王立竹, 于曉鵬, 管杰然, 葉諾楠, 商天其, 伊力塔

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浙江縉云縣公益林群落植物多樣性及生物量動態(tài)分析

王立竹1, 于曉鵬2, 管杰然3, 葉諾楠1, 商天其1, 伊力塔1*

1. 浙江農(nóng)林大學, 臨安 311800 2. 臨朐縣環(huán)境保護局, 臨朐 262600 3. 廣西盛麒科技有限公司, 南寧 530000

根據(jù)浙江省縉云縣150個公益林固定監(jiān)測小班2013年到2015年連續(xù)3年的監(jiān)測數(shù)據(jù), 在對主要群落類型,即松林、杉木林、闊葉林、針闊混交林、毛竹林和灌木林的優(yōu)勢種確定的基礎上, 運用Simpson指數(shù)(D)、Shannon-Wiener指數(shù)(H’)和Pielou指數(shù)(J)評估群落生物多樣性并推算了群落生物量。根據(jù)連續(xù)監(jiān)測結果表明: 縉云縣公益林優(yōu)勢種穩(wěn)定, 主要為馬尾松()、杉木()、毛竹()、木荷()、茶()等; 植物多樣性在不同層次中表現(xiàn)為灌木層>草本層>喬木層; 松林的總生物量最高, 灌木林最低?；诖? 可以表明縉云縣公益林生長狀況良好, 同時也對今后的公益林建設提出了一些意見和建議: ①加大對林分的改造, 在持續(xù)發(fā)揮林分經(jīng)濟效益的前提下, 通過人工措施對林分進行高度集約的改造經(jīng)營, 在加快針葉林的闊葉化改造的同時, 加大對灌木層和草本層的經(jīng)營; ②在今后的經(jīng)營中應該注重對優(yōu)勢種群的撫育, 改造和提升闊葉林及其他林種的質(zhì)量, 加速群落的正向演替; ③加大對毛竹林的撫育、改造, 不斷改善提升毛竹林質(zhì)量, 從而提升生物量和生物多樣性。

公益林; 優(yōu)勢種; 生物多樣性; 生物量; 縉云

1 前言

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體, 同時也在全球碳平衡和維護區(qū)域生態(tài)管理方面起著及其重要的作用[1-3]。為了保護生態(tài)環(huán)境, 維持生態(tài)平衡, 滿足人類社會的生態(tài)需求, 公益林已然成為全國以及浙江省生態(tài)公益建設的重點[4-5]。公益林作為維護和改善生態(tài)環(huán)境, 保持生態(tài)平衡, 保護生物多樣性, 保存物種資源等滿足人類社會的生態(tài)、社會需求和可持續(xù)發(fā)展為主題功能的經(jīng)營性森林, 更具有重要的研究價值與意義。公益林也是指生態(tài)區(qū)位極其重要, 或者生態(tài)狀況極其脆弱, 對國土生態(tài)安全、生物多樣性保護和對經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要作用, 以提供森林生態(tài)和社會服務產(chǎn)品為主要經(jīng)營重點的林地。生態(tài)公益林工程涉及的立地大多是土壤條件較差、水土流失易發(fā)生地帶, 因此生態(tài)公益林建設也是生態(tài)建設的主要組成部分。雖然目前關于浙江省公益林群落結構和動態(tài)的研究逐漸增多, 如1999年杜國堅等[6]首先對浙江省生態(tài)公益林經(jīng)營問題進行了探討, 樓崇等[7]、周子貴等[8]又對浙江省公益林建設發(fā)展的方向、對策問題進行了分析, 但普遍存在著樣本少, 缺乏系統(tǒng)性等問題, 而且原有研究中主要著眼于省級尺度上, 在縣市級尺度上的相關報道較少。因此, 本文從2013年到2015年連續(xù)3年對縉云縣公益林小班進行監(jiān)測, 并對其優(yōu)勢種、生物多樣性和生物量的連續(xù)變化進行研究, 在縣級水平上對公益林的生長、發(fā)展進行探討, 為縣級水平的公益林研究做一個分析, 探討其價值和生長狀況。

