吉安縣松人工林林下灌木生物多樣性探討

劉曉紅,胡小康,王真

(贛州市林業科學研究所,江西 贛州 341000)

林下植被是人工林生態系統的一個重要組成部分,它們在維護森林的生物多樣性、生態功能穩定性和持續立地生產力方面具有獨特的功能和作用。林下植被的研究最早可以追溯到19世紀末[1-2],主要研究其對立地的指示作用。國內對林下植被的研究始見于50年代[3],至80年代才開始注意其在林分養分循環以及穩定林分生產力方面的作用[4]。目前,林下植被研究的焦點主要集中于以下幾個方面:(1)林下植被的演替與生態系統的平衡與發展;(2)林下植被與生態系統的其他組成成分之間的相互作用關系;(3)林下植被在生態系統中的作用。

1 試驗地自然概況

試驗地位于江西省中部吉安縣,為吉泰盆地的重要組成部分。吉安縣位于江西省東部,吉泰盆地的北邊 ,地理位置E114°24′,N26°21′～ 27°38′,以低丘崗地地形為主,最高海拔648m。氣候狀況:地處中亞熱帶,屬亞熱帶季風濕潤氣候區,受東南季風影響,氣候溫和,光照充足,雨量充沛,年平均降水量為1456mm,年平均日照時間1814h,無霜期281天。土壤狀況:境內成土母巖主要有千枚巖、板巖、砂巖和第四紀紅壤土,其主要土壤類型有第四紀紅壤、黃壤、砂壤、紫色土等。水土流失狀況:由于全縣土壤主要是紅壤和砂壤土,紅壤土層較厚,結構緊密,透水性差,易形成地表徑流,導致雨水對地表的沖刷,而砂壤土結構疏松,可蝕物質豐富,也易產生水土流失,加上年降雨量分配極不均勻,3～6月份降雨占年降水量的58%,降水集中的特點不利于土壤的滲透和植被的吸收,所以全縣的水土流失面積量達到土地面積的52%。植被狀況:地帶性原生植被為亞熱帶常綠闊葉林,由于長期的人為活動,原生植被破壞殆盡,現在主要植被類型是次生馬尾松人工杉木林,濕地松林,灌木林及少量天然針闊混交林,主要植被種類有杉木(Cunninghamia lanceolata),馬尾松(Pinus massoniana),濕地松(Pinus elliottii),樟樹(Cinnamomum camphora),楓香(Liquidambar formosana)等。濕地松林下的主要植被有狗脊蕨(Wooduardia japonica),鐵芒萁(Dicranopteris lmeraris),繼木(Loropetalum chinense),耳草(Hedyatis auricularia),烏飯樹(Vaccinium bratcatum)等。

2 研究方法

2.1 樣地設置

在各人工林內各選取20m×20m的喬木樣方2個,在每個喬木樣地各選取4個5m×5m的灌木樣方;再按灌木樣方設置方法在同一喬木樣地內選取1m×1m的草本樣方5個。這樣,每一人工林內共選取喬木樣地2個,灌木樣方8個和草本樣方10個。本次共設置喬木樣方48個,灌木樣方192個和草本樣方240個。

2.2 物種多樣性測度方法

物種多樣性是生物多樣性的重要組成成分,是群落組織復雜性度量指標,也是群落生態環境的反映指標。物種多樣性的測定方法很多,指數很多,本文選擇以下幾種最常用指標進行分析。

2.2.1 豐富度指數 即群落中植物種數,它能最直接反映群落物種多樣性特點,但忽略了各物種個體數量多少,并受面積影響。

2.2.2 多樣性指數

(1)Shannon-Weiner指數 反映群落中種的個體出現的不確定程度,受到普遍應用。

(2)Simpson多樣性指數反映群落中種的豐富度和均勻程度,是應用最普遍的多樣性指數公式。

2.2.3 Shannon-Wiener均勻度指數(Jsw)

注:上述式中:S為物種總數,A為樣地面積。Ni為第i種的個體數,i=1,2......S,N為所有種個體數P i=Ni/N。

2.3 生物量測定

本研究主要側重于林下植被恢復狀況,生物量測定也只針對林下灌木層和草本層進行。將各林地灌木采用收獲法將所有灌木和草本地上部分收集,按物種分類稱量其鮮重,隨機取枝葉50～100g,稱量鮮重,帶回樣品于105℃烘箱內恒溫烘干至恒重,稱量其干重,再按以下公式求得各物種的干物質凈含量。由于需要調查大量樣地,很難對灌草地下生物量進行調查,因此本次調查只對地上生物量作了調查。

3 結果與分析

3.1 南方松人工林林下植被生物多樣性特征

表1 南方松人工林下植被生物多樣性總體狀況

由表1可以看出吉安縣松人工林地物種豐富度平均為11.87,最大可以達到28(樣地13),該樣地郁閉度只有0.34(林齡是11),SIMPSON指數為0.764,樣地內林下植被生物量只有9600。可能是因為林下植被有足夠的光照而使外部樹種更容易侵入,但由于沒有合理的郁閉度而表現出多樣性指數與生物量不是很高,林下植被生長發育不好,最小為3(樣地28),該樣地郁閉度只有0.61(林齡是22),SIMPSON指數為0.733,林下植被生物量只有2852。該樣地林下植被狀況較差,郁閉度不夠合理,使得林下植被沒有良好的環境生長,也有可能與該樣地土壤理化性狀有關系。樣地平均生物量為4463.894,最大可以達到22680(樣地4),最小是樣地25生物量為1121。樣地均勻度平均為0.825,林齡是19.48,最高是樣地31,最小是樣地30。還可以看出吉安縣松人工林林下植被生物多樣性(SIMPSON)平均為0.793,最大可以達到0.934,最小為0.496。樣地中最大林木株數最大可以達到168株,最小只有23株,然而不同林分密度的樣地表現出來的多樣性,生物量等指標并不是同一趨勢,所以在森林培育的過程當中合理的林分密度顯得十分重要。

