格氏栲天然林群落结构特征及多样性分析.pdf
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1、西北林学院学报2 0 2 3,3 8(4):4 4-5 0J o u r n a l o f N o r t h w e s t F o r e s t r y U n i v e r s i t y d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 1-7 4 6 1.2 0 2 3.0 4.0 6格氏栲天然林群落结构特征及多样性分析 收稿日期:2 0 2 2-0 6-0 1 修回日期:2 0 2 2-1 2-1 5 基金项目:中央高校基金本科研业务费专项(B L J D 2 0 0 9 0 7)。第一作者:李宸钟。研究方向:森林结构与生长模型模拟。E-m a i l:1
2、5 3 6 4 6 4 8 8 6 61 6 3.c o m*通信作者:王新杰,硕士生导师。研究方向:森林结构与生长模型模拟。E-m a i l:x i n j i e wb j f u.e d u.c n李宸钟,李淑静,王新杰*(北京林业大学 林学院,北京 1 0 0 0 8 3)摘 要:为了解不同立地条件下格氏栲天然林群落结构与物种多样性之间的耦合关系,对福建三明格氏栲自然保护区内不同坡位、坡向下格氏栲群落进行研究。结果表明,试验区共记录到植被9 4种,隶属于4 7科7 5属。乔木层个体生长状况在下坡位阳坡较好,灌草层的盖度随坡位的升高而降低,坡向对更新层植被生长影响较大。下坡位林下物种多
3、样性指数更高,且乔木层植被生长特征值越大,林下植被物种多样性指数越大。冗余分析(R D A)表明,群落物种多样性的高低同时受到地形因子和群落结构的影响。与单因素方差分析结果一致,相比于坡向,坡位对群落结构和多样性的影响更大。关键词:坡位;坡向;群落结构;物种多样性;格氏栲天然林中图分类号:S 7 1 8.5 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 1-7 4 6 1(2 0 2 3)0 4-0 0 4 4-0 7C o mm u n i t y S t r u c t u r e a n d D i v e r s i t y A n a l y s i s o f C a s t a n o
4、p s i s k a w a k a m i i N a t u r a l F o r e s tL I C h e n-z h o n g,L I S h u-j i n g,WA N G X i n-j i e*(C o l l e g e o f F o r e s t r y,B e i j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y,B e i j i n g 1 0 0 0 8 3,C h i n a)A b s t r a c t:T o u n d e r s t a n d t h e c o u p l i n g r e l a
5、 t i o n s h i p b e t w e e n c o mm u n i t y s t r u c t u r e a n d s p e c i e s d i v e r s i t y o f C a s t a n o p s i s k a w a k a m i i n a t u r a l f o r e s t u n d e r d i f f e r e n t s i t e c o n d i t i o n s,w e s t u d i e d t h e C.k a w a k a m i i c o m-m u n i t i e s a t
6、d i f f e r e n t s l o p e p o s i t i o n s a n d a s p e c t s i n S a n m i n g N a t u r e R e s e r v e,F u j i a n P r o v i n c e.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t a t o t a l o f 9 4 v e g e t a t i o n s p e c i e s b e l o n g i n g t o 4 7 f a m i l i e s,7 5 g e n e r a w e r e r
