平潭沿海防护林生物多样性研究

林捷,聂森,潘自宝,尤龙辉,杨锋,陈杰,黄石德,张尚炬

(1.福建省林业科学研究院,福建 福州350012;2.平潭国有防护林场,福建 福州350400)

沿海防护林是沿海地区陆地生态系统的主体,是我国的林业重点生态工程之一,同时也是福建省生态公益林的重要组成部分。福建省森林资源管理总站决定在平潭县开展以木麻黄为重点的沿海防护林生态效益定点监测,以点带面研究核算全省沿海防护林的生态价值量。研究可提升沿海防护林对地方经济发展和生态安全的屏障作用,为生态公益补偿机制提供技术支持。

植物群落物种多样性主要指植物群落在组成、结构、功能和动态方面的多样化程度。物种多样性是对一个群落的结构和功能复杂性的度量,是群落组织水平的重要生态学特征之一。平潭沿海防护林基干林带垂直距离海岸线的远近可划分4个典型类型,分别为:基干林带后沿林带、基干林带后沿片林、基干林带前沿林带、基干林带前沿。基干林带后沿林带为垂直海岸线200 m距离以外的林带,后沿林带主要以木麻黄为主;基干林带后沿片林为垂直海岸线200 m距离以外的林分,后沿片林以湿地松、相思类为主;基干林带前沿林带为垂直海岸线200 m距离以内的林带,前沿林带以木麻黄为主;基干林带前沿为垂直海岸线无林木遮挡或仅有人工沙障遮挡的部位,前沿直接受强风沙、干旱、盐潮的影响。本文结合α多样性测度公式对以上4种类型的人工群落的物种丰富度、多样性、均匀度进行了分析,探讨群落的组成、变化和发展,反映不同群落之间的相互关系,还可度量生态系统的稳定性[1]。

1 试验地概况

试验点所在平潭岛位于25°15′—25°45′N,119°32′—120°10′E。南北长29 km,东西宽19 km,素有“千礁岛县”之称,共有126个岛屿,702座岩礁。主岛为海坛岛,面积为267.13 km2,占全县总面积的72% ,为全国第五大岛、福建第一大岛。试验点设在平潭国有防护林场长江工区。长江工区前沿为长江澳,是平潭岛五大风口之一。

2 研究方法

应用生态学的方法,通过样方调查法对4个典型类型进行生物多样性研究,为测算沿海防护林的生态价值量提供数据支持。样方设置,即在4个典型类型地带设置10 m×10 m乔木样方1个、2 m×2 m灌木样方4个、1 m×1 m草本样方4个,每个地点设置3个重复。

2.1 群落的数量测度

多度、频度、显著度和重要值(IV)测定

重要值(IV)=相对多度+相对频度+相对显著度

2.2 物种多样性测度

α多样性的测度[2,3]

(1)丰富度指数(Margalef’richness Index)

(2)物种多样性指数(Shannon-wiener’Index)

(3)均匀度指数(Hurlbert’evenness Index)

3 结果与分析

3.1 平潭沿海防护林人工群落物种组成

平潭沿海防护林人工群落基干林带后沿林带乔木层有木麻黄(Casuarina equisetifoliaL.)、相思树(Acacia confusaMerr.)、湿地松 (Pinus elliottiiEngelm.),灌木层有木麻黄、肖梵天花(Urena lobataL.)、相思树、雀梅藤(Sageretia thea(Osbeck)Johnst.)、栀 子 (Gardenia jasminoides(Dunn)Merr.)、滨柃(Eurya emarginata(Thunb.)Makino)、苦 楝 (Melia azedarachL.)、药 用 黑 面 神(Breynia officinalisHemsl.),草本层有藿香蓟(Ageratum conyzoidesL.)、笔管草(Equisetum de-bileRoxb.)、铺地黍(Panicum repensL.)、千金藤(Stephania japonica(Thunb.)Miers)、矮生苔草(Carex pumilaThunb.)、牛筋草(Eleusine indica(L.)Gaertn.)、华南画眉草(Eragrostis neviniiHance)、白茅(Imperata cylindricavar.major)、海边月见草(Oenothera littaralisSchlect.)、小蓬草(Conyza canadensis(L.)Cronq.)、水烛(Typha angustifoliaL.)、青蒿(Artemisia carvifoliaBuch.-Ham.ex Roxb)、龙葵(Solanum nigrumMill.)、火炭母(Polygonum chinenseL.)、异马唐(Digitaria bicornis(Lam.)Roem et Schult)、老鼠艻(Spinifex littoreus(Burm.f.)Merr.)、细叶结缕草(Zoysia tenuifoliaWilld.)、厚藤(Ipomoea pes-caprae(L.)Sweet)、肾叶打碗花(Calystegia soldanella(L.)R.Br.Prodr.)、珊瑚菜(Glehnia littoralisFr.Schmidt ex Miq.)。

