退耕还林模式板栗林下多样性及生物量研究

胡冬冬　庄嘉　王文欢等

摘要 [目的]為桂西北地区石漠化治理、植被恢复以及促进地方经济发展提供科学依据。[方法]采用典型样地法对广西东兰县退耕还林模式板栗林下多样性及生物量进行研究，并以未退耕地（玉米地）作为对照。[结果]板栗林下灌木层的丰富度指数为0.283 2～0.431 4，Simpson多样性指数为0.675 1～0.838 9，ShannonWiener多样性指数为2.042 0～2.771 2；草本层的Simpson多样性指数为0.624 5～0.737 8，ShannonWiener多样性指数为1.715 2～2.471 5。未退耕地（玉米地）灌木层的丰富度指数为0.202 3～0.226 1，Simpson多样性指数为0.543 3～0.572 8，ShannonWiener多样性指数为1.289 6～1.318 8；草本层的Simpson多样性指数为0.382 3～0.436 9，ShannonWiener多样性指数为1.106 0～1.164 1。板栗林下生物量随着退耕年限的增长呈现出上升的趋势，且灌草地上部分的生物量均大于地下部分。经方差分析可得，6～9年生板栗林下灌草多样性和总生物量具有显著差异，未退耕地（玉米地）灌草植被多样性和总生物量无显著差异。[结论]退耕还林对板栗林下植被的恢复具有很好的促进作用，有必要加大退耕还林力度。

关键词 退耕还林；板栗；物种多样性；生物量

中图分类号 S718.5 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）20-06749-03

Diversity and Biomass in the Castanea mollissima Forest under Conversion Cultivated Land into Forests Model

HU Dongdong， ZHUANG Jia et al

（Forestry College of Guangxi University， Nanning， Guangxi 530005）

Abstract [Objective] The research aimed to provide the scientific basis for rocky governance， vegetation restoration and promotion of local economic development in the northwest of Guangxi. [Method] The diversity and biomass in the Castanea mollissima forest and frumentum farmland in Donglan County， Guangxi Province was studied by typical sampling method with maize land as control. [Result] In the shrub layer of Castanea mollissima forest， richness index is 0.283 2-0.431 4， Simpson diversity index is 0.675 1-0.838 9， Shannon-Wiener diversity index is 2.042 0-2.771 2， in the herbaceous layer， Simpson diversity index is 0.624 5-0.737 8， ShannonWiener diversity index is 1.715 2-2.471 5. And in the shrub layer of frumentum farmland， the richness index is 0.202 3-0.226 1， Simpson diversity index is 0.543 3-0.572 8， ShannonWiener diversity index is 1.289 6-1.318 8， in the herbaceous layer， Simpson diversity index is 0.382 3-0.436 9， ShannonWiener diversity index is 1.106 0-1.164 1. The biomass in the Castanea mollissima forest showed a rising trend as the increasing of returning time， and the biomasses of ground part from shrub and grass are all more than those of underground part. Through variance analysis it can be obtained that， there are significant differences in the diversity and the total biomass of the shrub layer and herbaceous layer in Castanea mollissima forest of 6-9 years， and those in frumentum farmland have no significant differences. [Conclusion] It is a good effect to the recovery of the Castanea mollissima forest under conversion cultivated land into forests， so it is necessary to increase the intensity of conversion cultivated land into forests.

Key words Conversion cultivated land into forests； Castanea mollissima； Species diversity； Biomass

板栗又名栗子，是壳斗科栗属的落叶果树，在我国有悠久的栽培历史。板栗营养丰富，香甜可口，为干果中的上品，素有“干果之王” 的美称。板栗还是高级的木本粮食，可生食、炒食、蒸饼、做菜等。除此之外，板栗还具有较高的药用价值[1]。其耐瘠、抗寒、抗病性强，根系发达，树体高大，枝繁叶茂，可防止水土流失，恢复生态，兼有生态、经济和社会三大效益。随着板栗种植产业的大力发展，板栗已经成为桂西北退耕还林治理石漠化的重要树种。近年对板栗的种植有大量研究[2-4]，但对其林下植被情况及其生物量的调查鲜见报道。笔者对广西东兰县退耕还林模式板栗林下的植被及生物量进行调查，旨在为桂西北地区石漠化治理、植被恢复以及促进地方的经济发展提供科学依据。

