馬尾松林木生長、草本植物多樣性及地形因子之間的關系

龍愛國，顏衡祁

（湖南省祁陽縣大江林場，湖南祁陽426131）

馬尾松林木生長、草本植物多樣性及地形因子之間的關系

龍愛國，顏衡祁

（湖南省祁陽縣大江林場，湖南祁陽426131）

為了更好地保護草本植物多樣性，通過對馬尾松林木生長因子和草本多樣性指數的調查、計算和分析，對馬尾松林木生長、草本植物多樣性及地形因子之間的關系進行研究。結果表明：（1）馬尾松生長因子樹高、胸徑、枝下高、冠幅與坡度呈顯著或極顯著相關關系（P＜0.05或P＜0.01）；（2）從相關系分析可得，馬尾松生長因子對林下草本植物多樣性影響程度的大小順序為：郁閉度(-0.911**)＞枝下高(-0.645**)＞胸徑(-0.608*)＞樹高(-0.555*)＞冠幅(-0.200)(*P＜0.05；**P＜0.01)；（3）生態因子坡位與Margalef豐富度指數(R)與Simpson指數(D)呈極顯著或顯著負相關（P＜0.01或P＜0.01），說明在湖南省祁陽縣大江林場坡位是影響馬尾松林下草本植物多樣性的主要生態因子。研究表明：對馬尾松適時進行撫育間伐，下層適當種植草本植物，可提高林下草本植物多樣性，有利于林下生物多樣性保護和可持續利用。

馬尾松；地形；草本；大江林場

0 引言

馬尾松(Pinus massoniana)成活率高，生長快，是中國南方重要的用材林之一[1-2]。在馬尾松的營造過程中，較高的森林群落多樣性有利于生態環境的穩定，增強生態系統的抗干擾能力[3-5]。因此，生物多樣性的研究一直以來是生態學研究的重點與熱點[6-7]，而馬尾松林下草本植物在維持馬尾公森林群落能量流動、物質循環、防止水土流失等方面發揮著重要的生態功能，而這些生態功能均與草本植物的結構與多樣性密切相關，研究林下草本植物的結構與多樣性的變化，對了解森林群落的功能與穩定性有一定的作用[8-10]。

而林下草本植物結構與多樣性的變化均受地形、人為干擾等影響較大，在此，大量學者對此開展了卓有成效的研究，如沈澤昊等[11]認為草本生物多樣性與海拔高度有一定的相關性；郝占慶等[12]認為，森林群落的郁密度能明顯影響林下草本植物的多樣性。但以上學者只對單個的生態因子對草本植物的影響進行了分析，未對影響草本植物多樣性變化的多個生態因子進行綜合考慮。因此，本研究選取馬尾松林為研究對象，對馬尾松的生長情況、林下草本植物的結構與多樣性、地形因子進行綜合分析，并找出影響馬尾松生物與草本植物多樣性的主導因子，以期為華南地區山地馬尾松群落研究以及林下生物多樣性保護及可持續利用提供一定的技術支撐。

1 研究區概況

研究區位于湖南省祁陽縣大江林場內(38°23′—38°42′N，117°07′—118°15′E)。場內處于南部陽明山脈，平均海拔1106 m，氣候為亞熱帶季風濕潤氣候，年均溫18.2℃，年降水量1276 mm，無霜期294天，林場植被豐富，其中高等植物89科328屬652種（包括變種、亞種及栽培種），其中喬木樹種為馬尾松、山楊(Populus davidiana)、白 樺 (Betalaplat yphylla)、刺 槐(Robinia pseudoacacia)等；灌木樹種主要為鹽膚木(Rhus chinensis)、野 桐 (Mallotus tenuifolius)、喜 樹(Camptotheca acuminata)、香椿(Toona sinensis)等；主要草本植物為小紅菊(Dendranthema chanetii)、蒲公英(Taraxacm mongolicum)、車前草(Plantago asiatica)、薄荷(Mentha haplocalyx)等。大江林場場林區總面積為5326.9 hm2，森林分3個大斑塊，共98個小斑塊，主要優勢樹種為馬尾松[13-15]。

2 研究方法

2.1 樣地設置

于2014、2015年7—9月在林場內的98個小斑塊內進行調查。并根據不同的地形（包括海拔、坡度、坡位等）篩選15塊純馬尾松林作為研究樣地，在每塊樣地內設置1個20 m×20 m的大樣方，且在每個大樣方的四角和中心分別設置5個4 m×4 m的灌木樣方，且在每個灌木樣方的對角線均勻設置和3個1 m×1 m的草本樣方來進行草本植物多樣性的調查[13-15]，樣地概況見表1。

