紫金山馬尾松楓香混交林多樣性研究?

陳 霞 湛 斌 朱 軍 趙 宸 關(guān)慶偉

1 南京市中山陵園管理局 南京 210014

2 南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院 南京 210037

城市森林作為城市綠地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是城市生態(tài)系統(tǒng)中最重要的初級(jí)生產(chǎn)者。對(duì)凈化城市空氣質(zhì)量、調(diào)節(jié)小氣候、保持水土、提高城市人居環(huán)境、維持城市生態(tài)系統(tǒng)多樣性及可持續(xù)發(fā)展有不可替代的作用。然而由于許多人類(lèi)活動(dòng)的干擾，導(dǎo)致城市植物多樣性減少，城市生態(tài)系統(tǒng)也遭受了一定程度的破壞，其生態(tài)服務(wù)功能大大降低，現(xiàn)在城市大多呈現(xiàn)出郊區(qū)向城市中心植物多樣性遞減的趨勢(shì)。

紫金山作為典型的城市森林，是重要的植物群落研究基地之一。近年來(lái)，安樹(shù)青等[1]的調(diào)查研究顯示紫金山靈谷寺森林多樣性指數(shù) (Simpson指數(shù)和Shannon－Wiener指數(shù))的變化較為緩慢。而劉茂松等[2]最近的研究顯示靈谷寺森林50多年來(lái)的多樣性指數(shù)存在波動(dòng)，但目前尚未發(fā)現(xiàn)多樣性指數(shù)有明顯的上升或下降趨勢(shì)。盡管近年來(lái)，有關(guān)城市森林多樣性的研究較多，但是以往的研究大多數(shù)采用樣線(xiàn)法、樣帶法并用空間序列代替時(shí)間序列，缺乏科學(xué)性和系統(tǒng)性，與已被國(guó)際公認(rèn)最精確可靠的大樣地方法[3－4]相比存在明顯差距。因此本研究以紫金山馬尾松楓香混交林為對(duì)象，采用已被國(guó)際公認(rèn)為最精確可靠的大樣地方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)查和采集，并結(jié)合Simpson指數(shù)、Shannon－Wiener指數(shù)等多樣性指數(shù)進(jìn)行綜合分析，旨在了解其植物多樣性和種群更新?tīng)顩r，以期為紫金山森林的科學(xué)管理和經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)。

1 研究地概況

紫金山位于南京東郊， 東經(jīng) 118°48′24″～118°53′04″，北緯 32°01′57″～32°16′15″， 東西長(zhǎng) 7.1 km，南北寬6.7 km，總面積3 008.8 hm2，主峰海拔高度448.9 m[5－6]。紫金山屬亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡地帶，具有北亞熱帶氣候特征，寒暑變化明顯，降水豐富，全年日照2 213 h，年均溫15.4℃，7月平均最高27.7℃，1月平均最低2.2℃[5－6]。土壤以黃棕壤為主，酸性至微酸性。紫金山植被跟氣候一樣明顯地反映出植被類(lèi)型的過(guò)渡性，有北方溫帶植被類(lèi)型，也有南方亞熱帶植被類(lèi)型，是典型地帶性植被類(lèi)型的落葉、常綠闊葉混交林。植物資源較豐富，喬木、灌木、藤本及草本共有113科600種以上。主要的建群種及伴生種成分中，針葉樹(shù)有馬尾松 (Pinus massoniana Lambert)等，常綠闊葉樹(shù)有欏木石楠 (Photinia davidisoniae Rehder＆Wilson)、冬青 (Ilex chinensis Sims)等，落葉闊葉樹(shù)有栓皮櫟 (Quercus variabilis Blume)、楓香 (Liquidambar formosana Hance)等[7]。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查方法