3.2 平潭沿海防护林人工群落数量特征

α多样性测度公式反映了群落内物种数量及相对多度,体现了物种间通过竞争资源或利用相同生境而形成的共存结果,在物种多样性研究中被广泛使用[4,5]。基干林带后沿林带、基干林带后沿片林、基干林带前沿林带、基干林带前沿不同样地组的物种数分别为10、15、11、9个,不同样地组科、属、种组成及分层个体数见表1、表2。

表1 平潭沿海防护林不同样地组科、属、种组成 个

表2 平潭沿海防护林不同样地组分层总个体数

3.3 平潭沿海防护林人工群落物种多样性

平潭沿海防护林主要构建在沙质海岸带上,以防风固沙林为主,人工林主栽树种为木麻黄、湿地松、相思类、桉树类等。物种多样性指数是物种丰富度和物种均匀度的综合,一个群落只有当物种丰富度指数越大,均匀度高时,其生物多样性才会越高[6]。

3.3.1 乔木层物种丰富度、多样性、均匀度 平潭沿海防护林人工群落在演替过程中,乔木层物种受人工调控影响,物种均呈单一化,人工群落的物种丰富度、多样性均较低。基干林带后沿林带物种丰富度略低于后沿片林,但多样性、均匀度指数略高于后沿片林。乔木层生物多样性指数详见表3。

表3 平潭沿海防护林不同样地组乔木层生物多样性指数

3.3.2 灌木层物种丰富度、多样性、均匀度 平潭沿海防护林人工群落灌木层的演替,由人工调控和原生植被演替交互影响。物种丰富度指数后沿片林＞后沿林带＞前沿林带,多样性Shannon’指数(HSh)与均匀度Hurlbert’指数(EH)后沿片林＞后沿林带＞前沿林带,这2种指数均能较好地反映不同样地组人工群落的物种多样性。灌木层生物多样性指数详见表4。

表4 平潭沿海防护林不同样地组灌木层生物多样性指数

3.3.3 草本层物种丰富度、多样性、均匀度 平潭沿海防护林人工群落草本层的演替,主要由原生植被自然演替,以及强烈受外来入侵物种的干扰,如海边月见草为外来野化种,藿香蓟为外来入侵种。平潭沿海防护林人工群落草本层物种多样性较之乔木层与灌木层多样性程度高,草本层物种丰富度指数后沿片林＞前沿林带＞前沿＞后沿林带,多样性Shannon’指数(HSh)后沿片林＞前沿＞后沿林带＞前沿林带,均匀度Hurlbert’指数(EH)前沿＞后沿片林＞前沿林带＞后沿林带。草本层生物多样性指数详见表5。

表5 平潭沿海防护林不同样地组草本层生物多样性指数

4 结论

4.1 平潭沿海防护林的后沿片林、后沿林带、前沿林带、前沿等不同样地组的物种数分别为15、10、11、9个。从物种分布的生态学特性来看,各样地组的物种分布均符合其所处的滨海环境,尤其是基干林带前沿的样地组分布的物种,集中体现了滨海前沿特有的物种分布趋势,如耐风沙、耐盐碱、矮化匍匐、叶片肥厚等特性。

4.2 平潭沿海防护林人工群落在演替过程中,乔木层物种受人工调控影响,物种均呈单一化,人工群落的物种丰富度、多样性均较低。灌木层的演替,由人工调控和原生植被演替交互影响,物种丰富度、多样性较高,物种丰富度指数后沿片林＞后沿林带＞前沿林带,多样性Shannon’指数与均匀度Hurlbert’指数后沿片林＞后沿林带＞前沿林带。草本层物种丰富度、多样性较乔木层和灌木层更高,草本层强烈受外来入侵物种的干扰,物种丰富度指数后沿片林＞前沿林带＞前沿＞后沿林带,多样性Shannon’指数后沿片林＞前沿＞后沿林带＞前沿林带,均匀度Hurlbert’指数前沿＞后沿片林＞前沿林带＞后沿林带。

参考文献:

[1]周本智,傅懋毅.浙西北天然次生林群落物种多样性研究[J].林业科学研究,2005,18(4):406-411

[2]孙儒泳.普通生态学[M].四川:高等教育出版社,1993

[3]覃林.统计生态学[M].北京:中国林业出版社,2009

[4]Sapkota IP,Tigabu M,Oden PC.Changes in tree species diversity and dominance across disturbance gradient in Nepalese Sal(Shorea robustaGaertn.f.)forests[J].Journal of Forestry Research,2010,21(1):25-32

[5]高远,慈海鑫,邱振鲁,等.山东蒙山植物多样性及其海拔梯度格局[J].生态学报,2009,29(12):6377-6384

[6]黄三祥.沙地云杉生态学特性及引种研究[D].北京:北京林业大学,2004