朱 盈，陈志敏，李梓霖，刘泽琴，曹裕松



井冈山大学校园湿地松人工林植物多样性研究

朱 盈，陈志敏，李梓霖，刘泽琴，*曹裕松

(井冈山大学生命科学学院，江西，吉安343009)

植物多样性对于区域生态平衡和生态功能的维护以及生物资源的可持续性有重要意义。湿地松()是我国南方丘陵区主要的造林树种，具有显著的经济效益，且发挥着维护生态环境的重要作用。本试验对井冈山大学校园湿地松人工林的植物多样性进行研究，结果表明湿地松人工林的植物物种有37种，Margalef物种丰富度指数(12.302 ± 1.450)与江西省吉安县湿地松人工林的物种多样性丰富度指数相近，Shannon-Wiener多样性指数(0.444 ± 0.219)和Simpson多样性指数(0.972 ± 0.011)均低于相同气候区湿地松人工林植物多样性指数，说明试验区湿地松人工林群落结构单一，不利于植物群落的稳定和正常生态功能的发挥。应合理配置一些阔叶树种来形成异龄混交林结构，以提高植物多样性、系统稳定性及生态系统服务功能。

湿地松；物种丰富度；植物多样性；多样性指数

生物资源，特别是植物资源提供了人类赖以生存和发展的基础，植物多样性是维护区域生态平衡和生态功能的重要因素，生物多样性的变化会导致生态系统的生产力、营养循环和稳定性出现相应的改变[1]。由于人类活动加剧和生境片段化，致使世界上物种灭绝速率已达到地质时代的5次大绝灭时的程度[3]，植物多样性的保护和明智利用引起科学家们的关注[4-5]。保护和拯救植物多样性具有重大的生态学理论价值，而且对于维持地球环境和资源的可持续性有重要意义[6]，也是实现可持续发展的迫切需要[3]。

湿地松（）树干通直圆满，具有适应性强、净初级生产力高和较强的抗虫性强等特点[7]，是我国南方丘陵区景观绿化、速生丰产用材及短轮伐期工业原料造林的主要树种之一，具有显著的经济效益，而且发挥着维护生态环境的重要作用[8]。湿地松林下植被作为森林生态系统的一个重要组成部分，在维护生物多样性、生态功能稳定性、促进养分循环和增加生物生产力等方面发挥着独特的功能和作用。但由于人为干扰和自然生态因素的影响，林下植被极度贫瘠，形成了“远看青山在，近看水土流”的绿色沙漠现象[9]。

由于人工林的林相简单，其林下植被对森林生产力的提高、土壤养分循环的改善、土壤微生物生物量和土壤酶活力的增加、维护森林生物多样性等各项生态功能均具有非常重要的意义[10-12]。目前林下植物多样性的研究主要集中在阔叶林[13-16]，针叶林的研究则相对较少[17]，而对湿地松林下植物多样性的研究极其缺乏，目前仅见周会萍等[18]报道了江西吉安市不同类型湿地松林下植被群落特征和组成及物种多样性，杨清培等[8]研究了红壤丘陵区湿地松林下灌木层物种组成。本试验以井冈山大学校园湿地松人工林为对象，对其林下植物多样性进行研究，以期为湿地松人工林生态系统结构的完善和生态功能的维持提供数据参考。

1　材料与方法

1.1 样地概况

研究地位于江西省吉安市青原区井冈山大学校园内(27°06'36.1"N，115°02'02.5"E)，试验区地处北半球中纬度地区，属中亚热带，受寒暖气流的交替影响，形成亚热带季风湿润气候，四季分明。春季湿润阴凉多雨，夏季炎热湿润，是降水集中的季节，秋季先湿后干，冬季寒冷干燥，全年无霜期长，年平均气温为18.5℃，年平均最高气温为23℃，年平均最低气温为14℃，出现在1月。样地坡度为23°，植被类型为湿地松人工林，森林郁闭度高，地表湿润，凋落物层薄。

