雄安新区不同营建模式下城市森林群落更新特征_王琬璐.pdf
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1、第 46 卷第 1 期2023 年 1 月河 北 农 业 大 学 学 报JOURNAL OF HEBEI AGRICULTURAL UNIVERSITYVol.46 No.1Jan.2 0 2 3雄安新区不同营建模式下城市森林群落更新特征王琬璐,董 丽,杨文婷(北京林业大学 园林学院,北京 100083)摘要:森林更新是影响森林生态系统生长演替的关键因素,也是表征森林健康状况的重要指标。本研究以雄安新区 3 种典型营建模式下的城市森林为研究对象,对比雄安新区不同营建模式植物群落林木层及林下更新层物种组成及多样性特征,研究雄安新区城市森林群落更新特征,并分析林分结构对城市森林更新的影响,为雄安新
2、区城市森林营建提供理论依据与数据支撑。结果表明:物种组成上,林木层共计树种 22 科 41 属 55 种,林下更新层共计树种 11 科 17 属 19 种,其中发现 16 种树种可以进行自我更新;小斑块混交林的林下更新层物种多样性指数显著高于另外两种营建模式;林下更新层更新密度大小依次为大斑块混交林小斑块混交林行列式混交林。分析了 6 个林分结构因子与 5 个更新特征指数之间的相关关系,结果表明林下更新层物种丰富度(Sr)、Shannon-Wiener 指数(Hr)、Pielou 均匀度指数(Er)及更新密度(RD)受到了郁闭度(CD)的显著影响,且随着郁闭度增加,物种多样性提升;Sr、Hr、
3、Er受平均冠幅(AC)的显著影响,随着平均冠幅增大,物种丰富度提升;人为干扰程度(DI)与 Hr呈显著负相关关系,限制了更新层物种多样性状况。综上,雄安新区不同营建模式的群落更新状况有所差异,小斑块混交林的更新状况最好;群落更新特征对物种生态特性、群落结构变化的响应不同,林木层种源、CD、AC、DI 是影响研究区群落更新的主要因子。关 键 词:雄安新区;城市森林;营建模式;群落更新;林分结构中图分类号:S718.5 开放科学 OSID(资源服务)标识码:文献标志码:ARegeneration characteristics and influencing factors of urban fo
4、rest communities under different construction modes in Xiongan New AreaWANGWanlu,DONGLi,YANGWenting(School of Landscape Architecture,Beijing Forestry University,Beijing 100091,China)Abstract:Forest regeneration is a key factor influencing the growth and succession of forest ecosystems and is an esse
5、ntial indicator of forest health.This study compared the species composition and diversity of the understorey and regeneration layer of the Xiongan New Area plant community under three typical construction modes,and investigated the regeneration characteristics of the urban forest community in Xiong
6、an New Area,followed by analysis of the influence of stand structure on the regeneration of the urban forest,providing a theoretical basis and data support for the establishment of the urban forest in the Xiongan New Area.A total of 22 families,41 genera and 55 species of trees were found in the tre
7、e layer,and a total of 11 families,17 genera and 19 species of plants were found in the understorey where 16 species were found to be self-renewing.Species diversity index of the 收稿日期:2022-03-07基金项目:北京市科技计划项目(D171100007117001);北京林业大学建设世界一流学科和特色发展引导专项(2019XKJS0320).第一作者:王琬璐(1997),女,硕士研究生,研究方向为园林植物与园林
8、生态.E-mail:通信作者:董 丽(1965),女,博士,教授,研究方向为园林植物应用、植物景观规划设计、园林生态效益及生态修复.E-mail:本刊网址:http:/文章编号:1000-1573(2023)01-0037-08DOI:10.13320/ki.jauh.2023.000638第 46 卷河 北 农 业 大 学 学 报understorey of the small patch mixed forest was significantly higher than the other two construction modes.The regeneration density o