本研究采用實(shí)地踏查的方法，在紫金山森林深處選取了最能代表紫金山馬尾松楓香混交林植被類(lèi)型及其物種多樣性的1塊大樣地，海拔185 m，坡向西，坡度18°。為了便于統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)的各種生活型的植物，還在樣地內(nèi)布設(shè)樣方和樣格。根據(jù)樣地的大小和形狀，把它分成25個(gè)20 m×20 m的樣方。再把每個(gè)樣方分為4個(gè)樣格，用于統(tǒng)計(jì)喬木層 (胸徑大于或等于5.0 cm)和喬木更新層 (胸徑小于5.0 cm的幼樹(shù))中的樹(shù)種。在每個(gè)樣方的頂角和正中心 (樣方內(nèi)4個(gè)樣格的交匯處)設(shè)置2 m×2 m的小樣格，用于統(tǒng)計(jì)草本和灌木。

在每個(gè)樣格中為胸徑大于等于5.0 cm的喬木釘上鋁合金樹(shù)號(hào)牌，并記錄其樹(shù)種、胸徑、樹(shù)高、冠幅和相對(duì)于樣地原點(diǎn)的坐標(biāo)，同時(shí)記錄幼樹(shù)更新情況。對(duì)于灌木和草本，分別記錄其種類(lèi)、蓋度等。

2.2 重要值

植物群落中的喬木，重要值的計(jì)算公式如下:

2.3 多樣性指數(shù)

本研究選用的2個(gè)多樣性指數(shù)為Simpson指數(shù)和 Shannon－Weiner指數(shù)[8－10]。 具體計(jì)算公式見(jiàn)表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 物種組成分析

馬尾松樣地共記錄喬木1266株，分別屬于41種，含榆科、樟科、薔薇科、殼斗科等共計(jì)26科，山胡椒屬、櫻屬、刺楸屬、冬青屬等共計(jì)37屬。樣地中，個(gè)體數(shù)較多的喬木樹(shù)種如圖1。

馬尾松楓香混交林樣地共記錄灌木1395株，分別屬于19種，含馬鞭草科、豆科、山茶科、茜草課等共計(jì)15科，懸鉤子屬、豆腐柴屬、鼠李屬、安息香屬等共計(jì)17屬。樣地中，個(gè)體數(shù)較多的灌木如圖2。

表1 多樣性指數(shù)說(shuō)明

圖1 馬尾松楓香混交林主要喬木

圖2 馬尾松楓香混交林主要灌木

馬尾松楓香混交林樣地共記錄草本1 856株，分別屬于26種，含禾本科、堇菜科、唇形科、蕨科等共計(jì)14科，茜草屬、野青茅屬、鳳尾蕨屬、酢漿草屬等共計(jì)25屬。樣地中，個(gè)體數(shù)較多的草本如圖3。

圖3 馬尾松楓香混交林主要草本

3.2 喬木層重要值分析

通過(guò)計(jì)算相對(duì)密度、相對(duì)頻度和相對(duì)優(yōu)勢(shì)度，得出重要值如表2所示。

在馬尾松楓香混交林植物群落中，盡管馬尾松的數(shù)量不及楓香，但馬尾松的優(yōu)勢(shì)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他樹(shù)種，主要原因是馬尾松的胸徑一般較大，使其在相對(duì)優(yōu)勢(shì)度上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。因此，馬尾松為本植物群落的建群種，楓香為亞優(yōu)勢(shì)種，欏木石楠、山胡椒、樸樹(shù)和糙葉樹(shù)等為伴生種，故稱(chēng)此片林地為馬尾松楓香混交林。

3.3 多樣性指數(shù)分析

分別計(jì)算馬尾松楓香混交林樣地中的喬木層、灌木層和草本層的 Simpson指數(shù)和 Shannon－Weiner指數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表3。

分析表3，可以得出3種生活型中，喬木層的多樣性指數(shù)最高，其次是草本層，最低的是灌木層。Simpson指數(shù)和Shannon－Weiner指數(shù)對(duì)多樣性大小的描述一致，但Shannon－Weiner指數(shù)之間的差異更明顯。