表1 馬尾松人工林樣地概況

2.2 數據處理

結合野外調查數據，草本植物的Margalef豐富度指數(R)、Simpson指數(D)、Shannon-Wiener指數(H′)與Pielou均勻度指數(E)以及草本植物重要值測定方法參考文獻[16-18]。

所有數據采用Microsoft Excel 2003軟件進行處理，分別采用one-wayANOVA法DMRT法進行方差分析、差異顯著性檢驗(α=0.05)與相關分析，表中所有數據均為3次重復的均值。

3 結果與分析

3.1 林木生長因子與地形生態因子的關系

表2顯示，生態因子海拔、坡位、坡形與樹高、胸徑、枝下高、冠幅和郁閉度的相關系數分別為0.092～0.333、-0.312～0.387、-0.457～0.060，相關性均不明顯(P＞0.05)；生態因子坡度與樹高、胸徑、枝下高、冠幅和郁閉度的相關系數分別為-0.700**、-0.501*、0.529*、-0.567*、0.087（*表示P＜0.05；**表示P＜0.01）。該研究結果表明，生態因子坡度是制約該區域馬尾松生長的主要生態因子，即隨著坡度的增加，馬尾松生長因子樹高、胸徑、枝下高、冠幅顯著或極顯著減小（P＜0.05或P＜0.01）。

3.2 林木生長因子與草本多樣性的關系

從表3可以看出，草本植物的Margalef豐富度指數(R)與馬尾松生長因子的樹高、胸徑、枝下高、郁閉度呈顯著或極顯著負相關關系（P＜0.05或P＜0.01），馬尾松生長因子對林下草本植物Margalef豐富度指數(R)的影響的大小順序為：郁閉度(-0.911**)＞枝下高(-0.645**)＞胸徑(-0.608*)＞樹高(-0.555*)＞冠幅(-0.200)；Simpson指數(D)與馬尾松的生長因子的郁閉度呈極顯著負相關(P＜0.01)，且相關系數達-0.667**，馬尾松郁閉度是影響林下草本多樣性的最主要的生態因子，其他生態因子對林下草本多樣性的影響較小。

3.3 地形因子與草本多樣性的關系

表2 馬尾松林木生長與地形因子的相關系數

表3 馬尾松生長因子與林下草本多樣性的相關系數

表4 馬尾松林下草本植物多樣性與地形因子的相關系數

由表4可知，海拔、坡度2個生態因子均與馬尾松林下草本植物Margalef豐富度指數(R)、Simpson指數(D)和Shannon-Wiener指數(H′)呈負相關，與草本植物Pielou均勻度指數(E)呈正相關，生態因子坡形與草本植物Margalef豐富度指數(R)和Simpson指數(D)呈正相關，與草本植物Shannon-Wiener指數(H′)和Pielou均勻度指數(E)呈負相關，但相關性不明顯(P＞0.05)，說明生態因子海拔、坡度與坡形對林下草本植物多樣性指數的影響較小；生態因子坡位與Margalef豐富度指數(R)呈極顯著負相關系(P＜0.01)，相關系數達-0.685**，與Simpson指數(D)呈顯著負相關關系(P＜0.01)，相關系數達-0.598*，與Shannon-Wiener指數(H′)和Pielou均勻度指數(E)的相關系數分別為-0.031和0.400，相關性不明顯(P＞0.05)。此研究結果說明，坡位值是影響馬尾松林下草本植物多樣性變化的主要生態因子，即隨坡位值的增加，林下草本植物的Margalef豐富度指數(R)和Simpson指數(D)的值極顯著或顯著減少（P＜0.01或P＜0.05）。

4 討論

本研究表明，坡度是影響馬尾松生長的主要生態因子（見表2），與王萍等[19]的研究結果基本相似。原因是在在一定的閾值范圍內，坡度越大，水土流失越嚴重，土壤干旱與貧瘠加劇，對馬尾松生長不利。此結果提示我們在坡度相對較大區域應先植草，控制區域水土流失，保持良好的土壤水肥狀況，提高土壤酶活性與生化強度[20-21]，從而促進林木生長；在所有的林木生長因子中，郁閉度對林下草本植物多樣性的影響最大，王周平等[22]在對縉云山森林的研究中，也得出了類似的結論。原因在于，隨著馬尾松生長，對光照、水肥等需求不斷增加，由于林下草本植物與馬尾松比較處于生態位的劣勢[16]，從而加劇了林下草本植物的競爭壓力，使得一部分草本植物得不到足夠的光照、水肥而被自然淘汰[23-24]。

