紫金山马尾松枫香混交林多样性研究∗

陈 霞 湛 斌 朱 军 赵 宸 关庆伟

1 南京市中山陵园管理局 南京 210014

2 南京林业大学生物与环境学院 南京 210037

城市森林作为城市绿地生态系统的主体，是城市生态系统中最重要的初级生产者。对净化城市空气质量、调节小气候、保持水土、提高城市人居环境、维持城市生态系统多样性及可持续发展有不可替代的作用。然而由于许多人类活动的干扰，导致城市植物多样性减少，城市生态系统也遭受了一定程度的破坏，其生态服务功能大大降低，现在城市大多呈现出郊区向城市中心植物多样性递减的趋势。

紫金山作为典型的城市森林，是重要的植物群落研究基地之一。近年来，安树青等[1]的调查研究显示紫金山灵谷寺森林多样性指数 (Simpson指数和Shannon－Wiener指数)的变化较为缓慢。而刘茂松等[2]最近的研究显示灵谷寺森林50多年来的多样性指数存在波动，但目前尚未发现多样性指数有明显的上升或下降趋势。尽管近年来，有关城市森林多样性的研究较多，但是以往的研究大多数采用样线法、样带法并用空间序列代替时间序列，缺乏科学性和系统性，与已被国际公认最精确可靠的大样地方法[3－4]相比存在明显差距。因此本研究以紫金山马尾松枫香混交林为对象，采用已被国际公认为最精确可靠的大样地方法进行数据的调查和采集，并结合Simpson指数、Shannon－Wiener指数等多样性指数进行综合分析，旨在了解其植物多样性和种群更新状况，以期为紫金山森林的科学管理和经营提供依据。

1 研究地概况

紫金山位于南京东郊， 东经 118°48′24″～118°53′04″，北纬 32°01′57″～32°16′15″， 东西长 7.1 km，南北宽6.7 km，总面积3 008.8 hm2，主峰海拔高度448.9 m[5－6]。紫金山属亚热带向暖温带过渡地带，具有北亚热带气候特征，寒暑变化明显，降水丰富，全年日照2 213 h，年均温15.4℃，7月平均最高27.7℃，1月平均最低2.2℃[5－6]。土壤以黄棕壤为主，酸性至微酸性。紫金山植被跟气候一样明显地反映出植被类型的过渡性，有北方温带植被类型，也有南方亚热带植被类型，是典型地带性植被类型的落叶、常绿阔叶混交林。植物资源较丰富，乔木、灌木、藤本及草本共有113科600种以上。主要的建群种及伴生种成分中，针叶树有马尾松 (Pinus massoniana Lambert)等，常绿阔叶树有椤木石楠 (Photinia davidisoniae Rehder＆Wilson)、冬青 (Ilex chinensis Sims)等，落叶阔叶树有栓皮栎 (Quercus variabilis Blume)、枫香 (Liquidambar formosana Hance)等[7]。

2 研究方法

2.1 样地设置与调查方法

本研究采用实地踏查的方法，在紫金山森林深处选取了最能代表紫金山马尾松枫香混交林植被类型及其物种多样性的1块大样地，海拔185 m，坡向西，坡度18°。为了便于统计样方内的各种生活型的植物，还在样地内布设样方和样格。根据样地的大小和形状，把它分成25个20 m×20 m的样方。再把每个样方分为4个样格，用于统计乔木层 (胸径大于或等于5.0 cm)和乔木更新层 (胸径小于5.0 cm的幼树)中的树种。在每个样方的顶角和正中心 (样方内4个样格的交汇处)设置2 m×2 m的小样格，用于统计草本和灌木。

在每个样格中为胸径大于等于5.0 cm的乔木钉上铝合金树号牌，并记录其树种、胸径、树高、冠幅和相对于样地原点的坐标，同时记录幼树更新情况。对于灌木和草本，分别记录其种类、盖度等。

2.2 重要值

植物群落中的乔木，重要值的计算公式如下:

2.3 多样性指数

本研究选用的2个多样性指数为Simpson指数和 Shannon－Weiner指数[8－10]。 具体计算公式见表1。

3 结果与分析

3.1 物种组成分析

马尾松样地共记录乔木1266株，分别属于41种，含榆科、樟科、蔷薇科、壳斗科等共计26科，山胡椒属、樱属、刺楸属、冬青属等共计37属。样地中，个体数较多的乔木树种如图1。

