戴震公園不同群落類型物種多樣性與更新調查分析1)

吳義軍,李秀芹,錢高霞,劉曉雪,刁松鋒

(黃山學院生命與環境科學學院,安徽 黃山 245041)

城市森林是一種以服務城市為主旨的森林,是城市生命支持系統的主體,具有最大的生態服務功能。城市森林建設水平是城市文明發展程度的體現和標志[1]。建設城市森林,形成城市生態系統的良性循環,營造出空氣清新、景色宜人的新型生態化城市,是我國城市生態建設的發展方向,也是我國林業建設的重要領域之一[2]。城市森林在改善城市環境中具有不可替代作用,已成為城市生態工程建設的主要內容,以城市森林為主體的城市綠色空間的規劃和建設目前正掀起了高潮,建設的內容已經納入國家部分林業重點生態工程之中[3]。城市森林物種多樣性(包括物種豐富度、多樣性、均勻度、優勢度等)水平能反映城市森林群落結構和功能復雜性以及組織化水平,能比較系統、清晰地表現各群落的生態學特征,是衡量城市森林群落穩定性和健康性的一個重要指標[4]。進行城市森林生物多樣性研究可以為城市森林生態建設的物種選擇與合理配置及城市森林健康與生態服務功能的評價提供依據及實踐支持。

戴震公園位于黃山市城區新安江北側華山嶺上,具有典型城市森林公園特征,園內的森林生態系統對城市環境的改善與生態平衡的維護起著重要作用,開展公園內森林物種多樣性、結構特征及更新的分析與研究,對目前正在進行的城市生態建設具有重要的實踐意義。

1 研究區域概況

戴震公園屬于亞熱帶濕潤性季風氣候區。該地區氣候溫和,季節分明;年平均溫度在15℃左右,無霜期可達236天;年均降水量1670mm,最高達2708mm,降水多集中于生長季5～8月。公園占地面積29hm2,其中:綠化面積27.84hm2,珠塘水域面積2.6hm2。森林群落起源有人工和天然更新2種,具有單層和復層的結構類型;植物組成具有典型的亞熱帶北緣地帶性特征。主要以馬尾松(Pinus massonianaLamb)、欏木石楠(Photinia davidsoniaeRehd.et Wils)、杉木(Cunninghamia lanceolata(L.)Hook)、樟樹(Cinnamomum camphora(L.))、桂花(Osmanthus fragransLour.)等為優勢樹種,伴生樹種有女貞(Ligustrum lucidum)、水杉(Metasequoia glyptostroboidesHu et Cheng)、楓香(Liquidambar formosanaHance)、鵝掌楸(Liriodendron chinense(Hemsl.)Sarg)、雪松(Cedrus deodara(Roxb.)G.Don)、金錢松(Pseudolarix kaemp feri(Lindi.)Gord)、檫木(Sassafras tzumu)、重陽 木(Bischof ia polycarpa)等。以黃壤、沙壤土等為典型土壤類型。

2 樣地調查與數據計算

2.1 樣地調查

根據喬木層樹種組成的類型特征,將公園內森林群落劃分為 5種類型,分別是:(1)馬尾松群落(P.massonianacommunity),(2)樟樹-重陽木-水杉群落(C.camphora-B.polycarpa-M.glyptostroboidescomm.),(3)樟樹-金錢松-欏木石楠群落(C.camphora-P.kaemp feri-P.davidsoniaecomm.),(4)桂花群落(O.f ragranscomm.),(5)馬尾松-杉木群落(P.massoniana-M.glyptostroboidescomm.)。在各群落中選擇設置具有代表性的、大小為20m×30m標準地,記錄標準地的坡度、坡位、坡向以及土壤等環境因子,如表1所示。

表1 標準地基本情況

表2 不同群落類型基本林分因子

對標準地內胸徑在5.0cm以上的活立木進行每木檢尺,記錄樹種名稱、胸徑、樹高、活枝下高、冠幅、最近相鄰木的種名及距離等調查因子;并在各個標準地內按品字型法設置5個1m×1m的小樣方,用于調查喬木樹種的更新情況,分別記錄小樣方內幼苗和幼樹的名稱、高度、株數以及生長狀況。各種類型群落基本林分因子情況如表2。

2.2 數據處理與計算

在物種多樣性的研究中,常采用兩種方法,即用各種多樣性指數描述多樣性特征的方法和采用種—多度模型來擬合分析群落的種—多度分布格局的方法。本次研究采用Margalef物種豐富度指數(Margalef's species richness index)、Shannon-Weiner指數(Shannon-Wiener's diversity index)及Simpson指數(Simpson'sdiversity index)和Pielou均勻度指數(Pielou'sevenness index)對公園內不同類型的群落物種多樣性特征和變化進行分析。

1)Pielou均勻度指數:J=H′/H′max=H′/lgS;

2)Margalef豐富度指數:d=(S-1)/lnN';

式中:S——標準地中物種數目;N′——標準地中所有物種的個體總數;ni——第i個物種的個體數;Pi=ni/N′,代表第i個物種的相對多度。

3 結果與分析

3.1 森林群落更新情況

森林天然更新能力是森林維持和擴散的自然屬性,森林能否順利完成更新過程,與其本身組成的樹種生物生態學特性及其局部物質和能量環境有著密切的聯系。通過更新調查得出每種森林群落中主要樹種的更新情況如表3所示。