7、e c o r d e d i n t h e s t u d y a r e a.T h e i n d i v i d u a l g r o w t h i n d e x o f t r e e l a y e r r e a c h e d t h e m a x i m u m i n t h e l o w e r s l o p e a n d s u n n y s l o p e d i-r e c t i o n,t h e c o v e r a g e o f s h r u b a n d h e r b l a y e r d e c r e a s e d w
8、i t h t h e i n c r e a s e o f s l o p e p o s i t i o n,a n d t h e s l o p e d i-r e c t i o n h a d g r e a t i n f l u e n c e o n t h e v e g e t a t i o n g r o w t h o f r e g e n e r a t i o n l a y e r.T h e s p e c i e s d i v e r s i t y i n d e x i n d o w n s l o p e p o s i t i o n w
9、a s h i g h e r.T h e b e t t e r o f t r e e l a y e r v e g e t a t i o n,t h e g r e a t e r t h e s p e c i e s d i v e r s i t y i n d e x o f u n d e r s t o r y v e g e t a t i o n.R e d u n d a n c y a n a l y s i s(R D A)s h o w e d t h a t s p e c i e s d i v e r s i t y w a s r e l a t e
10、d t o t o p o g r a p h-i c f a c t o r s a n d c o mm u n i t y s t r u c t u r e,w h i c h w a s c o n s i s t e n t w i t h t h e r e s u l t s o f o n e-w a y ANOVA:t h e e f f e c t o f s l o p e p o s i t i o n o n c o mm u n i t y s t r u c t u r e a n d d i v e r s i t y w a s g r e a t e r
11、t h a n t h a t o f s l o p e a s p e c t.K e y w o r d s:s l o p e p o s i t i o n;a s p e c t;c o mm u n i t y s t r u c t u r e;s p e c i e s d i v e r s i t y;C a s t a n o p s i s k a w a k a m i i n a t u r a l f o r e s t 原始天然林是我国所有森林类型中最为理想的林分,在维持生物多样性、涵养水源、固碳释氮以及维持森林的可持续发展等方面有着巨大的现实意义。丰富的生物
12、多样性和复杂稳定的群落结构对天然林发挥其生态功能起着关键作用。物种多样性是衡量生物多样性最基本的单位从物种组成及其分布状况对某生态区的群落物种丰富度和群落结构稳定性做出评价。T i l m a n等1研究证明,生态系统的时间稳定性随着物种多样性的增加而增加。马文静等2也证明物种多样性与生态系统之间存在正向效应。地形因子的变化在很大程度上决定着植物群落的结构与多样性。坡位、坡向作为重要的立地因子,从不同程度上调节林内光照、水分、土壤养分3-6等因素来影响地上植被的生长发育,从而影响植物群落类型及物种分布7,达到调整森林群落结构与物种多样性的目的。因此,探究群落结构、物种多样性与地形因子之间的耦合