相關學者[12,25]研究發現，植物群落多樣性與海拔具有明顯的相關性，即隨著海拔梯度變化，林下草本植物多樣性呈現出規律性變化特征。而本研究表明，海拔與林下草本植物的Margalef豐富度指數(R)、Simpson指數(D)、Shannon-Wiener指數(H′)和Pielou均勻度指數(E)的相關系數分別為-0.347、-0.227、-0.036和0.264(P＞0.05)（見表4），主要原因在于本研究所選擇的海拔范圍在659～1278 m（見表1），在該海拔范圍內，土壤水肥差異以及氣溫的變化不明顯，從而導致林下草本植物多樣性與海拔變化的規律性不明顯；坡位與Margalef豐富度指數(R)、Simpson指數(D)的相關系數分別為-0.685**、-0.598*(**P＜0.01；*P＜0.05)（見表4），主要原因在于“山谷側坡”、“山脊側坡”與“山頂脊”土壤在重力作用下易于堆積于“山谷底”與“側平坡”，造成“山谷底”與“側平坡”的水肥狀況比“山谷側坡”、“山脊側坡”與“山頂脊”好，因此“山谷底”與“側平坡”的草本植物多樣性優于另外3種不同的坡位。另外，曹云生等[26]認為坡向不同，光照的差異顯著，土壤水肥以及生物多樣性存在明顯差異[27-29]，導致林下草本植物多樣性差異顯著。由于筆者主要研究的是馬尾松林下草本植物多樣性變化，而馬尾松為陽性植物，多生長在光照充足的“陽坡”或“半陽坡”，與“冀北山區”[26]在光照等方面存在著較大的差異，因此本研究忽略坡向對草本植物多樣性的影響。

5 結論

馬尾松生長因子與坡度相關性較強；馬尾松生長因子郁閉度、枝下高、胸徑、樹高等對林下草本植物多樣性影響較大，且郁閉度的影響程度最高；生態因子坡位與林下草本植物Margalef豐富度指數(R)以及Simpson指數(D)呈極顯著或顯著負相關，對草本多樣性變化影響程度較大。因此，在提高林下草本植物多樣性方面，因適時對林木進行撫育間伐，減少林木與草本植物在光照、水分和營養物質等方面的競爭作用；喬木層下層應適當種植草本植物，以減少雨水對地面的直接沖刷，減少水土流失，保持土壤養分的充足，這些措施可以提高林下草本植物多樣性，為林下生物多樣性的保護和可持續利用提供理論依據。

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Pinus massoniana:The Relationship Between Tree Growth,Herb Bio-diversity and Terrains

Long Aiguo,Yan Hengqi

(Dajiang Forest Farm of Qiyang County,Qiyang 426131,Hunan,China)

To better protect herb bio-diversity,the relationships between the growth ofPinus massoniana,herb bio-diversity and terrains were studied by field investigations,calculation and analysis.The results showed that:(1)there were significant and highly significant correlations amongPinus massonianagrowth factors such as height,DBH(diameter at breast height),under crown height,canopy size and slope(P＜0.05 orP＜0.01);(2)in terms of correlation coefficients,the effect degree ofPinus massonianagrowth factors on herb biodiversity followed an order as canopy(-0.911**)＞under crown height(-0.645**)＞DBH(-0.608*)＞height(-0.555*)＞canopy size(-0.200)(*P＜0.05;**P＜0.01);(3)there were highly significant and significant correlations between ecological factor such as slope position and Margalef richness index(R)or Simpson index(D),indicating that the slope position was the main ecological factor affecting undergrowth herb diversity ofPinus massonianain Dajiang Forest Farm of Qiyang County.All the results indicated that timely tending and thinning ofPinus massonianaand appropriate plantation of herb under layer could increase undergrowth herb bio-diversity,and in favor of the protection and sustainable utilization of undergrowth bio-diversity.

Pinus massoniana;Terrain;Herb;Dajiang Forest Farm

S718.51

A論文編號：cjas17060013

湖南省林業科技創新計劃項目“衡陽紫色土丘陵坡地生態公益林恢復與示范”(XLK201341)。

龍愛國，男，1971年出生，林業工程師，大專，主要從事森林培育的研究與推廣工作。通信地址：426131湖南省祁陽縣大江林場，E-mail：lag654@sina.com。

2017-06-15，

2017-07-14。