吉安县松人工林林下灌木生物多样性探讨

刘晓红,胡小康,王真

(赣州市林业科学研究所,江西 赣州 341000)

林下植被是人工林生态系统的一个重要组成部分,它们在维护森林的生物多样性、生态功能稳定性和持续立地生产力方面具有独特的功能和作用。林下植被的研究最早可以追溯到19世纪末[1-2],主要研究其对立地的指示作用。国内对林下植被的研究始见于50年代[3],至80年代才开始注意其在林分养分循环以及稳定林分生产力方面的作用[4]。目前,林下植被研究的焦点主要集中于以下几个方面:(1)林下植被的演替与生态系统的平衡与发展;(2)林下植被与生态系统的其他组成成分之间的相互作用关系;(3)林下植被在生态系统中的作用。

1 试验地自然概况

试验地位于江西省中部吉安县,为吉泰盆地的重要组成部分。吉安县位于江西省东部,吉泰盆地的北边 ,地理位置E114°24′,N26°21′～ 27°38′,以低丘岗地地形为主,最高海拔648m。气候状况:地处中亚热带,属亚热带季风湿润气候区,受东南季风影响,气候温和,光照充足,雨量充沛,年平均降水量为1456mm,年平均日照时间1814h,无霜期281天。土壤状况:境内成土母岩主要有千枚岩、板岩、砂岩和第四纪红壤土,其主要土壤类型有第四纪红壤、黄壤、砂壤、紫色土等。水土流失状况:由于全县土壤主要是红壤和砂壤土,红壤土层较厚,结构紧密,透水性差,易形成地表径流,导致雨水对地表的冲刷,而砂壤土结构疏松,可蚀物质丰富,也易产生水土流失,加上年降雨量分配极不均匀,3～6月份降雨占年降水量的58%,降水集中的特点不利于土壤的渗透和植被的吸收,所以全县的水土流失面积量达到土地面积的52%。植被状况:地带性原生植被为亚热带常绿阔叶林,由于长期的人为活动,原生植被破坏殆尽,现在主要植被类型是次生马尾松人工杉木林,湿地松林,灌木林及少量天然针阔混交林,主要植被种类有杉木(Cunninghamia lanceolata),马尾松(Pinus massoniana),湿地松(Pinus elliottii),樟树(Cinnamomum camphora),枫香(Liquidambar formosana)等。湿地松林下的主要植被有狗脊蕨(Wooduardia japonica),铁芒萁(Dicranopteris lmeraris),继木(Loropetalum chinense),耳草(Hedyatis auricularia),乌饭树(Vaccinium bratcatum)等。

2 研究方法

2.1 样地设置

在各人工林内各选取20m×20m的乔木样方2个,在每个乔木样地各选取4个5m×5m的灌木样方;再按灌木样方设置方法在同一乔木样地内选取1m×1m的草本样方5个。这样,每一人工林内共选取乔木样地2个,灌木样方8个和草本样方10个。本次共设置乔木样方48个,灌木样方192个和草本样方240个。

2.2 物种多样性测度方法

物种多样性是生物多样性的重要组成成分,是群落组织复杂性度量指标,也是群落生态环境的反映指标。物种多样性的测定方法很多,指数很多,本文选择以下几种最常用指标进行分析。

2.2.1 丰富度指数 即群落中植物种数,它能最直接反映群落物种多样性特点,但忽略了各物种个体数量多少,并受面积影响。

2.2.2 多样性指数

(1)Shannon-Weiner指数 反映群落中种的个体出现的不确定程度,受到普遍应用。

(2)Simpson多样性指数反映群落中种的丰富度和均匀程度,是应用最普遍的多样性指数公式。

2.2.3 Shannon-Wiener均匀度指数(Jsw)

注:上述式中:S为物种总数,A为样地面积。Ni为第i种的个体数,i=1,2......S,N为所有种个体数P i=Ni/N。

2.3 生物量测定

本研究主要侧重于林下植被恢复状况,生物量测定也只针对林下灌木层和草本层进行。将各林地灌木采用收获法将所有灌木和草本地上部分收集,按物种分类称量其鲜重,随机取枝叶50～100g,称量鲜重,带回样品于105℃烘箱内恒温烘干至恒重,称量其干重,再按以下公式求得各物种的干物质净含量。由于需要调查大量样地,很难对灌草地下生物量进行调查,因此本次调查只对地上生物量作了调查。

3 结果与分析

3.1 南方松人工林林下植被生物多样性特征

表1 南方松人工林下植被生物多样性总体状况

由表1可以看出吉安县松人工林地物种丰富度平均为11.87,最大可以达到28(样地13),该样地郁闭度只有0.34(林龄是11),SIMPSON指数为0.764,样地内林下植被生物量只有9600。可能是因为林下植被有足够的光照而使外部树种更容易侵入,但由于没有合理的郁闭度而表现出多样性指数与生物量不是很高,林下植被生长发育不好,最小为3(样地28),该样地郁闭度只有0.61(林龄是22),SIMPSON指数为0.733,林下植被生物量只有2852。该样地林下植被状况较差,郁闭度不够合理,使得林下植被没有良好的环境生长,也有可能与该样地土壤理化性状有关系。样地平均生物量为4463.894,最大可以达到22680(样地4),最小是样地25生物量为1121。样地均匀度平均为0.825,林龄是19.48,最高是样地31,最小是样地30。还可以看出吉安县松人工林林下植被生物多样性(SIMPSON)平均为0.793,最大可以达到0.934,最小为0.496。样地中最大林木株数最大可以达到168株,最小只有23株,然而不同林分密度的样地表现出来的多样性,生物量等指标并不是同一趋势,所以在森林培育的过程当中合理的林分密度显得十分重要。

