浦江县公益林群落生物多样性及其与环境相关性研究

于姗君 王震明 徐季宏 郑朝阳



浦江县公益林群落生物多样性及其与环境相关性研究

于姗君1王震明1徐季宏2郑朝阳1

（1浙江省浦江县林业局 322200；2浙江省浦江县中余乡林业工作站 322209）

基于125个样地调查数据对浦江县公益林物种组成进行分析，继而研究公益林群落α多样性和β多样性及其与环境因子间的相关性，研究结果表明：（1）浦江县公益林共有物种266种，其中乔木层104种，马尾松的重要值最大；灌木层132种（其中48种为乔木幼苗），格药柃的重要值最大；草本层78种，里白的重要值最大。（2）浦江县不同森林群落类型的群落物种丰富度在数值上表现为阔叶林群落>针阔混交林群落>毛竹群落>杉木林群落>松林群落>灌木林群落。（3）坡度和海拔因子对浦江县公益林物种多样性分布影响较为显著，随着坡度的增大，群落间的相似性呈先减弱后增强再减弱的趋势；随着海拔的增加，群落间的相似性呈先增大后减小的趋势。

公益林；α多样性；β多样性；坡度；海拔

生物多样性是人类赖以生存和发展最重要的物质基础[1]，是反映地球上所有生物及其生存环境和所包含的组成部分的综合体[2]，对于全球生态平衡维持和人类可持续发展具有重大意义[3]。生物多样性保护已成为当今世界瞩目的重大生态和环境问题，也是森林可持续经营的一个重要目标[4]。

环境对物种分布和生物多样性变化的影响一直是生态学研究的重要方面[5]，环境因子包括生物因子和非生物因子[6]，生物因子如人类活动、竞争等[7,8]，非生物因子如地形、土壤特征等。众多研究表明，海拔、坡度等地形因子对物种分布和多样性具有重要影响[9]。公益林是森林生态工程的主体，在维护生物多样性、保持生态平衡等生态需求以及社会可持续发展方面具有不可替代的作用[10]。

公益林建设是浦江县实施“生态立县”、建设生态文明的重要举措之一，是改善浦江县生态环境、实现林业可持续发展的重要基础。本研究以浦江县公益林群落多样性和多样性为研究对象，同时针对浦江县公益林环境因子和生物多样性的相关性进行分析，对浦江县公益林管理与建设提供科学的理论支持。

1 研究区概况

浦江县隶属浙江省金华市，位于北纬29°21'－29°41'、东经119°42'－120°07'之间，县域面积为9.2万公顷，其中公益林总面积3.37万公顷。根据森林类型可将浦江县公益林大致分为6类，即松林、杉木林、针阔混交林、阔叶林、毛竹林和灌木林等，其面积分布如表1所示。

2 研究方法

2.1 样地设置与调查

采用系统抽样法，在获取公益林二类森林资源调查数据的基础上，以公益林小班作为总体抽样样本抽取监测样地125个，样地分布情况如表1和图1所示。

图1 调查样地分布图

在对公益林小班进行全面调查的基础上，选取典型地段设置20m×20m的监测样方，详细记录样地的基本信息（如经纬度、海拔、坡度、坡位等环境因子）[11]。对乔木层胸径大于5.0 cm的树木进行每木检尺，调查内容包括树种名、树高、胸径、枝下高等；在每个样方对角线上均匀设置3个2 m×2 m的灌草小样方，详细记录每个小样方中的灌木物种名、株数、高度、地径、盖度以及草本种名、高度、盖度等信息[12,13]。

2.2 数据处理方法

2.2.1重要值

重要值是用来表示某个种在群落中的地位和作用的综合数量指标，反映的是植物在样地内所占有的相对优势[14]。其中，乔木层重要值=(相对高度+相对显著度+相对多度)/3；灌木层、草本层重要值=(相对盖度+相对多度)/2。

2.2.2多样性指数

本研究主要通过群落多样性和多样性对研究区生物多样性进行分析，其中多样性主要涉及物种丰富度指数、指数、指数和均匀度指数；多样性主要选取Cody指数C，Sorensen指数S以及Jaccard指数C。其中，物种丰富度指数Gleason指数=/ln（为物种数，为样方面积），由于公益林样地调查层样方面积一定，所以本研究用群落中物种总数（）来替代物种丰富度指数。

