懷化地區(qū)美洲黑楊群落調(diào)查及生長規(guī)律研究

陳小平

(湖南省懷化市鶴城區(qū)林業(yè)局，湖南 懷化 418000)

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懷化地區(qū)美洲黑楊群落調(diào)查及生長規(guī)律研究

陳小平

(湖南省懷化市鶴城區(qū)林業(yè)局，湖南 懷化 418000)

摘要：調(diào)查分析了懷化市鶴城區(qū)美洲黑楊分布及生長規(guī)律，結果顯示：鶴城區(qū)美洲黑楊分布多位于溪河沿線，其中喬木層為優(yōu)勢層，植物分布為維管植物35科46屬52種均為被子植物常見種；從總的植物區(qū)系組成看，本區(qū)系是典型的北溫帶、亞熱帶植物分布區(qū)，具備北溫帶常綠闊葉林的性質。以標準木法進行樹干解析，獲得胸徑、株高和材積增長曲線，總結了美洲黑楊生長規(guī)律。

關鍵詞：群落特征；美洲黑楊；鶴城區(qū)

1引言

人口基數(shù)增長導致自然資源消耗增加，環(huán)境嚴重惡化，溫室效應、土壤金屬富集、水體污染、霧霾等自然災害層出不窮。因此在當前環(huán)境種植綠色植物，進行人工造林是一種很好的固碳、保持水土、調(diào)節(jié)微氣候的方法。楊屬植物因其繁殖成活率高，生長速度快，適應能力強、固碳量高而成為理想的造林樹種[1]。全球楊樹共有100多個品種，中國楊樹品種共53種，其中特有種35種[2]，例如山楊和毛白楊。我國楊屬植物的分布范圍很廣，從西部戈壁到東部沿海，從北部草原到南部熱帶。目前全國人工林面積約1/5為楊樹，營造楊樹人工林，可以很好地緩解環(huán)境惡化問題，具有極大的推廣價值，為我國生態(tài)和經(jīng)濟建設發(fā)揮了重要作用。美洲黑楊(Populusdeltoides)生長速度快，是世界上的最快的品種。根據(jù)林業(yè)相關專家的測定，結果顯示美洲黑楊的生長速度要比普通的楊樹快20 %～30 %，而且其材質柔軟、纖維性很好，是制作紙漿和制造人造板材的上好原料。本研究對美洲黑楊人工林展開研究，以期掌握美洲黑楊群落結構和物種分布，為美洲黑楊人工林撫育間伐和森林經(jīng)營等提供參考依據(jù)和理論基礎。

2研究地概況

鶴城區(qū)位于懷化市中部，屬湖南省西部，在109°45′～110°29′E，27°16′～27°29′N之間，處于雪峰山脈和武陵山脈之間，區(qū)內(nèi)地貌類型多樣，但山地面積約占全區(qū)總面積的74 %；氣候劃分為中亞熱帶季風濕潤氣候，年均溫度16.8 ℃，年降雨量1400～1700 mm，全年日照在1486 h，無霜期281 d，年平均相對濕度82 %，土壤類型主要為紅壤，母巖多為板、頁巖，土層深厚，礦質營養(yǎng)豐富。林業(yè)用地面積約為50776.2 hm2，森林覆蓋率達63.96 % ，活立木總蓄積1098 km3，植物資源豐富，群落類型多樣[3]。

3調(diào)查方法

3.1踏查和樣方調(diào)查相結合，設立樣地取樣觀測。

按照鶴城區(qū)美洲黑楊的實地分布情況，沿著溪流一側設置樣帶，規(guī)格為10 m×100 m，每10 m×10 m設置一個小樣方，統(tǒng)計喬木層數(shù)據(jù)，分別于樣帶每個10 m×10 m小樣方的四個角和中間設置灌木樣方，共計3 m×3 m設50個，同樣的方法設置草本樣方，1 m×1 m規(guī)格共設50個。調(diào)查記錄內(nèi)容包括：植被類型、海拔、坡度、坡向和坡位(表 1)等立地因子和土壤類型；喬木測定其郁閉度，樹高<1.5 m的調(diào)查其地徑，樹高≥1.5 m的調(diào)查胸徑、樹高；灌木和草本調(diào)查樣地內(nèi)的種類、平均高度、蓋度、多度等植被因子[4]。

表1　美洲黑楊人工林樣地概況

3.2測定指標與方法

調(diào)查統(tǒng)計每個樣方內(nèi)喬木、灌木和草本的多度、頻度、顯著度等數(shù)據(jù)，觀測樣帶內(nèi)美洲黑楊形態(tài)指標，統(tǒng)計植物組成并進行地理成分分析等。