根据表中个数据的分析可以得出吉安县人工林林下植被物种多样性指数在0.85左右时林下植被是生物量达到最高。

由表1可以看出,样地7是多样性最高的样地,样地10是郁闭度最大,样地4是生物量最大的样地。

以上结果表明,松人工林林下植被生物多样性特征呈现如下规律:郁闭度大的林分物种多样性小,生物量也小。这显然一方面是由于光照的原因,因为林下植被没有足够的光照而使得其无法正常生长,另一方面则是由于林分密度大的林分导致了有于种间竞争强烈而使得林下植被生物量较小。因此,人工林培育应该强调只有合理的郁闭度和林分密度,才能达到最高的多样性,同时达到最大的生物量。

3.2 林下植被多样性与林分因子的关系分析

3.2.1 不同郁闭度对林下植被多样性,生物量的影响

林分上木通常因为冠形,冠层结构的差异或树种的组分不同以及林分密度的大小而对林下植被的生长,分布有着较大的影响[5]。上木的冠形,树种的组分,密度的改变都会引起林下植被的改变,上木对林下植被的作用机制实质上是通过控制光照为主的环境因子的变化来影响林下植被的发育。林分密度对林下植被的影响机制是多方面的。它可以通过改变林分内的温湿度等环境条件来限制林下植被的生长[6],但主要通过改变林分中的光资源来引起林下植被在生长上的反应,因为获光率是影响林下植被生存和生长的潜在因素。

表2为不同郁闭度林分的林下植被状况表,从表2中可以看出不同郁闭度范围多样性指标波动不明显但生物量差异很大呈递减趋势。

表2 不同郁闭度林下植被状况

图1 郁闭度与生物量的关系

图2 郁闭度与SIMPSON指数的关系

为探索林下植被生物量、盖度及多样性与林分郁闭度的关系。分别建立了以林下植被生物量、盖度及物种多样性为因变量,林分郁闭度为自变量的一元线性回归方程(表3)。通过相关系数检验表明,林下植被生物量与林分郁闭度呈负相关关系;林下植被盖度与郁闭度呈负相关关系;林下植被物种多样性与郁闭度均呈正相关,但经分析表明个相关性都不显著。这可能与土壤物理性状、土壤水分状况、土壤养分状况有关。

表3 林下植被生物多样性与林分特征因子关系

由图1、图2、表2、表3可以看出郁闭度与生物量之间存在着较大的负相关关系,而与多样性指数相关性不高。表明不同郁闭度对林下植被的生长起很大作用,但对林下植被的多样性影响很小。

3.2.2 不同林龄段的林下植被生物多样性分析

上层林木随着林龄的增长不断的生长发育,一方面,不断的影响着林分的冠幅而控制林内光照而影响林下植被的发育;另一方面,各株上木随着林龄的增长不断的生长,种间竞争越来越强而对外部树种的侵入有着很大的影响。两方面的影响都可以影响到林下植被的多样性,所以研究上层林木的林龄对林下植被的影响有着很大的意义。

表4 林下植被多样性与郁闭度关系

图3 林龄与SIMPSON指数的关系

由表4,图3可以看出上层林木在10～15,15～20林龄阶段的时候林下植被的生物多样性指数差异性不高,此时上层林木的林龄对林下植被的生物多样性影响不大,但在20年以后可以看出多样性指数突然增高,这个现象说明20年后的南方松林下环境更适合植被良好生长的要求。

4 结果与讨论

4.1 吉安县松人工林各样地多样性总体状况无明显差异,受林分因子影响不显著。可能与当地土壤理化性状有关系。更待进一步的研究。

4.2 通过林分因子对生物量的影响分析表明,郁闭度与生物量相关性显著。

4.3 不同郁闭度下的林下植被生物多样性变化不大。

4.4 不同林龄阶段林下植被的生物多样性分析表明,20年后的林下植被比较20年前有个突然增高的过程,但20年后的林下植被生物多样性是否还会有个降低的现象还需要进一步的研究。

4.5 林分密度、郁闭度对林分多样性、林下植被生物量影响规律性不明确,需进一步研究。但可以肯定的是森林培育的过程当中务必要注重合理的林分密度与郁闭度。

[1] 方奇.杉木连栽对土壤肥力及杉木生长的影响[J].林业科学,1987,23(4):289-397.

[2] R H 费特克.植物群落分类[M].周纪纶译.北京:科学出版社,1985,60-81.

[3] 姚茂和.杉木人工林林下植被对立地的指导意义[J].林业科学,1992,28(3):208-212.

[4] LAHTI T.Understorey vegetation as an indication of forest site potentialin southern Finland[J].Acta Forest Fennica,1995,(246):68.

[5] 盛炜彤.不同密度杉木人工林林下植被发育与演替的定位研究[J].林业科学研究,2001,14(5).

[6] 何艺铃.人工林林下植被的研究现状[J].林业科学研究,2002.15(6).