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        四種森林植被林下植物組成及多樣性分析

        2020-07-08 01:54:54章冰薛楊孫衍湯廖永杰王小燕宿少鋒林之盼
        熱帶林業(yè) 2020年1期
        關(guān)鍵詞:物種

        章冰,薛楊,孫衍湯,廖永杰,王小燕,宿少鋒,林之盼

        (1.海南省楓木實驗林場,海南屯昌 571800;2.海南省林業(yè)科學(xué)研究院,海南???571100)

        近些年來,生物多樣性及其保護和持續(xù)利用已成為國內(nèi)外關(guān)注和研究的熱點問題之一。生物多樣性是多樣化的生命實體群的特征[1]。物種多樣性是群落功能復(fù)雜性和穩(wěn)定性的重要量度指標,是影響生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)發(fā)揮的關(guān)鍵因素之一[2]。

        林下植物是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,在維護整個系統(tǒng)的物種多樣性、生態(tài)功能穩(wěn)定性和持續(xù)立地生產(chǎn)力方面具有重要功能和作用。不同的林下植物具有不同的生態(tài)習(xí)性,多樣性的林下植物會阻止生態(tài)因子的單向積累,從而增加生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。尤其在人工林生態(tài)系統(tǒng)中,喬木層植物種類單一,結(jié)構(gòu)簡單,養(yǎng)分分解歸還速率慢,林下植物的作用就更為重要[3-6]。

        該文通過研究楓木林場4 種森林植被林下植物的組成及多樣性,對于正確認識群落的結(jié)構(gòu)、分類及物種多樣性的維持維護機制有著重要的實踐及指導(dǎo)意義,并能為恢復(fù)自然植被、經(jīng)營森林生產(chǎn)和恢復(fù)生物多樣性提供理論依據(jù)。

        1 研究區(qū)域概況

        楓木林場位于海南省屯昌縣,地處19°11′38″~19°15′52″N,109°56′17″~109°58′15″E,屬于熱帶季風(fēng)海洋性氣候,四季均光照充足,年平均日照在1990h~2100h 之間。年平均氣溫23.5℃,最高平均氣溫28.2℃,最低平均氣溫16℃~18℃。極端氣溫最高為39.1℃,最低3.8℃。雨水充足,年平均降雨量1960mm~2400mm 之間,平均日降雨量在0.1mm 以上的雨日在180d 左右。年平均蒸發(fā)量為1847mm,年平均相對濕度84%。海拔在250m~700m 之間,屬丘陵地貌,土壤類型主要為磚紅壤和赤紅壤。

        2 材料與方法

        2.1 材料

        對楓木林場 4 種森林植被橡膠(Heveabrasiliensis)、檳榔(Arecacatechu)、馬占相思(Acaciamangium)、次生林林下植物組成及多樣性調(diào)查。

        2.2 研究方法

        2.2.1 樣地選擇與林分特征調(diào)查

        根據(jù)楓木林場植被類型分布情況,選擇4 種不同森林植被:橡膠、檳榔、馬占相思、次生林為研究對象,在研究分布區(qū)不同森林植被主要集中在低丘地貌(海拔200m~400m),選取具有郁閉度相似的(郁閉度約為0.7)以及受人為干擾程度較少,立地條件相似的林地作為調(diào)查標準地。根據(jù)4 種森林植被分別設(shè)置典型樣地,每種森林植被設(shè)置3 個標準地,面積均為400m2(20m×20m),共12 塊調(diào)查標準地,總共調(diào)查面積為4800m2。在標準地內(nèi)對喬木層進行每木檢尺,記錄其樹種的名稱、樹高、胸徑等。4種不同森林植被林地基本概況調(diào)查見表1。

        表1 4 種不同森林植被林地基本概況Tab.1 Basic information of 4 different forest vagetations

        2.2.2 林下植被調(diào)查方法

        根據(jù)林下植物分布特征,在每個標準地內(nèi)以梅花形選取3 個5m×5m 的灌木樣方并在所選的灌木樣方中各設(shè)置3 個1m×1m 的草本樣方進行調(diào)查,記錄林下植物的種類、數(shù)量、蓋度和生長狀況等。

        2.2.3 植物多樣性的測度

        采用物種豐富度(S)、Simpson 多樣性指數(shù)(D)、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H)、Peilou 均勻度指數(shù)(E)作為研究4 種森林植被林下植物多樣性的綜合性指標[7]。

        (1)物種豐富度指數(shù)(S)=樣方內(nèi)出現(xiàn)的物種樹木;

        (2)Shannon-Wiener 多樣性指數(shù):H′=-∑(Pi×lnPi);

        (3)Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)D=1-ΣPi2;

