大连岩质海岸黑松林林木径阶空间分布及多样性研究

杨秀丽

(北票市林业局林业基金征收站,辽宁 朝阳 122100)



大连岩质海岸黑松林林木径阶空间分布及多样性研究

杨秀丽

(北票市林业局林业基金征收站,辽宁 朝阳 122100)

摘要通过对黑松林径阶结构和草本植物多样性进行分析，揭示了大连不同立地条件下黑松林的径阶空间的分布特性和草本植物的生物多样性。结果表明：大连岩质海岸地区的黑松林部分立地条件存在着退化趋势，草本植物种类单一，黑松径阶分布曲线不呈正态分布。

关键词大连岩质海岸；黑松林；径阶空间结构；分布;多样性

空间结构是林分的一个重要特征，即使树种和年龄具有相同频率分布，在空间结构上也有较大的差异，由此表现出不同的生态稳定性。空间分布格局是研究种群空间行为的基础，任何种群都有它的不同空间位，但由于种群内个体间的相互作用及种群对环境的适应，使得同一种群在不同环境条件下呈现不同的空间分布格局。林分直径株数分布规律是林分结构的基本特征之一，是树种生长环境条件及经营措施长期相互作用的结果。研究其结构特征及动态变化规律，对阐明森林生态系统的形成与维持、群落的稳定性与演替规律、种群的生态特征和更新、适地适树、科学经营管理具有重要的意义

1黑松生物学特性

黑松(PinusthunbergiiParl.)又称日本黑松、白芽松，乔木，高达30 m，胸径可达2 m；幼树树皮暗灰色，老则灰黑色，粗厚，裂成块片脱落；枝条开张，树冠宽圆锥状或伞形；1年生枝淡褐黄色，无毛；冬芽银白色，圆柱状椭圆形或圆柱形，顶端尖，芽鳞披针形或条状披针形，边缘白色丝状。针叶2针一束，深绿色，有光泽，粗硬，长6~12 cm，径1.5~2 mm，边缘有细锯齿，背腹面均有气孔线；横切面皮下层细胞一或二层、连续排列，两角上2~4层，树脂道6~11个，中生。雄球花淡红褐色，圆柱形，长1.5~2 cm，聚生于新枝下部；雌球花单生或2~3个聚生于新枝近顶端，直立，有梗，卵圆形，淡紫红色或淡褐红色。球果圆锥状卵圆形或卵圆形，长4~6 cm，径3~4 cm；中部种鳞卵状椭圆形，鳞盾微肥厚，横脊显著，鳞脐微凹，有短刺；种子倒卵状椭圆形，长5~7 mm，径2~3.5 mm，连翅长1.5~1.8 cm，种翅灰褐色；子叶长2~4 cm，初生叶条形，长约2 cm。花期4—5月，种子翌年10月成熟。

2试验地的基本概况

试验地位于辽东半岛南端，38°43′—40°10′ N，120°58′—123°31′ E，地处北温带，四季分明，属季风型海洋性气候。1月平均气温-5 ℃，7月平均气温24 ℃ ，年平均气温10 ℃左右，无霜期180~210 d。全区年平均降水量在607 mm， 其中，6—9月间多年平均降雨量占全年降雨量的71%,降雨量春季10%，秋季14% ，冬季5%。因受海洋调节，夜雨多于日雨，尤以夏季为甚。全市土壤类型分为6个土类，16个亚类，66个土属，204个土种。棕壤土是主要土类，占81.5%，主要分布在山坡平地。其次是草甸土，占10.8%，多分布在河流两岸的河漫滩、低洼地和冲积平原。风沙土占1.2%，多分布在较大河流沿岸和沿海地带。

表1　调查样地概况

3试验方法

3.1　黑松林径阶空间分布

沿大连岩质海岸线黑松分布区域，设立5个固定标准地，依次是1号山地上腹、2号下腹、3号山顶台地、4号坡地梯形台地和5号临海平地。每个样地设定面积为20 m×20 m，重复3次，取算术平均值为径阶值，计算单位面积内径阶和株数。

3.2　黑松林草本植物多样性研究

黑松林由于密度较大，立地岩质特性突出，土层较薄，黑松林冠下的空间灌木分布稀少，而草本植物有一定的丰度，为此在调查黑松林径阶空间分布规律的同时，进行了草本植物多样性的研究。用Shannon-wiener、Simpson指数和Pielou均匀度指数来说明黑松林冠下植物的多样性。

