楓香人工林與次生林植物多樣性和林分生長量比較

郭建民

(福建省林業勘察設計院，福建 福州 350001)

1 引言

楓香(LiquidambarformosanaHance)為蕈樹科(Altingiaceae)楓香屬(Liquidambar)落葉高大喬木，樹干高大通直，冠幅大，秋季落葉前葉色變紅，喜光、耐旱、耐貧瘠，不耐水澇和嚴寒，根系深且主根粗長，生長迅速，抗風能力強，但不耐修剪、不易移植，種子隔年發芽，多生于平地、村落附近及低山次生林，在濕潤肥沃而深厚的紅黃壤土上生長良好。楓香易繁殖、適應性強，有觀賞價值，用途廣泛，木材材質優良，可制作家具及包裝箱，樹脂、根、葉及果實可供藥用，是綠化荒山的先鋒樹種，優良的用材和園林綠化樹種[1～3]。楓香在中國主要分布于秦嶺及淮河以南，在福建省各地均有分布。近年來，由于大面積種植杉木、馬尾松等人工林導致生物多樣性降低、地力衰退、病蟲害蔓延等生態問題日益嚴重，楓香等闊葉樹種的栽培和次生林經營逐漸受到重視，楓香成為很有發展前途的人工造林樹種，而在野外又常以優勢樹種而形成次生林。為此，2021年底，筆者對福建光澤縣的一片面積75畝楓香人工林及其鄰近的楓香次生林的群落植物多樣性和生長量進行調查研究，以便為今后科學經營楓香人工林和次生林提供借鑒。

2 試驗地概況

試驗地所在的光澤縣鸞鳳鄉中坊村位于福建西北部，武夷山脈北段，閩江支流富屯溪上游，閩江源頭，屬中亞熱帶季風濕潤氣候區，氣候溫和，四季分明，雨量充沛，水熱同期，年平均氣溫17.9 ℃，無霜期約268 d，年均降水量1731.4 mm，年均相對濕度79%。楓香人工林試驗地位于東經117°21′44″，北緯27°29′45″，海拔270～280 m，南坡坡度15°，楓香林齡為19年；楓香次生林試驗地位于東經117°21′40″，北緯27°29′46″，海拔260～280 m之間，南坡坡度16°，楓香林齡為23年。楓香人工林與楓香次生林試驗地相鄰，立地條件基本一致，均屬Ⅱ類地，均為花崗巖發育的山地紅壤，土層厚度130-160 cm，楓香人工林土壤腐殖質層平均厚度8 cm，楓香次生林土壤腐殖質平均厚度12 cm。

3 研究方法

3.1 樣地和樣方調查

在楓香人工林和天然林中分別設置3個400 m2(20 m×20 m)的樣地，每個樣地再劃分為4個100 m2(10 m×10 m)的大樣方，調查并記錄每個大樣方中喬木層(高度5 m以上)的每一株樹的樹種名稱、胸徑、樹高、冠幅、蓋度等；在每個大樣方中隨機設置5個4 m2小樣方，調查高度5 m以下的林下灌木(包括木質藤本)和草本(包括草質藤本)植物，記錄植物名稱、數量、地徑、高度、蓋度等。

3.2 植物重要值和多樣性指數測定

將植物調查數據分成3個層次：喬木層(高度5 m以上的木本植物，包括喬木、灌木和木質藤本)、灌木層(高度小于5 m的木本植物，包括喬木、灌木和木質藤本)、草本層(草質植物，包括草質藤本)。計算各層次每種植物的重要值[8]，計算各層次的植物多樣性指數：Shannon-Wiener指數(H')、Simpson指數(D)、種間相遇機率(PIE)和Pielou均勻度指數(JSW和JSI)[9]。

3.3 林分生長量數據處理

計算每個樣地的喬木層平均胸徑和平均樹高。采用福建省主要樹種二元材積公式計算喬木層每株樹的單株材積[10]：

V闊=0.0000685634D1.933221H0.867885

(1)

V杉=0.0000706094D1.801671H0.997998

(2)

式(1)、(2)中，D為胸徑，H為樹高，V闊為闊葉樹單株材積，V杉為杉木單株材積。

3.4 差異顯著性檢驗

運用SPSS19統計軟件，采用獨立樣本t檢驗的方法分析楓香人工林與楓香次生林年均蓄積生長量的差異顯著性。

4 結果與分析

4.1 群落各層次植物組成

楓香人工林群落共有58種維管束植物，隸屬于34個科、49個屬，各類群物種數量為雙子葉植物(44種)>單子葉植物(7種)>蕨類植物(6種)>裸子植物(1種)；楓香人工林群落中喬木層種類少，僅有5科、5屬、5種，其中雙子葉植物4種，裸子植物1種；灌木層物種數量豐富，有24科、32屬、40種，其中雙子葉植物38種，單子葉植物2種；草本層植物有12科、15屬、16種，其中單子葉植物6種、蕨類植物6種、雙子葉植物4種(表1)。

表1 楓香人工林與天然林植物區系組成

楓香次生林群落共有69種維管束植物，隸屬于41個科、60個屬，科、屬、種數量均大于人工林群落，各類群物種數量為雙子葉植物(53種)>蕨類植物(9種)>單子葉植物(7種)；喬木層物種數11個，其中雙子葉植物10種，單子葉植物1種；灌木層有28科、39屬、45種，其中雙子葉植物43種，單子葉植物2種；草本層植物有14科、18屬、20種，其中蕨類植物9種、單子葉植物6種、雙子葉植物5種，楓香次生林群落各層次物種數均大于人工林(表1)。

