朱 盈,陳志敏,李梓霖,劉澤琴,曹裕松
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井岡山大學校園濕地松人工林植物多樣性研究
朱 盈,陳志敏,李梓霖,劉澤琴,*曹裕松
(井岡山大學生命科學學院,江西,吉安343009)
植物多樣性對于區(qū)域生態(tài)平衡和生態(tài)功能的維護以及生物資源的可持續(xù)性有重要意義。濕地松()是我國南方丘陵區(qū)主要的造林樹種,具有顯著的經(jīng)濟效益,且發(fā)揮著維護生態(tài)環(huán)境的重要作用。本試驗對井岡山大學校園濕地松人工林的植物多樣性進行研究,結(jié)果表明濕地松人工林的植物物種有37種,Margalef物種豐富度指數(shù)(12.302 ± 1.450)與江西省吉安縣濕地松人工林的物種多樣性豐富度指數(shù)相近,Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(0.444 ± 0.219)和Simpson多樣性指數(shù)(0.972 ± 0.011)均低于相同氣候區(qū)濕地松人工林植物多樣性指數(shù),說明試驗區(qū)濕地松人工林群落結(jié)構(gòu)單一,不利于植物群落的穩(wěn)定和正常生態(tài)功能的發(fā)揮。應(yīng)合理配置一些闊葉樹種來形成異齡混交林結(jié)構(gòu),以提高植物多樣性、系統(tǒng)穩(wěn)定性及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。
濕地松;物種豐富度;植物多樣性;多樣性指數(shù)
生物資源,特別是植物資源提供了人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ),植物多樣性是維護區(qū)域生態(tài)平衡和生態(tài)功能的重要因素,生物多樣性的變化會導致生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、營養(yǎng)循環(huán)和穩(wěn)定性出現(xiàn)相應(yīng)的改變[1]。由于人類活動加劇和生境片段化,致使世界上物種滅絕速率已達到地質(zhì)時代的5次大絕滅時的程度[3],植物多樣性的保護和明智利用引起科學家們的關(guān)注[4-5]。保護和拯救植物多樣性具有重大的生態(tài)學理論價值,而且對于維持地球環(huán)境和資源的可持續(xù)性有重要意義[6],也是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要[3]。
濕地松()樹干通直圓滿,具有適應(yīng)性強、凈初級生產(chǎn)力高和較強的抗蟲性強等特點[7],是我國南方丘陵區(qū)景觀綠化、速生豐產(chǎn)用材及短輪伐期工業(yè)原料造林的主要樹種之一,具有顯著的經(jīng)濟效益,而且發(fā)揮著維護生態(tài)環(huán)境的重要作用[8]。濕地松林下植被作為森林生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分,在維護生物多樣性、生態(tài)功能穩(wěn)定性、促進養(yǎng)分循環(huán)和增加生物生產(chǎn)力等方面發(fā)揮著獨特的功能和作用。但由于人為干擾和自然生態(tài)因素的影響,林下植被極度貧瘠,形成了“遠看青山在,近看水土流”的綠色沙漠現(xiàn)象[9]。
由于人工林的林相簡單,其林下植被對森林生產(chǎn)力的提高、土壤養(yǎng)分循環(huán)的改善、土壤微生物生物量和土壤酶活力的增加、維護森林生物多樣性等各項生態(tài)功能均具有非常重要的意義[10-12]。目前林下植物多樣性的研究主要集中在闊葉林[13-16],針葉林的研究則相對較少[17],而對濕地松林下植物多樣性的研究極其缺乏,目前僅見周會萍等[18]報道了江西吉安市不同類型濕地松林下植被群落特征和組成及物種多樣性,楊清培等[8]研究了紅壤丘陵區(qū)濕地松林下灌木層物種組成。本試驗以井岡山大學校園濕地松人工林為對象,對其林下植物多樣性進行研究,以期為濕地松人工林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完善和生態(tài)功能的維持提供數(shù)據(jù)參考。
研究地位于江西省吉安市青原區(qū)井岡山大學校園內(nèi)(27°06'36.1"N,115°02'02.5"E),試驗區(qū)地處北半球中緯度地區(qū),屬中亞熱帶,受寒暖氣流的交替影響,形成亞熱帶季風濕潤氣候,四季分明。春季濕潤陰涼多雨,夏季炎熱濕潤,是降水集中的季節(jié),秋季先濕后干,冬季寒冷干燥,全年無霜期長,年平均氣溫為18.5℃,年平均最高氣溫為23℃,年平均最低氣溫為14℃,出現(xiàn)在1月。樣地坡度為23°,植被類型為濕地松人工林,森林郁閉度高,地表濕潤,凋落物層薄。
樣地中設(shè)置3個面積為30 m×30 m的樣方,分別位于音樂廳北側(cè)(樣方1,記為P1)、丹桂路南側(cè)(樣方2,記為P2)和十棟教學樓東側(cè)(樣方3,記為P3)。采用樣方調(diào)查法測定并記錄喬木層植物名稱、高度、冠幅和胸徑。每個樣方內(nèi)設(shè)置3個5 m×5 m的小樣方,測定并記錄灌木層植物名稱、高度、冠幅和地徑。同時設(shè)置3個1 m×1 m的小樣方,測定并記錄草本層植物名稱、平均高度和蓋度。
根據(jù)物種多樣性指數(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和對植物群落多樣性的反映能力,選取了四種多樣性指數(shù)來對數(shù)據(jù)進行綜合分析[19-23],植物多樣性分析采用辛普森多樣性(Ds)和香農(nóng)一維納多樣性指數(shù)(H),植物豐富度采用Margalef指數(shù)(D),植物均勻度采用的是Pielou植物均勻度指數(shù)(E)。計算公式如下:
Shannon-Wiener多樣性指數(shù):H = -∑PilnPi
Simpson多樣性指數(shù):D = 1-∑Pi2
Pielou均勻度指數(shù):E = H/lnS
Margalef豐富度指數(shù):R = (S-1)/lnN
式中:Pi = Ni/N;Ni為第i個種的個體數(shù);N為所有物種個體總數(shù);S為樣地內(nèi)所有植物物種數(shù)。
對植物組成進行分析可看出,井岡山大學濕地松人工林的植物物種有37種,分屬于33科,34屬(表1),其中喬木4種、灌木19種、草本植物7種、層間植物6種。喬木以濕地松、馬尾松和楓香為主,是樣地植物群落的優(yōu)勢種,林下植物是亞熱帶氣候區(qū)常見的物種,多數(shù)是自然演替出現(xiàn)的,也有少數(shù)植物(如寶巾、橙子)是由人為帶進的種子發(fā)育而來,常綠植物與落葉植物的比值為1:1.176,鄉(xiāng)土樹種占總樹種種類的100%,未發(fā)現(xiàn)外來入侵植物。草本植物較少,主要是淡竹葉和蕨類植物,偶見海金沙和扇葉鐵線蕨。
表1 井岡山大學濕地松人工林植物物種組成
Table 1 Composition of plant species inplantation in Jinggangshan University
調(diào)查樣地各個樣方中物種數(shù)差異較大,平均物種為25種,物種最多的樣方中發(fā)現(xiàn)30種植物,物種豐富度指數(shù)為13.362,而最少的樣方中僅有19種植物,物種豐富度為10.251。各樣方中林下植被物種組成也有較大差異,樣方P1中以黃梔子、梅葉冬青、紅葉石楠為主,樣方P2中以小葉冬青和油茶為主,而樣方P3中林下植物以油茶為主。
植物多樣性指數(shù)分析結(jié)果見表2,可以看出,濕地松人工林整體的植物多樣性指數(shù)極低,其中Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H = 0.444 ± 0.219,Margalef物種豐富度指數(shù)D = 12.302 ± 1.450,Simpson多樣性Ds= 0.972 ± 0.011,說明濕地松人工林植物種類偏低,不利于植物群落的穩(wěn)定和正常生態(tài)功能的發(fā)揮。
表2 井岡山大學濕地松林植物多樣性指數(shù)
Table 2 Plant species diversity index inplantation in Jinggangshan University
植物的均勻度指數(shù)極其低下(E = 0.143 ± 0.075),說明植物組成中優(yōu)勢種占優(yōu)勢,其他種類的植物數(shù)量極少。實地調(diào)查的統(tǒng)計數(shù)據(jù)也證實了這一點。在3個樣方內(nèi),均以楓香()、馬尾松()和濕地松的植株數(shù)最多,楓香分別占樣方中植物總數(shù)的7.368%、13.514%和12.766%,馬尾松分別占樣方中植物總數(shù)的14.737%、12.162%和10.638%,濕地松植物數(shù)量最多(分別占樣方中植物總數(shù)的7.368%、14.865 %和14.894%)。同時由于喬木層植株冠幅大、郁閉度高,導致林下植被均勻度低下,例如樣方P1中,黃梔子和梅葉冬青分別占樣方中植物總數(shù)的8.421%和9.474%,而部分種類植物數(shù)量僅1株,如構(gòu)樹()、海桐()、六月雪()等。
濕地松純林外貌深綠,林冠整齊而連續(xù),形成基本郁閉的冠層,致使林下植被簡單。井岡山大學濕地松人工林的植物物種有37種,分屬于33科,34屬,與江西紅壤丘陵區(qū)濕地松林下植被物種數(shù)相比較屬于較低水平。楊清培等[8]對江西紅壤丘陵區(qū)經(jīng)過10余年自然更新后的濕地松林研究發(fā)現(xiàn),濕地松林下植被恢復迅速,僅灌木物種就有69種,遠高于本研究的實驗結(jié)果。王蕓等[23]研究發(fā)現(xiàn)南方紅壤區(qū)濕地松人工林有155 種植物,隸屬66 科118 屬,顯著高于本研究的實驗結(jié)果。殼斗科、山茶科和樟科這些可能發(fā)展成為亞熱帶頂極植物群落的植物種[24]稀少,說明井岡山大學濕地松人工林灌層群落結(jié)構(gòu)簡單,正處在一個物種隨機組合而不穩(wěn)定的初級階段,生態(tài)功能不完善。
濕地松人工林改變物種組成使群落單一化的能力比馬尾松人工林更強[23]。王蕓等[23]的研究結(jié)果也證實我國南方紅壤區(qū)濕地松人工林在維持區(qū)域群落結(jié)構(gòu)功能上劣于本地種馬尾松人工林。本試驗區(qū)在種植濕地松之前是馬尾松林,但在濕地松人工林中僅存少數(shù)幾棵馬尾松植株,這是由于在相同立地條件下,濕地松比馬尾松生長更快,其光合速率是馬尾松的1.5 倍左右[7],并且林分郁閉度更高,導致馬尾松退出森林生態(tài)系統(tǒng),加劇了群落結(jié)構(gòu)的單一化。