所有統(tǒng)計分析用Excel和PASW 18.0統(tǒng)計軟件完成。群落多樣性數(shù)據(jù)處理相關公式[5～9]。

相對多度：RD=某物種個體數(shù)/所有物種個體數(shù)×100 %。

相對頻度：RF=某物種的頻度/所有物種的頻度之和×100 %。

相對顯著度，某一喬木的胸高(1.3 m)斷面積或灌木和草本的地徑之和占樣地面積的百分比：RC=某物種的顯著度/所有物種顯著度之和×100 %。

重要值計算：IV=(相對多度+相對頻度+相對顯著度)/3。

郁閉度：林地樹冠垂直投影面積與林地面積之比，郁閉度=植被覆蓋樣地面積Si/樣地面積S×100 %。

α多樣性:

Simpson指數(shù)(優(yōu)勢度指數(shù))：P=1-∑pi2，

Shannon-weiner指數(shù)：H’ =-∑pilnpi，

Pielou指數(shù)(均勻度指數(shù))：E=H’/lnS。

式中：Pi為種i的重要值(IV)，S為樣方中所有物種的個數(shù)。

3.3生長規(guī)律調(diào)查

對樣地內(nèi)的美洲黑楊每木檢尺，選擇標準木，將選定的標準木從根頸處伐倒，伐倒木采用莫西(Monsi)分段切割法，將樹干區(qū)分成若干段(超過樹高10 m按2 m每段劃分，不足10 m按1 m每段劃分)，各區(qū)分段分別取3～5 cm寬小圓盤，用塑料袋取回。進行樹干解析，對生長過程進行分析，畫出樹干解析圖。并用區(qū)分斷面積求積法求得相應材積V。

4結果與分析

4.1群落植物組成

對樣帶的調(diào)查統(tǒng)計結果顯示，美洲黑楊群落中共有維管植物35科46屬52種，無裸子植物，蕨類植物3科3屬3種。不同層植物的分布見下表2～表4。

表2　美洲黑楊群落喬木層群落特征值表

從表2中可以看出，喬木層共計22種，美洲黑楊、毛竹和板栗的在樣地所在的群落中優(yōu)勢明顯，相對多度分別為0.27、0.13、0.10，相對頻度分別為0.15、0.11和0.09，相對顯著度分別為0.44、0.05和0.11，均為數(shù)值最大的3個種。重要值是在計算、評估物種多樣性時的重要指標，以綜合數(shù)值表示植物物種在群落中的相對重要性。喬木層重要值最大為美洲黑楊，其數(shù)值為0.29，其次為板栗和毛竹，均為0.10，3個種加起來重要值0.49，幾乎與其他19個種的重要值之和持平，這很好地說明了林分喬木層分布呈多態(tài)性排列，以美洲黑楊、板栗和毛竹等少數(shù)幾個種處于優(yōu)勢種地位。同時看出群落內(nèi)喬木層全部樹種均為闊葉樹，在懷化地區(qū)常見的馬尾松和杉木等針葉樹種均沒有分布，這與美洲黑楊群落的起源有關，美洲黑楊為人工種植，并且生長速度比杉木和馬尾松等速生樹種更快，制約了針葉樹的生長。即使其他闊葉樹生長狀況也不如美洲黑楊。

表3　美洲黑楊群落灌木層群落特征值

灌木層包括小灌木以及喬木的小苗，美洲黑楊群落灌木層植物共計9種，以小灌木為主，另有2種為喬木的實生苗，這表明群落亞層種類少，林分的灌木層群落指數(shù)低。人工林內(nèi)灌木層以檵木和圓錐繡球居多，光葉菝葜其次。在實際調(diào)查中，設置的50個灌木小樣方內(nèi)，出現(xiàn)了灌木層植物的樣方數(shù)為27，占總灌木樣方數(shù)的54%，有46%比例的樣方內(nèi)沒有灌木存在，同時，我們發(fā)現(xiàn)灌木層主要分布于林分的林窗位置。林分內(nèi)部的樣方內(nèi)灌木極少，這與美洲黑楊冠幅大、生長快等因素的制約有關，但同時我們要注意到人為因素的干擾，造林前的林分清理，以及造林初期的林下?lián)嵊g伐，都是導致灌木層稀少的原因。

草本層種類共計23種，蛇莓和車前草分布較多，相對多度分別為0.17和0.13；1年蓬在50個草本小樣方內(nèi)出現(xiàn)的頻度最高，相對頻度為0.07，其次蛇莓、齒葉景天和鐵芒萁，均為0.07；多花薔薇的顯著度最高，其次為車前草，相對顯著度分別為0.13和0.12。從整體來看，樣帶內(nèi)草本植物多為散生或低密度聚集，聚生度低，僅有骨碎補和半邊旗聚生程度較高，這與種類以菊科、禾本科和薔薇科植物為多，少見聚生植物有關。在實地考察過程中，發(fā)現(xiàn)地被層的覆蓋度較高，樣帶內(nèi)地表裸露部分很少，在50個草本小樣方內(nèi)草本多但種類不多，草本層且種類不及樣帶外草本種類多，聯(lián)系到人工造林的煉山處理，以認為美洲黑楊人工林對草本層分布有負影響。