3 研究结果

3.1 公益林物种组成

基于125个样地的踏查数据统计分析可知，浦江县公益林共有植物266种，其中乔木层104种，灌木层132种（其中48种为乔木幼苗），草本层78种。对样地调查中各植被层重要值大于1的物种进行分层统计，统计结果如表2所示。乔木层物种中，马尾松的重要值最高，杉木和木荷次之，枫香树和毛竹等物种都有较高的重要值；灌木层物种中，格药柃的重要值最高，油茶次之，白栎、杉木、乌药等物种亦有较高的重要值；草本层的物种中，里白的重要值最高，紫萁和莎草族的重要值次之，蕨、寒莓和三穗薹草等物种有较高的重要值。

表2 浦江公益林优势种重要值

由表2分析可知，浦江县公益林乔木层主要物种中，马尾松、杉木等针叶树种重要值合计达52.03，木荷、枫香树、苦槠等阔叶树种重要值合计44.12，由此可见浦江县公益林乔木层树种中针叶树种和阔叶树种的重要性差异不大，但针叶树种仍稍占优势。

3.2 α多样性分析

3.2.1物种丰富度指数

浦江县公益林乔木层、灌木层、草本层和群落的物种丰富度如表3所示，不同森林群落类型的群落物种丰富度在数值上表现为阔叶林>针阔混交林>毛竹林>杉木林>松林>灌木林。

表3 浦江县公益林物种丰富度

3.2.2物种多样性指数

浦江县公益林群落的Simpson指数（）、Shannon-Wiener指数（）和Pielou指数（）计算结果如表4所示。研究区不同森林类型的群落生物多样性表现为阔叶林群落最高，针阔混交林群落和松林群落次之，灌木林最低。不同森林群落类型在不同植被层的生物多样性指数的变化趋势较为一致，其中，乔木层生物多样性表现为阔叶林>针阔混交林>松林>杉木林>毛竹林；灌木层生物多样性表现为毛竹林>灌木林>阔叶林>松林>针阔混交林>杉木林；草本层生物多样性表现为毛竹林>针阔混交林>阔叶林>松林>灌木林>杉木林。

表4 浦江县公益林α多样性

3.2.3环境因子与生物多样性的相关性分析

选取对物种群落多样性影响较大的海拔、坡度、坡向、坡位、土壤厚度等环境因子进行相关性分析。其中，海拔采用样方GPS实测数据；坡度由经纬仪实测获得，且都为正值；土壤厚度主要使用带刻度的土钻以10cm为间隔垂直向下打钻至石质或碎屑母质，测定由土层到母质的土壤厚度；坡向采用罗盘仪实测，根据调查数据分为9级，即1为北坡、2为东北坡、3为西北坡、4为东坡、5为西坡、6为东南坡、7为西南坡、8为南坡、9为平坡，数值越大，表示越向阳。

表5 环境因子与α多样性的相关系数

注：*表示显著相关(P<0.05);**表示极显著相关(P<0.01)

通过上表分析可知，研究区5个环境因子间的相关性较弱，仅海拔与坡位、坡度与土壤厚度呈极显著相关，相关系数分别为-0.213和-0.355。在环境因子和α多样性之间的20组相关关系中，有7组关系呈显著相关，占总数的35.00%，其中有4组关系呈极显著正相关，2组呈显著正相关，1组呈极显著负相关，即坡度与物种丰富度、坡度与Shannon-Wiener指数、土壤厚度与物种丰富度、海拔与Shannon-Wiener指数呈极显著正相关，相关系数分别为0.364、0.247、0.217和0.192；坡度与Simpson指数、海拔与物种丰富度呈显著正相关，相关系数分别为0.174和0.159；坡位与物种丰富度呈极显著负相关，相关系数为-0.216。

综上所述，在5个环境因子中，以坡度因子与物种多样性间的相关性最为突出，海拔因子次之，土壤厚度与坡位因子与物种丰富度有显著性相关，坡向因子在研究区内对物种多样性的影响较弱。

3.3 β多样性分析

3.3.1β多样性随海拔梯度的变化分析

研究区内样地海拔分布于90 m～840 m之间，因而选取100 m作为梯度单位，将样地海拔分为9个梯度：0 m～100 m（梯度1）、100 m～200 m（梯度2）、200m～300m（梯度3）、300 m～400 m（梯度4）、400 m～500 m（梯度5）、500 m～600m（梯度6）、600 m～700 m（梯度7）、700 m～800 m（梯度8）、800 m～900 m（梯度9）。通过对比相邻海拔梯度的物种变化，得到浦江县公益林相邻海拔梯度群落多样性如表6所示。