2 研究區(qū)概況

縉云縣隸屬浙江省麗水市, 位于浙江南部腹地、中南部丘陵山區(qū), 麗水市西北部, 距杭州175 km。位于北緯28°25′—28°57′, 東經(jīng)119°52′—120°25′之間, 東西寬54.6 km, 南北長59.9 km, 縣界全長304.4 km, 總面積為1503.52 km2。分為中山、低山、丘陵和谷地四種地貌類型, 其中山地、丘陵約占全縣總面積的80%, 是典型的“八山一水一分田”的山區(qū)縣城。溫暖濕潤、四季分明, 屬于亞熱帶季風氣候, 年平均氣溫為17.9 ℃, 年積溫達5400 ℃, 1月最冷月平均氣溫7.6 ℃, 極端最低溫為–10 ℃; 7月最熱月平均氣溫27.9 ℃; 年平均無霜期為276 d; 年平均相對濕度為81%; 年降水量為1610.5 mm。

全縣公益林面積30333.33 hm2, 占土地總面積的20.17%, 占全縣林業(yè)用地面積的26.24%。根據(jù)森林類型大致可分為6類, 即松林、杉木林、闊葉林、針闊混交林、毛竹林和灌木林等群落類型。資源比較豐富, 植物類型較多, 其中喬木樹種主要以馬尾松、杉木、毛竹、楓香樹、茶、杜鵑等為優(yōu)勢種。

3 研究方法

3.1 樣地的選取與設置

以縉云縣二類資源清查公益林的3887個小班為抽樣總體, 其中各公益林森林類型及面積所占比例如表1所示, 隨機抽取150個固定監(jiān)測小班, 在對公益林固定監(jiān)測小班全面踏查的基礎上, 選取20 m× 20 m的典型地段作為固定樣地, 并且詳細記錄經(jīng)緯度、坡度、坡向、坡位、海拔、閉郁度、土壤等環(huán)境因子的基本信息[9-10], 基本信息及不同森林類型主要樹種如表2所示。采用每木調(diào)查方法對樣地內(nèi)喬木層(胸徑大于5.0 cm)的植物種的樹種名稱、樹高、胸徑、枝下高等進行測量記錄, 同時在樣地對角線上均勻設置3個2 m×2 m的灌草固定監(jiān)測小樣方, 詳細記錄灌木層中物種的種類、株數(shù)、蓋度、高度、地徑以及草本層中物種的種類、數(shù)量、蓋度、高度等相關指標[11], 樣方設置方法如圖1。

3.2 重要值

重要值(important value)是研究某個種在群落中的地位和作用的綜合數(shù)量指標。對于群落的研究有著重要的意義。不同群落類型的重要值的計算方法不同, 文章中主要研究群落的生態(tài)意義, 主要涉及以下2個群落重要值的計算公式。

表1 縉云縣公益林類型統(tǒng)計

表2 縉云縣公益林不同森林類型群落基本信息及主要樹種

圖1 樣方設置示意圖

(1)喬木層群落重要值: 重要值IV(%)=(相對顯著度+相對高度+相對多度)/3

(2)灌木層、草木層重要值: 重要值IV(%)=(相對蓋度+相對多度)/2

3.3 植物多樣性指數(shù)

生物多樣性(biodiversity)是指生物中的多樣化和變異性, 以及物種生境的生態(tài)復雜性[12]。而多樣性是描述群落結構特征的數(shù)學語言, 文中主要分析以下幾個指標[13][14]。

其中:i為物種的相對重要值,為物種數(shù)。

3.4 生物量估算

生物量(biomass)指某一時刻單位面積內(nèi)實存生活的有機物質(zhì)的總量, 通常用kg·m-2或t·hm-2表示。森林生物量是生態(tài)系統(tǒng)性質(zhì)、狀態(tài)的重要指示特征, 也是深入了解森林生態(tài)系統(tǒng)變化規(guī)律的重要途徑[15-16]。根據(jù)固定小班野外調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)和浙江省重點公益林生物量模型[17-18], 推算喬木層、灌木層以及草本層的生物量。

4 結果與分析

4.1 群落優(yōu)勢種

優(yōu)勢種(dominant)對群落結構和群落環(huán)境的形成有明顯控制作用。他們通常表現(xiàn)為個體數(shù)量多、體積大或生物量高、生活能力比較強, 從而對群落的結構以及群落環(huán)境的形成起著決定性作用[19]。故研究群落的優(yōu)勢種對植被的經(jīng)營管理、植被恢復和生物多樣性保護有著重要意義[20]。本文選取重要值大于0.1的植物種在連續(xù)監(jiān)測中的動態(tài)變化列表, 如表3所示。

表3 縉云縣公益林群落樹種重要值動態(tài)