1 研究区概况

东兰县地处广西西北部，地理坐标为24°29′～24°55′N，106°49′～107°18′E。东兰县地势由北向南倾斜，地形复杂，岭谷相间，境内高山深峪，沟壑纵横，林业用地及常年耕地海拔一般在223～1 000 m。海拔800 m以上的低山占18.4%；海拔500～800 m的低山占60.4%；海拔300～500 m的高丘占19.4%；海拔300 m以下的中低丘占1.8%。全县年均气温20.2 ℃，1月份平均气温11.1 ℃，7 月份平均气温27.2 ℃，极端最高温39.2 ℃，极端最低温-2.4 ℃；年总积温6 710～7 747 ℃，年总辐射量429.79 kJ/cm2，年日照总时数1 526.7 h，属日照偏少地区，无霜期351 d；全年降雨量1 196.6～1 689.1 mm，年蒸发量1 370.6 mm，最大年蒸发量1 784.6 mm，最小1 175.4 mm；水热系数2.2。东兰县属红壤地带，成土母岩有浅灰色砂岩、粉砂岩夹页岩、钙质页岩、砂质泥岩、泥岩、灰色页岩、黄棕色页岩、含隧石灰岩、白云质石灰岩、石灰夹硅质页岩以及第四纪红土母质等，发育成红壤、黄壤、石灰土、冲积土等4 个土类[5]。

2 研究内容及方法

2.1 调查时间及地点

调查时间为2010～2013年每年的8月份。调查地点为实施退耕还林项目的东兰县长乐镇。

2.2 标准地的设置

在实施退耕还林项目《广西退耕还林工程建设效益监测》执行情况调查的基础上，选择有代表性、受干扰程度较轻的板栗植被恢复模式，设置标准样地，面积为400 m2（20 m×20 m），并以相同坡向及坡度的未退耕林地（1年生玉米地）作为对照，退耕地与未退耕地各设置3个标准样地（连续观察4年）。将每个标准样地等分成面积为100 m2（10 m×10 m）的样方4个，GPS定位并用水泥砖做好各个标准地的标记。

2.3 灌木层和草本层监测内容及方法

2.3.1 物种调查。

2.3.1.1 灌木层。调查每个样地中的灌木、藤本和树高小于4 m的乔木幼树。记录灌木的种名、株数、盖度、平均高以及优势种的最高和最低高度；记录藤本植物种名、株数、攀缘高度和盖度。估计每个10 m×10 m样方的灌木盖度以及整个20 m×20 m样地的灌木总盖度。

2.3.1.2 草本层。分别调查每个样地中草本的种类，记录每个10 m×10 m样方内草本植物名称、盖度、高度，估计整个20 m×20 m样地中各草本种类的盖度以及整个样地草本的总覆盖度。

2.3.2 生物量调查。

2.3.2.1 灌木层。将标准样地沿等高线分为上下2部分，在标准样地的4个小样方内，选取具有代表性的2个4 m2（2 m×2 m）小样地，采用收获法实测小样方内灌木的地上部分和地下部分鲜重以及枯落物重量，并分别取样200 g，不足200 g的则全部取样。将样品带回实验室恒温（85 ℃）烘干至恒重，測定出含水率，推算出每公顷林地灌木层的生物量总量。

2.3.2.2 草本层。设置有代表性的4个1 m×1 m小样方，将每个1 m×1 m小样方内草本全部挖起，分为地下与地上部分称其鲜重，取样重量为200 g，不足200 g的则全部取样[6]，在85 ℃恒温条件下烘干至恒重，测出含水率进而推算出每公顷林地草本层的生物量总量。

