黃 松 李登江 余德會(huì) 余永富 謝鎮(zhèn)國(guó) 廖 佳 楊宗才 姚倫貴

(貴州雷公山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局 貴州 雷山 557199)

種群是構(gòu)成生物群落和生態(tài)系統(tǒng)的基本組成成分，種群結(jié)構(gòu)及變化規(guī)律是植物生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)之一[1-3]，而種群數(shù)量動(dòng)態(tài)變化是研究種群數(shù)量在空間和時(shí)間上的變化規(guī)律，也是研究珍稀瀕危植物種群生態(tài)學(xué)的核心問(wèn)題[4-5]，對(duì)珍稀瀕危野生植物資源的保護(hù)及恢復(fù)具有重要意義[6]。生命表、存活曲線等是分析種群結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)分析的重要方法之一，能反映種群結(jié)構(gòu)、生存現(xiàn)狀及種群對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，對(duì)了解種群更新潛能和分析預(yù)測(cè)種群發(fā)展變化趨勢(shì)具有重要意義[7]。

海南五針?biāo)?Pinusfenzliana)為松科松屬植物，分布于海南、廣西、貴州等地，在IUCN中的瀕危等級(jí)為易危(VU)[8]。貴州分布于黔西、雷山、德江等地[9]。根據(jù)資料記載，海南五針?biāo)稍诶坠接杏涊d[10]。目前，關(guān)于貴州分布的海南五針?biāo)裳芯堪ㄈ斯ち址稚锪縖11]和引種與開(kāi)發(fā)利用等[12]，對(duì)其種群結(jié)構(gòu)方面未見(jiàn)報(bào)道。鑒于此，本文以雷公山海南五針?biāo)蔀閷?duì)象，從年齡結(jié)構(gòu)、靜態(tài)生命表、存活曲線、死亡率曲線和損失度曲線等方面分析種群結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)，以期定量描述雷公山自然保護(hù)區(qū)海南五針?biāo)煞N群結(jié)構(gòu)特征，以預(yù)測(cè)該種群的動(dòng)態(tài)，為海南五針?biāo)煞N群的保護(hù)管理和利用提供參考。

1 研究區(qū)概況

雷公山自然保護(hù)區(qū)地跨雷山、臺(tái)江、劍河、榕江4縣，地處108°09'E～108°22'E，26°15'N～26°22'N之間，總面積47300 hm2。區(qū)內(nèi)最高海拔2178.8 m，最低海拔650 m；全年太陽(yáng)總輻射值3642.5 MJ/m2～3726.3 MJ/m2，最冷月(1月)平均溫在山頂-0.8 ℃，山麓4 ℃～6 ℃，最熱月(7月)在山頂17.6 ℃，山麓23℃～25.5 ℃，年平均溫度在山頂9.2 ℃，山麓14.7 ℃～16.3 ℃，年降雨量在1300～1600 mm之間。區(qū)內(nèi)已鑒定的各類(lèi)生物種類(lèi)5149種[13]。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，海南五針?biāo)芍饕植荚诤０?00～1200 m的雷公山管理站至二十四公里一帶中坡，群落為常綠落葉針闊葉混交林，立地條件極差，主要生長(zhǎng)在道路兩旁的懸崖峭壁、山脊、石灘，土壤類(lèi)型為黃壤，土壤疏松。其他小丹江、高巖大峽谷、交密、雷公坪等地有零星分布。

2 研究方法

2.1 資源調(diào)查方法

2017年4月至2020年7月，采取實(shí)測(cè)法對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)海南五針?biāo)蛇M(jìn)行了全面調(diào)查，共調(diào)查到海南五針?biāo)?956株;對(duì)胸徑DBH≥5 cm的植株進(jìn)行了實(shí)測(cè)，記錄胸徑、樹(shù)高、GPS坐標(biāo)、海拔、伴生種以及生長(zhǎng)狀況等；2≤DBH<5 cm的記為幼樹(shù)，DBH<2 cm的記為幼苗，統(tǒng)計(jì)株數(shù)。