由表3可以看出, 馬尾松和杉木為喬木層中的建群種, 且在2015年杉木所占的比例超過了馬尾松, 并且3年的優(yōu)勢種幾乎沒有變化; 檵木和茶是灌木層中的優(yōu)勢種, 但在2015年其重要值明顯下降且灌木層中的樹種明顯減少; 紫萁、芒萁為草本層中的優(yōu)勢種, 且表中大部分樹種的重要值有所下降。

4.2 群落植物多樣性

根據(jù)主要公益林群落類型及公益林群落不同層進行了分析, 如表4和表5所示。

4.2.1 不同類型群落植物多樣性

由表4可以看出在連續(xù)3年的時間里, 喬木層中松林的Simpson’s指數(shù)最大, 毛竹林的Simpson’s指數(shù)最小; 松林、杉木林、闊葉林、針闊混交林和毛竹林的Simpson’s指數(shù)上下浮動, 但總體呈上升趨勢, 說明這5種森林類型的群落物種豐富度有所增高。此外, 2013年與2015年5中森林類型的群落的優(yōu)勢度指數(shù)均表現(xiàn)為松林>闊葉林>杉木林>針闊混交林>毛竹林, 和2014年的相比除毛竹林和針闊混交林有所變化外其他均保持一致; 并且數(shù)值在3年內(nèi)有所增加, 說明2013年到2015年間不確定性增加, 即物種的多樣性增加。對于Pielou指數(shù)的變化, 從整體上看, 除了毛竹林以外, 2013年到2015年的Pielou指數(shù)均有所增加, 說明群落中物種數(shù)目多, 個體分配的越均勻, 群落的生物多樣性越高。

4.2.2 不同層次群落植物多樣性

由表5可以看出, 2013到2015年3年的連續(xù)時間里, 喬木層的Shannon-Weiner指數(shù)、Pielou指數(shù)以及Simpson’s指數(shù)均連續(xù)增長; 灌木層和草本層的多樣性均有所下降。

4.3 群落生物量

生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)最基本的數(shù)量特征, 是森林生態(tài)系統(tǒng)結構優(yōu)劣和功能高低的最直接的表現(xiàn), 是森林生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境質(zhì)量的綜合體現(xiàn), 同時也是森林固碳能力的重要指標。因此研究群落的生物量對探求群落植物生長狀況等有著重要的意義。

從圖2中可以看出, 只有闊葉林的總生物量逐年遞增, 且2014年和2015年的總生物量顯著(< 0.05)高于2013年, 其他林地的總生物量均呈現(xiàn)顯著(<0.05)遞減的趨勢。2013年到2015年, 杉木林、針闊混交林、毛竹林和灌木林的單位生物量顯著(< 0.05)降低, 闊葉林的單位生物量顯著增加(<0.05)。此外, 松林的總生物量在3年中一直處于優(yōu)勢地位且單位生物量上升, 灌木林的總生物量則最小, 這與錢逸凡等[21]的浙江中部地區(qū)公益林群落特征與動態(tài)描述相一致。

表4 縉云縣公益林群落不同森林類型植物多樣性指數(shù)動態(tài)

表5 縉云縣公益林群落不同層次植物多樣性指數(shù)動態(tài)

圖中不同字母表示組內(nèi)差異顯著

5 結果與討論

通過對縉云縣公益林2013到2015連續(xù)3年的優(yōu)勢種、生物多樣性、生物量的研究, 得到以下結論: ①喬木層的優(yōu)勢種為馬尾松和杉木, 且處于穩(wěn)定; 灌木層的優(yōu)勢種為檵木和茶, 此外灌木層中的樹種明顯減少, 且優(yōu)勢樹種的重要值明顯下降; 草本層的優(yōu)勢種為紫萁和芒萁, 草本層中大部分樹種的重要值有所下降。②松林的生物多樣性最大, 毛竹林最小, 此外, 杉木林、闊葉林、針闊混交林的生物多樣性也均呈現(xiàn)上升趨勢, 且松林>闊葉林>杉木林>針闊混交林>毛竹林; 在不同層上來看, 喬木層生物多樣性增加, 灌木層和草本層的生物多樣性減少。③連續(xù)3年中, 闊葉林總生物量顯著(<0.05)增加, 松林、杉木林、針闊混交林、毛竹林和灌木林的總生物量顯著(<0.05)減少; 闊葉林的單位生物量顯著(<0.05)增加, 松林的單位生物量增, 杉木林、針闊混交林、毛竹林和灌木林的單位生物量顯著(<0.05)降低。