植物生長型(growthform)是表征群落外貌特征和垂直結構的重要指標[10]。美洲黑楊群落中喬木、灌木和草本3個層次的物種α多樣性分析結果如下表5所示。

表4　美洲黑楊群落草本層群落特征值

表5　美洲黑楊群落多樣性指數(shù)

由表可知：多樣性指數(shù)P、H均為喬木層>草本層>灌木層，E為灌木層>草本層>喬木層。P表示隨機取樣的兩個個體屬于不同種的概率，受優(yōu)勢種相對多度的影響較大，對生境條件變化較為敏感，可以很大程度體現(xiàn)生境條件限制，可知喬木層結構最復雜，灌木層最結構最簡單；H可以反映出群落中植物物種均勻度的時空變化和豐富度，可知群落內(nèi)物種喬木層物種差異變化最大；E反映了植物分布的空間均勻度，可以看出種間相遇幾率，是各個物種的多度和重要值的均勻程度的直觀體現(xiàn)，反映了群落種數(shù)、群落觀察多樣性及總個體數(shù)相同時可能最大多樣性之間的比率，表明灌木層多樣性最小，喬木層最大，這與實地調(diào)查結果符合。綜合分析表明：群落多樣性小，物種數(shù)不多，美洲黑楊受環(huán)境條件限制小，生態(tài)適應性幅度相對較廣，適合引種栽培區(qū)域較亦較大。

4.2群落的地理成分分析

鶴城區(qū)地理成分復雜，根據(jù)吳征鎰所確定的中國種子植物科和屬的15個分布類型[11～13]，美洲黑楊群落植物統(tǒng)計結果如下表6。

表6　群落植物群系科、屬分布類型

注：世界分布不計百分率.

科的統(tǒng)計結果顯示，北溫帶分布10個科，其次為世界廣布科8個，熱帶、泛熱帶分布6個科，其他區(qū)系科分布分散且均較少，本區(qū)科的分布熱帶成分占比40.74 %，溫帶成分占比55.56 %，可知溫帶成分稍占優(yōu)勢；屬的統(tǒng)計結果顯示，群落所有屬中北溫帶成分占優(yōu)勢(高達30.23 %)，熱帶、泛熱帶分布成分18.60 %，熱帶亞洲至熱帶大洋洲成分9.30 %。分布最多的區(qū)系為北溫帶(13屬)，其次為熱帶亞洲至熱帶大洋洲(4屬)，其他屬分布區(qū)系分散，說明美洲黑楊植物群落以北溫帶和熱帶、泛熱帶分布占主體地位。把各種類統(tǒng)計到所在屬，從種的統(tǒng)計結果來看，組成美洲黑楊群落的52種維管植物中，北溫帶分布種有18種，占種類總數(shù)的34.62 %，其次為熱帶亞洲分布及其變型最多(12種)、再次為熱帶、泛熱帶分布(11種)、除北溫帶外的溫帶成分6種，占比13.96 %。從總的植物區(qū)系組成看，科、屬和種的區(qū)系組成均為溫帶成分最占優(yōu)勢，但與熱帶成分相比優(yōu)勢不明顯，故認為本區(qū)系是熱帶和溫帶混合度高的植物分布區(qū)，主要具備北溫帶常綠闊葉林的性質。

4.3美洲黑楊生長規(guī)律分析

經(jīng)過對伐倒木各圓盤年輪統(tǒng)計，可知所選標準木為18a成熟木，如表7所示，為求得的樹干解析表，對解析木進行處理，得到不同齡階美洲黑楊的生長情況，樹干材積用下底斷面和長度獲得，如下表8所示。

3.2.1美洲黑楊胸徑及樹高生長分析

對美洲黑楊樹干解析得到的胸徑和樹高的生長過程繪制折線圖和材積增長趨勢，擬合增長曲線，分別如圖1、圖2、圖3所示。

圖1　美洲黑楊胸徑生長曲線

圖2　樹高年平均生長曲線

圓盤號斷面高年輪數(shù)達各斷面高A直徑方向現(xiàn)年齡:18齡階:15齡階:10齡階:5帶皮去皮DVDVDVDVDV00180平均19.80.53519.430.50518.680.46515.230.2787.410.03311.3171平均19.520.48119.130.45218.320.41315.010.2477.220.02623.6144平均18.660.37618.250.35215.030.2377.130.04735.6135平均18.430.31417.890.28814.960.2007.060.03847.6135平均18.020.24917.60.23014.870.1636.860.02859.6126平均17.450.18617.120.17114.540.1226.610.019611.6117平均16.480.12316.060.11014.390.0876.590.013713.699平均13.450.05313.120.0477.180.014815.6711平均10.050.0149.910.0117.23梢底直徑材積8.30.0027.10.001梢頭長度1.340.3

