广东省雷州半岛风水林斑块的植物多样性.pdf
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1、DOI:10.12356/j.2096-8884.2023-0037研究论文 广东省雷州半岛风水林斑块的植物多样性黄锐洲1,2,许涵2,刘家辉2,马海宾2,唐光大1*1.华南农业大学南方石灰岩植物研究中心,林学与风景园林学院,广州510640;2.中国林业科学研究院热带林业研究所,广州510520摘要:【目的】以雷州半岛的 10 个风水林为研究对象,系统分析风水林群落的植物多样性,探讨风水林森林斑块面积对物种存留的贡献与影响。【方法】每个风水林建立 1 个 40m40m 的样地,分析群落 多样性、多样性和森林斑块面积对风水林植物多样性的影响。【结果】1)雷州半岛 10 个风水林中保存着 190
2、 种植物。乔木层与草本层均由 1 个或若干优势种与较多的稀有种组成;且均以出现频次为 1 的物种丰富度比例最高,分别占其物种总丰富度的 39.26%与 48.48%。2)乔木层与草本层种的 Jaccard 相似性指数均值仅为 31.29%与 15.46%,Bray-Curtis 相似性指数均值仅为 25.62%与 11.38%;乔木层与草本层间的物种 Jaccard 相似性指数与 Bray-Curtis 相似性指数仅为 22.77%与 12.12%。3)风水林斑块面积与风水林植物多样性保存水平无显著相关关系,且森林斑块面积对风水林植物乔木层与草本层植物多样性组成的影响相对较小。【结论】虽然雷州
3、半岛风水林保存着丰富的植物,且风水林森林斑块面积大小对其多样性的影响相对较小,但因风水林呈现破碎化,林内大部分植物种类为稀有种,仅有部分种子转化为幼苗,群落的稳定性与抗干扰性相对较弱。关键词:风水林;雷州半岛;物种多样性中图分类号:S719文献标识码:A文章编号:20968884(2023)04004410PlantsDiversityofFengshuiForestsinLeizhouPeninsula,GuangdongProvinceHuangRuizhou1,2,XuHan2,LiuJiahui2,MaHaibin2,TangGuangda1*1.SouthChinaLimestone
4、PlantsResearchCenter,CollegeofForestryandLandscapeArchitecture,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China;2.ResearchInstituteofTropicalForestry,ChineseAcademyofForestry,Guangzhou510520,ChinaAbstract:【Objective】TencommunitiesofFengshuiforestswerestudiedtoanalyzethespeciesdiversitysystemat
5、ically,andtoexplore the contribution and impact of forests patch size to thespecies conservation onthe Leizhou Peninsula of GuangdongProvince.【Method】A40m40msampleplotwasestablishedineachFengshuiforesttoanalyzethealphadiversity,betadiversityofcommunityandtheeffectofforestpatchareaonplantsdiversity.【
6、Result】1)Therewere190speciesrecordedinthe10FengshuiforestsontheLeizhouPeninsula.Inthearborandherblayers,thecommunityofthesesmallFengshuiforestpatchesconsistedmainlyofoneorseveraldominantspeciesandnumerousrarespecies.Boththearborandherblayershadthehighestproportionofspecieswithafrequencyof1,whichacco
7、untedfor39.26%and48.48%oftheirrespectivetotalrichness.2)ThemeanJaccardsimilarityforthespeciesofarborandherblayerwereonly31.29%and15.46%respectively.Similarly,themeanBray-Curtissimilarityweremerely25.62%and11.38%amongthe10Fengshuisampleplots.ThemeanJaccardsimilarityandtheBray-Curtissimilarityofspecie
8、sbetweenthearborandherblayerswereonly22.77%and12.12%respectively.3)TherewasnosignificantcorrelationbetweentheareaofFengshuiforestpatchesandthelevelofplantdiversityconservation,andtheimpactofforestpatchareaontheplantscompositionofarborandherblayersinFengshuiforestsisrelativelysmall.【Conclusion】Fengsh
