杉木人工林栽杉留闊模式群落結(jié)構(gòu)及植物區(qū)系多樣性研究

杉木人工林栽杉留闊模式群落結(jié)構(gòu)及植物區(qū)系多樣性研究

杉木純林樹(shù)種獨(dú)特，針葉林，林冠結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生物多樣性不足。因此，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性很差，容易受到病蟲(chóng)害的影響，導(dǎo)致土壤肥力下降。在不同的杉木生產(chǎn)區(qū)，為了結(jié)合森林管理的生產(chǎn)，已經(jīng)對(duì)杉木林的可可持續(xù)管理進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和討論。其中，紅杉保持寬模型。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)紅杉幼林被養(yǎng)護(hù)時(shí)，有必要保護(hù)一些闊葉樹(shù)木和灌木，并形成一個(gè)半天然的混交林。實(shí)踐的時(shí)間長(zhǎng)，幅員遼闊。一些研究人員還做了相關(guān)報(bào)告，但報(bào)告的年齡很小。通過(guò)對(duì)30年生云杉林可持續(xù)管理模式的理論指導(dǎo)，調(diào)查了云杉林的群落類(lèi)型、層次結(jié)構(gòu)和植物種子多樣性。1杉木留闊模式試驗(yàn)地位于福建省南平市溪后林業(yè)采育場(chǎng)羅源工區(qū).試驗(yàn)地土壤均為燕山晚期白云母化中細(xì)?；◢弾r發(fā)育的紅壤,土壤厚度在100cm以上,土壤表層疏松,表土層厚度A+AB層約(20±3)cm,質(zhì)地為輕壤土,試驗(yàn)地海拔高度300m左右.1966年采伐以栲樹(shù)、青岡櫟等為主的常綠闊葉林,1967年用1年生實(shí)生杉木苗造林,在當(dāng)年和翌年幼林撫育時(shí),保留一些闊葉喬、灌木,形成杉闊半天然混交林(文中稱(chēng)為栽杉留闊模式),以及常規(guī)(把所有闊葉喬木、灌木和草本全部鋤光)處理形成的杉木純林作為對(duì)照.栽杉留闊模式杉木保留密度為1350株·hm-2,平均樹(shù)高21.4m,平均胸徑22.1cm,蓄積量為513.162m3·hm-2;闊葉樹(shù)密度為500株·hm-2,平均樹(shù)高19.60m,平均胸徑16.6cm,蓄積量為105.200m3·hm-2.對(duì)照杉木純林保留密度1770株·hm-2,平均樹(shù)高20.60m,平均胸徑20.2cm,蓄積量為548.187m3·hm-2.2ni指數(shù)simpson指數(shù)分別在栽杉留闊模式和常規(guī)林分中,沿著山坡間斷或不間斷地連續(xù)設(shè)置13個(gè)樣方,林下喬木層的樣方面積為10m×10m,在樣方內(nèi)調(diào)查林下喬木層種類(lèi)與株數(shù),實(shí)測(cè)每木樹(shù)高與胸徑,并在每個(gè)樣方內(nèi)設(shè)置一個(gè)小樣方,面積為2m×2m,調(diào)查林下灌木層、草本層和藤本層植物的種類(lèi)、株數(shù)、地徑、高度和蓋度等.重要值=(相對(duì)密度+相對(duì)優(yōu)勢(shì)度+相對(duì)頻度)×100.采用的α多樣性測(cè)度方法如下Gini指數(shù)(Simpson指數(shù)變型):DGi=1?∑i=1SDGi=1-∑i=1S(Ni/N)2=1?∑i=1SPi2(Νi/Ν)2=1-∑i=1SΡi2種間相遇機(jī)率:PIE=1?∑i=1SNiΡΙE=1-∑i=1SΝi(Ni-1)/[N(N-1)]多樣性奇數(shù)測(cè)度:OD=(∑i=1SPi2)?1?1(∑i=1SΡi2)-1-1Shannon-Wiener指數(shù):DSh=?∑i=1SPilnPiDSh=-∑i=1SΡilnΡiMcIntosh指數(shù):DMc=(N?∑i=1SNi2??????ue001?ue000ue000)/(N?N??√)DΜc=(Ν-∑i=1SΝi2)/(Ν-Ν)Shannon-Wiener均勻度指數(shù):JSh=(?∑i=1SPilnPi)/lnSJSh=(-∑i=1SΡilnΡi)/lnSGini均勻度指數(shù):JGi=(1?∑i=1SPi2)/(1?1/S)JGi=(1-∑i=1SΡi2)/(1-1/S)McIntosh均勻度指數(shù):JMc=(N?