植物物種多樣性是衡量森林恢復過程中群落變化的重要指標[25],植物物種多樣性越高的森林生態(tài)服務(wù)功能和抗干擾能力越高[26-28]。本研究結(jié)果顯示濕地松人工林Shannon-Wiener多樣性指數(shù)為0.444,低于江西省吉安縣不同類型濕地松人工林(1.4592 ~ 3.9809)[18],也低于相同氣候區(qū)中國科學院鶴山丘陵區(qū)綜合試驗站濕地松人工林植物多樣性指數(shù)(3.23)[7]。Margalef物種豐富度指數(shù)為12.302,與江西省吉安縣濕地松人工林的物種多樣性豐富度指數(shù)相近,Simpson多樣性指數(shù)分別為0.972,高于江西省吉安縣不同類型濕地松人工林(0.6056 ~ 0.9338)[18]。這說明濕地松人工林的結(jié)構(gòu)簡單和光能利用率不高,導致森林生態(tài)服務(wù)功能和抗干擾能力低下。我們建議通過間伐或擇伐方法來改善林分空間結(jié)構(gòu),因地制宜地補植一些地帶性闊葉樹種,并合理配置樹種,以形成多層次、多樹種的異齡混交林結(jié)構(gòu),進而提高植物多樣性和系統(tǒng)穩(wěn)定性以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。
致謝:井岡山大學生命科學學院周兵博士、鄧賢蘭博士在植物群落調(diào)查中給予指導,井岡山大學生命科學學院環(huán)境科學2012級本科生和生物科學專業(yè)2016級本科生在植物群落調(diào)查中提供了幫助,特此致謝。
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PLANT DIVERSITY INPLANTATION IN JINGGANGSHAN UNIVERSITY
ZHU Ying, CHEN Zhi-min, LI Zi-lin, LIU Ze-qin,*CAO Yu-song
(School of Life Science, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi 343009, China)
Plant diversity is of great significance for maintaining regional ecological balance and ecological functions and for sustainability of biological resources. As a main afforestation tree species in the hilly region in Southern China,has created significant economic benefits and plays an important role in maintaining the ecological environment. In this experiment, the plant diversity underplantation in Jinggangshan University was studied. The results showed that there were 37 species of plant in the plantation. Margalef species richness index (12.302 ± 1.450) is close to that inplantations in Ji'an County, Jiangxi Province. Shannon-Wiener diversity index (0.444 ± 0.219) and Simpson diversity index (0.972 ± 0.011) were respectively lower than that inplantations in the same climate zone, which indicated that the structure of the plantation was single and is not conducive to the stability of plant communities and the development of normal ecological functions. To enhance plant diversity, system stability and ecosystem services of the plantation, some broad-leaved trees should be allocated reasonably in it to form a mixed forest structure with different-age trees.
; species richness; plant diversity; diversity index
Q948.15+7
A
10.3969/j.issn.1674-8085.2018.06.020
2018-09-08;
2018-10-06
國家自然科學基金項目(31360138); 國家973計劃項目子課題項目(2014KFW004); 江西省自然科學基金項目(20142BAB204005)
朱 盈(1997-),女,海南??谌?,井岡山大學生命科學學院環(huán)境科學專業(yè)2015級本科生(E-mail:940498300@qq.com);
陳志敏(1995-),女,江西上饒人,井岡山大學生命科學學院環(huán)境科學專業(yè)2015級本科生(E-mail:1792469806@qq.com);
李梓霖(1998-),女,甘肅酒泉人,井岡山大學生命科學學院生物科學專業(yè)2016級本科生(E-mail:1263833958@qq.com);
劉澤琴(1996-),女,貴州畢節(jié)人,井岡山大學生命科學學院生物科學專業(yè)2016級本科生(E-mail:1363795221@qq.com);
*曹裕松(1978-),男,江西瑞昌人,副教授,博士,主要從事植物生態(tài)學與土壤微生物研究(E-mail: 504905934@qq.com).
1674-8085(2018)06-0106-05