戴震公园不同群落类型物种多样性与更新调查分析1)

吴义军,李秀芹,钱高霞,刘晓雪,刁松锋

(黄山学院生命与环境科学学院,安徽 黄山 245041)

城市森林是一种以服务城市为主旨的森林,是城市生命支持系统的主体,具有最大的生态服务功能。城市森林建设水平是城市文明发展程度的体现和标志[1]。建设城市森林,形成城市生态系统的良性循环,营造出空气清新、景色宜人的新型生态化城市,是我国城市生态建设的发展方向,也是我国林业建设的重要领域之一[2]。城市森林在改善城市环境中具有不可替代作用,已成为城市生态工程建设的主要内容,以城市森林为主体的城市绿色空间的规划和建设目前正掀起了高潮,建设的内容已经纳入国家部分林业重点生态工程之中[3]。城市森林物种多样性(包括物种丰富度、多样性、均匀度、优势度等)水平能反映城市森林群落结构和功能复杂性以及组织化水平,能比较系统、清晰地表现各群落的生态学特征,是衡量城市森林群落稳定性和健康性的一个重要指标[4]。进行城市森林生物多样性研究可以为城市森林生态建设的物种选择与合理配置及城市森林健康与生态服务功能的评价提供依据及实践支持。

戴震公园位于黄山市城区新安江北侧华山岭上,具有典型城市森林公园特征,园内的森林生态系统对城市环境的改善与生态平衡的维护起着重要作用,开展公园内森林物种多样性、结构特征及更新的分析与研究,对目前正在进行的城市生态建设具有重要的实践意义。

1 研究区域概况

戴震公园属于亚热带湿润性季风气候区。该地区气候温和,季节分明;年平均温度在15℃左右,无霜期可达236天;年均降水量1670mm,最高达2708mm,降水多集中于生长季5～8月。公园占地面积29hm2,其中:绿化面积27.84hm2,珠塘水域面积2.6hm2。森林群落起源有人工和天然更新2种,具有单层和复层的结构类型;植物组成具有典型的亚热带北缘地带性特征。主要以马尾松(Pinus massonianaLamb)、椤木石楠(Photinia davidsoniaeRehd.et Wils)、杉木(Cunninghamia lanceolata(L.)Hook)、樟树(Cinnamomum camphora(L.))、桂花(Osmanthus fragransLour.)等为优势树种,伴生树种有女贞(Ligustrum lucidum)、水杉(Metasequoia glyptostroboidesHu et Cheng)、枫香(Liquidambar formosanaHance)、鹅掌楸(Liriodendron chinense(Hemsl.)Sarg)、雪松(Cedrus deodara(Roxb.)G.Don)、金钱松(Pseudolarix kaemp feri(Lindi.)Gord)、檫木(Sassafras tzumu)、重阳 木(Bischof ia polycarpa)等。以黄壤、沙壤土等为典型土壤类型。

2 样地调查与数据计算

2.1 样地调查

根据乔木层树种组成的类型特征,将公园内森林群落划分为 5种类型,分别是:(1)马尾松群落(P.massonianacommunity),(2)樟树-重阳木-水杉群落(C.camphora-B.polycarpa-M.glyptostroboidescomm.),(3)樟树-金钱松-椤木石楠群落(C.camphora-P.kaemp feri-P.davidsoniaecomm.),(4)桂花群落(O.f ragranscomm.),(5)马尾松-杉木群落(P.massoniana-M.glyptostroboidescomm.)。在各群落中选择设置具有代表性的、大小为20m×30m标准地,记录标准地的坡度、坡位、坡向以及土壤等环境因子,如表1所示。

表1 标准地基本情况

表2 不同群落类型基本林分因子

对标准地内胸径在5.0cm以上的活立木进行每木检尺,记录树种名称、胸径、树高、活枝下高、冠幅、最近相邻木的种名及距离等调查因子;并在各个标准地内按品字型法设置5个1m×1m的小样方,用于调查乔木树种的更新情况,分别记录小样方内幼苗和幼树的名称、高度、株数以及生长状况。各种类型群落基本林分因子情况如表2。

2.2 数据处理与计算

在物种多样性的研究中,常采用两种方法,即用各种多样性指数描述多样性特征的方法和采用种—多度模型来拟合分析群落的种—多度分布格局的方法。本次研究采用Margalef物种丰富度指数(Margalef's species richness index)、Shannon-Weiner指数(Shannon-Wiener's diversity index)及Simpson指数(Simpson'sdiversity index)和Pielou均匀度指数(Pielou'sevenness index)对公园内不同类型的群落物种多样性特征和变化进行分析。

1)Pielou均匀度指数:J=H′/H′max=H′/lgS;

2)Margalef丰富度指数:d=(S-1)/lnN';

式中:S——标准地中物种数目;N′——标准地中所有物种的个体总数;ni——第i个物种的个体数;Pi=ni/N′,代表第i个物种的相对多度。

3 结果与分析

3.1 森林群落更新情况

森林天然更新能力是森林维持和扩散的自然属性,森林能否顺利完成更新过程,与其本身组成的树种生物生态学特性及其局部物质和能量环境有着密切的联系。通过更新调查得出每种森林群落中主要树种的更新情况如表3所示。