∑i=1SNi2??????ue001?ue000ue000)/(N?N/S√)JΜc=(Ν-∑i=1SΝi2)/(Ν-Ν/S)式中,S為豐富度指數(shù),即標(biāo)準(zhǔn)地中所有物種數(shù),Ni為第i種的個(gè)體數(shù),i=1,2……S,N為所有種個(gè)體總數(shù),Pi=Ni/N.3結(jié)果與分析3.1董事會(huì)結(jié)構(gòu)3.1.1種間競(jìng)爭(zhēng)植物.根據(jù)樣地調(diào)查資料統(tǒng)計(jì),栽杉留闊模式群落共有維管束植物138種,隸屬于57科102屬,雖然科數(shù)與對(duì)照的(57科)相同,但屬數(shù)比后者(87屬)豐富.在群落組成中,栽杉留闊模式以被子植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),有43科84屬,分別占總科數(shù)和總屬數(shù)的75.4%和82.4%;其次為蕨類(lèi)植物,有13科17屬.除杉木外,未有發(fā)現(xiàn)裸子植物.在被子植物中又以雙子葉植物占優(yōu)勢(shì),有35科70屬,分別占總科數(shù)和總屬數(shù)的61.4%和68.6%;屬于單子葉植物的有8科14屬.對(duì)照林分中也呈現(xiàn)出相似的科屬組成(表1).栽杉留闊模式群落總植物種數(shù)為138種,比對(duì)照的多27.8%,其中雙子葉植物有101種,處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì),占總種數(shù)的73.2%,比對(duì)照的多29.5%;單子葉植物有17種,比對(duì)照的多4種;蕨類(lèi)植物有19種,比對(duì)照的多3種(表1).從科種數(shù)量分布(表2)來(lái)看,栽杉留闊模式群落含種數(shù)最多的科為茜草科,含有9種;其次為薔薇科,含有8個(gè)種.對(duì)照中所含種數(shù)最多的科為薔薇科,含有8個(gè)種,而茜草科次之,含有7個(gè)種.說(shuō)明茜草科和薔薇科植物是當(dāng)?shù)刂参锶郝渲械某Ｒ?jiàn)植物.栽杉留闊模式中含有2個(gè)及2個(gè)以上種的科數(shù)有30個(gè)科,占總科數(shù)的52.63%;而對(duì)照的僅有20個(gè)科,僅占總科數(shù)的35.09%.說(shuō)明物種組成豐富的群落,含多個(gè)種的科的數(shù)量也較多,而寡種科的數(shù)量較少.3.1.2喬木層種類(lèi)組成群落層次結(jié)構(gòu)的形成,是群落各物種生態(tài)選擇和生態(tài)適應(yīng)的結(jié)果,它能充分反映一個(gè)群落生境的異質(zhì)性和資源的可利用性.將樣方調(diào)查資料分層統(tǒng)計(jì),能夠清楚地看出栽杉留闊模式群落結(jié)構(gòu)情況.栽杉留闊模式中層次分化十分明顯,一般可分7層.包括喬木層的3個(gè)亞層,灌木層的2個(gè)亞層,草本層1層和層外植物1層.喬木層1亞層為占優(yōu)勢(shì)的大喬木,樹(shù)高18m以上,樹(shù)種有杉木、擬赤楊(Alniphyllumfortunei)、楓香(Liquidambarformosana)等5種;2亞層(12～18m)喬木樹(shù)種有杉木、桃葉石楠(Photiniaprunifolia)、擬赤楊等6種;喬木3亞層(6～12m)中喬木種有杉木和青岡(Cyclobalanopsisglauca)2種,灌木種有苦竹(Pleioblastusamarus)、鋸齒老鼠刺(Iteachinensisvar.oblonga)、繼木(Loropetalumchinense)等6種;灌木1亞層(2～6m)中喬木種有杉木、梅葉冬青(Ilexasprella)、栲樹(shù)(Castanopsisfargesii)等15種,灌木有苦竹、黃瑞木(Adinandramillettii)、毛冬青(Ilexpubescens)等19種;灌木2亞層(0～2m)中喬木有杉木、栲樹(shù)、光葉山礬(Symplocoslancifolia)等25種,灌木有杜莖山(Maesajaponica)、黃瑞木、寒莓(Rubusbuergeri)等38種;草本層亦有草本39種,層外植物(藤本層)尚有30種.而對(duì)照的杉木林喬木層只有喬木1亞層和2亞層,樹(shù)種只有杉木1種;灌木1亞層中喬木只有杉木、郁香野茉莉(Styraxodoratissimus)、青岡等5種,灌木只有毛達(dá)輪木(Tarennamollissima)、紅紫珠(Callicarparubella)、杜莖山等9種;灌木2亞層中喬木有栲樹(shù)、虎皮楠(Daphniphyllumoldhamii)、絨楠(Machilusvelutina)等17種,灌木有杜莖山、黃瑞木、天仙果(Ficuserectavar.beecheyana)等32種,均比栽杉留闊的少;草本層亦只有34種,層外植物亦只有21種,這2層物種豐富度均比栽杉留闊的低.