13、关系,通过适当的经营手段对森林群落各指标进行调整,对提高天然林的物种多样性,促进林分天然更新具有重要意义。格氏 栲(C a s t a n o p s i s k a w a k a m i i),又 名 吊 皮锥,壳斗科栲属的常绿阔叶乔木,在1 9 8 4年就被列入珍稀濒危保护植物级。我国除福建三明格氏栲自然保护区内有一片近纯林状态的格氏栲天然林外,即使在森林保存较好的山区该树种也很罕见。目前,对该区格氏栲的研究多集中于林窗更新8-9、凋落物养分1 0、种苗关系1 1-1 2方面,而有关多样性、群落结构以及立地因子间的耦合关系未见报道。因此,为了明确格氏栲天然林群落结构与植物多样性随立地变化
14、的规律,本研究通过调查该区不同坡位、坡向下各层次植被个体生长特征、林分特征与群落内物种丰富度、均匀度等多个方面,分析不同层次间植被生长与分布状况,以此来揭示格氏栲天然林群落结构、物种多样性对立地因子的响应机制,从而更有效地保护和利用我国这一特有种质资源。1 材料与方法1.1 研究区概况格氏栲天然林位于福建三明市西南方2 0余k m处,坐标为1 1 7 2 8 E,2 6 1 0 N,海拔1 8 06 2 0 m。该 地 区 年 平 均 温 度1 9.5,气 温 跨 度 从-5.5 4 0,年平均降雨量约1 7 0 0 mm,属于典型的中亚热带季风型气候。土层营养元素丰富,凋落物腐殖质较厚,土系
15、多为红壤与暗红壤,水肥条件良好1 7。林分整体为高度郁闭,树体通直,林下植被丰富,群落类型多样。该区域内格氏栲天然林形成于1 4 0 a前,自然资源丰富,主要伴生树种有木荷(S c h i m a s u p e r b a)、杜 英(E l a e o c a r p u s d e c i p i-e n s)、马 尾 松(P i n u s m a s s o n i a n a)、闽 楠(P h o e b e b o u r n e i)、润楠(M a c h i l u s n a n m u)、米槠(C a s t a n o p-s i s c a r l e s i i)等;
16、林下植被主要有 山血丹(A r d i s i a p u n c t a t a)、菝葜(S m i l a x c h i n a)、棕竹(R h a p i s e x-c e l s a)、毛鳞省藤(C a l a m u s t h y s a n o l e p i s)、华山姜(A l p i n i a c h i n e n s i s)、芒萁(D i c r a n o p t e r i s d i c h o t o-m a)及酸藤子(E m b e l i a l a e t a)等。1.2 样地设置与调查本研究于2 0 2 1年8月在福建三明格氏栲自然保护区进行踏查
17、,在进行全面踏查的基础上,选择具有代表性且避开人为干扰较大的区域,采用典型取样法在下、中、上坡位的阳坡与阴坡各设置方形样地4块,每块面积为2 0 m2 0 m。所有样地以西南角为原点,东西、南北方向分别设为X、Y轴进行每木检尺。其中,胸径5 c m乔木定树牌并记入乔木层,胸径5 c m的乔木挂树签后记入更新层,调查内容包括树种名称、胸径(更新层为地径)、树高、冠幅、生长状况、相对坐标等。每块样地四角及中心设置面积为5 m5 m的灌木样方,记录样方内灌木物种名称、株(丛)数、盖度等因子。每个灌木样方四角及中心再设置1 m1 m草本样方,调查因子与灌木层相同(图1)。其他基本情况因子调查包括经纬度
18、、海拔、坡位、坡向、郁闭度等基本信息(表1)。表1 样地概况T a b l e 1 G e n e r a l s t a t u s o f t h e p l o t s样地号郁闭度海拔/m坡位坡向1-40.8 52 2 0LS H5-80.8 52 2 0LS U9-1 20.7 53 4 0MS H1 3-1 60.7 83 5 0MS U1 7-2 00.8 55 1 0HS H2 1-2 40.8 05 2 0HS U 注:L为下坡位;M为中坡位;H为上坡位,S H为阴坡;S U为阳坡。下同。图1 样方布设位置示意F i g.1 T h e d i a g r a m o f t
19、h e p o s i t i o n s o f q u a d r a t s i n a s a m p l e p l o t1.3 计算公式1.3.1 重要值 重要值=(相对多度+相对显著度/相对盖度+相对频度)/31 31.3.2 物种多样性 选择S h a n n o n-W i e n e r多样性指数(H)、S i m p s o n优势度指数(Ds)、物种丰富度指数(R)、P i e l o u均匀度指数(J)对群落内所有调查物种分层(乔木层、灌木层、草本层、更新层)计算S h a n n o n-W i e n e r指数H=-pil npi(1)S i m p s o