9、uiforestspreservedarichvarietyofplantspeciesandthesizeofforestpatcheshadarelativelysmallimpactontheirplantdiversity,butbecausetheyareisolatedfromeachother,mostofthespeciesintheseforestswererarespecies,andonlyasmallportionoftheseedsdevelopedintoseedlingsonLeizhouPeninsula.Asaresult,communitystability
10、andresistancetodisturbancesarerelativelyweak.Keywords:Fengshuiforest;LeizhouPeninsula;speciesdiversity随着经济发展和人为活动影响加剧(Venteret al.,2016),森林的面积逐渐变小,质量逐渐退化,物种多样性受到了越来越严重的威胁。但是在中国部分村庄附近,存在着一种被称为“风水林(Fengshui收稿日期:2023-05-05;接受日期:2023-08-10基金项目:广东省林业科技创新项目(2018KJCX010);广东省林业局科技项目(2023KJCX001)第一作者Thefirst
11、author.E-mail:;*通讯作者Authorforcorrespondence.E-mail:第3卷第4期陆地生态系统与保护学报Vol.3No.42023 年 8 月TerrestrialEcosystemandConservationAug.2023forest)”的森林,它们仍保存着较原始的植被组成,具有较高物种多样性(Chenet al.,2018)。与中国风水林相似的森林斑块广泛分布于世界各地,有着不同名称,如非洲的教堂林(churchforest)(Wassieet al.,2010)与印度的圣林(sacredforest)(Pradhanet al.,2020)等。中国风水
12、林研究始于植物学家对香港风水林多样性的调查,研究地区主要有广东、福建、广西、浙江、云南、山东、香港等地(Chenet al.,2018;罗旋,2012)。目前广东风水林相关研究主要涉及植物物种调查(武丽琼等,2016;杨期和等,2015)、区系分析(韩维栋等,2017)、群落组成结构(Maet al.,2015)和物种多样性分析(杨期和等,2012;Huet al.,2011;廖宇红等,2008)等。风水林以其较高的物种多样性受到广泛关注,如中国广州 207 个风水林样地中共发现乔灌木植物 368 种 19469 株(Maet al.,2015);非洲埃塞俄比亚的 28 个教堂林中共发现植物
13、168 种(Wassieet al.,2010);位于印度 Ialong 圣林与 Raliang 圣林的样地中分别发现树木 82种 738 株与 80 种 469 株(Upadhayaet al.,2003)。根据 MacArthur 与 Wilson 的岛屿生物地理学理论,在将森林分割成更小更孤立的碎片的过程中(DEon,2002),物种丰富度将会由于灭绝率的增加而下降,而且相对小的碎片下降程度更大(McCoyet al.,1994)。森林破碎化斑块面积减小、斑块间距离增加与斑块边缘增加,会导致依赖森林内部生境的物种数量减少且物种扩散降低(DEon,2002),进而导致种群规模变小、近亲繁殖
14、机率增大(Ibezet al.,2014),最终导致某些物种退出其所属的森林斑块。扩散是指有机体或其繁殖体离开出生地后的迁移或传播,与连续森林相比,存在隔离的森林斑块将限制物种在斑块间的自由扩散,如种子传播(刘金亮等,2019)。岛屿生物地理学理论与集合种群理论都强调了大的栖息地斑块对维持生物多样性的重要性,因为物种丰富度常随斑块面积与连通度增加而增加,许多动植物的保护只有在非常大的保护区才能实施(Arroyo-Rodrguezet al.,2009)。然而,有研究表明,不应忽视较小面积森林斑块的保护价值,特别是在风水林研究中。一项关于中国广东珠江三角洲村落风水林斑块的生物多样性保护价值的研究
15、发现,森林斑块大小与群落的乔木物种丰富度、Shannon-Wiener 多样性指数、Simpson 多样性指数、乔木密度以及胸高断面积无显著相关性,即小的乡村风水林斑块在生物多样性保护方面与大的森林斑块具有可比性(Huet al.,2011)。但在印度 Ghats 关于圣林的研究表明,乔木表现出显著的种面积关系,其斑块面积与乔木的丰富度稀释估计值(rarefiedestimatesvalue)呈显著正相关(Pageet al.,2010)。风水林作为一种特殊森林,受到当地居民的管理影响及不同程度的干扰与保护,常呈破碎化,面积较小,扩散受到限制,却具有较高的生物多样性。因此,还需更多研究来确定物
16、种多样性与森林斑块面积的关系是否在孤立的风水林中表现出来。本研究选取了雷州半岛 10 个风水林,探索作为孤立的小面积森林斑块的风水林植物多样性现状。1材料和方法1.1研究区域雷州半岛位于中国大陆最南端,是我国三大半岛之一,面积达 12470km2。地势平坦,以冲积平原与台地为主,最高海拔为 382m。属亚热带季风气候区,北热带海洋性特色明显,热量、降水丰富,历年年均降水量 13002300mm,510 月多雷阵雨和暴雨,年暴雨日数、年暴雨量与年暴雨强度多年平均值分别为 7.6d、669.7mm 和 87.0mm/d,历年年均温度为 3.522.8,低压、热带风暴、台风登陆影响频繁。陆地以砖红壤
17、或赤红壤、水稻土为主(谢锭淇等,2022;韩维栋等,2017;李福胜等,2012)。1.2研究区域地带性植被概述雷州半岛地处中国北热带区域(朱华,2018),曾保存着非常原始的北热带森林植物群落。根据历史文献,在粤西地区廉江、化州、高州和阳江等地以南的区域(包括雷州半岛),植被属常绿季雨林,植物物种组成分为:1)荔枝(Litchi chinensis)、乌榄(Canarium pimela)、木奶果(Baccaurea ramiflora)群落,2)见血封喉(Antiaris toxicaria)、高山榕(Ficus altissima)、红鳞蒲桃(Syzygium hancei)、土沉香(A
