泰山不同類型刺槐人工林林下植被結(jié)構(gòu)與多樣性研究

呂蒙蒙等

摘 要：研究了泰山3種類型刺槐人工林林下植被的垂直結(jié)構(gòu)和物種多樣性，結(jié)果表明：（1）刺槐側(cè)柏混交林下灌木層的高度、蓋度及草本層高度為最大，刺槐油松混交林次之，刺槐純林最小；草本層的蓋度表現(xiàn)為刺槐油松混交林>刺槐側(cè)柏混交林>刺槐純林。（2）刺槐純林灌木層和草本層的豐富度指數(shù)、物種多樣性指數(shù)最小，而均勻度指數(shù)最大；刺槐油松混交林除灌木層的Simpson指數(shù)較低外，其豐富度指數(shù)、草本層多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)均高于刺槐側(cè)柏混交林。（3）建議營(yíng)建混交林以提高森林的生態(tài)功能。

關(guān)鍵詞：刺槐；人工林；混交林；林下植被；物種多樣性

中圖分類號(hào) S718 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）08-17-03

林下植被是森林林下灌木、草本及藤本等植物的總稱。作為森林生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，林下植被在土壤改良、水土保持、水源涵養(yǎng)及維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性等方面具有重要作用[1-4]。

刺槐（Robinia pseudoacacia L.）為豆科蝶形花亞科刺槐屬植物，原產(chǎn)北美。我國(guó)于19世紀(jì)末引入山東青島，現(xiàn)已成為華北、西北一帶重要的速生用材和水土保持樹(shù)種。泰山于20世紀(jì)20年代開(kāi)始引種并栽植刺槐，現(xiàn)已成為泰山植被的主要組成樹(shù)種[5-7]。目前關(guān)于泰山刺槐林下植被的研究較少。為探討不同樹(shù)種組成刺槐林下植被結(jié)構(gòu)狀況，以泰山年齡相對(duì)一致的刺槐林為研究對(duì)象，對(duì)其林下植被多樣性進(jìn)行調(diào)查研究，以期為該地區(qū)刺槐林合理經(jīng)營(yíng)及生態(tài)評(píng)估提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況 研究樣地選取泰山風(fēng)景區(qū)（E117°5′～117°24′、N36°5′～36°15′）內(nèi)的刺槐林。泰山屬典型的暖溫帶季風(fēng)性氣候，山頂年均氣溫5.3℃，年均降水量1 124.6mm；山下年均氣溫12.8℃，年均降水量715.0mm；平均無(wú)霜期為186～196d。土壤主要有棕壤、山地棕壤和山地灌叢草甸土3類。森林植被資源豐富，森林覆蓋率達(dá)81.5%，植被覆蓋率達(dá)90%以上。

1.2 樣地設(shè)置 調(diào)查時(shí)間為2012年6月，選擇坡向、坡度、海拔及樹(shù)齡（刺槐樹(shù)齡25a左右）等條件基本一致的地段，選擇不同類型的刺槐林（刺槐純林—CC；刺槐側(cè)柏混交林—CB、刺槐油松混交林—CY）分別設(shè)置3個(gè)20m×20m的樣地。樣地基本概況見(jiàn)表1。

1.3 林下植被調(diào)查 在每個(gè)樣地內(nèi)沿對(duì)角線布設(shè)5個(gè)5m×5m的灌木樣方，在每個(gè)灌木樣方內(nèi)沿對(duì)角線設(shè)置5個(gè)1m×1m的草本樣方，分別調(diào)查樣方內(nèi)的灌木和草本植物的組成種類、數(shù)量、高度及蓋度。灌木層的統(tǒng)計(jì)對(duì)象為胸徑小于5cm的木本植物，包括喬木幼苗和幼樹(shù)；草本層包括所有的草本藤本及蕨類[8-9]。