表3 不同森林类型林下主要树种的更新密度 株◦hm-2

从表3中可以看出:樟树-金钱松-椤木石楠群落更新状况良好,更新密度达到130 000株/hm2,更新的树种数也最多,有7个种。这与该群落植株密度小(见表2)、郁闭度低、土层松软、粗腐殖质较少等林分条件有关,使得林下光照条件和土壤条件有利于耐荫和喜光树种以及种子更新和萌芽更新的树种在其中生长;而且,群落树种组成丰富,结构复杂多样,树种更新方式不同,易于形成种子源,为更新提供有利的种源条件。群落所处的环境中存在的这些条件,满足了群落天然更新所需要的物质要求和环境要求。从表中还可以看出,桂花人工林群落现阶段还无更新。这是因为,一方面其树冠低矮、冠幅广大、枝叶相互重叠,形成林下光照不足的环境,且土壤所含的石块较多、质地较硬,地面覆盖着一层厚厚的粗腐殖质层,使种子无法接触土壤,生根并获取水分和养分;另一方面桂花种实外表有一层厚果肉、种子骨质,难以发芽成苗。

从树种的更新情况来看,椤木石楠在主要的更新树种中占据着优势,这与该树种幼时耐荫耐干旱、萌芽力强、对土壤要求不严,且具有种子更新和萌芽更新两种更新方式的特点有关。同时,种子量多、萌蘖力强、耐土壤瘠薄的黄山栾树更新频率也较高。

另外,种子的更新还与树种年龄有关,樟树-重阳木-水杉群落、樟树-金钱松-椤木石楠群落以及桂花群落中有部分树种未达到结实年龄,不能产生更新。一些强阳性树种如马尾松等,在预备队较高的群落中更新也较差。

3.2 物种多样性分析

对不同群落类型的物种多样性计算的结果如表4所示。

表4 不同森林类型物种多样性指数

3.2.1 不同类型群落物种多样性比较

从表4中可以看出,Simpson指数和Shannon-Weine指数在樟树-重阳木-水杉群落和樟树-金钱松-椤木石楠群落中是最大的,分别为 0.8869、0.8347和2.1914、2.2235;在桂花群落中最小,为 0.1296 和0.2782;马尾松群落和马尾松-杉木群落为中等水平。从丰富度指数和均匀度指数来分析出现这种情况的原因:樟树-重阳木-水杉群落和樟树-金钱松-椤木石楠群落树种组成丰富、种类多(丰富度指数高),各树种数量在群落内物种总数量当中所占有的比例相当(均匀度指数接近)。而桂花群落树种组成单一,除原有群落中生长的几株水杉外没有其他树种存在,且桂花存在分枝性强、分枝点低的特点,在进行调查时将一棵树分成了好几“棵”来检尺,导致水杉和桂花两个树种在数量上的极大差别。也就是说,桂花群落的丰富度指数以及均匀度指数都比较低,这就时其Simpson指数和Shannon-Weine指数都比较小的原因。

3.2.2 更新情况与物种多样性

结合表3和表4可以看出:物种多样性指数较高的群落更新状况也比较好,多样性指数低的群落更新也较差,如樟树-金钱松-椤木石楠群落和桂花群落。物种比较丰富的群落能够自然更新的树种比较多,加上群落环境有利于种子的发芽和幼苗幼树的生长,在这种条件下,群落更新自然比较好。

4 结论与讨论

4.1 戴震公园内不同类型的群落物种多样性与更新情况有差异,物种多样性指数较高的群落更新状况比较好,综合来看,樟树-金钱松-椤木石楠群落是其中物种丰富度和更新情况都比较好的群落类型。

4.2 在诸多影响群落更新的因子中,人为活动是制约森林发展的主要因素,比如,标准地3选在远离小路的山体中部,除偶尔有学生来此实习和护林员巡查以外,很少有人为活动,因此,这里能够比较完整的保存群落结构,更新也能在比较自然的状态下进行;而其他林分却受到比较严重的人为干扰,尤其是桂花群落,经常遭到人们的攀折,且生长的土壤条件较差,导致其更新情况也较差。

4.3 城市森林建设对于改善城市生态环境,美化生活,增进居民身心健康,促进城市物质文明和精神文明建设,具有十分重要的意义[6]。戴震森林公园是黄山市城市森林建设的重要组成部分。作为人们休憩、娱乐的场所,公园理所当然要建得花团锦簇、整齐美丽,

方便人们游览,愉悦身心,但作为自然生态系统的组成部分,城市森林更应该发挥其调节气候、保持水土等的功能,应该尽量减少人的负面影响。在今后的公园建设中,要加强公园的管理和养护,开辟专供人们娱乐休闲和学生科研学习的场所;同时应该合理配置树种,开发乡土树种,保护和利用珍惜名贵树种。

[1]赵学敏.第五届中国城市森林论坛闭幕式讲话.http://www.china.com.cn/zhibo/2008-11/18/content_16785068.htm.

[2]张丽杰,高聪慧,冯千凤.城市森林在城市生态建设中的作用[J].现代农业科学,2009,16(1):92-93.

[3]彭镇华.论中国森林生态网络体系城市点的建设[J].世界林业研究,2002,15(l):54-61.

[4]李国栋.保定市城市森林结构与物种多样性研究[D].河北农业大学,2007.

[5]中国科学院生物多样性委员会.生物多样性研究系列专著1生物多样性研究的原理与方法[M].北京:中国科学技术出版社出版,1994.

[6]苏乐金.园林苗圃学[M].北京:中国农业出版社,2003:1-2.