18、quilaria sinensis)群落(广东省植物研究所,1976)。在 19 世纪到 20 世纪前半叶,大多数天然植被逐渐受到破坏;20 世纪后期,由于大炼钢铁与大规模垦殖等因素,雷州半岛历史残存下来的为数不多的天然森林迅速消失(韩维栋等,2014),目前仅剩余小片次生季雨林(韩维栋等,2017),主要为风水林,多分布于村庄周围,孤立、面积小、破碎度高。第4期黄锐洲,等:广东省雷州半岛风水林斑块的植物多样性451.3调查方法在踏查的基础上,选择了 10 个风水林进行调查。选择条件为:1)位于村庄附近;2)呈斑块化;3)保护良好;4)以风水林为中心,500m 内无其他自然森林植被。测量每个风
19、水林的面积,然后在每个风水林中设置 1 个 40m40m 的样地,记录其经纬度信息(表 1)。针对乔木层植物,将样地划分为 4 个 20m20m 的样方,对样方内胸径1cm 的乔木进行每木检尺,记录样方内所有植物的种名与胸径。针对草本层植物,在每个乔木层样地的 4 个 20m20m 样方的原点处设置 1 个 2m2m 的小样方,对样方内所有胸径1cm 与株高1.3m 的植物个体进行每株检尺,记录样方内所有植物个体的种名(兰国玉等,2014)。1.4土壤采集与测定在每个风水林样地内的 3 个均匀分布的取样点,采集 010cm 的土层样品 500g,测定其化学性质(pH 值、有效磷与碱解氮含量),
20、并计算这 3 个指标的均值(表 1)。1.5多样性测度1.5.1群落 多样性计算根据植物物种的相对多度,将所有植物物种划分为优势种(相对多度10%)和稀有种(相对多度1%)(Clarket al.,2008),分别统计丰富度与比例。物种每出现在 1 个样地中,记出现频次为 1。根据每个风水林样地中植物物种出现的频次,统计不同出现频次的植物物种丰富度;统计草本层中记录到的乔木层植物的幼苗丰富度,及其占乔木层植物丰富度的比例。1.5.2群落 多样性计算采用物种相似性指数度量风水林的群落 多样性,其中 Jaccard 相似性指数与 Bray-Curtis 相似性指数分别为二元数据与数量数据的相似性指
21、数。计算风水林 10 个样地的乔木层、草本层以及他们之间的 Jaccard 相似性指数与 Bray-Curtis 相似性指数,计算公式分别为:Jaccard相似性指数:JAC=c/(a+b+c)(1)Bray-Curtis 相似性指数:BC=2jN/(Na+Nb)(2)式中,a、b 为样地 A、B 特有的物种数,c 为 2 个样地共有的物种数;Na、Nb 为样地 A、B 中所有种的多度,jN 为 2 个样地共有种多度的较小者之和(Ricottaet al.,2017)。表1雷州半岛风水林的 10 个样地的基本概况Table1Basicinformationof10sampleplotsinth
22、eFengshuiforestsoftheLeizhouPeninsula样地Sampleplot地点Location经度Longitude纬度Latitude风水林面积AreaofFengshuiforest/hm2土壤pH值SoilpH-value有效磷含量Availablephosphoru/(mgkg1)碱解氮含量Alkali-hydrolyzablenitrogen/(mgkg1)1龙门镇足荣村109.940575 20.61915652.65.672.65261.112龙门镇停趾村110.034656 20.6456564.04.525.45125.143龙门镇湖口村110.042
23、244 20.6485504.44.646.86138.954龙门镇坡仔村110.020139 20.6595252.15.044.61159.665龙门镇那利村110.009861 20.6676751.05.994.04118.676雷高镇木棉村110.230336 20.8281115.94.713.08359.887雷高镇题桥村110.247111 20.7623312.44.6233.17290.628南兴镇黄排村110.113019 20.8023171.44.2358.66180.599调风镇赤尾村110.302939 20.7605941.54.3010.95115.8610下
24、桥镇石板村110.235772 20.5527832.54.035.70327.5246陆地生态系统与保护学报第3卷1.6数据统计与分析采用一元线性回归方法(Kabacoff,2015)分析物种丰富度与物种出现频次的相关关系;采用置换检验的方法获得R2的P 值,置换检验在R 中使用ape 包的lmorigin 完成(Legendreet al.,2009;Andersonet al.,1999)。采用主成分分析(principalcomponentanalysis,PCA)(Kabacoff,2015)对群落乔木层与草本层的科、属、种的丰富度与种多度 8 个指标进行综合排序,评估其生物多样性保
25、存水平,排序得分越高,群落多样性的保存水平越高,其中所使用的 8 个指标采用 Z-Scores 标准化以消除纲量差异。采用 Pearson 积差相关关系与 Spearman 等级相关关系分析方法(Kabacoff,2015)评估风水林斑块面积与群落多样性保存水平的相关关系。采用层次分割(Laiet al.,2022)分析风水林斑块面积、土壤 pH 值、有效磷与碱解氮含量(表 1)对乔木层与草本层群落多样性组成的影响的相对重要性,其中物种多度矩阵使用 Hellinger 转化以消除极端值的影响并减少高丰度物种的权重(刘尧等,2023)。2研究结果2.1风水林的 多样性在 10 个风水林样地中共保
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