石门森林公园不同海拔或坡向林地物种多样性的比较

邹文涛，姜 艳，尹光天，李荣生，杨锦昌，张 帅

（中国林业科学研究院 热带林业研究所，广东 广州 510520）

石门森林公园不同海拔或坡向林地物种多样性的比较

邹文涛，姜 艳，尹光天，李荣生，杨锦昌，张 帅

（中国林业科学研究院 热带林业研究所，广东 广州 510520）

为了解从化市石门国家森林公园不同海拔或坡向生物多样性的变化规律，以为森林公园景观改造、生态系统承载力提高、生态修复提供理论知识，对分散于森林公园的海拔或坡向不同的30块样地进行调查研究。研究结果表明，中海拔林地生物多样性较高，低海拔和高海拔林地生物多样性均较低，尤其是乔木层和下木层Ⅰ，其生物多样性分别在960 m和900 m达到峰值；坡向对生物多样性的影响表现为：阴坡＞半阳坡＞阳坡；公园内生物多样性受到人为干扰，总体上人为干扰随海拔上升而下降，但由于旅游开发和观光，海拔900 m以下林区受到人为干扰程度与海拔关系不大；森林郁闭度、人为干扰程度随海拔变化的趋势相似，石门森林公园森林郁闭度可以作为评价人为干扰程度的指标。

石门国家森林公园；生物多样性；海拔；坡向；人为干扰

石门森林公园位于广东省从化市内，是一个集自然景观、人文景观、森林保健功能于一体的生态型公园，近年来已成为“广州后花园”，游客数量日渐增多，景区生态负荷日渐加大，部分植被遭到破坏。因此，景观改造、生态系统承载力提高、生态修复是石门森林公园当前面临的迫切任务。

目前，国内外关于海拔[1-8]、坡向[9-13]对生物多样性影响的研究很多，但没有一致的结果，一般研究认为生物多样性的海拔梯度变化是极为显著的，但变化规律经常是不同的[1-18]；阴坡植物群落生物多样性大于阳坡[9-11]。实际上，海拔、坡向主要通过改变光照、温度、风速、水分、土壤等环境因子来影响物种多样性分布格局[19]，物种多样性与海拔、坡向关系在很大程度上依赖于环境变量之间的协变和互作。而石门森林公园物种多样性随海拔、坡向变化规律还未曾研究，本研究通过比较不同海拔或坡向的林地的物种多样性，了解海拔、坡向与石门森林公园物种多样性的关系，近而为森林公园景观改造、生态系统承载力提高、生态修复提供理论借鉴和依据。

1 研究区域概况

石门森林公园地处北回归线北缘，属南亚热带季风气候类型。年平均气温为21.4 ℃。其中，最冷月为1月，平均气温为12.4 ℃，极端最低气温为-7 ℃；最热月为7月，平均气温为28.5 ℃，极端最高气温为38.1 ℃。年平均光照时数为1 774.2 t，年月平均日照时数在170 t左右，以7～10月份为最高。降水量充沛，年平均1 800 mm。

石门国家森林公园地质构造处于华南褶皱系的粤中凹陷构造单元内，是九连山脉南部的南昆山与青云山的接合部，主要有中山、低山和丘陵三种地貌类型，地势呈现东南高、西北低，北、东、南三面环山的特点。公园内的土壤随着海拔不同分布着山地红壤、山地赤红壤、山地黄壤、山地草甸土等四个大类。在海拔400 m以下的低山、丘陵地区主要分布着赤红壤；在海拔400～800 m的低山地区分布着红壤；在海拔800 m以上的山地上分布着黄壤；在海拔1 100 m以上的山地上则分布着少量的山地草甸土。

2 研究方法

2.1 样地设置

于2007年底在石门国家森林公园石灶、石门、白芒潭、塘仔、林茶5个工区内依据海拔高度和植物生境状况选取30个样地，每个样地面积为1 200 m2（根据随机选取的天然次生林样方的种-面积曲线确定的最小面积为1 000 m2～1 200 m2），各样地的具体参数见表1。