縉云縣作為浙江省生態(tài)建設的重點區(qū)域, 其公益林的質(zhì)量整體高于全省水平, 但從上文的結果中可知縉云縣公益林不同森林類型之間的生物量及植物多樣性在連續(xù)3年里存在不同的變化。首先, 針闊混交林總生物量顯著(<0.05)降低而闊葉林總生物量顯著(<0.05)增加, 可能是由于針葉林的闊葉化改造在全省范圍內(nèi)實施導致的, 而在改造期間, 由于人為對林分的經(jīng)營導致針闊混交林的植物多樣性增加; 而闊葉林的生物量及植物多樣性的增加致使喬木層利用了絕大部分的光照, 有限的光照進入林內(nèi)灌木層和草本層, 造成灌木層和草本層植物光能利用率低, 導致灌木層和草本層的生物量及植物多樣性降低, 且灌木層的生物種類明顯減少, 因此, 在今后應多注意對灌木層和草本層的經(jīng)營; 其次, 由于在改革開放時期森林被人類過渡利用, 破壞了大量的原始森林植被, 僅有少量大徑級的樹木被留下, 且多數(shù)為松林和杉木林, 就導致縉云縣公益林的優(yōu)勢種相對單一, 喬木層的建群種較少, 多為松杉兩類樹種, 建議在今后的經(jīng)營管理中應該提升其保育能力和群落穩(wěn)定性; 最后, 由于毛竹林多為純林且作為主要的經(jīng)濟樹種經(jīng)營程度大, 造林初期林內(nèi)其他樹種也受到人為的破壞[22], 且毛竹林成分單一, 從而導致林內(nèi)樹種資源少, 物種單一, 生物多樣性較低, 故應加大對毛竹林的撫育、改造, 增加其林內(nèi)資源, 提高林子質(zhì)量, 人為幫助提高物種多樣性, 不斷改善提升毛竹林質(zhì)量, 從而提升生物量和植物多樣性。

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Plant diversity and biomass dynamics of the public-welfare forest in Jinyun County, Zhejiang Province

WANG Lizhu1, YU Xiaopeng2, GUAN Jieran3, YE Nuonan1, SHANG Tianqi1, YI Lita1*

1. Zhejiang Agriculture and Forestry University, linan 311300, China 2. Liqu countuy Environmental Protection Agency, Linqu 262600, China 3. Guangxi Sheng Qi Technology Co. Ltd., Guangzxi 530000, China

Based on three period field survey data of public-welfare forests, the pine forest, cunninghamia lanceolate forest, broad-leaved forest, coniferous, broad-leaved mixed forest, bamboo forest and shrubbery were identified as the dominant community types in Jinyun County, Zhejiang province. Community biodiversity and biomass are also calculated using Simpson index (), Shannon Wiener index (') and Pielou evenness index (). The results showed that the dominant species of the public-benefit forest in Jinyun County were stable, which included,,,, and. The diversity showed shrub layer > herb layer > arbor layer at different levels; the pine forest had the highest total biomass, and the shrubs had the lowest value. It indicates that the growth of public welfare forests in Jinyun County is in good condition. Some opinions and suggestions are put forward for the future development of public welfare forests. Firstly, the transformation of forest stands should be increased; we should also accelerate the broad-leaf reconstruction of coniferous forests and increase the cultivation of shrub layer and herbaceous layer, to improve the economic benefits of forest. Secondly, in the future operations, attention should be paid to the tending of dominant populations. We should renovate and upgrade the quality of broad-leaved forests and other forest species to accelerate the positive succession of communities; Finally, we should increase the tending and transformation of bamboo forests, and constantly improve the quality of bamboo forests, so as to increase biomass and biodiversity.

public-welfare forests; dominant species; biodiversity; biomass; Junyun

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.04.018

S718.5; Q145+.2

A

1008-8873(2018)04-147-07

0000-00-00;

0000-00-00

浙江省重點科技創(chuàng)新團隊項目（2011R50027）

王立竹（1993—），女，吉林農(nóng)安人，碩士研究生，主要從事群落生態(tài)學研究，E-mail：979537664@qq.com

伊力塔，副教授，碩士研究生導師，E-mail：yilita@126.com

王立竹, 于曉鵬, 管杰然, 等. 浙江縉云縣公益林群落植物多樣性及生物量動態(tài)分析[J]. 生態(tài)科學, 2018, 37(4): 147-153.

WANG Lizhu, YU Xiaopeng, GUAN Jieran, et al. Plant diversity and biomass dynamics of the public-welfare forest in Jinyun County, Zhejiang Province[J]. Ecological Science, 2018, 37(4): 147-153.