5種毛竹林下植物組成及多樣性分析

5種毛竹林下植物組成及多樣性分析

毛竹phylostachyspubens林是中國南方重要的森林資源。福建省是毛竹主產(chǎn)區(qū)之一。毛竹具有生長快、產(chǎn)量高、用途廣、可持續(xù)性強的特點,是經(jīng)濟價值很高的筍、材兩用竹種。近年來福建大力開發(fā)利用毛竹,使經(jīng)營者獲得較高的經(jīng)濟回報。但長期以獲取最大經(jīng)濟效益為目的,忽視毛竹林生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定作用,致使毛竹林結(jié)構(gòu)單一、生態(tài)系統(tǒng)脆弱、林地水土流失加劇等問題突顯出來,影響毛竹林的可持續(xù)經(jīng)營。我國森林面積和蓄積持續(xù)增長,人工林保存面積和蓄積分別達0.62億hm2和9.61億m3。在人工林發(fā)揮著其不可代替的木材生產(chǎn)功能的同時,越來越多的研究開始關(guān)注其在生物多樣性方面的效應(yīng)以及相應(yīng)的生態(tài)功能的發(fā)揮及可持續(xù)性。多樣性是森林可持續(xù)經(jīng)營的一個重要目標,林下植物作為森林群落的重要組成部分,在保持水土、促進森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、維護群落的生物多樣性和穩(wěn)定性以及揭示植物演替特征等方面具有獨特的功能和作用。2012年7月~8月,本研究針對福建將樂國有林場毛竹林進行植物多樣性調(diào)查研究,以分析不同林分類型毛竹林灌草植物的物種多樣性特征,為今后福建西北部丘陵地區(qū)毛竹林植物恢復(fù)、森林的可持續(xù)經(jīng)營以及充分發(fā)揮毛竹林的生態(tài)效益提供一定的科學(xué)依據(jù)。1閩西北低丘陵地帶研究區(qū)位于福建省將樂國有林場,東經(jīng)117°05′~117°40′,北緯26°26′~27°04′。研究區(qū)地處武夷山脈東南麓、金溪河畔,為閩西北低丘陵地帶,平均海拔在400~800m之間,最高海拔1203m,最低海拔140m。年平均氣溫18.7℃,年平均降水量1669mm,年平均蒸發(fā)量1204mm,霜期72d,無霜期287d,氣候溫和,土層深厚肥沃,以紅壤為主,并分布有黃紅壤,適宜培育以杉木Cunninghamialanceolata、馬尾松Pinusmassoniana為主的用材林和鄉(xiāng)土珍貴樹種。2學(xué)習(xí)方法2.1調(diào)查材料和方法在研究區(qū)內(nèi)選取6毛竹4杉木、8毛竹2杉木、7毛竹3木油桐Verniciafordil、10毛竹、9毛竹1樟樹Cinnamomumamphora5種毛竹林進行對比研究。每種類型選擇標準地,設(shè)置20m×20m喬木樣方,在每個喬木樣方四周設(shè)置4個5m×5m灌木樣方,同時在每個灌木樣方內(nèi)設(shè)置1個2m×2m草本樣方,一共72個樣方。喬木調(diào)查喬木種類、株數(shù)、胸徑、樹高、冠幅、郁閉度、竹度;灌木(包括幼樹幼苗)和草本調(diào)查植物種名、株數(shù)、高度和蓋度。另外,對每個樣地測其海拔、經(jīng)緯度、坡向、坡度、坡位、土壤類型。各樣地的基本情況見表1。2.2多樣性指數(shù)計算公式根據(jù)調(diào)查結(jié)果,分析不同毛竹林下灌木層、草本層的物種組成和數(shù)量特征。根據(jù)公式:灌草重要值=(相對多度+相對蓋度+相對頻度)/300,計算每一類型下灌木層、草本層的重要值;采用廣泛使用的多樣性指數(shù)Simpson指數(shù)、Shannon-Weiner指數(shù)、均勻度指數(shù)Pielou指數(shù)、Gini指數(shù)、物種豐富度指數(shù)Patrick指數(shù)和相似性指數(shù)Sorensen指數(shù),比較和評價α多樣性差異。Simpson指數(shù)計算公式為;Shannon-Weiner指數(shù)計算公式為;Pielou指數(shù)計算公式為Jsw=H′/lnS;Gini指數(shù)計算公式為Jsi=DS/(1-1/s);Patrick指數(shù)計算公式為Dp=S(式中S表示物種數(shù);Pi表示種i的概率);Sorensen指數(shù)計算公式為Cs=2c/(a+b)(式中a和b分別是兩群落各自的物種數(shù),c為兩群落的共有物種數(shù))。每一類型毛竹林的各項物種多樣性指數(shù)進行了方差檢驗(ANOVA)和差異顯著性檢驗(p=0.05水平)。3結(jié)果與分析3.1優(yōu)勢種和多種植物種類組成5種毛竹林灌草層植物組成如表2(僅部分植物)所示。5種毛竹林灌木層共有102種植物,草本層共有121種植物。毛竹純林、6毛竹4杉木、7毛竹3木油桐、8毛竹2杉木和9毛竹1樟樹灌木植物層各有34、38、47、46和14種,草本層植物各有53、34、47、39和24種。灌木層中7毛竹3木油桐物種數(shù)最多,9毛竹1樟樹最少,除9樟樹1毛竹外,毛竹純林物種數(shù)小于其他類型毛竹林。草本層中毛竹純林物種數(shù)最多,9毛竹1樟樹最少,毛竹純林物種數(shù)大于混交林。