开阳县彩化森林植物群落特征调查分析

李毅田娟陆亮

(贵阳市野生动植物管理站 贵阳 550003)

森林被誉为“地球之肺”，为人们提供了丰富的物质产品和巨大的生态系统服务功能，在维持和改善生态环境质量方面起着非常重要的作用[1]。由于自然和人为干扰等原因，森林退化是一个普遍存在的问题，特别是通过人工营造的纯林生态系统，不同程度的存在林相单调、病虫害严重、地力衰退、物种多样性下降等问题[2]。比如，杨树林容易遭受天牛危害[3]、马尾松林容易遭受松材线虫的危害[4]便是典型的例子。

为了促进森林健康发展，提高森林生态系统的服务价值，实现可持续经营，需要采取科学有效的方法对现有森林、尤其是人工林进行改造，使退化的森林生态系统得到恢复，最大化地发挥其生态系统服务的功能[5]。由于森林生态系统的复杂性和各个时期社会经济发展需求性的差异，对森林的经营措施也不尽相同。党的十八大做出了“大力推进生态文明建设”的战略决策，彩化森林以其独特的生态观赏价值[6][7][8][9][10]给生态文明建设背景下的森林经营赋予了新的内涵，是提高森林质量的必然选择。

森林彩化是充分利用不同植物器官(叶、花、果等)色相差异、群落季相变化以及空间结构差异形成的不同视觉效果，使森林由单一的绿色向多种色彩变化的建设过程[8][9][10]。因此，积极建设好彩色森林，对于促进旅游业发展和生态文明建设等具有非常重要的现实意义。贵阳市作为全国首个“森林城市”，具有良好的生态环境。大力营建城乡彩化生态景观，将给贵阳带来充满活力的城市新形象。但目前关于贵阳市彩化森林植物群落结构特征的研究较少，本研究对贵阳市开阳县彩化森林观赏带植物群落主要结构特征进行调查和分析，旨在为彩化森林建设质量提升和群落管理提供科学参考。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

研究区禾丰乡位于贵阳市开阳县。开阳县地理座标为东经106o45′～107o17′，北纬26o48′～27o22′，南北长64.5公里，东西宽53公里，总面积2026平方公里；地势较高、起伏不平，属黔中山原地貌，最高海拔1702m，最低海拔506m，平均海拔1000～1400m。属亚热带季风湿润气候区，年平均气温12.9～14.7℃，年降雨量1120mm，年无霜期为315天左右。开阳县森林覆盖率达52.9%，位居黔中之首，属亚热带常绿阔叶林带，主要植物代表为壳斗科、樟科、山茶科、冬青科的多种植物。

1.2 研究方法

在对研究区天然彩化森林全面调查的基础上，选择分布较多的3种彩化森林类型进行样地群落特征调查。3种彩化森林类型分别为针叶林(马尾松)、落叶阔叶林(枫香)和针阔混交林(马尾松、枫香、响叶杨)。在每种森林类型内设置典型调查样方，样方大小为20m×20m，记录树种、胸径、树高、冠幅、群落外貌等测树指标。在每个样方中心及四角设置1m×1m的草本样方，调查草本的种类、多度及盖度。

根据有关参考文献[11][12][13][14]，群落数量特征的计算公式如下。数据处理、制图采用Micrisof Excel等软件完成。

(1)Shannon-Wiener指数

(2)Pielou均匀度指数

J=H/lnS

(3)Simpson指数

式中，S为物种丰富度，即物种的总数；Pi为物种i个体数占总个体数的比例。

2 结果与分析

2.1 植物种类总体特征分析

根据调查统计分析，在开阳县禾丰乡天然彩化森林内共记录到常见植物乔木3种，分属于3科3属；灌木25种，分属于21科23属；草本12种，分属于10科12属(表1)。被子植物占主要优势，占调查植物总种数的90%。其中乡土植物36种，占植物总数的90%，与当地植物分布的地带性规律高度吻合。物种分布较为集中的科为蔷薇科、禾本科、菊科、杨柳科、松科、金缕梅科和壳斗科，占总科数的21.9%。