表1 样地基本情况Table 1 Basic situations of plots

2.2 样地调查

乔木层的调查： 每样地再细分为10 m×10 m的调查样方，进行每木调查，起测胸径为5 cm，记录各植物种名和胸径；下木层Ⅰ的调查：在样地的四个角内各设1个10 m×10 m的小样方，起测胸径为1 cm，记录各植物的种名和胸径；下木层Ⅱ的调查： 在调查下木层Ⅰ的4个10 m×10 m小样方内，设4个5 m×5 m的小样方，记录灌木和更新层植物的种名和更新层苗木数量；草本层：在调查下木层Ⅱ的4个小样方内设4个1 m×1 m的小样方，记录草本植物的种类和盖度。

2.3 数据处理

以物种丰富度(Abundance，S)、Simpson多样性指数（Simpson Index，D）、Shannon-Wiener指数（Shannon-Wiener Index, H）、均匀度指数（Eveness,Jsw）为多样性评价指标。

采用Excel软件统计分析试验数据，采用Excel软件和sigmaplot12.0软件作图。

3 结果与分析

3.1 不同海拔样地的生物多样性比较

由图1到图4可知，各林层物种丰富度、Simpson 指数、Shannon-Wiener 指数和均匀度指数随海拔的变化趋势不尽一致，但总体上大致相同。乔木层物种多样性总体上呈先上升，后下降的变化趋势，在海拔960 m处达到峰值；下层木Ⅰ物种多样性变化趋势与乔木层相似，在海拔900 m处达到峰值；下木层Ⅱ物种多样性总体上呈上升—下降—上升—下降—上升变化趋势，分别在海拔600 m和860 m两处达到峰值；草本层物种多样性呈上升—下降—上升—下降变化趋势，分别在海拔400 m和900 m两处达到峰值，在两个点附近都处于下降的趋势。说明，海拔对石门森林公园物种多样性具有明显的影响，但对各林层的影响有所不同。各林层物种多样性除受海拔不同引起的温度、光照、水分、土壤等小气候差异外，还在很大的程度上受到人为干扰的影响，人为干扰一般来说沿着海拔呈下降趋势，但该研究中各林层生物多样性呈波动式变化，并且变化趋势不同，特别是在海拔900 m以下的地段。说明，不同海拔生物多样性受到的人为干扰不符合一般规律，特定高海拔地区人为干扰程度可能更大，并且同一海拔各林层受到人为干扰破坏程度不同。

图1 石门国家森林公园乔木层物种多样性随海拔的变化Fig.1 Species diversity in arboreous layer along altitude gradient

图2 石门国家森林公园下木层Ⅰ物种多样性随海拔的变化Fig.2 Species diversity in undergrowth layerⅠalong altitude gradient

图3 石门国家森林公园下木层Ⅱ物种多样性随海拔的变化Fig 3 Species diversity in undergrowth layerⅡalong altitude gradient

3.2 不同坡向样地的生物多样性比较

由表2可知，坡向对生物多样性具有明显的影响，总体上表现为阴坡＞半阳坡＞阳坡。说明石门国家森林公园阴坡物种多样性高，并且生态系统稳定，有利于多物种繁衍生存，在阴坡进行景观改造，有利于景观内容丰富化以及多样化，并且改造成本较阳坡低。

图4 石门国家森林公园草本层物种多样性随海拔的变化Fig 4 Species diversity in herb layer along altitude gradient

表2 物种多样性在不同坡向上的变化Table 2 Species diversity in different slopes

3.3 不同海拔样地的郁闭度比较

由图5可知，样地郁闭度随着海拔上升总体上呈上升的趋势，尤其是在海拔900 m以上，海拔900 m以下样地郁闭度随海拔上升没有明显变化规律，且郁闭度围绕趋势线呈较大的波动，说明海拔对林地郁闭度有明显的影响，高海拔地区人为干扰小，林地受到破坏小，林地郁闭度大，海拔900 m以上受到人为干扰符合一般规律，海拔900 m以下林地由于旅游开发和观光受到的人为干扰大，并且规律性差，海拔对林地郁闭度影响的一般规律很难表现出来。