2.4 植物多样性指数计算

该研究利用物种丰富度、物种多样性指数及生态优势度指数来分析植被物种多样性与群落特征之间的关系[7-12]。

2.4.1 物种丰富度指数D=S/N（Ⅰ）

式中，S为物种的数目；N为所有物种个体数的总和。

2.4.2 物种多样性指数。

ShannonWiener指数HP=-si=1PilnPi（Ⅱ）

式中，Pi为物种i的个体数占所在样方内所有物种个体数的比例。

2.4.3 生态优势度指数。

Simpson指数D=1-si=1P2i（Ⅲ）

3 结果与分析

3.1 植物种类

经连续调查发现，板栗林下共有40科，66属，78种。其中灌木30科，47属，53种；草本12科，19属，25种。优势科（5个种及以上的科）为大戟科（5种）、禾本科（10种）；2种以上5种以下的科共有10科，分别为梧桐科（2种）、蔷薇科（3种）、紫金牛科（3种）、豆科（3种）、茜草科（4种）、海金沙科（2种）、防己科（2种）、菊科（4种）、芸香科（2种）、唇形科（2种）；单种28科。灌木层优势种有粗叶悬钩子、海金沙、野牡丹、杜茎山；草本层优势种有蔓生莠竹、肾蕨、东方乌毛蕨、铁芒箕。

3.2 植被盖度

调查表明，6～9年生板栗林下植被覆盖度分别为72%、78%、85%、87%。植被的覆盖度都大于70%，说明林下植被恢复情况较好。随着生长年限的增长，林下植被覆盖度呈现出上升的趋势，是由于年限的增长，灌木及草本的种类及数量呈现出上升的趋势。随着林木的生长，乔木的树冠也不断生长，冠幅增大，乔木层的郁闭度也增大，9年生林分郁闭度为49%，大于8年生（45%）、7年生（42%）和6年生（36%）。

3.3 灌木层多样性指数

3.3.1 板栗灌木层多样性指数。板栗灌木层的丰富度指数为0.283 2～0.431 4，Simpson多样性指数为0.675 1～0.838 9，ShannonWiener多样性指数为2.042 0～2.771 2。9年生的丰富度指数、Simpson多样性指数、ShannonWiener多样性指数均比6～8年生高（表1），说明9年生板栗灌木层物种多样性较高。 对6～9年生板栗林下灌木层进行方差分析可知，6～9年生板栗灌木层丰富度指数、Simpson多样性指数和ShannonWiener多样性指数都存在显著差异。经过多重比较分析可得出，9年生和8年生各指数差异性不显著，但8年生与7年生、6年生各指数差异显著。这说明板栗在造林8年后林下灌木层的丰富度与物种多样性开始趋于稳定。

3.3.2 未退耕地（玉米地）灌木层多样性指数。玉米地灌木层的丰富度指数为0.202 3～0.226 1，Simpson多样性指数为0.543 3～0.572 8，ShannonWiener多样性指数为1.289 6～1.318 8（表2）。对1年生玉米地进行方差分析得出，玉米地灌木层的丰富度指数、Simpson多样性指数和ShannonWiener多样性指数均差异不显著。由于玉米是1年生植物，人为干扰严重，对灌木影响较大，所以造成差异不显著。

从表1、2看出，板栗林下灌木层物种丰富度、Simpson多样性指数和ShannonWiener多样性指数均大于未退耕地（玉米地），说明板栗灌木层物种多样性较玉米地的高。退耕还林对林下植被的恢复具有很好的促进作用。

3.4 草本层多样性指数

3.4.1 板栗草本层多样性指数。草本层的Simpson多样性指数为0.624 5～0.737 8，ShannonWiener多样性指数为1.715 2～2.471 5（表3）。4个林龄的板栗草本层多样性指数随着退耕时间的增长而上升。对6～9年生板栗林下草本进行方差分析，可看出6～9年生板栗林下草本多样性指数存在显著差异。经过多重分析比较可得出，9年生和8年生板栗草本层多样新指数不存在显著差异，9年生与6年生、7年生ShannonWiener指数存在显著差异。综上所述，随着退耕时间的增长，板栗林下草本层多样性开始趋于稳定。