表6 浦江县公益林相邻海拔梯度群落β多样性测度

由表6分析可知，Sorensen指数和Jaccard指数表现为随着海拔的增加，群落间的相似性呈先增大后减小的趋势，在4-5和5-6海拔梯度达到最大值，并在6-7海拔梯度出现凹点，随后又呈上升趋势。由此可知，浦江县公益林在海拔600 m以下的区间内，随着海拔的增加群落间的相似度越来越大，并在该点达到峰值，在600 m～700 m区间群落间的相似度降低，随后上升。Cody指数能较为直观地反映出梯度间群落物种的更替情况，海拔在100m～200m区间物种更替最为频繁，这是因为低海拔区人为干扰因素较多，对物种的分布有较大的影响。

3.3.2β多样性随坡度梯度的变化分析

研究区内样地坡度分布于10°～50°之间，根据林业调查坡度分级标准，将研究区样地分为6个梯度：5°～15°（梯度1，缓坡）、16°～25°（梯度2，斜坡）、26°～35°（梯度3，陡坡）、36°～45°（梯度4，急坡）、46°以上（梯度5，险坡）。通过对比相邻坡度梯度的物种变化，得到浦江县公益林相邻坡度梯度群落多样性如表7所示。

表7 浦江县公益林相邻坡度梯度群落β多样性测度

通过表7分析可知，Sorensen指数和Jaccard指数呈波动趋势，即随着坡度的增加，群落间的相似性呈先减弱后增强再减弱的趋势，在4-5相邻梯度减弱趋势最强，由此可知，浦江县公益林在36°以上坡度区间范围内群落间的相似度骤减。Cody指数则随着坡度增加呈上升趋势，由此可知，浦江县公益林群落物种的更替速率随着坡度增加而加快。

4 结论

①浦江县公益林物种丰富，共有物种266种，其中乔木层104种，马尾松的重要值最大；灌木层132种（其中48种为乔木幼苗），格药柃的重要值最大；草本层78种，里白的重要值最大。

②浦江县不同森林群落类型的群落物种丰富度在数值上表现为阔叶林群落>针阔混交林群落>毛竹群落>杉木林群落>松林群落>灌木林群落。不同森林类型的群落生物多样性主要表现为阔叶林群落最强，针阔混交林群落和松林群落次之，灌木林最弱。

③浦江县公益林样地海拔、坡度、坡向、坡位、土壤厚度等5个环境因子间的相关性较弱；环境因子与α多样性之间的20组相关关系中，有7组关系呈显著相关，其中以坡度因子与物种多样性间的相关性最为突出，海拔因子次之，土壤厚度、坡位因子与物种丰富度有显著性相关。

④坡度和海拔因子对浦江县公益林物种多样性分布影响较为显著。随着坡度的增大，群落物种的更替速率加快，群落间的相似性呈先减弱后增强再减弱的趋势；随着海拔的增加，群落间的相似性呈先增大后减小的趋势，在300m～400m区间内群落间的相似性最高，物种的更替速率最快。

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A study of the community biodiversity in the public welfare forests and the correlativity of them with the environment in Pujiang county

Yu Shanjun1, Wang Zhenming1, Xu Jihong2, Zheng Chaoyang1

Public welfare forests have provided many more ecological benefits to human beings than commercial woodlands. In this study the main objective was researching alpha diversity and beta diversity of public welfare forests in Pujiang City and analyzing the correlation between biodiversity and environmental factors. Based on 125 permanent sample plots, we took investigation and analysis of the dominant species and species composition of public welfare forest in Pujiang City. The results showed that there were 266 kinds of species in the study area, of which 104 species of tree layer, 132 species of shrub layer (including 48 species of tree seedlings), 78 species of herb layer.,andwere the dominant species of the tree layer, shrub layer, and herb layer, respectively. The community species richness of different kinds of forests presented that broad-leaved forest>coniferous and broadleaved mixed forest>forest>forest>pine forest>shrub forests. Slope and elevation was much more significant effects on species diversity distribution. With the increase of slope, the similarity between communities showed a trend of increase and decrease after the first weakened, while with the increase of altitude, the similarity between communities was increased firstly and then decreased.

public welfare forest；alpha diversity；beta diversity；slope；elevation

S718.54

A

1004-7743（2017）02-0037-05

2017-02-22