桂东地区3种人工林植物多样性研究

梁远文+谭叶厚+覃祚玉+林建勇+李立杰+黄大勇

摘要：为掌握桉树、马尾松、红锥3种人工林在人为活动影响下植被恢复能力及生长规律，在广西苍梧县共青林场设置了固定监测样地，从物种丰富度、均匀度和物种多样性指数等方面对这3种人工林群落的物种多样性及动态进行了研究。结果表明：①在2010～2012年间，3种人工林的林下灌木层种类数随着郁闭度的增大，呈先增后减趋势，草本层则呈现持续递增趋势;②3个群落的植物总个体数、物种丰富度、均匀度和物种多样性指数变化趋势均基本一致，即：先增加后降低，不同林分的各指标大小排序为：红锥林>马尾松林>桉树林;③垂直结构物种多样性方面，3种人工林植物丰富度指数和多样性指数高低表现为：灌木层>草本层。

关键词：桉树;马尾松;红锥;人工林;植物多样性

中图分类号：S718.5

文献标识码：A文章编号：16749944（2014）12006404

1引言

随着近年来生物多样性及保护的研究受到前所未有的高度关注，人工林植被多样性变化也日益受到重视，成为林业、土壤和生态科技工作者关注的焦点问题。因此，开展人工林物种多样性的研究更显必要。广西东部的苍梧县共青林场自然条件十分优越，自2008年起广西林科院在该区进行定位研究，在群落本底调查、植物区系、群落结构与分类、森林生长、植物多样性等方面进行了大量工作。本监测试验是“世行贷款广西综合林业发展和保护项目环境管理与监测”的研究内容之一，项目试点选择了立地条件较好的共青林场，进行生物（植物部分）多样性监测试验。对共青林场的桉树（Eucalyptus）、马尾松（Pinus massoniana）、红锥（Castanopsis hystrix）人工林群落的物种多样性进行了研究与探讨，研究桂东人工林区一些典型森林生态系统的群落结构、特征、稳定性，为物种多样性研究、恢复与保护及人工林的可持续经营和管理提供基础数据。

2研究地点和研究方法

2.1研究区概况

苍梧县共青林场（东经111°25′，北纬23°44′）位于广西东部，属南亚热带季风气候，年均气温21.2℃，年均降雨量1506.9mm，年均相对湿度80%，年均无霜期达331d，光、热、水资源丰富，雨热同季。地貌类型为低丘，海拔在250m以下，坡度30°～35°。土壤为玄武岩发育而成的赤红壤，土层深厚≥80cm。常见植被中乔木有桉树、马尾松、红锥等树种，灌木有桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）、野牡丹（Melastoma malabathricum）、盐肤木（Rhus chinensis）、石斑木（Rhaphiolepis indica）等，草本有铁芒萁（Dicranopteris linearis）、五节芒（Miscanthus floridulus）、乌毛蕨（Blechnum orientale）等。

2.2样地设置及调查方法

2008年在立地条件大致相同的杉木采伐迹地上造林，在每个树种林地内设置20m×20m监测主样地各1个，监测主样地内乔木层进行每木检尺，记录植株种名、地径、胸径（≥5cm）、高度、冠幅、郁闭度、物候相、生活力等因子;每个主样地内分别设置5个5m×5m的灌木监测样地，记录灌木种类、数量、覆盖度、生长高度、物候相、生活力等;5个2m×2m的草本监测样地，记录样方内草本植物种名、高度、株（丛）数、覆盖度、生长情况等。2008年在采伐迹地上进行本底调查，2009年未进行调查，2010～2012年每年11月进行物种多样性调查。

2.3生物多样性指数的计算

植物多样性的评测选用丰富度指数（S）[1]、均匀度指数[1]和物种多样性指数[1]等3种指数，其计算公式如下。

Shannon-Wiener多样性指数：H′=-∑PilnPi ;

Simpson指数（D）：D=1-∑Pi2，种间相遇机率（PIE）：PIE=∑（（Ni÷N）×（N-Ni）÷（N-1））;

Pielou的均匀度指数（Jsw和Jsi）：Jsw=H′/lnS，Jsi=D/（1-1/S）

式中：Pi为种i的个体数与样方个体总数的比值;Ni为种i的个体数;N为样方的个体总数;S为样方物种总数，即丰富度指数。

3结果与分析

3.1试验区人工林群落的主要植被类型

群落组成和成层结构是识别与鉴定群落的重要特征，能清楚标志群落中植物种间、植物与环境之间相互关系。本研究试验区在2010～2012年间人工林群落的主要植被类型可分为以下几种：桉树—野牡丹/桃金娘/杉木—五节芒群落、马尾松—桃金娘—五节芒群落和红锥—野牡丹—铁芒萁/五节芒群落。

3.2不同类型人工林植物种类分布特征

人工林林分结构和物种多样性可表征森林发育程度，是退化森林生态系统恢复机制研究中的重要指标[2]。由表1可知：虽然前茬相同，但林分类型不同，其林下的植物种类不一定相同。在数量上表现为红锥林>马尾松林>桉树林;各个林分的植物种类数目均在2011年表现最高，至2012年植物种类及种类数目与2008年的（本底调查）基本保持一致。3种类型的人工林林分的林下灌木层种类随着郁闭度的增大，呈先增后减趋势，而草本层则出现递增趋势。这可能是由于不同的郁闭度影响林下光照强弱及水分分配，从而对林地植被种类、数量及生长量产生影响。