3.4.2 未退耕地（玉米地）草本层多样性指数。玉米地草本层的Simpson多样性指数为0.382 3～0.436 9，ShannonWiener多样性指数为1.106 0～1.164 1（表4）。对1年生玉米地草本层多样性进行方差分析得出，玉米地草本层Simpson多样性指数和ShannonWiener多样性指数均差异不显著，由于玉米是1年生植物，人为干扰严重，所以造成差异不显著。

从表3、4看出，板栗林下草本层的Simpson多样性指数和ShannonWiener多样性指数均大于未退耕地（玉米地），说明板栗草本层物种多样性较玉米地的高。退耕还林有利于林下植被的恢复。

3.5 生物量分析 从表5看出，6～9年生板栗灌木层总生物量都小于草本层总生物量，造成这一结果是由于草本层较灌木层恢复得快。生物量总量最大的是9年生板栗林，随着退耕年限的增长，板栗林下总生物量呈现上升的趋势。除了8年生板栗地上生物量与地下生物量的比值小于1外，其他年限的比值均大于1。对6～9年生的板栗林下总生物量进行方差分析，总生物量P=0.00<0.05，可得出6～9年生总生物差异性显著，退耕时间的长短影响林下植被的恢复情况，从而影响了林下生物量的大小。

4 结论与讨论

（1）板栗固定标准地的林分郁闭度较小，为0.36～0.49，林下灌木以粗叶悬钩子、海金沙、野牡丹、杜茎山居多；草本以蔓生莠竹、肾蕨、东方乌毛蕨、铁芒箕为主，再加上一定的人为抚育干扰和石漠化地区土壤贫瘠，造成了板栗林下灌木及草本种类较少。玉米地人为干扰严重，其多样性与丰富度都远小于板栗林。

（2）随着退耕时间的增长，板栗林下灌木层及草本层的多样性指数存在显著差异，但在退耕8～9年后林下植被多样性开始趋于稳定。玉米地灌木层及草本层差异不显著，植被种类基本一致。

（3）板栗为经济树种，林下灌草生物量与经营方式、人为干扰程度和土壤的立地条件有关。经过连续4年的观测，板栗林下灌草生物总量逐年增大并存在显著差异。

（4）退耕还林效益监测对退耕还林工作具有重要的指向作用，物种多样性、灌草生物量差异在一定程度上反映了当地退耕还林效果。调查物种多样性、灌草生物量对退耕还林工作效益的评估具有重要作用，在今后的监测工作中，应注重对林下植被多样性和生物量的调查。

参考文献

[1] 齐敏，岳崇峰.板栗的药用价值及开發利用[J].中国林副产品，1997（3）：51-52.

[2] 明桂东.板栗的栽培技术[J].北方果树，2000（5）：31-34.

[3] 黄焕扬，覃万军，黄明安.坡地板栗矮化早结栽培技术[J].广西热带农业，2006（1）：14-15.

[4] 范明忠，梁启鲜，管恩魁，等.实生低产板栗高接换种技术[J].广西园艺，2007，18（2）：38-39.

[5] 马麟英.东兰县实施退耕还林的环境条件分析[J].中国农学通报，2009，25（19）：69-72.

[6] 谢伟东，谢素平，蒋桂雄，等.退耕还林模式核桃林下植被多样性及生物量调查[J].贵州农业科学，2010，38（5）：177-179.

[7] WHITTAKER R H.Evolution and measurement of species diversity[J].Taxom，1972，21：213-251.

[8] MAGURRAN A E.Ecological diversity and its measurement[M].New Jersey：Princeton University Press，1988.

[9] BEAMAN J H.Diversity and distribution patterns in the flora of Mount Kinabalu[M]//BAAS P，KALKMAN K，GEESINK R.The Plant Diversity of Malesia Netherlands.Dordrecht：Kluwer Academic Publishers，1990.

[10] 周湘山.四川省洪雅县退耕还林工程生态效益评价研究[D].北京：北京林业大学，2012.

[11] PIELOU E C.Ecological diversity[M].New York：John Wiley &Sons，1975.

[12] MAGURRAN A E.Ecological diversity and its measurement[M].New Jersy：Princeton University Press，1988.