根據表中個數據的分析可以得出吉安縣人工林林下植被物種多樣性指數在0.85左右時林下植被是生物量達到最高。

由表1可以看出,樣地7是多樣性最高的樣地,樣地10是郁閉度最大,樣地4是生物量最大的樣地。

以上結果表明,松人工林林下植被生物多樣性特征呈現如下規律:郁閉度大的林分物種多樣性小,生物量也小。這顯然一方面是由于光照的原因,因為林下植被沒有足夠的光照而使得其無法正常生長,另一方面則是由于林分密度大的林分導致了有于種間競爭強烈而使得林下植被生物量較小。因此,人工林培育應該強調只有合理的郁閉度和林分密度,才能達到最高的多樣性,同時達到最大的生物量。

3.2 林下植被多樣性與林分因子的關系分析

3.2.1 不同郁閉度對林下植被多樣性,生物量的影響

林分上木通常因為冠形,冠層結構的差異或樹種的組分不同以及林分密度的大小而對林下植被的生長,分布有著較大的影響[5]。上木的冠形,樹種的組分,密度的改變都會引起林下植被的改變,上木對林下植被的作用機制實質上是通過控制光照為主的環境因子的變化來影響林下植被的發育。林分密度對林下植被的影響機制是多方面的。它可以通過改變林分內的溫濕度等環境條件來限制林下植被的生長[6],但主要通過改變林分中的光資源來引起林下植被在生長上的反應,因為獲光率是影響林下植被生存和生長的潛在因素。

表2為不同郁閉度林分的林下植被狀況表,從表2中可以看出不同郁閉度范圍多樣性指標波動不明顯但生物量差異很大呈遞減趨勢。

表2 不同郁閉度林下植被狀況

圖1 郁閉度與生物量的關系

圖2 郁閉度與SIMPSON指數的關系

為探索林下植被生物量、蓋度及多樣性與林分郁閉度的關系。分別建立了以林下植被生物量、蓋度及物種多樣性為因變量,林分郁閉度為自變量的一元線性回歸方程(表3)。通過相關系數檢驗表明,林下植被生物量與林分郁閉度呈負相關關系;林下植被蓋度與郁閉度呈負相關關系;林下植被物種多樣性與郁閉度均呈正相關,但經分析表明個相關性都不顯著。這可能與土壤物理性狀、土壤水分狀況、土壤養分狀況有關。

表3 林下植被生物多樣性與林分特征因子關系

由圖1、圖2、表2、表3可以看出郁閉度與生物量之間存在著較大的負相關關系,而與多樣性指數相關性不高。表明不同郁閉度對林下植被的生長起很大作用,但對林下植被的多樣性影響很小。

3.2.2 不同林齡段的林下植被生物多樣性分析

上層林木隨著林齡的增長不斷的生長發育,一方面,不斷的影響著林分的冠幅而控制林內光照而影響林下植被的發育;另一方面,各株上木隨著林齡的增長不斷的生長,種間競爭越來越強而對外部樹種的侵入有著很大的影響。兩方面的影響都可以影響到林下植被的多樣性,所以研究上層林木的林齡對林下植被的影響有著很大的意義。

表4 林下植被多樣性與郁閉度關系

圖3 林齡與SIMPSON指數的關系

由表4,圖3可以看出上層林木在10～15,15～20林齡階段的時候林下植被的生物多樣性指數差異性不高,此時上層林木的林齡對林下植被的生物多樣性影響不大,但在20年以后可以看出多樣性指數突然增高,這個現象說明20年后的南方松林下環境更適合植被良好生長的要求。

4 結果與討論

4.1 吉安縣松人工林各樣地多樣性總體狀況無明顯差異,受林分因子影響不顯著。可能與當地土壤理化性狀有關系。更待進一步的研究。

4.2 通過林分因子對生物量的影響分析表明,郁閉度與生物量相關性顯著。

4.3 不同郁閉度下的林下植被生物多樣性變化不大。

4.4 不同林齡階段林下植被的生物多樣性分析表明,20年后的林下植被比較20年前有個突然增高的過程,但20年后的林下植被生物多樣性是否還會有個降低的現象還需要進一步的研究。

4.5 林分密度、郁閉度對林分多樣性、林下植被生物量影響規律性不明確,需進一步研究。但可以肯定的是森林培育的過程當中務必要注重合理的林分密度與郁閉度。

[1] 方奇.杉木連栽對土壤肥力及杉木生長的影響[J].林業科學,1987,23(4):289-397.

[2] R H 費特克.植物群落分類[M].周紀綸譯.北京:科學出版社,1985,60-81.

[3] 姚茂和.杉木人工林林下植被對立地的指導意義[J].林業科學,1992,28(3):208-212.

[4] LAHTI T.Understorey vegetation as an indication of forest site potentialin southern Finland[J].Acta Forest Fennica,1995,(246):68.

[5] 盛煒彤.不同密度杉木人工林林下植被發育與演替的定位研究[J].林業科學研究,2001,14(5).

[6] 何藝鈴.人工林林下植被的研究現狀[J].林業科學研究,2002.15(6).