        (4)Pielou 均勻度指數(shù):JSW= H′/lnS。

        式中:Pi為樣地中第i 個植物出現(xiàn)的概率;S 為植物物種數(shù)。

        2.2.4 數(shù)據(jù)處理

        采用EXCEL2016 對調(diào)查數(shù)據(jù)進行整理并計算各個指標。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 四種森林植被林下植物種類組成

        表2 12 個固定樣地林分植被概況Tab.2 Vegetation characteristics of 12 fixed plots

        由表1、表2、表3 可知,橡膠林樣地海拔在211m~355m,土壤類型為磚紅壤粘土構(gòu)成,pH 為5.4~5.8,橡膠林結(jié)構(gòu)簡單,植被群落發(fā)育良好,林木個體間變化不大,但林木生長迅速,橡膠平均胸徑16.75cm,平均樹高23.39m,整個植被類型總覆蓋度為80%~90%。經(jīng)調(diào)查,橡膠林下共有植物26 種,隸屬于21 科26 屬。其中灌木層有13 種,占50%,主要有蘋果榕(Ficus oligodon)、 黑面神(Breyniafruticosa)、銀柴(Aporosa dioica)、番石榴(Psidium guajava)、海南暗羅(Polyalthia laui)、破布葉(Microcos paniculata);草本植物12 種,占46.15%,主要有海芋(Alocasia macrorrhiza)、莎草(Cyperus rotundus)、百花草(Hedyotis diffusa);藤本植物只有蛇葡萄(Ampelopsis glandulosa)1 種。

        表3 橡膠林林下植物組成Tab.3 Undergrowth vegetation composition of Heveabrasiliensis forest

        由表1、表2、表4 可知,檳榔林樣地海拔高度在241m~383m,土壤類型為磚紅壤,即由紅色細沙和少量重粘土構(gòu)成,pH 為4.5~5.0。檳榔林植被群落發(fā)育良好,檳榔林結(jié)構(gòu)簡單,林木個體間變化不大,林木生長穩(wěn)定,檳榔平均胸徑12.25cm,平均樹高15.7m,整個植被類型總覆蓋度為85%~90%。經(jīng)調(diào)查,檳榔林樣地林下植物共有植物23 種,隸屬于17科23 屬,其中灌木層9 種,占39.13%,主要有蘋果榕、銀合歡(Leucaena glauca)、黑面神、構(gòu)樹(Broussonetia papyrifera)、苦楝(Melia azedarach);草本層12 種,占52.17%,主要有海芋、藿香薊(Ageratum conyzoides),其中菊科植物種類最多,有5 種;藤本植物有蛇葡萄和畢撥(Piper longum)兩種。

        表4 檳榔林林下植物組成Tab.4 Undergrowth vegetation composition of Areca catechu forest

        由表1、表2、表5 可知,馬占相思林樣地地勢較高,海拔高度在334m~375m,主要土壤類型為磚紅壤,pH 為5.1~5.8。該群落發(fā)育一般,覆蓋度為90%~95%。馬占相思平均胸徑19.53cm,樹高15.67m。馬占相思林樣地林下植物共有植物12 種,隸屬于11科12 屬,其中灌木層8 種,占66.7%,主要有野牡丹(Melastoma candidum)、銀柴、桃金娘(Rhodomyrtus tomentosa)、 九節(jié)(Psychotria rubra)、 鵝掌柴(Schefflera octophylla);草本植物4 種,占34.3%,主要有飛機草(Chromolaene odorata)、豐花草(Borreria stricta)、 含羞草(Mimosa pudica)、 竹葉草(Armgrass)。

        表5 馬占相思林林下植物組成Tab.5 Undergrowth vegetation composition of Acaciamangium forest

        由表1、表2、表6 可知,次生林樣地在四種森林植被樣地中地勢最高,海拔高度在311m~445m,土壤類型為磚紅壤粘土構(gòu)成,pH 為5.0~5.6。該樣區(qū)內(nèi)的次生林主要分布在自然村周邊的斑塊狀天然次生林,其面積比較小,但林型的層次性較突出,覆蓋度85%~95%。經(jīng)調(diào)查,次生林樣地林下植物共有19種,隸屬于17 科19 屬,其中喬木14 種,占73.7%,主要以嶺南山竹子(Garcinia oblongifolia)、羅浮錐(Castanopsis faberi)、橄欖(Canarium album)、大花五椏果 (Dillenia turbinata)、 肖蒲桃(Acmena acuminatissima)、杜英(Elaeocarpus decipiens)、桃欖(Pouteria annamensis)、二色波羅蜜(Artocarpus styracifolius)為主;灌木3 種,占15.8%,以假黃皮(Clausena excavata)為主;藤本2 種,占10.5%,為山橙(Melodinus suaveolens) 和海南巴戟天(Morinda hainanensis)。