2.2 種群徑級(jí)劃分

為避免破壞海南五針?biāo)少Y源，研究采用徑級(jí)代替年齡的方法來(lái)分析其種群結(jié)構(gòu)。根據(jù)海南五針?biāo)傻纳飳W(xué)特性實(shí)測(cè)調(diào)查情況，參照樹(shù)木齡級(jí)劃分相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[14]，用表現(xiàn)結(jié)構(gòu)徑級(jí)替代法,將海南五針?biāo)煞N群劃分為8個(gè)徑級(jí)對(duì)應(yīng)8個(gè)齡級(jí)，1級(jí)(DBH<2 cm)，2級(jí)(2 cm≤DBH<5 cm)，3級(jí)(5 cm≤DBH<10 cm)，4級(jí)(10 cm≤DBH<15 cm)，5級(jí)(15 cm≤DBH<20 cm)，6級(jí)(20 cm≤DBH<25 cm)，7級(jí)(25 cm≤DBH<30 cm)，8級(jí)(30 cm≤DBH)。

2.3 靜態(tài)生命表編制

參考生活史和相關(guān)研究[15-17]，將海南五針?biāo)蓮郊?jí)從小到大的順序看作是時(shí)間順序關(guān)系，統(tǒng)計(jì)各齡級(jí)株數(shù)，編制其種群靜態(tài)生命表，根據(jù)海南五針?biāo)烧{(diào)查數(shù)據(jù)，本文在計(jì)算存活個(gè)體數(shù)(lx)時(shí)，從存活體系數(shù)1000擴(kuò)大10倍，即系數(shù)為10000。數(shù)據(jù)集中處理，然后編制靜態(tài)生命表。根據(jù)生命表繪制存活曲線、死亡曲線和損失曲線，進(jìn)而分析其動(dòng)態(tài)變化。

式中：x是單位時(shí)間年齡等級(jí)的中值；ax是在x齡級(jí)內(nèi)現(xiàn)有個(gè)體數(shù)；lx在x齡級(jí)開(kāi)始時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化存活個(gè)體數(shù)；dx是從x到x+1齡級(jí)間隔期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化死亡數(shù)；qx是從x到x+1齡級(jí)間隔期間死亡率；Lx是從x到x+1齡級(jí)間隔期間還存活的個(gè)體數(shù)；Tx是從x齡級(jí)到超過(guò)x齡級(jí)的個(gè)體總數(shù)；ex是進(jìn)入x齡級(jí)個(gè)體的生命期望或平均期望壽命；Kx是為消失率(損失度)。

3 結(jié)果與分析

3.1 種群的年齡結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)各徑級(jí)數(shù)據(jù)，繪制海南五針?biāo)煞N群的年齡結(jié)構(gòu)(圖1)。海南五針?biāo)晒?956株，平均胸徑11.87 cm。種群個(gè)體數(shù)量集中分布在1齡級(jí)，共2455株，占62.06%，其次是2齡級(jí)，854株，占21.59%，進(jìn)入3齡級(jí)后，生長(zhǎng)在林下的幼苗、幼樹(shù)得不到充足的陽(yáng)光和土壤出現(xiàn)死亡，僅296株進(jìn)入該齡級(jí)?？梢?jiàn)，海南五針?biāo)稍诟鼾g級(jí)階段均有分布，但數(shù)量存在差異，呈現(xiàn)幼年齡個(gè)體多，中大樹(shù)及老年個(gè)體偏少，種群徑級(jí)分布呈倒“J”型，屬增長(zhǎng)型種群。

圖1 雷公山自然保護(hù)區(qū)海南五針?biāo)赡昙?jí)結(jié)構(gòu)

3.2 靜態(tài)生命表分析

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，編制保護(hù)區(qū)海南五針?biāo)煞N群特定時(shí)間生命表(表1)。