Shannon-wiener指数H′，式中Pi种的个体数占群落中总个体数的比例。Pi=Ni/N

Simpson指数D, 是一种说明某种植物在植物种群中多样性的表示方法。

D=1-∑Pi2

Pielou均匀度指数E，式中H为实际观察的物种多样性指数，Hmax为最大的物种多样性指数，S为群落中的总物种数。

E=H/Hmax，Hmax=lnS

4试验结果与分析

4.1　黑松林分的径阶与株数的分布

由图1看出，1号标准地黑松林径阶与株数分布图形明显非正态分布，右侧偏度较大表现出不均匀特性，黑松径阶集中分布区域为8～11 cm。由径阶看出1号标准地黑松空间分布范围较狭窄，径阶空间分布的均匀性也影响到林地承载株数和立木蓄积。由表2看出1号标准地立木分布株数和蓄积量分别为2 550株·hm-2和64.95 m3·hm-2。由此看出，黑松在山上腹立地条件下，径阶空间结构分布比较集中，如果把径阶生长量看成是年龄和径阶大小株数作用的函数，则看出径阶空间结构的集中反映出树种的后续更新能力不足，继而会出现林分的退化和衰弱现象，这也是山上腹石质性山地在坡度较大，土层较薄，立地条件较差林份更新能力较差的一个原因。

由图1看出，2号标准地图形基本上呈正态分布，比1号标准地径阶分布有了较大的改善，径阶分布范围较宽，分布区域为6～22 cm，树种的生长退化现象有较大缓和，分布株数2 550·hm-2，蓄积为103 m3·hm-2，由此说明黑松林在山中下腹生长较山上腹好，因分布曲线较宽，空间结构也有较大的改善，后续更新问题得到缓解。

由图1看出：3号标准地是山顶台地，呈明显的正态分布，径阶分布区间为6～22 cm。山顶台地在大连沿海岩质海岸是山地的一种特殊立地类型，山顶台地土壤侵蚀现象较陡坡轻，土层较厚，地表枯落物和有机质相对较高，既能有效地拦蓄雨水，又不产生积水现象。从图形特性看出，径阶分布较为分散，径阶分散，则林地的光照条件得到改善，林分的空间结构变得复杂，通常复杂的空间结构对承载生物多样性有利。除此之外，单位面积的立木株数和蓄积量也比1号和2号标准地高，株数达到2 325株·hm-2，蓄积量达到117 m3·hm-2，所以山顶台地是黑松空间结构较好和立木蓄积较高的一种立地类型。

4号标准地是坡地采用人工整地而形成的梯形台地，由于进行了梯形台地整地，平台水土流失的速度得到了有效缓解，土层厚度有了较大的提高，枯落物蓄量也较大，土层厚度的增高，提高了土壤的含水量，使黑松径阶结构得到了显著的改善，立木株数为1 995株·hm-2，蓄积达到180 m3·hm-2，是供试标准地林分径阶空间结构和立木蓄积最高的一种。

5号标准地是临海平地，虽然地势平坦、土层较厚，但土壤受海风海刹和含盐量的影响，土壤结构紧实，物理性质较差。土壤物理性质不良，直接导致黑松生长状况受到一定的影响，林分径阶空间结构受到一定干扰。由5号标准地图形看出，明显发生左偏并出现17、18、21和22 cm的4个径阶的断档现象，这一现象说明了径阶的缺失，将导致更新发生困难，产生林分退化现象。立木株数1 080株·hm-2，蓄积为53 m3·hm-2，是供试标准地产量最低的一种林分类型。

表2　不同黑松林分立木株数和立木蓄积

4.2黑松林分草本植物的多样性

大连地区岩质海岸黑松林，由于岩质特点，土层较薄，加之黑松初始密度较大，林分的郁闭度相对较高，大多为0.85～0.9，所以冠下的灌木极小，不足以构成研究分布规律的基本材料，但冠下的草本植物有一定的分布频度和面积，而且对防止水土流失起到了一定的积极作用。