        表6 次生林林下植物組成Tab.6 Undergrowth vegetation composition of secondary forest

        3.2 四種森林植被林下植物物種多樣性比較

        3.2.1 不同森林植被灌木層物種多樣性比較

        由表7 可知,物種豐富度(S):馬占相思林(S=8)>橡膠林(S=6)>檳榔林(S=5)>次生林(S=2);Simpson 指數(shù)(D):馬占相思林(D=0.860)>橡膠林(D=0.827)>檳榔林(D=0.719)>次生林(D=0.221);Shannon-Wiener 指數(shù)(H):馬占相思林(H=2.016)>橡膠林(H=1.797)>檳榔林(H=1.392)>次生林(H=0.364);Pielou 均勻度指數(shù)(E):橡膠林(E=0.976)>檳榔林(E=0.974)>馬占相思林(E=0.970)>次生林(E=0.332)。由上得出,4 種森林植被林下灌木層的物種豐富度 、Simpson 指數(shù)和Shannon-Wiener 指數(shù)的變化趨勢一致。除次生林之外,其它3 種人工林Pielou 均勻度指數(shù)最大值與最小值相差0.06,而次生林的Pielou 均勻度指數(shù)為0.332,明顯小于另外3 種人工林,因為均勻度指數(shù)反映植株個體在林下植物中的分布狀況[8],說明次生林群落灌木稀疏種多于富集種,反之,3 種人工林群落灌木富集種多于稀疏種。

        表7 4 種不同森林植被林下植物多樣性指數(shù)Tab.7 Undergrowth vegetation diversity index of 4 different forest vagetations

        3.2.2 不同森林植被草本層物種多樣性比較

        由表7 可知,物種豐富度(S):橡膠林(S=7)=檳榔林(S=7)>馬占相思林(S=4);Simpson 指數(shù)(D):橡膠林(D=0.838)>檳榔林(D=0.837)>馬占相思林(D=0.738);Shannon-Wiener 指數(shù)(H):橡膠林(H=1.856)>檳榔林(H=1.854>馬占相思林(H=1.363);Pielou 均勻度指數(shù)(E):馬占相思林(E=0.983)>橡膠林(E=0.980)>檳榔林(E=0.979)。由上得出,檳榔、橡膠、馬占相思林林下草本層的Simpson 指數(shù)和Shannon-Wiener 指數(shù)的變化趨勢一致。而Pielou均勻度指數(shù)都很接近,這說明3 種森林植被林下草本的分布狀況相近。

        3.2.3 不同森林植被林分藤本植物特征

        實地調(diào)查中,在橡膠、檳榔、馬占相思3 種人工林中藤本植物出現(xiàn)次數(shù)極少,而次生林樣地中均出現(xiàn)了2 種藤本植物:海南巴戟天和山橙。

        4 結(jié)論與討論

        4.1 結(jié)論

        (1)楓木林場4 種森林植被中,橡膠林林下物種最為豐富,共有林下植物26 種,隸屬于21 科26 屬;其次是檳榔林,共有林下植物共23 種,隸屬于17 科23 屬;次生林林下植物19 種,隸屬于17 科19 屬;馬占相思林下物種數(shù)最少,僅有12 種,隸屬于11 科12 屬。

        (2)4 種森林植被中,橡膠林和檳榔林林下多樣性指數(shù)均表現(xiàn)為草本層>灌木層,而馬占相思林則是林下多樣性指數(shù)均表現(xiàn)為灌木層>草本層,次生林表現(xiàn)為喬木層>藤本層>灌木層。

        (3) 不同林分類型灌木層 simpson 和Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)特征為:馬占相思林>橡膠林>檳榔林>次生林;草本層simpson 和Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)特征為:橡膠林>檳榔林>馬占相思林。

        4.2 討論

        物種豐富度、多樣性指數(shù)以及均勻度指數(shù)是表征群落特征的重要指標,在反映植被群落的生境差異、群落的結(jié)構(gòu)類型、演替階段和穩(wěn)定性程度等方面均具有重要的意義[9]。4 種森林植被中,橡膠林和檳榔林物種多樣性最高,灌木、草本層的Pielou 均勻度指數(shù)和Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)都非常接近,說明樣地群落間變異幅度較小,植物個體在群落中集中度較低,二者分布都很均勻。

        橡膠林、檳榔林、馬占相思林3 種森林植被林下灌木、草本多樣性指數(shù)較高,但物種相似度也較高,說明這3 種人工林林下植物雖然豐富,但差異性較小。而次生林下灌木草本物種較少,但與人工林差異性卻較大,這與太立坤等[10]得出的結(jié)論不完全相同,究其原因可能是實驗地點不同,光照、土壤、氣候等重要因素有所差異,最終影響了林下植物。

        由于試驗周期,并沒有開展對影響林下物種多樣性的環(huán)境因素進行分析,有待后續(xù)的試驗中進行完善。

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