图5 不同海拔样地的郁闭度比较Fig.5 Canopy density along altitnde gradient

4 结论与讨论

研究中发现石门国家森林公园物种多样性与海拔规律、人为干扰均密切相关，生物多样性尤其是乔木层生物多样性总体表现出中间大，两头小的现象，研究结果与Whittaker和Peek等人的研究结果一致[4-5]。不同的是石门森林公园物种多样性在不同海拔之间表现出波动式变化，在海拔900 m以下地段尤为明显，分析可能因为低海拔地区光、热、土壤等立地条件有利于多物种生存，但受到人为干扰较大，而高海拔地区则正好相反，人为干扰和海拔等物种多样性影响因子协作和互变，使得中海拔地区生物多样性最高，但由于森林公园旅游开发和观光使得不同海拔林区受到干扰程度具有不确定性，高海拔地区旅游景点设置或景观改造必然会增加该海拔林区人为干扰，从而使生物多样性随海拔呈波动式变化。

研究中发现不同林层生物量随海拔变化趋势不同，尤其是下木层Ⅱ生物量在海拔960 m以上呈上升趋势，而其它各林层生物量均呈下降趋势，由于不同林层所处环境在垂直空间上的异质性，使海拔对不同林层生物多样性的影响不同，并且从图5可知，林地郁闭度随海拔上升呈上升趋势，尤其是海拔大于900 m的林区，其郁闭度较高，林下光照条件较差，林下物种更新速度慢，下木层Ⅰ和下木层Ⅱ仅有起层胸径的差别，生长较慢的林下灌木或乔木的苗木被规划为下木层Ⅱ，使得下木层Ⅱ物种数量表面上呈增加的趋势。

结合不同海拔样地的生物多样性比较和不同海拔样地的郁闭度比较，可以发现郁闭度在一定程度上可以反映人为干扰程度的大小，这可能因为石门森林公园最高海拔和最低海拔相差不大，生物多样性均匀度相差不大，海拔不是影响公园内森林郁闭度的主要因子，且未受人为干扰前不同海拔的森林郁闭度接近郁闭，从而使森林郁闭度能够反映人为干扰程度，干扰程度较大的林区，森林郁闭度相对较低。

研究中发现阴坡物种多样性高，阳坡物种多样性低，研究结果和多数研究结果一致[9-11]。可能因为阳坡比阴坡温度高、湿度小、蒸发量大、土壤的物理风化和化学风化强、土壤有机质积累少等多种原因所致。

由于地形地貌的限制，该研究没有严格控制条件，是把多种因素协变和互作的结果，从单方面统计分析，得出的一般规律，试验样地也较少，因此试验结果可能受到坡向、海拔、人为干扰以外其它因子影响，也可能受到各因子间交互效应的影响，试验结果可能存在少许偏差。

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Biodiversity comparison of forestland with different altitude or aspect in Shimen National Forest Park

ZOU Wen-tao, JIANG Yan, YIN Guang-tian, LI Rong-sheng, YANG Jin-chang, ZHANG shuai
(Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China)

In order to understand the biodiversity distribution patterns of the forestland with different altitude or aspect in Shimen National Forest Park and thereby providing theory knowledge for landscape restoration, ecological restoration and ecosystem carrying capacity improvement in Shimen National Forest Park, thirty sample plots with different altitude or aspect in the forest park were investigated. The results show that the biodiversity was higher at medium elevation forestlands than at low elevation or high elevation forestlands, especially in tree layer and undergrowth layer (I layer), the biodiversity values reached respectively peak values at 960 meters and 900 meters above sea level; the effects of different aspects on biodiversity distribution patterns of the forestlands from big to small were as follows: shady slope＞half-suuny slope＞sunny slope; in the park, the human disturbances decreased gradually with the ascension of altitude in theoretically, but, the human disturbance took place below 900 meters altitude forestlands because of tourism development had little relationship with the altitude of the forestlands; the trends of canopy density and human disturbance with the changes of the altitude were similar to each other, so the forest canopy density can be used as an index to evaluate the human disturbance.

Shimen National Forest Park; biodiversity; altitude; aspect; human disturbance

S727.5

A

1673-923X(2014)04-0077-05

2013-04-12

林业公益性行业科研专项“重要树种种质资源保存与可持续利用关键技术研究”(201204307），广州市林业局项目

邹文涛（1979-），男，山东栖霞人，助理研究员，主要从事森林生态与森林培育理论和技术的研究；

E-mail：zwt.bj@163.com

[本文编校：文凤鸣]