表1 植物组成情况

2.2 植物群落密度结构

为了分析植物群落不同空间结构的密度特征，对群落中不同生活型植物密度进行等级划分(表2)，探索研究区彩化森林群落不同层次的密度特点。由图1可以看出，乔木层的株数每100m2多为0～5株，占比66.7%；灌木层每100m2多为21～60株，占比52.6%；草本盖度多在40%以上，占比41.7%。

表2 群落结构的密度分级标准

图1 乔木层、灌木层和草本层密度比较

2.3 植物群落组成与出现频率

乔木层、灌木层(包括藤本植物)和草本层的物种组成及出现频次情况分别见表3、表4和表5所示。其中，马尾松样地共记录到植物9种，隶属于9科9属，其中乔木1种，灌木层5种，草本层3种；变色树种有麻栎(出现频次4次)和柿(出现频次1次)等，占该样地乔灌出现频次的20%，比例较少。枫香林样地共记录到植物19种，隶属于19科19属，其中乔木层1种，灌木层13种，草本层5种；变色树种有枫香(出现频次34次)和白栎(出现频次6次)、山胡椒(出现频次1次)、桑(出现频次1次)、算盘子(出现频次1次)等，占该样地乔灌出现频次的65%，所占比例较大。混交林样地共记录到植物31种，隶属于26科29属，其中乔木3种，枫香是优势种，其次是马尾松、响叶杨，灌木18种，草本10种；变色树种有枫香(出现频次13次)、响叶杨(出现频次3次)和麻栎(出现频次4次)、白栎(出现频次2次)、盐肤木(出现频次3次)、山胡椒(出现频次1次)、华中五味子(出现频次1次)等，占该样地乔灌出现频次的41%。

灌木层中以杜鹃花科的杜鹃属(出现频次8次)最为常见，其次常见的有芸香科的花椒属(出现频次6次)、藤黄科的金丝桃属(出现频次6次)、紫金牛科的铁仔属(出现频次6次)，再其次蔷薇科的悬钩子属(出现频次3次)、蔷薇属(出现频次3次)、火棘属(出现频次2次)等。变色灌木有壳斗科的栎属、漆科的盐肤木属、樟科的山胡椒属、柿科的柿属、桑科的桑属、木兰科的五味子属、大戟科的算盘子属等8种植物，出现频次共27次，占整个灌木层树种出现频次的1/3左右。草本层中，最常见的是菊科(出现频次37次)和蕨类(出现频次28次)等植物。

利用无人机直观观察，位于田冲村水淹凼的枫香树、响叶杨和马尾松等的混交林样地，彩化效果明显高于位于穿洞村谢大山的马尾松林样地和枫香林样地。

表3 乔木层组成特征分析

表4 灌木层组成特征分析

表5 草本层组成特征分析

表6 植物多样性指数计算结果表

2.4 生物多样性比较

马尾松林、枫香林和混交林3种彩化森林类型的Shannon-Wiener指数(H)、Pielou均匀度指数(J)和Simpson指数(D)计算结果见表6所示。从灌木层来看，Shannon-Wiener指数排列顺序为马尾松林<枫香林<混交林，Simpson指数排列顺序为马尾松林<枫香林<混交林；从草本层来看，Shannon-Wiener指数排列顺序为马尾松林<枫香林<混交林，Simpson指数(D)排列顺序为马尾松林<枫香林<混交林。这三种指数的大小顺序，说明枫香、响叶杨等阔叶树中混交一定比例的马尾松针叶林，更加符合贵阳地区地带性群落类型，符合亚热带喀斯特地貌植物群落演替规律，群落生物多样性大，组成丰富，较其它两种纯林更具稳定性，同时混交林也增加了该森林类型的色彩丰富度。然而这3种森林类型的Pielou均匀度指数(J)大小排列顺序却发生了变化，灌木层的均匀度指数，从小到大的排列顺序为枫香林<马尾松林<混交林，枫香林略小于其余两种林类，差距不明显；草本层的均匀度指数排列顺序为马尾松林<混交林<枫香林，枫香林却明显大于其余两种林类。这主要是因为枫香是落叶树种，光照能直接均匀到达地面，林下水分也较为充足，使草本能均匀生长，而马尾松林常年郁闭，林下光照、水分分布也不均匀，导致草本、灌木均匀度小。说明营建混交林过程中，常绿、阔叶树种需要合理的比例，充分利用光照、水分等影响因子，林下灌草分布才均匀，才能构成更加稳定、合理的乔-灌草群落。