9、f understorey decreased in sequence of large patch mixed forest,small patch mixed forest and determinant mixed forest.Further,analysis was performed on the correlation between the regeneration characteristic indexes and stand structure factors in Xiongan New Area.The results showed that the canopy d
10、ensity(CD)was significantly positively correlated with species richness(Sr),Shannon-Wiener index(Hr),Pielou evenness index(Er)and regeneration density(RD)in the understorey,and the species diversity increased with the increase of CD.The average crown(AC)affecter Sr,Hr and Er significantly,and the sp
11、ecies richness elevated with the increase of AC.The disturbance intensity(DI)was significantly and negatively correlated with Hr that limited the species diversity status of the regeneration layer.Therefore,the community regeneration of different construction modes was different in Xiongan New Area,
12、and the small patch mixed forest demonstrated the best regeneration status.The community regeneration characteristics responded differently to the changes in species ecological characteristics and community structure,and the main factors limiting the community regeneration of this area included seed
13、 source of the tree layer,CD,AC and DI.Keywords:Xiongan New Area;urban forest;construction mode;community regeneration;stand structure随着城市化的不断发展与城市规模的日益扩大,生态环境问题日渐突出。在自然生态系统高度破碎化甚至缺失的城市环境中,城市森林不仅能改善环境,更是城市生态安全的关键支撑1-2。构建健康稳定的城市森林生态系统,保护城市生物多样性,促进城市可持续发展,是现代人居生态环境建设的重要内容3。雄安新区作为“生态优先、绿色发展”的城市建设试点,以“尊
14、重自然生命,营造近自然森林”为城市森林营建理念4,更加突出城市可持续发展的新需求。不同于大多数精细养护的城市绿地,城市森林以“近自然栽植、低维护管理”的理念而营建,以期形成稳定健康的城市森林生态系统。在自然森林生态系统中,森林天然更新充分依靠自然的力量实现森林生态系统的自我恢复与演替,通过影响群落结构、种群生存与繁衍等5-6,培育出生物多样性水平和生态质量较高的自然森林,对于营建健康、可持续发展的近自然城市森林具有重要借鉴意义。因此,本研究参考自然森林群落更新与演替规律,探索“低维护”背景下如何通过遵循城市森林自然生长规律与适度人为干预相结合的方式,打造可伴随雄安新区共同成长的“千年秀林”,更
15、好地促进城市森林生态系统的稳定与可持续发展。以往对森林更新的研究主要以天然林分为研究对象,对城市森林更新的研究相对较少7-8,主要集中在物种多样性、种群结构、空间分布格局和影响因素等方面9-11。其中,对城市森林更新的影响因素研究中,主要关注环境因子、土壤理化性质、林下植被的影响12-13,对于林分结构对城市森林更新的影响研究相对较少,而林分结构作为城市森林营建与管理过程中最易调控的因子,直接决定着林下光照强度、土壤理化性质、水分等生态因子,进而对更新层幼苗的生长产生重要影响14-15,是城市森林健康可持续发展的关键因子之一。本文选取雄安新区城市森林3种典型营建模式,对比研究不同营建模式城市森
16、林植物群落林木层及更新层物种组成、多样性特征及更新密度差异,讨论分析林分结构因子对群落更新的影响,以期为后续提高雄安新区城市森林天然更新能力、建设健康可持续的城市森林提供理论依据与实践基础。1 研究地概况与研究方法1.1 研究地概况研究区域位于河北省保定市雄县、容城、安新及周边区域,地处太行山以东平原区,属暖温带季风型大陆性半湿润半干旱气候,地带性植被类型属暖温带落叶阔叶林带,但原生植被由农作物所取代,主要以栽培作物为主。2017 年雄安新区启动了“千年秀林”建设,打造以近自然林为主的城市森林体系。随着“千年秀林”城市森林建设项目的推进,树木种类逐渐增多,阔叶树种主要有:栾树(Koelreut
17、eria paniculata)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、元宝槭(Acer truncatum)、银杏(Ginkgo biloba)等;针 叶 树 种 主 要 有 侧 柏(Platycladus orientalis)、圆柏(Juniperus chinensis)、油松(Pinus tabuliformis)等。1.2 研究方法1.2.1样地设置及调查方法选取已建成一定规39第 1 期王琬璐,等:雄安新区不同营建模式下城市森林群落更新特征方式,主要树种有油松、银杏、槐(Styphnolobium japonicum)、圆柏等;行列式混交林造林混交小班面积约为 10