4.2 群落各層次植物重要值

楓香人工林喬木層蓋度78%，物種數量少，僅為5個樹種組成，楓香為優勢樹種，重要值為77.14%，落葉喬木3種，重要值總和為90.92%，常綠喬灌木2種，重要值總和僅為9.08%(表2)。

表2 楓香人工林喬木層各樹種重要值

楓香次生林喬木層蓋度73%，由11個喬灌木樹種組成，優勢樹種楓香重要值為67.04%，落葉喬灌木5種，重要值總和為79.83%，常綠喬灌木6種，重要值總和為20.17%(表3)。

表3 楓香次生林喬木層各樹種重要值

楓香人工林灌木層種類豐富(40種)，蓋度為57%，其中常綠灌木35種，重要值總和為91.12%；落葉灌木5種，重要值總和為8.88%；灌木層中重要值前10位的物種分別為：格藥柃(Euryamuricata)、山橿、高粱泡(Rubuslambertianus)、白花龍、輪葉蒲桃(Syzygiumgrijsii)、朱砂根(Ardisiacrenata)、欏木石楠、烏藥(Linderaaggregata)、長葉酸藤子(Embeliaundulata)、楊桐(Adinandramillettii)。

楓香次生林灌木層有45種植物，蓋度為63%，其中常綠灌木38種，重要值總和為88.72%；落葉灌木5種，重要值總和為11.28%；灌木層中重要值前10位的物種分別為：黃梔子(Gardeniajasminoides)、青岡、朱砂根、寒莓(Rubusbuergeri)、高粱泡、白花龍、毛冬青(Ilexpubescens)、油茶(Camelliaoleifera)、烏藥、峨眉鼠刺。

楓香人工林草本層有16種植物，重要值前10位的植物為海金沙(Lygodiumjaponicum)、中華苔草(Carexchinensis)、狗脊(Woodwardiajaponica)、三脈紫菀(Asterageratoides)、黑足鱗毛蕨(Dryopterisfuscipes)、五節芒(Miscanthusfloridulus)、黑莎草(Gahniatristis)、芒萁(Dicranopterispedata)、闊鱗鱗毛蕨(Dryopterischampionii)、蛇莓(Duchesneaindica)。

楓香次生林草本層有20種植物，重要值前10位的植物為中華苔草、海金沙、狗脊、黑足鱗毛蕨、闊鱗鱗毛蕨、三脈紫菀、芒萁、胎生狗脊(Woodwardiaprolifera)、多花黃精(Polygonatumcyrtonema)、多花黃精(Polygonumlapathifolium)。

4.3 群落各層次植物多樣性

植物多樣性指數可反映群落各層次物種數和個體分配均勻程度。楓香人工林與次生林各層次物種數、Shannon-Wiener指數(H')、Simpson指數(D)、種間相遇機率(PIE)和Pielou均勻度指數JSI均為：灌木層>草本層>喬木層，而Pielou均勻度指數JSW則為草本層>灌木層>喬木層，所有多樣性指數均表現為楓香次生林>楓香人工林(表4)，說明楓香次生林各層次植物多樣性均高于楓香人工林。

表4 楓香人工林與次生林各層次植物多樣性指數

4.4 楓香人工林與天然林生長量

楓香人工林與次生林的林齡不同，因此采用年均蓄積生長量比較兩者的林分生長量差異。楓香人工林的年均蓄積生長量(6.22 m3/(hm2·a))略高于楓香次生林(5.47 m3/(hm2·a))(表5)，但獨立樣本t檢驗結果表明兩者差異不顯著(P=0.253>0.05)。

表5 楓香人工林與次生林林分生長量

5 結論與建議

楓香人工林群落喬木層、灌木層、草本物和群落總物種數分別為5、40、16和58，而楓香次生林群落喬木層、灌木層、草本層和群落總物種數則分別為11、45、20和69，楓香次生林群落各層次和群落總植物種數均大于楓香人工林。

兩個群落不同層次的物種數均表現為灌木層>草本層>喬木層，喬木層和灌木層物種數均為雙子葉植物占優勢，楓香人工林草本層單子葉植物種數最多，而楓香次生林草本層蕨類植物種數最多。

楓香人工林與次生林各層次植物多樣性指數均表現為楓香次生林>楓香人工林，兩個群落大部分植物的物種數和多樣性指標表現為灌木層>草本層>喬木層。

楓香人工林的年均蓄積生長量(6.22 m3/(hm2/a)略高于楓香次生林(5.47 m3/(hm2/a)，但兩者差異不顯著(P=0.253>0.05)。

天然林被砍伐后經過劈雜、整地、挖穴等人工措施，營造楓香人工林，必然加劇林地水土流失、地力衰退和生物多樣性降低，其帶來的人工林生產力的提高是短暫的，不利于人工林地長期生產力的保持。天然林采伐后通過自然更新形成的楓香次生林由于人為干預較小，林地上原有的一些植物資源通過樹樁萌芽和種子萌發得到恢復，楓香次生林的植物多樣性高于楓香人工林，但楓香次生林喬木層樹種受到其他植物的競爭程度比人工林劇烈，因而楓香次生林的生長量

略低于楓香人工林。因此，為提升楓香應用價值，大力提倡經營楓香次生林，并且在楓香次生林經營中，可以通過適當的撫育措施，有選擇性地伐除對目的樹種生長有較大影響的低價值樹種和藤蔓植物，以促進目的樹種的生長。