3.3不同林分类型物种多样性

3.3.1林分物种多样性分析

物种多样性反映了生物群落在组成、结构、功能和动态方面的异质性，体现了群落结构类型、组织水平、发展阶段、稳定程度和生境差异[3，4]。由表2可知：3种类型的人工林的Shannon-Wiener 指数在 2.30～3.30 之间，Simpson指数、种间相遇机率均大于0.80;Pielou的均匀度指数 （Jsw）介于0.66和0.85 之间，而Jsi指数则在0.83～0.97 范围内，且各指标呈现一定的变化规律：从2010～2012年群落的植物个体数（N）、丰富度指数（S）、Shannon-Wiener指数（H′）、Simpson指数（D）、种间相遇机率（PIE）、Pielou的均匀度指数（Jsw和Jsi）指标的变化趋势均基本一致，即先增加后降低。一般来讲，在纯林中，阔叶林比针叶林更有利于林下植被的生长发育，不同树种，密度相近时，针叶林较阔叶林林下植物物种多样性高[5]。但在本试验中，各个多样性指标大致表现为红锥人工林群落（阔叶树）>马尾松人工林群落（针叶林）>桉树人工林群落（阔叶林）。endprint

3.3.2不同林分林下植物多样性

灌木、草本物种组成和结构可以作为森林自然恢复状况及森林生态系统健康状况的重要指标。由于不同人工林群落在物种组成、结构和功能等多方面存在一定的差异，因此它们在物种多样性特征上也存在一定差异[6]。由于研究的林分乔木层全部是人工纯林，从多样性构成意义上，灌木层和草本层是人工林群落植物多样性最重要的成分，所以选这2个生长类型作为研究对象（表3）。

由表3可以看出：2010～2012年，随林龄的增加，灌木层的物种丰富度、均匀度及多样性指标呈现先增加后降低的趋势，变化幅度不大，而草本层则逐年递减。不同林分人工林下的草本及灌木的物种多样性指数出现了大致相同的变化趋势，与曹广月等[7]提出的观点一致。即：总体上灌木层的丰富度、均匀度和多样性指数均高于草本层的，这可能是因为灌木具有较好的适应性和数量的稳定性，加上林地前茬均为杉木，林地立地条件相近，植物种类分化不大，故多种灌木在该试验区不同人工林中普遍存在，且各物种的个体数分布比较均匀，优势种、伴生种与稀有种的数量差异较小，而草本层则对环境的反映比较敏感，各物种个体数分布不均匀，优势种明显。人工林下草本层丰富度指数和多样性指数均低于灌木层，主要是由于这3种人工林更能利用环境资源，具有很好的稳定性，这种稳定的环境为物种的侵入创造了条件。

4结论与讨论

4.1群落的主要植被类型及种类分布特征

研究表明：本研究试验区在2010～2012年间人工林群落的主要植被类型可分为以下几种：桉树—野牡丹/桃金娘/杉木—五节芒群落，马尾松—桃金娘—五节芒群落，红锥—野牡丹—铁芒萁/五节芒群落。灌木层种类繁多，分布均匀，而草本优势种明显。林下的植物种类的数量大小依次为：红锥林>马尾松林>桉树林。

4.2不同类型的人工林群落的物种多样性

研究结果表明，在一定时间（2010～2012年）内，3种人工林的植物物种丰富度、均匀度和多样性指数均呈“倒v型”变化，这可能与林分郁闭度和光照条件变化有关。共青林场试验区不同林分人工林物种丰富度、多样性、均匀度指数变化趋势大致相同，从高到低排序依次为红锥林>马尾松林>桉树林;在不同年份，3种类型人工林下植物丰富度指数和多样性指数高低表现为：灌木层>草本层，灌木层物种多样性在所有层中表现最高，说明在研究试区的森林群落中，灌木层中的物种多样性在整个群落中占据主导地位，对群落的物种多样性起着决定性的作用。

4.3增加监测树种与群落类型，增加人工林植被更新

能力的可比度

人工林种植后，2009年未对试验地进行监测，在时间上缺乏一定的连贯性。本文应用了多种多样性指数对研究区各种森林群落的物种多样性进行测度和综合分析，结果表明：3种不同林分类型的人工林群落及灌草层物种多样性指数值比较规律，受研究时间及资料的限制，本研究没有深入研究不同立地条件及不同抚育措施对人工林下植物物种多样性造成的影响，所以后续研究将从群落生态学与生态系统等角度系统研究人工林物种动态变化，不断完善该区人工林物种多样性监测体系，为人工林的可持续性提供第一手数据材料。

致谢：参加此项目调查的还有黄应钦、李娟、戴俊、徐振国、周全连、邓荣艳、王磊、钟金等，在此一并致谢！

参考文献：

[1]MAGURRANA E.Ecological diversity and its measurement[M].New Jersy：Princeton University Press，1988.

[2]罗德光.不同强度人为干扰对马尾松林分结构及物种多样性的影响[J].福建林业科技，2005，32（4）：90～93.

[3]PAN K W.Structures of the artificial mixed forests in the clear-cut area of subalpine dark coniferous forests on upper branch of the Minjiang River[J].Journal of Wuhan Botanical Research，1999，17（2）：130～136.

[4]王华.亚热带区域几种典型人工林生态系统服务功能研究[D].长沙：湖南农业大学，2007.

[5]秦新生，刘苑秋，刑福武.低丘人工林林下植被物种多样性初步研究[J].热带亚热带植物学报，2003，11（3）：223～228.

[6]郭宝嘉.雾灵山森林植物与节肢动物群落结构及多样性研究[D].北京：北京林业大学，2005.

[7]曹广月，贺康宁，胡兴波，等.青海大通山区 5 种不同类型人工林下植被物种多样性比较[J].广东农业科学，2012（11）：164～167.endprint