3 讨论及建议

3.1 构建符合地带性的植被是营建彩化林的内在规律

本研究表明，马尾松、枫香和响叶杨组成的混交林物种丰富度和生物多样性都要优于马尾松或枫香纯林。根据生态学法则，自然条件下，所有的森林群落都向地带性群落植被发生正向演替。贵阳地区地带性植被是亚热带常绿阔叶落叶混交林分，因此，构建马尾松、枫香和响叶杨等组成的针阔混交林符合自然规律，是理想的林分类型，能增加物种丰富度和生物多样性，能形成稳定、健康的乔-灌-草群落，对营建彩化森林景观也具有较强指导性。作者由于条件限制，未曾对拟确定的彩化森林景观的马尾松、枫香和响叶杨等树种比例进行研究，建议从突出彩化森林景观效果和生物多样性保护的角度，针对特殊的地理气候环境进一步加以调查分析，形成一套较优的彩化树种比例，指导今后的生产实践。

3.2 混交林彩化效果要优于纯林

通过调查，混交林乔木层中，枫香(出现频次47次)和响叶杨(出现频次3次)两变色树种占整个乔木层树种出现频次的3/4左右，使调查地在秋季出现丰富的彩化景色。虽然枫香林的彩化树种占比大，但由于单纯的枫香林在冬季落叶后景观单调，显得毫无生机；同样单纯的马尾松林虽然林下也有一定的彩化灌木，但由于生物多样性小，秋季的彩化较果并不明显，更多呈现的是一片绿色；枫香、响叶杨和马尾松组成的混交林兼顾了这二者的优点，又弥补了相互间的缺点，同时生物多样性又丰富，彩化效果明显优于这两种纯林。在枫香、响叶杨和马尾松的混交林中，秋季枫香树呈现红色、响叶杨呈现黄色、马尾松四季常绿，冬季枫香树、响叶杨树叶掉落后树干呈现灰白色与马尾松常绿的组合，使这三者形成的混交林在秋冬两季色彩丰富、林相层次多样，同时，灌木层和草本层的物种数量明显更多，彩色植物种类更具多样性，不仅为混交林季相增添颜色，还增加了群落的稳定性和对病虫害的抵抗力。

3.3 对贵阳地区营建彩化森林景观的建议

营建彩化森林景观建议纳入各区县的森林经营统一规划，在交通沿线、风景区、村镇周边等人流量大的区域，通过在马尾松、柏木、柳杉、杉木等针叶林里的林窗内或抚育间伐形成的空地内，采取人工补植枫香树、栾树、黄栌等变色树种或定向培育变色树种的方法，根据山形地貌，按照一定比例，合理培植针阔树种、常绿和变色树种组成的混交林，形成层次分明、色彩多样的森林季相。同时，在经营抚育的过程中，在灌木层中尽量多保留栎类等彩色植物和花型亮丽的杜鹃、蔷薇等开花蜜源植物，在草本层中适当保留菊科、蕨类等，增强改造后彩化森林群落的生物多样性和抗逆性，从而提高林分的稳定性和靓丽色彩景观效果。