3.4 徑級(jí)結(jié)構(gòu)分析

徑級(jí)結(jié)構(gòu)是植物群落穩(wěn)定性和生長(zhǎng)發(fā)育狀況的重要指標(biāo)[11]。樣地內(nèi)胸徑≥5cm的樹(shù)木的總胸高斷面積為21.89 m2，喬木最大胸徑為58.6 cm。樣地內(nèi)所有個(gè)體的徑級(jí)分布 (以2 cm等級(jí)排列)呈現(xiàn)倒 “J”形 (圖4)，具有典型的復(fù)層異齡混交林特征，表現(xiàn)出群落穩(wěn)定的狀態(tài)。

根據(jù)對(duì)部分優(yōu)勢(shì)種徑級(jí)結(jié)構(gòu)的分析 (圖5－7)，各樹(shù)種的徑級(jí)結(jié)構(gòu)可歸納為2種類(lèi)型:1)峰型 (中徑級(jí)個(gè)體儲(chǔ)備型):此類(lèi)物種為喬木上層優(yōu)勢(shì)種，其徑級(jí)結(jié)構(gòu)類(lèi)似于正態(tài)分布，個(gè)體主要集中在中徑級(jí)，小徑級(jí)與大徑級(jí)則相對(duì)較少，如馬尾松的徑級(jí)分布呈峰型，表現(xiàn)出衰退的趨勢(shì)；2)倒 “J”型 (正常型):此類(lèi)物種為喬木中層

的優(yōu)勢(shì)種，徑級(jí)結(jié)構(gòu)的形狀類(lèi)似于倒置的 “J”字，以5 cm≤胸徑＜7 cm的個(gè)體數(shù)最多，并隨著胸徑的增加個(gè)體數(shù)量逐步下降，如楓香和樸樹(shù)。

表2 馬尾松楓香混交林喬木層重要值表 (前20種)

表3 馬尾松楓香混交林的多樣性指數(shù)

圖4 全部喬木徑級(jí)結(jié)構(gòu)

圖5 馬尾松徑級(jí)分布圖

圖6 楓香徑級(jí)分布圖

圖7 樸樹(shù)徑級(jí)分布圖

4 結(jié)論

在馬尾松楓香混交林樣地中共記錄植物86種，分別屬于薔薇科、殼斗科、豆科、禾本科等共計(jì)49科，山胡椒屬、女貞屬、櫻屬、懸鉤子屬等共計(jì)77屬。喬木層中多度較大的有楓香、馬尾松、欏木石楠、山胡椒、樸樹(shù)等；灌木層中多度較大的有蓬蘽、老鴉柿、六月雪、山莓、大青等；草本層中多度較大的有藎草、天葵、苔草、鱗毛蕨、堇菜、麥冬等。3種生活型中，喬木層的多樣性指數(shù)最高，其次是草本層，最低的是灌木層，它們的Simpson指數(shù)和Shannon－Weiner指數(shù)分別為 0.900 3，0.667 5，0.830 7和 3.887 8，2.247 7， 2.888 6。

從徑級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)看，群落整體屬于穩(wěn)定增長(zhǎng)型。其中，建群種馬尾松屬于穩(wěn)定的中徑級(jí)個(gè)體儲(chǔ)備型，楓香和樸樹(shù)等屬于穩(wěn)定增長(zhǎng)型。從群落總體來(lái)看，樣地內(nèi)所有個(gè)體分布較為隨機(jī)。但從單一種群來(lái)看，它們的密度分布都在水平方向上呈現(xiàn)一定的變化，具體的變化規(guī)律還有待進(jìn)一步研究。前人研究發(fā)現(xiàn)，森林功能多樣性的實(shí)現(xiàn)可通過(guò)近自然森林經(jīng)營(yíng)[12]，以促進(jìn)林分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)而提高林分多樣性和系統(tǒng)穩(wěn)定性[13－14]。因此，應(yīng)首先考慮改善林分空間結(jié)構(gòu)，使其形成多樹(shù)種的復(fù)層、異齡混交林結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)樹(shù)種進(jìn)行合理配置，以促進(jìn)該林分各林層多樣性的提高，從而提高城市森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能多樣性。

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