由表3可以看出，岩质海岸黑松林的主要草本植物有18种，从重要值上看，狗尾草排在第1位，第2位是牛膝菊，第3位是羊胡子草，第4位是山蒿，第5位是藜。从这些草本植物的种类上看，大都属于抗旱性较强的植物种类，植物的类型分布说明了立地的水分状况。从多样性指数和群落均匀度指数上看，黑松林分的草本植物多样性不高，Shannon-Wiener指数为2.628 4,Simpson指数为 0.091 1,Pielou群落均匀度指数为1.818 7。由此看出，岩质海岸的黑松林需要加强退化生态系统的恢复。从立地条件和树种配置考虑黑松林分的经营方案和从针阔混交林上考虑恢复黑松林的植被退化现象。建议阔叶树种可采用蒙古栎、辽东栎、麻栎、色木槭、山槐等较耐旱的树种。这些树种枯落叶量较大，分解速度较快，较适宜在大连岩质海岸作为混交树种推荐应用。一旦黑松与阔叶树种形成混交林，枯落物的增加，会极大改善土壤理化性质。腐殖质明显提高会进一步提高土壤含水量，并能减少水土流失，提高地表灌木和草本植物的多样性。可采用行混、带混和块混的混交方式，增加针阔混交度，形成较为稳定的针阔混交林，以克服黑松纯林生态脆弱的现象。

表3　黑松林分草本植物多样性分析结果

在岩质海岸营造混交林时，应多注意因地制宜，可进行一定的整地措施，利用内倾斜面集雨小坑整地和等高梯面仰角平台整地，减少水土流失，增加降水的拦蓄功能，进一步提高黑松林可持续经营水平，为大连经济建设提升森林生态功能和打造良好的森林生态环境服务。

5结论与讨论

5.1　黑松林径阶空间结构受地形坡度影响较为显著，在山顶台地和人工整地梯形台地黑松林分径阶分布较均匀，立木蓄积量较高。由此可以把黑松的造林和经营通过整地和选择适宜的立地类型结合起来，进行统筹考虑，以提高黑松林的可持续经营水平。

5.2　通过径阶空间和立木蓄积分析结果，可以看出大连地区的黑松林有退化的发展趋势，其原因可能是立地条件较差和黑松纯林生物多样性脆弱等因素引起，可通过整地措施改善立地条件，通过增加树种混交度营造针阔混交林加以解决。

5.3　黑松林下的植被条件是反映黑松生态环境优劣的一个标志，草本植物的多样性反映出黑松生态环境条件的水平差异情况。黑松林地的草本植物种类比较单一，基本是旱生草本植物，而湿生性草本植物基本没有，说明黑松林的环境比较干燥，如能增加阔叶树种混交比例，改善林分结构，提高植物的多样性，可以改变和缓解黑松林脆弱的生态立地条件，对改善岩质海岸黑松生态功能有较大的益处。

参考文献：

[1]惠刚盈,K v Gadow,胡艳波.林分空间结构参数角尺度的标准角选择.林业科学研究，2004,17(6): 687-692

[2]刘平,马履一，贾黎明，等.北京低山油松人工林径阶结构及林下植物多样性特征.北京林业大学学报,2011, 33(3):57-63

[3]中国科学院《中国植物志》编委会.中国植物志.北京：科学出版社，1978(7): 270

Spatial Distribution of Forest ofPinusthunbergii

Plantation in Dalian Rocky Coast and its Diversity

Yang Xiuli

(Forestry Fund Collection Station, Bureau of Forestry in Beipiao City, Chaoyang 122100, China)

AbstractDiameter grade of Pinus thunbergii and diversity of herb plant were analyzed. Distribution characteristics of diameter grade for Pinus thunbergii plantation and biodiversity of herb plant under different site conditions of Pinus thunbergii in rocky coast of Dalian were revealed. Result shows that there is a degradation trend in Pinus thunbergii in Dalian rocky coast;species of herb plant is single;diameter distribution curve in Pinus thunbergii is not normally distributed.

Key wordsrocky coast of Dalian City; Pinus thunbergii plantation;spatial structure of diameter class;distribution;diversity

作者简介：杨秀丽(1979-)，女，辽宁北票人，大学，工程师，从事林业调查设计工作.

收稿日期：2015-11-12

中图分类号：S791.256

文献标识码：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.01.007

文章编号：1005-5215(2016)01-0017-03