马尾松枫香混交林样地共记录灌木1395株，分别属于19种，含马鞭草科、豆科、山茶科、茜草课等共计15科，悬钩子属、豆腐柴属、鼠李属、安息香属等共计17属。样地中，个体数较多的灌木如图2。

表1 多样性指数说明

图1 马尾松枫香混交林主要乔木

图2 马尾松枫香混交林主要灌木

马尾松枫香混交林样地共记录草本1 856株，分别属于26种，含禾本科、堇菜科、唇形科、蕨科等共计14科，茜草属、野青茅属、凤尾蕨属、酢浆草属等共计25属。样地中，个体数较多的草本如图3。

图3 马尾松枫香混交林主要草本

3.2 乔木层重要值分析

通过计算相对密度、相对频度和相对优势度，得出重要值如表2所示。

在马尾松枫香混交林植物群落中，尽管马尾松的数量不及枫香，但马尾松的优势度远远高于其他树种，主要原因是马尾松的胸径一般较大，使其在相对优势度上占有绝对优势。因此，马尾松为本植物群落的建群种，枫香为亚优势种，椤木石楠、山胡椒、朴树和糙叶树等为伴生种，故称此片林地为马尾松枫香混交林。

3.3 多样性指数分析

分别计算马尾松枫香混交林样地中的乔木层、灌木层和草本层的 Simpson指数和 Shannon－Weiner指数，结果见表3。

分析表3，可以得出3种生活型中，乔木层的多样性指数最高，其次是草本层，最低的是灌木层。Simpson指数和Shannon－Weiner指数对多样性大小的描述一致，但Shannon－Weiner指数之间的差异更明显。

3.4 径级结构分析

径级结构是植物群落稳定性和生长发育状况的重要指标[11]。样地内胸径≥5cm的树木的总胸高断面积为21.89 m2，乔木最大胸径为58.6 cm。样地内所有个体的径级分布 (以2 cm等级排列)呈现倒 “J”形 (图4)，具有典型的复层异龄混交林特征，表现出群落稳定的状态。

根据对部分优势种径级结构的分析 (图5－7)，各树种的径级结构可归纳为2种类型:1)峰型 (中径级个体储备型):此类物种为乔木上层优势种，其径级结构类似于正态分布，个体主要集中在中径级，小径级与大径级则相对较少，如马尾松的径级分布呈峰型，表现出衰退的趋势；2)倒 “J”型 (正常型):此类物种为乔木中层

的优势种，径级结构的形状类似于倒置的 “J”字，以5 cm≤胸径＜7 cm的个体数最多，并随着胸径的增加个体数量逐步下降，如枫香和朴树。

表2 马尾松枫香混交林乔木层重要值表 (前20种)

表3 马尾松枫香混交林的多样性指数

图4 全部乔木径级结构

图5 马尾松径级分布图

图6 枫香径级分布图

图7 朴树径级分布图

4 结论

在马尾松枫香混交林样地中共记录植物86种，分别属于蔷薇科、壳斗科、豆科、禾本科等共计49科，山胡椒属、女贞属、樱属、悬钩子属等共计77属。乔木层中多度较大的有枫香、马尾松、椤木石楠、山胡椒、朴树等；灌木层中多度较大的有蓬蘽、老鸦柿、六月雪、山莓、大青等；草本层中多度较大的有荩草、天葵、苔草、鳞毛蕨、堇菜、麦冬等。3种生活型中，乔木层的多样性指数最高，其次是草本层，最低的是灌木层，它们的Simpson指数和Shannon－Weiner指数分别为 0.900 3，0.667 5，0.830 7和 3.887 8，2.247 7， 2.888 6。

从径级结构来看，群落整体属于稳定增长型。其中，建群种马尾松属于稳定的中径级个体储备型，枫香和朴树等属于稳定增长型。从群落总体来看，样地内所有个体分布较为随机。但从单一种群来看，它们的密度分布都在水平方向上呈现一定的变化，具体的变化规律还有待进一步研究。前人研究发现，森林功能多样性的实现可通过近自然森林经营[12]，以促进林分的结构优化，进而提高林分多样性和系统稳定性[13－14]。因此，应首先考虑改善林分空间结构，使其形成多树种的复层、异龄混交林结构，同时对树种进行合理配置，以促进该林分各林层多样性的提高，从而提高城市森林生态系统的稳定性和功能多样性。

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