表1 雷公山自然保護(hù)區(qū)海南五針?biāo)煞N群靜態(tài)生命表

生命期望ex反映的是x齡級(jí)的種群個(gè)體在未來(lái)表現(xiàn)出的存活能力。表1可知，海南五針?biāo)傻纳谕惦S著齡級(jí)的增加呈現(xiàn)上升—下降—回升—下降趨勢(shì)。1到3齡級(jí)呈現(xiàn)較快的增長(zhǎng)，3齡級(jí)達(dá)到最大值1.686，由此可知，海南五針?biāo)稍诘?齡級(jí)受到的環(huán)境壓力最小。隨著種群齡級(jí)的增大，個(gè)體生長(zhǎng)對(duì)所需的土壤、陽(yáng)光要求變大，與其它物種的競(jìng)爭(zhēng)增加，導(dǎo)致海南五針?biāo)傻纳谕甸_(kāi)始下降，到5齡級(jí)到達(dá)第一個(gè)最低點(diǎn)1.042。進(jìn)入6齡級(jí)時(shí)，生命期望值又回升到1.531，此階段的海南五針?biāo)蛇M(jìn)入大樹(shù)階段，為群落的上層優(yōu)勢(shì)樹(shù)種，獲得的陽(yáng)光達(dá)到最佳。而6齡級(jí)之后，ex值開(kāi)始急劇下降，8齡級(jí)達(dá)到最低為0.500，主要原因是，種群個(gè)體進(jìn)入老年階段，漸漸達(dá)到樹(shù)老枯死的齡級(jí)。

3.2 存活曲線分析

Deevey將個(gè)體存活概率隨相對(duì)年齡的變化分為3個(gè)基本模型。Ⅰ型表示在接近生理壽命前只有少數(shù)個(gè)體死亡，即幾乎所有的個(gè)體都能達(dá)到生理壽命；Ⅱ型表示各齡級(jí)死亡數(shù)基本相等；Ⅲ型表示幼年期死亡率較高。本文根據(jù)種群靜態(tài)生命表繪制雷公山自然保護(hù)區(qū)海南五針?biāo)煞N群存活曲線(圖2)。

圖2 雷公山自然保護(hù)區(qū)海南五針?biāo)煞N群存活曲線

從表1和圖2可見(jiàn)，雷公山自然保護(hù)區(qū)海南五針?biāo)傻拇婊钋€介于DeeveyⅡ型和DeeveyⅢ型之間，更趨向于DeeveyⅢ型。1齡級(jí)的實(shí)生幼苗較多，占到種群個(gè)體數(shù)的62.06%，2齡級(jí)的存活數(shù)為34.79%，3齡級(jí)的存活數(shù)為12.06%，4齡級(jí)的存活數(shù)為6.76%，說(shuō)明海南五針?biāo)稍谟酌?、幼?shù)、小樹(shù)階段死亡數(shù)較高，從1齡級(jí)到3齡級(jí)，超過(guò)87.94%的個(gè)體死亡，只有12.06%左右的個(gè)體進(jìn)入3齡級(jí)生長(zhǎng)。3、4、5齡級(jí)存活數(shù)趨于平穩(wěn)，5齡級(jí)后存活數(shù)繼續(xù)下降，6、7齡級(jí)相對(duì)穩(wěn)定，7齡級(jí)繼續(xù)下降，到8齡級(jí)后海南五針?biāo)勺匀凰劳鰺o(wú)成活個(gè)體。

3.3 種群死亡率曲線與損失度曲線

以靜態(tài)生命表中的死亡率和消失率(損失度)為縱坐標(biāo)、以齡級(jí)為橫坐標(biāo)，繪制出雷公山自然保護(hù)區(qū)海南五針?biāo)傻乃劳雎是€和損失度曲線(圖3)。