1.2 研究方法

样地中设置3个面积为30 m×30 m的样方，分别位于音乐厅北侧(样方1，记为P1)、丹桂路南侧(样方2，记为P2)和十栋教学楼东侧(样方3，记为P3)。采用样方调查法测定并记录乔木层植物名称、高度、冠幅和胸径。每个样方内设置3个5 m×5 m的小样方，测定并记录灌木层植物名称、高度、冠幅和地径。同时设置3个1 m×1 m的小样方，测定并记录草本层植物名称、平均高度和盖度。

根据物种多样性指数的应用现状和对植物群落多样性的反映能力，选取了四种多样性指数来对数据进行综合分析[19-23]，植物多样性分析采用辛普森多样性(Ds)和香农一维纳多样性指数(H)，植物丰富度采用Margalef指数(D)，植物均匀度采用的是Pielou植物均匀度指数(E)。计算公式如下：

Shannon-Wiener多样性指数：H = -∑PilnPi

Simpson多样性指数：D = 1-∑Pi2

Pielou均匀度指数：E = H/lnS

Margalef丰富度指数：R = (S-1)/lnN

式中：Pi = Ni/N；Ni为第i个种的个体数；N为所有物种个体总数；S为样地内所有植物物种数。

2 结果分析

2.1 植物物种丰富度

对植物组成进行分析可看出，井冈山大学湿地松人工林的植物物种有37种，分属于33科，34属(表1)，其中乔木4种、灌木19种、草本植物7种、层间植物6种。乔木以湿地松、马尾松和枫香为主，是样地植物群落的优势种，林下植物是亚热带气候区常见的物种，多数是自然演替出现的，也有少数植物（如宝巾、橙子）是由人为带进的种子发育而来，常绿植物与落叶植物的比值为1：1.176，乡土树种占总树种种类的100%，未发现外来入侵植物。草本植物较少，主要是淡竹叶和蕨类植物，偶见海金沙和扇叶铁线蕨。

表1 井冈山大学湿地松人工林植物物种组成

Table 1 Composition of plant species inplantation in Jinggangshan University

调查样地各个样方中物种数差异较大，平均物种为25种，物种最多的样方中发现30种植物，物种丰富度指数为13.362，而最少的样方中仅有19种植物，物种丰富度为10.251。各样方中林下植被物种组成也有较大差异，样方P1中以黄栀子、梅叶冬青、红叶石楠为主，样方P2中以小叶冬青和油茶为主，而样方P3中林下植物以油茶为主。

2.2 植物多样性指数

植物多样性指数分析结果见表2，可以看出，湿地松人工林整体的植物多样性指数极低，其中Shannon-Wiener多样性指数H = 0.444 ± 0.219，Margalef物种丰富度指数D = 12.302 ± 1.450，Simpson多样性Ds= 0.972 ± 0.011，说明湿地松人工林植物种类偏低，不利于植物群落的稳定和正常生态功能的发挥。

表2 井冈山大学湿地松林植物多样性指数

Table 2 Plant species diversity index inplantation in Jinggangshan University

植物的均匀度指数极其低下(E = 0.143 ± 0.075)，说明植物组成中优势种占优势，其他种类的植物数量极少。实地调查的统计数据也证实了这一点。在3个样方内，均以枫香()、马尾松()和湿地松的植株数最多，枫香分别占样方中植物总数的7.368%、13.514%和12.766%，马尾松分别占样方中植物总数的14.737%、12.162%和10.638%，湿地松植物数量最多(分别占样方中植物总数的7.368%、14.865 %和14.894%)。同时由于乔木层植株冠幅大、郁闭度高，导致林下植被均匀度低下，例如样方P1中，黄栀子和梅叶冬青分别占样方中植物总数的8.421%和9.474%，而部分种类植物数量仅1株，如构树()、海桐()、六月雪()等。

3 讨论

湿地松纯林外貌深绿，林冠整齐而连续，形成基本郁闭的冠层，致使林下植被简单。井冈山大学湿地松人工林的植物物种有37种，分属于33科，34属，与江西红壤丘陵区湿地松林下植被物种数相比较属于较低水平。杨清培等[8]对江西红壤丘陵区经过10余年自然更新后的湿地松林研究发现，湿地松林下植被恢复迅速，仅灌木物种就有69种，远高于本研究的实验结果。王芸等[23]研究发现南方红壤区湿地松人工林有155 种植物，隶属66 科118 属，显著高于本研究的实验结果。壳斗科、山茶科和樟科这些可能发展成为亚热带顶极植物群落的植物种[24]稀少，说明井冈山大学湿地松人工林灌层群落结构简单，正处在一个物种随机组合而不稳定的初级阶段，生态功能不完善。