從物種組成來看,灌木層中剛竹、粗葉榕、豆腐柴,草本層中五節(jié)芒、淡竹葉、烏蕨等植物為5種毛竹林下共存種,說明這些植物是福建西北丘陵地區(qū)毛竹林下常見種。5種毛竹林下植物物種的相對重要值如表2(僅部分植物)所示。如果以10%作為優(yōu)勢物種判定標準,可以看出毛竹純林灌木優(yōu)勢種為烏飯樹、粗葉榕,草本優(yōu)勢種為淡竹葉。6毛竹4杉木灌木優(yōu)勢種為剛竹,草本優(yōu)勢種為芒萁、鋸蕨、五節(jié)芒。7毛竹3木油桐灌木優(yōu)勢種為剛竹,無草本優(yōu)勢種。8毛竹2杉木灌木優(yōu)勢種為顯齒蛇葡萄,草本優(yōu)勢種為芒萁、五節(jié)芒。9毛竹1樟樹灌木優(yōu)勢種為剛竹、粗葉榕,草本優(yōu)勢種為玉葉金花、狗脊蕨。3.2林下植物物種多樣性5種毛竹林灌草層物種多樣性指數(shù)如表3所示。不同類型毛竹林下的植物物種多樣性有差異。灌木層物種豐富度指數(shù)最小的是9毛竹1樟樹(p<0.0.5),其他4種類型差異不顯著;Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最小的也是9毛竹1樟樹(p<0.0.5),其他4種類型差異不顯著;Simpson多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Gini均勻度指數(shù)差異均不顯著。草本層物種豐富度指數(shù)較大的是7毛竹3木油桐、毛竹純林;Simpson多樣性指數(shù)較小的是6毛竹4杉木、8毛竹2杉木;Shannon-Wiener多樣性指數(shù)較大的為7毛竹3木油桐、毛竹純林;Pielou均勻度指數(shù)較小的是6毛竹4杉木、8毛竹2杉木;Gini均勻度指數(shù)最小的是9毛竹1樟樹(p<0.0.5),其他4種類型差異不顯著?？傮w來看,灌木層物種多樣性指數(shù)最高是7毛竹3木油桐,最低是9毛竹1樟樹。草本層物種多樣性指數(shù)最高為7毛竹3木油桐,最低是8毛竹2杉木。綜合分析,在福建西北丘陵地毛竹林中,7毛竹3木油桐的林下植物物種多樣性最高。福建西北丘陵地毛竹林的灌草層物種多樣性指數(shù)均值如表4所示。物種豐富度指數(shù)是草本層>灌木層,Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Gini均勻度指數(shù)均為灌木層>草本層。物種豐富度指數(shù)的大小受取樣面積的影響較大,在本研究中灌木層與草本層的取樣面積不一致,可能影響了灌木層、草本層的物種豐富度指數(shù)的大小。總體來看,福建西北丘陵區(qū)毛竹林的物種多樣性為灌木層>草本層。3.3種毛竹林種間的相似性5種毛竹林間共有種及相似系數(shù)比較指數(shù)如表5所示。10毛竹和8毛竹2杉木、10毛竹和7毛竹3杉木相似系數(shù)為0.5257、0.4235,其他毛竹林間相似系數(shù)較一致,為0.2~0.4,總體來看,福建西北丘陵地毛竹林分間有著較大的差異性。9毛竹1樟樹與其他模式毛竹林的差異最為突出。Sorenson指數(shù)描述了群落間相似程度。從理論上分析,在自然狀態(tài)下的一定尺度空間范圍內(nèi),生態(tài)環(huán)境相同或相似,林分建群種一致,其林內(nèi)植物應(yīng)有較高的相似性和較多的共有種。本研究中不同毛竹林差異較大,說明林分結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,毛竹林的林分結(jié)構(gòu)有待進一步優(yōu)化調(diào)整。4毛竹林生物群落物種組成及多樣性的區(qū)域差異福建西北丘陵地毛竹林灌木層共有102種植物,草本層共有121種植物,不同毛竹林的灌木層物種數(shù)為14~47,草本層為24~53。不同毛竹林的灌草物種多樣性指數(shù)也表現(xiàn)出一定的差異性,其中灌木層物種多樣性指數(shù)最高是7毛竹3木油桐,最低是9毛竹1樟樹;草本層物種多樣性指數(shù)最高為7毛竹3木油桐,最低是8毛竹2杉木。總體上7毛竹3木油桐的林下植物物種多樣性最高。5種毛竹林間相似系數(shù)較一致,為0.2~0.4,各毛竹林間有著較大的差異性。從林下植物物種組成和多樣性來看,5種毛竹林存在較大差異。對比彭志等對安徽省毛竹林下植物物種多樣性的研究,表明閩西北丘陵地與安徽省毛竹林下植物物種組成差異明顯。本研究中毛竹林下植物種類較多,但多為耐陰或較耐陰、喜溫暖濕潤的植物,比如剛竹、蕨類植株等,這與福建西北丘陵地肥沃濕潤的土壤立地條件相適宜。這也說明毛竹林內(nèi)物種雖是豐富的,但較大部分物種是脆弱的,該結(jié)論與張剛?cè)A等對不同類型毛竹林植物物種多樣性研究結(jié)論基本相同。毛竹林灌木層中喬木的幼樹幼苗數(shù)量較多,可以推測,灌木層的植物物種組成及結(jié)構(gòu)與喬木的林分結(jié)構(gòu)、林分密度有密切關(guān)系。灌木層和草本層是人工林群落的主要成分,其組成和結(jié)構(gòu)反映了該種人工生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特點,也反映了人工生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)特點。因此,毛竹林灌草植物物種組成與結(jié)構(gòu)可以作為毛竹林生態(tài)環(huán)境恢