圖3 雷公山自然保護(hù)區(qū)海南五針?biāo)煞N群死亡率曲線和損失度曲線

由圖3可知，海南五針?biāo)傻乃劳雎是€與損失度曲線高度吻合。在1至4齡級(jí)間，海南五針?biāo)傻乃劳雎屎蛽p失度均呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，反映出海南五針?biāo)稍谟酌纭⒂讟?shù)、小樹(shù)以及中樹(shù)初期階段遭受到的環(huán)境選擇壓力較小。5齡級(jí)的死亡率與損失度上升至最高點(diǎn)，分別達(dá)到0.733和1.322，此時(shí)個(gè)體處于中樹(shù)階段的后期，受到環(huán)境選擇的壓力處于最大值，這與調(diào)查中此階段的個(gè)體出現(xiàn)斷梢、斷枝現(xiàn)象嚴(yán)重一致，一旦能競(jìng)爭(zhēng)勝利進(jìn)入下一齡級(jí)，生長(zhǎng)就處于相對(duì)優(yōu)勢(shì)階段。到6齡級(jí)死亡率和損失度降到最低，此時(shí)，海南五針?biāo)商幱谏L(zhǎng)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)階段，而7齡級(jí)之后，死亡率和損失度又開(kāi)始上升，這表示該物種的生命已進(jìn)入自然生理壽命期，個(gè)體因?yàn)樽匀簧砉δ芡嘶?，逐漸衰老死亡。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)海南五針?biāo)蓮郊?jí)分布呈倒“J”型，屬于增長(zhǎng)型種群。1齡級(jí)的個(gè)體只有34.40%個(gè)體能進(jìn)入2齡級(jí)，2齡級(jí)的個(gè)體只有34.66%能進(jìn)入3齡級(jí)，剩最初的12.06%，到5齡級(jí)只剩最初的4.89%，說(shuō)明隨著年齡級(jí)的增長(zhǎng)和種間和種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，海南五針?biāo)煞N群未來(lái)的增長(zhǎng)趨勢(shì)相當(dāng)緩慢。

(2)海南五針?biāo)傻纳谕惦S著齡級(jí)的增加呈現(xiàn)上升—下降—回升—下降趨勢(shì)。在3齡級(jí)達(dá)到最大值1.686，在5齡級(jí)到達(dá)一個(gè)最低點(diǎn)1.042，進(jìn)入6齡級(jí)時(shí)，生命期望值又回升到1.531，此階段的海南五針?biāo)色@得的陽(yáng)光等環(huán)境因子達(dá)到最佳。6齡級(jí)之后，種群生命期望值開(kāi)始急劇下降，8齡級(jí)達(dá)到最低為0.500，種群進(jìn)入大樹(shù)、老樹(shù)階段，逐漸達(dá)到樹(shù)老枯死的齡級(jí)。海南五針?biāo)伤劳雎是€與損失度曲線高度吻合，存活曲線趨向于DeeveyⅢ型。在1至4齡級(jí)間，死亡率和損失度均呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，5齡級(jí)的死亡率與損失度急劇上升至最高點(diǎn)，分別達(dá)到0.733和1.322，到6齡級(jí)海南五針?biāo)商幱谏L(zhǎng)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)階段，死亡率和損失度降到最低，7齡級(jí)種群死亡率和損失度又開(kāi)始上升，8齡級(jí)后種群逐漸進(jìn)入自然生理壽命期，個(gè)體因?yàn)樽匀簧砉δ芡嘶?，逐漸衰老死亡。

4.2 討論

海南五針?biāo)煞N群1、2齡級(jí)種群生長(zhǎng)母樹(shù)周?chē)⒘窒禄驊已律?，由于母?shù)周?chē)土窒碌膫€(gè)體生長(zhǎng)得不到充足的陽(yáng)光、懸崖上的幼苗幼樹(shù)缺少生長(zhǎng)土壤，導(dǎo)致種群大多無(wú)法進(jìn)入下一齡級(jí)。為此，可采取以下措施，一是加強(qiáng)就地保護(hù)。如在1、2齡級(jí)階段對(duì)母樹(shù)及周?chē)闹脖贿M(jìn)行適當(dāng)干擾，以滿(mǎn)足幼苗幼樹(shù)陽(yáng)光需求，有利于海南五針?biāo)煞N群的發(fā)展。二是加強(qiáng)遷地保護(hù)。通過(guò)種子育苗、組培、嫁接、建立人工繁育基地等，有助于海南五針?biāo)煞N群的保護(hù)和恢復(fù)。