表3 不同森林類型林下主要樹種的更新密度 株?hm-2

從表3中可以看出:樟樹-金錢松-欏木石楠群落更新狀況良好,更新密度達到130 000株/hm2,更新的樹種數也最多,有7個種。這與該群落植株密度小(見表2)、郁閉度低、土層松軟、粗腐殖質較少等林分條件有關,使得林下光照條件和土壤條件有利于耐蔭和喜光樹種以及種子更新和萌芽更新的樹種在其中生長;而且,群落樹種組成豐富,結構復雜多樣,樹種更新方式不同,易于形成種子源,為更新提供有利的種源條件。群落所處的環境中存在的這些條件,滿足了群落天然更新所需要的物質要求和環境要求。從表中還可以看出,桂花人工林群落現階段還無更新。這是因為,一方面其樹冠低矮、冠幅廣大、枝葉相互重疊,形成林下光照不足的環境,且土壤所含的石塊較多、質地較硬,地面覆蓋著一層厚厚的粗腐殖質層,使種子無法接觸土壤,生根并獲取水分和養分;另一方面桂花種實外表有一層厚果肉、種子骨質,難以發芽成苗。

從樹種的更新情況來看,欏木石楠在主要的更新樹種中占據著優勢,這與該樹種幼時耐蔭耐干旱、萌芽力強、對土壤要求不嚴,且具有種子更新和萌芽更新兩種更新方式的特點有關。同時,種子量多、萌蘗力強、耐土壤瘠薄的黃山欒樹更新頻率也較高。

另外,種子的更新還與樹種年齡有關,樟樹-重陽木-水杉群落、樟樹-金錢松-欏木石楠群落以及桂花群落中有部分樹種未達到結實年齡,不能產生更新。一些強陽性樹種如馬尾松等,在預備隊較高的群落中更新也較差。

3.2 物種多樣性分析

對不同群落類型的物種多樣性計算的結果如表4所示。

表4 不同森林類型物種多樣性指數

3.2.1 不同類型群落物種多樣性比較

從表4中可以看出,Simpson指數和Shannon-Weine指數在樟樹-重陽木-水杉群落和樟樹-金錢松-欏木石楠群落中是最大的,分別為 0.8869、0.8347和2.1914、2.2235;在桂花群落中最小,為 0.1296 和0.2782;馬尾松群落和馬尾松-杉木群落為中等水平。從豐富度指數和均勻度指數來分析出現這種情況的原因:樟樹-重陽木-水杉群落和樟樹-金錢松-欏木石楠群落樹種組成豐富、種類多(豐富度指數高),各樹種數量在群落內物種總數量當中所占有的比例相當(均勻度指數接近)。而桂花群落樹種組成單一,除原有群落中生長的幾株水杉外沒有其他樹種存在,且桂花存在分枝性強、分枝點低的特點,在進行調查時將一棵樹分成了好幾“棵”來檢尺,導致水杉和桂花兩個樹種在數量上的極大差別。也就是說,桂花群落的豐富度指數以及均勻度指數都比較低,這就時其Simpson指數和Shannon-Weine指數都比較小的原因。

3.2.2 更新情況與物種多樣性

結合表3和表4可以看出:物種多樣性指數較高的群落更新狀況也比較好,多樣性指數低的群落更新也較差,如樟樹-金錢松-欏木石楠群落和桂花群落。物種比較豐富的群落能夠自然更新的樹種比較多,加上群落環境有利于種子的發芽和幼苗幼樹的生長,在這種條件下,群落更新自然比較好。

4 結論與討論

4.1 戴震公園內不同類型的群落物種多樣性與更新情況有差異,物種多樣性指數較高的群落更新狀況比較好,綜合來看,樟樹-金錢松-欏木石楠群落是其中物種豐富度和更新情況都比較好的群落類型。

4.2 在諸多影響群落更新的因子中,人為活動是制約森林發展的主要因素,比如,標準地3選在遠離小路的山體中部,除偶爾有學生來此實習和護林員巡查以外,很少有人為活動,因此,這里能夠比較完整的保存群落結構,更新也能在比較自然的狀態下進行;而其他林分卻受到比較嚴重的人為干擾,尤其是桂花群落,經常遭到人們的攀折,且生長的土壤條件較差,導致其更新情況也較差。

4.3 城市森林建設對于改善城市生態環境,美化生活,增進居民身心健康,促進城市物質文明和精神文明建設,具有十分重要的意義[6]。戴震森林公園是黃山市城市森林建設的重要組成部分。作為人們休憩、娛樂的場所,公園理所當然要建得花團錦簇、整齊美麗,

方便人們游覽,愉悅身心,但作為自然生態系統的組成部分,城市森林更應該發揮其調節氣候、保持水土等的功能,應該盡量減少人的負面影響。在今后的公園建設中,要加強公園的管理和養護,開辟專供人們娛樂休閑和學生科研學習的場所;同時應該合理配置樹種,開發鄉土樹種,保護和利用珍惜名貴樹種。

[1]趙學敏.第五屆中國城市森林論壇閉幕式講話.http://www.china.com.cn/zhibo/2008-11/18/content_16785068.htm.

[2]張麗杰,高聰慧,馮千鳳.城市森林在城市生態建設中的作用[J].現代農業科學,2009,16(1):92-93.

[3]彭鎮華.論中國森林生態網絡體系城市點的建設[J].世界林業研究,2002,15(l):54-61.

[4]李國棟.保定市城市森林結構與物種多樣性研究[D].河北農業大學,2007.

[5]中國科學院生物多樣性委員會.生物多樣性研究系列專著1生物多樣性研究的原理與方法[M].北京:中國科學技術出版社出版,1994.

[6]蘇樂金.園林苗圃學[M].北京:中國農業出版社,2003:1-2.