/S)McIntosh均匀度指数:JMc=(N−∑i=1SNi2−−−−−−ue001⎷ue000ue000)/(N−N/S√)JΜc=(Ν-∑i=1SΝi2)/(Ν-Ν/S)式中,S为丰富度指数,即标准地中所有物种数,Ni为第i种的个体数,i=1,2……S,N为所有种个体总数,Pi=Ni/N.3结果与分析3.1董事会结构3.1.1种间竞争植物.根据样地调查资料统计,栽杉留阔模式群落共有维管束植物138种,隶属于57科102属,虽然科数与对照的(57科)相同,但属数比后者(87属)丰富.在群落组成中,栽杉留阔模式以被子植物占绝对优势,有43科84属,分别占总科数和总属数的75.4%和82.4%;其次为蕨类植物,有13科17属.除杉木外,未有发现裸子植物.在被子植物中又以双子叶植物占优势,有35科70属,分别占总科数和总属数的61.4%和68.6%;属于单子叶植物的有8科14属.对照林分中也呈现出相似的科属组成(表1).栽杉留阔模式群落总植物种数为138种,比对照的多27.8%,其中双子叶植物有101种,处于绝对优势,占总种数的73.2%,比对照的多29.5%;单子叶植物有17种,比对照的多4种;蕨类植物有19种,比对照的多3种(表1).从科种数量分布(表2)来看,栽杉留阔模式群落含种数最多的科为茜草科,含有9种;其次为蔷薇科,含有8个种.对照中所含种数最多的科为蔷薇科,含有8个种,而茜草科次之,含有7个种.说明茜草科和蔷薇科植物是当地植物群落中的常见植物.栽杉留阔模式中含有2个及2个以上种的科数有30个科,占总科数的52.63%;而对照的仅有20个科,仅占总科数的35.09%.说明物种组成丰富的群落,含多个种的科的数量也较多,而寡种科的数量较少.3.1.2乔木层种类组成群落层次结构的形成,是群落各物种生态选择和生态适应的结果,它能充分反映一个群落生境的异质性和资源的可利用性.将样方调查资料分层统计,能够清楚地看出栽杉留阔模式群落结构情况.栽杉留阔模式中层次分化十分明显,一般可分7层.包括乔木层的3个亚层,灌木层的2个亚层,草本层1层和层外植物1层.乔木层1亚层为占优势的大乔木,树高18m以上,树种有杉木、拟赤杨(Alniphyllumfortunei)、枫香(Liquidambarformosana)等5种;2亚层(12～18m)乔木树种有杉木、桃叶石楠(Photiniaprunifolia)、拟赤杨等6种;乔木3亚层(6～12m)中乔木种有杉木和青冈(Cyclobalanopsisglauca)2种,灌木种有苦竹(Pleioblastusamarus)、锯齿老鼠刺(Iteachinensisvar.oblonga)、继木(Loropetalumchinense)等6种;灌木1亚层(2～6m)中乔木种有杉木、梅叶冬青(Ilexasprella)、栲树(Castanopsisfargesii)等15种,灌木有苦竹、黄瑞木(Adinandramillettii)、毛冬青(Ilexpubescens)等19种;灌木2亚层(0～2m)中乔木有杉木、栲树、光叶山矾(Symplocoslancifolia)等25种,灌木有杜茎山(Maesajaponica)、黄瑞木、寒莓(Rubusbuergeri)等38种;草本层亦有草本39种,层外植物(藤本层)尚有30种.而对照的杉木林乔木层只有乔木1亚层和2亚层,树种只有杉木1种;灌木1亚层中乔木只有杉木、郁香野茉莉(Styraxodoratissimus)、青冈等5种,灌木只有毛达轮木(Tarennamollissima)、红紫珠(Callicarparubella)、杜茎山等9种;灌木2亚层中乔木有栲树、虎皮楠(Daphniphyllumoldhamii)、绒楠(Machilusvelutina)等17种,灌木有杜茎山、黄瑞木、天仙果(Ficuserectavar.beecheyana)等32种,均比栽杉留阔的少;草本层亦只有34种,层外植物亦只有21种,这2层物种丰富度均比栽杉留阔的低.栽杉留阔和对照在垂直结构上的差异反映了两者生境的差异,因为林分垂直结构的形成实际上就是物种空间生态位在林分内部的分化,而空间生态位的分化既是对林分生境多样性的一种表征,又是林分的生物与环境之间长期相互作用的结果.3.2栽杉留阔模式物种多样性植物种多样性是指植物种的数目、个体总数及其个体分配均匀度两者的综合,它的生态意义就在于可应用数学方法度量这3方面的数量指标,从而能有效地表现生物群落和生态系统结构的复杂性.从物种丰富度指数(S)可以看出,除了科丰富度指数相同外,栽杉留阔模式其余7个层次的物种丰富度指数均高于对照,且两者均都表现为灌木层>草本层>藤本层>乔木层,以灌木层的物种最为丰富,栽杉留阔模式达70种,对照也达52种.从表3也可以看出,无论是DSh、DGi、OD、DMc、PIE(种间相遇机率),还是3个物种均匀度测度指标,栽杉留阔模式的乔木层和灌木层均比对照的大,尤其是乔木层的差异更显著.栽杉留阔模式的草本层和藤本层的几个多样性测度指标均略小于对照的,均匀度也小于对照的.这说明虽然对照的草本层和藤本层的物种丰富度小于栽杉留阔的,但由于分布的均匀度较好,因而导致了多样性的增加.这与对照杉木纯林林分较为整齐,林内生态环境较为均质导致草本和藤本植物均匀分布有关.从乔木层片和灌木层片的多样性测度结果表明,栽杉留阔模式的乔木树种和灌木树种的多样性亦均比对照的大.从科的多样性比较也表明,栽杉留阔模式的科多样性也均高于对照的.这说明虽然栽杉留阔模式具有与对照同样的科丰富度,但由于其具有更丰富的植物属和种数,从而导致了科多样性的增加.从整个群落的多样性比较来看,除了JSh外,栽杉留阔模式群落的植物种多样性和均匀度所有测度指标均大于对照的,从而说明了栽杉留阔模式具有比对照更为复杂的生态环境条件,林分能容纳更多的物种共存,从而就能使林分的植物种多样性不断提高.4主要生态多样性与杉木纯林相比,栽杉留阔模式群落的植物较丰富,共有57科102属138种,各类植物种数均较杉木纯林多.双子叶植物在群落植物组成中占优势,分别占总科数和总属数的61.4%和68.6%.含多个种的科的数量较多,而寡种科的数量较少,含种数最多的科为茜草科(Rubiaceae),达9个种.栽杉留阔模式群落共有7个亚层,层次结构比纯林复杂,且各层的物种丰富度均比纯林的高.乔木层和灌木层的植物种多样性各测度指标值均比杉木纯林大,但草本层和藤本层的多样性指数比杉木纯林低.科多样性和群落植物种多样性是栽杉留阔模式大于杉木纯林.福建闽北林区和南方9省集体林区中,大面积砍阔栽针,针叶树纯林化的问题已越来越普遍而且严重起来.大量营造人工纯林在某种程度上解决了木材需要问题,但由于不合理的栽培、经营管理导致生物多样性的迅速减少,使物种丰度发生重大改变.而栽针留阔经营模式由于形成多样的生态环境,植物成分复杂,有利于生物多样性的保持.福建三明市陈大镇有一片未经炼山栽杉形成的半天然杉阔混交林面积15hm2,在1000m2的样地上,与杉木混生的阔叶树多达15种.顺昌武坊采育场试验林区杉阔混交林内仅木本树种就有78