1.4 相關(guān)指標(biāo)測(cè)定 灌木層、草本層的物種豐富度指數(shù)S=樣方內(nèi)所有物種數(shù)目；多樣性指數(shù)Shannon-Wiener（H）=-∑PilnPi，Simpson多樣性指數(shù)D=1-∑Pi2；均勻度指數(shù) Pielou（J）=（-∑Pi/lnPi）/lnS。上述公式中，Pi代表第i個(gè)物種的相對(duì)多度，Pi=ni/N，其中ni為第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)，N為樣方中觀察到的所有物種的個(gè)體總數(shù)之和；S為一個(gè)樣地內(nèi)的物種數(shù)目。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型刺槐林下植被的垂直結(jié)構(gòu) 林分垂直結(jié)構(gòu)的直觀表現(xiàn)為林分的成層性。暖溫帶群落的垂直結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，僅從林下植被的高度和均蓋度進(jìn)行分析[10]，具體結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，不同類型刺槐林下植被的垂直結(jié)構(gòu)不同，混交林的灌木層、草本層的高度和蓋度明顯大于刺槐純林。具體表現(xiàn)為：灌木層的高度和均蓋度大小依次表現(xiàn)為刺槐側(cè)柏混交林>刺槐油松混交林>刺槐純林；草本層高度的變化規(guī)律與灌木層的相似，均蓋度大小依次表現(xiàn)為刺槐油松混交林>刺槐側(cè)柏混交林>刺槐純林。人工林下植被的垂直結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)情況與林分郁閉度及樹(shù)種組成密切相關(guān)。一般情況下，林下灌木層和草本層的平均高度和蓋度隨郁閉度的降低而增大。純林下，物種的生態(tài)位一致，林分達(dá)到郁閉后，嚴(yán)重影響林下植被的生長(zhǎng)；而營(yíng)建混交林后，不同樹(shù)種占據(jù)各自的生態(tài)位，在一定程度上起到了互相抑制的作用，為林下植被釋放了一定的生長(zhǎng)空間，因此混交林下的植被垂直結(jié)構(gòu)優(yōu)于刺槐純林。

2.2 不同類型刺槐林下植被物種多樣性 不同類型刺槐人工林林下的物種豐富度、物種多樣性及均勻度調(diào)查統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表3。由表3可知，不同類型刺槐人工林林下的物種豐富度、物種多樣性及均勻度存在明顯的差異。首先從物種豐富度（S）來(lái)看，其數(shù)值結(jié)果表現(xiàn)為刺槐側(cè)柏純林>刺槐油松混交林>刺槐純林，其中林下草本層種類以刺槐側(cè)柏混交林最多，有17種植物，其次為刺槐油松混交林，最少為刺槐純林，只有10種草本植物；而灌木層的物種豐富度大小比較則以刺槐油松混交林內(nèi)最多，為7種，其次為刺槐油松混交林，刺槐純林內(nèi)最少，只有4種灌木植物。

由不同林分的物種多樣性指數(shù)（H和D）看出，刺槐純林灌木層和草本層的物種多樣性指數(shù)最小，其中Shannon-Wiener指數(shù)（H）分別為0.355和1.549，Simpson指數(shù)（D）分別為0.217和0.603；刺槐油松混交林灌木層和草本層的Shannon-Wiener指數(shù)（H）最高，比刺槐側(cè)柏混交林分別高0.089和0.116，而其草本層的Simpson指數(shù)（D）比刺槐側(cè)柏混交林低0.037。

從均勻度指數(shù)（J）來(lái)看，不同林分的灌木層和草本層的均勻度指數(shù)大小依次表現(xiàn)為刺槐純林>刺槐油松混交林>刺槐側(cè)柏混交林。均勻度指數(shù)是指樣方中各個(gè)種多度的均勻度，它反映的是各物種個(gè)體數(shù)目分配的均勻程度。刺槐純林均勻度指數(shù)最大，表明刺槐林內(nèi)植被分布均勻而且單一。這可能是因?yàn)榇袒奔兞謽?shù)種單一，郁閉度高，且刺槐無(wú)性擴(kuò)張能力強(qiáng)，林下刺槐無(wú)性萌條較多，導(dǎo)致其他植物進(jìn)入該林分比較困難，造成林內(nèi)物種豐富度（S）、多樣性指數(shù)最小。

3 結(jié)論與討論

3種類型刺槐人工林以刺槐純林的豐富度指數(shù)最小，刺槐側(cè)柏混交林最大；物種多樣性指數(shù)為刺槐油松混交林最大，刺槐純林最小；均勻度則為刺槐純林最大，刺槐側(cè)柏混交林最小；林下植被垂直結(jié)構(gòu)總體上表現(xiàn)為混交林下植被高度和蓋度優(yōu)于刺槐純林，這與各林分的郁閉度、樹(shù)種組成和生境條件等有關(guān)。刺槐純林樹(shù)種單一，生長(zhǎng)到一定年齡后，種間競(jìng)爭(zhēng)逐漸激烈，導(dǎo)致林分穩(wěn)定性變差，不利于林下植被的發(fā)育[11]。同時(shí)，刺槐無(wú)性繁殖能力強(qiáng)，可在林下進(jìn)行無(wú)性更新，也會(huì)壓制林下植被的生長(zhǎng)和其他植被的進(jìn)入[12-13]。

生態(tài)系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定依賴于物種多樣性，退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)及其功能的發(fā)揮依賴其物種多樣性的提高。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)混交林的林分穩(wěn)定性較高，物種豐富度和多樣性指數(shù)均高于純林。因此，建議今后在造林時(shí)要注意營(yíng)建混交林，并合理配置樹(shù)種和林分密度，提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更好地發(fā)揮其生態(tài)功能。

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（責(zé)編：陶學(xué)軍）