栽杉留闊和對(duì)照在垂直結(jié)構(gòu)上的差異反映了兩者生境的差異,因?yàn)榱址执怪苯Y(jié)構(gòu)的形成實(shí)際上就是物種空間生態(tài)位在林分內(nèi)部的分化,而空間生態(tài)位的分化既是對(duì)林分生境多樣性的一種表征,又是林分的生物與環(huán)境之間長(zhǎng)期相互作用的結(jié)果.3.2栽杉留闊模式物種多樣性植物種多樣性是指植物種的數(shù)目、個(gè)體總數(shù)及其個(gè)體分配均勻度兩者的綜合,它的生態(tài)意義就在于可應(yīng)用數(shù)學(xué)方法度量這3方面的數(shù)量指標(biāo),從而能有效地表現(xiàn)生物群落和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性.從物種豐富度指數(shù)(S)可以看出,除了科豐富度指數(shù)相同外,栽杉留闊模式其余7個(gè)層次的物種豐富度指數(shù)均高于對(duì)照,且兩者均都表現(xiàn)為灌木層>草本層>藤本層>喬木層,以灌木層的物種最為豐富,栽杉留闊模式達(dá)70種,對(duì)照也達(dá)52種.從表3也可以看出,無(wú)論是DSh、DGi、OD、DMc、PIE(種間相遇機(jī)率),還是3個(gè)物種均勻度測(cè)度指標(biāo),栽杉留闊模式的喬木層和灌木層均比對(duì)照的大,尤其是喬木層的差異更顯著.栽杉留闊模式的草本層和藤本層的幾個(gè)多樣性測(cè)度指標(biāo)均略小于對(duì)照的,均勻度也小于對(duì)照的.這說(shuō)明雖然對(duì)照的草本層和藤本層的物種豐富度小于栽杉留闊的,但由于分布的均勻度較好,因而導(dǎo)致了多樣性的增加.這與對(duì)照杉木純林林分較為整齊,林內(nèi)生態(tài)環(huán)境較為均質(zhì)導(dǎo)致草本和藤本植物均勻分布有關(guān).從喬木層片和灌木層片的多樣性測(cè)度結(jié)果表明,栽杉留闊模式的喬木樹(shù)種和灌木樹(shù)種的多樣性亦均比對(duì)照的大.從科的多樣性比較也表明,栽杉留闊模式的科多樣性也均高于對(duì)照的.這說(shuō)明雖然栽杉留闊模式具有與對(duì)照同樣的科豐富度,但由于其具有更豐富的植物屬和種數(shù),從而導(dǎo)致了科多樣性的增加.從整個(gè)群落的多樣性比較來(lái)看,除了JSh外,栽杉留闊模式群落的植物種多樣性和均勻度所有測(cè)度指標(biāo)均大于對(duì)照的,從而說(shuō)明了栽杉留闊模式具有比對(duì)照更為復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境條件,林分能容納更多的物種共存,從而就能使林分的植物種多樣性不斷提高.4主要生態(tài)多樣性與杉木純林相比,栽杉留闊模式群落的植物較豐富,共有57科102屬138種,各類(lèi)植物種數(shù)均較杉木純林多.雙子葉植物在群落植物組成中占優(yōu)勢(shì),分別占總科數(shù)和總屬數(shù)的61.4%和68.6%.含多個(gè)種的科的數(shù)量較多,而寡種科的數(shù)量較少,含種數(shù)最多的科為茜草科(Rubiaceae),達(dá)9個(gè)種.栽杉留闊模式群落共有7個(gè)亞層,層次結(jié)構(gòu)比純林復(fù)雜,且各層的物種豐富度均比純林的高.喬木層和灌木層的植物種多樣性各測(cè)度指標(biāo)值均比杉木純林大,但草本層和藤本層的多樣性指數(shù)比杉木純林低.科多樣性和群落植物種多樣性是栽杉留闊模式大于杉木純林.福建閩北林區(qū)和南方9省集體林區(qū)中,大面積砍闊栽針,針葉樹(shù)純林化的問(wèn)題已越來(lái)越普遍而且嚴(yán)重起來(lái).大量營(yíng)造人工純林在某種程度上解決了木材需要問(wèn)題,但由于不合理的栽培、經(jīng)營(yíng)管理導(dǎo)致生物多樣性的迅速減少,使物種豐度發(fā)生重大改變.而栽針留闊經(jīng)營(yíng)模式由于形成多樣的生態(tài)環(huán)境,植物成分復(fù)雜,有利于生物多樣性的保持.福建三明市陳大鎮(zhèn)有一片未經(jīng)煉山栽杉形成的半天然杉闊混交林面積15hm2,在1000m2的樣地上,與杉木混生的闊葉樹(shù)多達(dá)15種.順昌武坊采育場(chǎng)試驗(yàn)林區(qū)杉闊混交林內(nèi)僅木本樹(shù)種就有78