18、hm2,采用曲线放样、5 6 个树种株行间混交的栽植方式,主要树种有栾树、北美 海 棠(Malus American)、丝 棉 木(Euonymus maackii)、山桃(Amygdalus davidiana)等。模的、生境条件基本一致的 3 种不同营建模式下雄安新区典型城市森林地块作为调研样地(表 1)。其中,小斑块混交林单位斑块面积约为 0.5 hm2,各斑块采用 4 6 个树种株间混交的近自然栽植方式,主要树种有油松、元宝槭、白蜡树(Fraxinus chinensis)、银杏等;大斑块混交林单位斑块面积约为 1 hm2,各斑块采用 1 2 个树种散点式的栽植表 1 样地概况Tabl
19、e 1 Sample plot characteristics营建模式 Construction mode地块名称Site name建成时间/年 Completion time平均胸径/cm ADBH平均株高/mATH林分密度/(株hm-2)SD郁闭度CD小斑块混交林雄安新区 9 号地块一区造林项目示范林20189.775.021 8710.68大斑块混交林雄安新区 9 号地块一区造林项目非示范林201811.455.441 8540.52行列式混交林10 万亩苗景兼用林建设项目第五标段20187.644.312 1420.41通过系统取样与典型取样法相结合的方式,依据各研究样地特点进行样点布
20、置。对小斑块混交林与大斑块混交林通过统一的经纬网格,结合斑块面积大小,小斑块混交林采用70 m70 m精度的网格,共设置样点 42 个,大斑块混交林采用 100 m100 m 精度的网格,共设置样点 46 个,以小斑块混交林为例(图 1)。对行列式混交林采用典型取样法进行样点布置,每个造林混交小班随机设置23个样点,共设置 52 个样点。部分样点根据实际情况进行增设与位置调整。图 1 小斑块混交林样点设置示意图Fig.1 Sample set of small patch mixed forest1.2.2 调查方法 2021 年 710 月开展野外调查。在各个样地以各样点为中心设置面积为 2
21、0 m20 m的标准样方为乔木样方,由于调研样地灌木较少,因此不单独设置灌木样方。在标准样方中心及 4 个角点处布置 1 m1 m 的正方形小样方为草本样方。采用法瑞学派群落调查法进行调查16,根据垂直结构目测分层,鉴定植物名称,记录林木层各层植物以及林下更新层木本植物实生幼苗的种类、高度、盖度、生长状况等信息。同时,结合走访调查与实地观测,记录样方人为干扰状况。依据研究区实际人为干扰场景,制定分级标准,划定各样方人为干扰程度并赋值(表 2)。1.2.3 数据处理 根据野外调查数据,用以下公式计算植物群落各层植物物种重要值、物种丰富度(S)、Shannon-Wiener 指数(H)、Pielo
22、u 均匀度指数(E)、Simpson 指数(D)。乔木重要值(IVtr)=(相对多度+相对显著度+相对频度)/3灌木及草本重要值(IVsh)=(相对多度+相对盖度+相对频度)/3物种丰富度:S=出现在样方内的物种数Shannon-Wiener 多样性指数:H=-Si=1PilnPiPielou 均匀度指数:E=HlnSSimpson 指数:D=1-Si=1P2i式中:Pi为物种 i 的重要值,S 为物种数目。所有数据通过 Excel2016 进行初步整理,采用 IBM SPSS Statistics23 软件进行单因素方差分析(One-way ANOVA),并使用 Duncan 新复极差法进行
23、差异显著性检验(P0.05)。林分结构因子与林下更新特征的关系采用 Pearson 相关系数法进行相关性分析。运用 Origin2021 进行绘图。40第 46 卷河 北 农 业 大 学 学 报表 2 雄安新区城市森林人为干扰程度分级标准Table 2 Classification standard of disturbance intensity of urban forest in Xiongan New Area人为干扰等级Disturbance intensity主要干扰因子Main disturbance factors干扰场景Disturbance situation特征值Valu
24、e轻度干扰人为踩踏、除草基本无人进入群落;偶有除草,0 1 次/年1中度干扰人为踩踏、除草、树木移栽或补植偶有人进入群落;除草 2 3 次/年;样方内树木移栽或补植 1 2 棵2重度干扰人为踩踏、除草、树木移栽或补植人为踩踏频繁;除草频繁,每年大于 4 次;样方内树木移栽或补植 3 5 棵3严重干扰树木移栽或补植、施工作业样方内树木移栽或补植 6 棵及以上;施工作业车辆碾压42 结果与分析2.1 雄安新区不同营建模式城市森林物种构成特征2.1.1 林木层物种构成特征 雄安新区 3 种营建模式城市森林林木层物种共 22 科 41 属 55 种,其中乔木层树种 19 科 33 属 47 种,灌木层
25、树种 6 科 7 属 8种。含 5 种及以上的优势科为蔷薇科(6 属 12 种)、无患子科(3 属 5 种)、豆科(5 属 5 种)、松科(2属 5 种)。在物种来源上,本次调查结果共有乡土树种 22 科 40 属 53 种,外来树种 2 科 2 属 2 种,外来树种占比 3.64%。其中,小斑块混交林共记录到林木层树种 19 科 32 属 39 种,其中乔木层树种 16科 26 属 33 种,灌木层树种 5 科 5 属 6 种,在物种来源上,外来树种占比 5.13%;大斑块混交林共记录到林木层树种 13 科 18 属 21 种,其中乔木层树种12 科 16 属 19 种、灌木层树种 2 科
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