表8　樹干生長過程

從圖1可以看出，美洲黑楊人工林胸徑的增長隨著年齡的增大而單調(diào)增加。不同年齡的生長速度差異較大，具體表現(xiàn)為造林后的前5年生長較慢，胸徑增粗不明顯，經(jīng)過緩慢生長階段，5年后進入速生期，數(shù)據(jù)顯示，6～10年速度增長最快，增粗迅速，在此時期，年平均生長量達1.56 cm，10年生往后直至18年生美洲黑楊胸徑生長速度變緩，年平均生長量分別為0.69 cm和0.15 cm。從美洲黑楊樹高生長曲線圖(圖2)可以看出：0到10年間，美洲黑楊生長迅速，樹高增長明顯，連年增長量分別為1.51 m、1.54 m，其中6～10年間為生長最快，為明顯的增長高峰，10年后的增長速度有所下降，直至18年都以較平穩(wěn)的速度增長，年平均增長量在此期間趨于穩(wěn)定，樹高連年增長量為0.336 m、0.016 m。綜合胸徑和樹高增長曲線可以看出，樹高增長前期幅度遠大于胸徑，并更早達到穩(wěn)定期。

3.2.2美洲黑楊材積生長

植物的材積指的是全株的體積，包括主干、枝椏和伐根等在內(nèi)的整體，對美洲黑楊人工林來說，通過材積可以計算得到人工林的蓄積量，材積和蓄積量是森林經(jīng)營利用的基本經(jīng)濟指標，美洲黑楊人工林的材積量越大，該林分的木材經(jīng)濟價值就越高。從圖3可以分析得出：材積生長隨年齡的增長而表現(xiàn)出單調(diào)增加的趨勢。造林后5年的材積量很小，幾乎沒有，經(jīng)過5年的緩慢生長階段，第6年增長速度開始加快，7年生后進入迅速積累期，到15年積累速度趨緩。可以看出彩葉楊生長高峰期在7～15年之間，不適宜采伐，預計在18年左右已經(jīng)達到成熟林。可以進行輪伐。

圖3　材積生長曲線

5結論與討論

(1)據(jù)共計1000m2面積的樣地調(diào)查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，鶴城區(qū)美洲黑楊生境土壤類型為紅壤，而洞庭湖地區(qū)美洲黑楊生境土壤以黃棕壤為主，這與洞庭湖區(qū)楊屬植物生境有很大差異[14]，作為一種速生樹種，18 a左右已經(jīng)達到了采伐期，材積量可達0.064m3，與一些以果實采收為目的的資源植物(如烏桕)相比，生長速度明顯快[15]。

(2)美洲黑楊群落植物物種類少，共有35科46屬52種，其中人為因素是群落植物種類較少，及與周圍環(huán)境相比部分植物缺失的原因之一。從群落特征來看，美洲黑楊是鶴城區(qū)適合的引種對象，但具體引種效果和生態(tài)適應性還不得而知，需要進行更深層次的調(diào)查研究。

(3)美洲黑楊群落內(nèi)不同植物相關性和相互影響作用還不明確，前人對美洲黑楊植物不同居群的物候期與形態(tài)多樣性[16]、果實形態(tài)發(fā)育過程特性研究[17]也沒有定論，故美洲黑楊植物群落內(nèi)部構建和分布還有待更進一步的研究。

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收稿日期：2016-04-15

作者簡介：陳小平(1970—)，男，湖南省懷化市人，工程師，主要從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計。

中圖分類號：S792.11

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944(2016)12-0032-05

Analysis of Characteristics ofPopulusDeltoidesCommunities in Huaihua County

Chen Xiaoping

(ForestryBureauofHechengDistrict,Huaihua418000,China)

Abstract:Investigation and analysis on species and their distribution of Populus deltoides in Huaihua county were conducted. The results showed that Results show that Populus deltoides distribution of Hecheng District multisite along the river, the tree layer was the dominant layer, vascular plant distribution for 35 families,46 genera and 52 species, all are angiosperm common species; according to the components of the total flora, This flora is typical north temperate and subtropical flora, with the nature of the evergreen broad-leaved forest of north temperate zone. Stem analysis with standard trees, DBH, height and volume for the growth curve, summed up the growth pattern of Populus deltoides.

Key words:community characteristics; habitat; Populus deltoides