20、n指数Ds=1-p2i(2)物种丰富度指数R=S(3)54第4期李宸钟 等:格氏栲天然林群落结构特征及多样性分析P i e l o u均匀度指数J=-pil npi/l nS(4)式中:Pi为第i个物种的数量与所有物种总数量之比;S为样方中物种总数。1.3.3 群落结构 群落结构包括植被个体生长特征与林分特征两方面。个体生长特征指标包括乔木树高、胸径(地径)、冠幅;林分特征指标包括各层次植被密度以及灌草层盖度。1.3.4 冗余分析(R D A)将坡位、坡向,以及群落结构各指标定义为环境变量,坡位和坡向用数字表示。下、中、上位坡分别为1、2、3,阳坡、阴坡分别为4、5。1.4 数据分析用E x
21、c e l 2 0 1 6和S P S S 2 6对 数 据 进 行 统 计 分析。采用单因素方差分析法(o n e-w a y ANOVA)和最小显著差异法(L S D)对不同地形因子间各层次植被进行差异性检验(=0.0 5),植物多样性、群落结构及立地因子间的耦合关系采用R 3.6.3中冗余分析(R D A),选择贡献较大的解释变量进行分析。2 结果与分析2.1 坡位和坡向对格氏栲群落物种组成及重要值的影响2.1.1 物种组成 研究区域内共记录到植物9 4种,隶属于4 7科7 5属,壳斗科、山茶科、樟科、杜英科、紫金牛科占比较大。其中,更新层物种组成最为丰富,其次为草本层。乔木层物种在上坡
22、位阴坡分类最丰富,灌草以及更新层在中坡位阳坡最多。整体上讲,除更新层外,其余各层次物种在同一坡位不同坡向间物种丰度差别不大(图2)。F为科;G为属;S为种;T r e e为乔木层;U p d a t e为更新层;S h r u b为灌木层;H e r b为草本层。下同。图2 不同坡位、坡向各层次物种科属种分类F i g.2 C l a s s i f i c a t i o n o f s p e c i e s f a m i l i e s,g e n e r a a n d s p e c i e s a t d i f f e r e n t s l o p e p o s i t i
23、 o n s a n d a s p e c t s2.1.2 重要值 不同坡位、坡向下各层次物种重要值排名前5的物种见表2,优势种的重要值随立地因子的改变均发生改变。随坡位的上升,格氏栲的相对多度逐渐减小,在下坡位重要值最大。同坡向随坡位的升高格氏栲的重要值均减小,除下坡位外,同一坡位上阳坡格氏栲重要值更大。对于更新层来讲,中坡位格氏栲重要值最大。更新层物种组成丰富,竞争机制更为复杂。优势树种虽然变化不明显,但在不同坡位之间重要值均有所变化。对于坡向来说,同坡位格氏栲重要值基本没有变化。润楠、杜英、木荷在群落更新层中占比较大,重要值较高。草本层各物种重要值随坡位变化比较大,华山姜作为优势树种
24、地位突出,说明其生境适应性较强。立地的改变对灌木层影响较小,优势种差别不明显,山血丹和菝葜排于前2位,且在上坡位仅调查到这两种灌丛植被,物种组成较单一。重要值靠后的部分物种在群落中作为从属植物,对林分稳定性有着重要作用。2.2 坡位和坡向对格氏栲群落结构的影响经调查发现,福建三明格氏栲自然保护区乔木层和更新层个体生长特征在不同坡位和坡向上存在差异。就 坡位来讲,乔 木 层 的 胸 径(D B H)、高 度(H)、冠幅(C)均在下坡位最大,且与中、上坡位存在显著性差异,不同坡向之间没有显著性差异。林分密度下坡位最小,这与样地内乔木层胸径有关。更新层对坡向的响应大于乔木层,阳坡植被的更新树高与冠幅
25、优于阴坡,中坡位阴坡的更新情况较差。这是因为格氏栲是一种慢生树种1 4,在幼苗期又具有喜光特性,对光照较敏感,阳坡的生长状况会稍好。灌木层的盖度与密度以及草本层的盖度均随坡位的上升逐渐减小,上坡位显著低于下、中坡位。单因素方差结果表明(表3),坡向的改变仅在更新层表现出影响,其余各层次群落结构指标在下坡位的表现优于上坡位。因此,坡位对群落结构的影响大于坡向,坡位与坡向的交互作用对乔木植被的影响大于灌草。2.3 坡位和坡向对林下物种多样性的影响单因素方差结果表明(表4),不同坡位间灌草植被的H和Ds存在显著性差异,J只在草本层有显著性差异,R没有表现出显著性差异。不同坡向间灌草植被各多样性指数均
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