湿地松人工林改变物种组成使群落单一化的能力比马尾松人工林更强[23]。王芸等[23]的研究结果也证实我国南方红壤区湿地松人工林在维持区域群落结构功能上劣于本地种马尾松人工林。本试验区在种植湿地松之前是马尾松林，但在湿地松人工林中仅存少数几棵马尾松植株，这是由于在相同立地条件下，湿地松比马尾松生长更快，其光合速率是马尾松的1.5 倍左右[7]，并且林分郁闭度更高，导致马尾松退出森林生态系统，加剧了群落结构的单一化。

植物物种多样性是衡量森林恢复过程中群落变化的重要指标[25]，植物物种多样性越高的森林生态服务功能和抗干扰能力越高[26-28]。本研究结果显示湿地松人工林Shannon-Wiener多样性指数为0.444，低于江西省吉安县不同类型湿地松人工林(1.4592 ~ 3.9809)[18]，也低于相同气候区中国科学院鹤山丘陵区综合试验站湿地松人工林植物多样性指数(3.23)[7]。Margalef物种丰富度指数为12.302，与江西省吉安县湿地松人工林的物种多样性丰富度指数相近，Simpson多样性指数分别为0.972，高于江西省吉安县不同类型湿地松人工林(0.6056 ~ 0.9338)[18]。这说明湿地松人工林的结构简单和光能利用率不高，导致森林生态服务功能和抗干扰能力低下。我们建议通过间伐或择伐方法来改善林分空间结构，因地制宜地补植一些地带性阔叶树种，并合理配置树种，以形成多层次、多树种的异龄混交林结构，进而提高植物多样性和系统稳定性以及生态系统服务功能。

致谢：井冈山大学生命科学学院周兵博士、邓贤兰博士在植物群落调查中给予指导，井冈山大学生命科学学院环境科学2012级本科生和生物科学专业2016级本科生在植物群落调查中提供了帮助，特此致谢。

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PLANT DIVERSITY INPLANTATION IN JINGGANGSHAN UNIVERSITY

ZHU Ying, CHEN Zhi-min, LI Zi-lin, LIU Ze-qin,*CAO Yu-song

(School of Life Science, Jinggangshan University, Ji’an, Jiangxi 343009, China)

Plant diversity is of great significance for maintaining regional ecological balance and ecological functions and for sustainability of biological resources. As a main afforestation tree species in the hilly region in Southern China,has created significant economic benefits and plays an important role in maintaining the ecological environment. In this experiment, the plant diversity underplantation in Jinggangshan University was studied. The results showed that there were 37 species of plant in the plantation. Margalef species richness index (12.302 ± 1.450) is close to that inplantations in Ji'an County, Jiangxi Province. Shannon-Wiener diversity index (0.444 ± 0.219) and Simpson diversity index (0.972 ± 0.011) were respectively lower than that inplantations in the same climate zone, which indicated that the structure of the plantation was single and is not conducive to the stability of plant communities and the development of normal ecological functions. To enhance plant diversity, system stability and ecosystem services of the plantation, some broad-leaved trees should be allocated reasonably in it to form a mixed forest structure with different-age trees.

; species richness; plant diversity; diversity index

Q948.15+7

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2018.06.020

2018-09-08；

2018-10-06

国家自然科学基金项目(31360138); 国家973计划项目子课题项目(2014KFW004); 江西省自然科学基金项目(20142BAB204005)

朱 盈(1997-)，女，海南海口人，井冈山大学生命科学学院环境科学专业2015级本科生(E-mail:940498300@qq.com);

陈志敏(1995-)，女，江西上饶人，井冈山大学生命科学学院环境科学专业2015级本科生(E-mail:1792469806@qq.com);

李梓霖(1998-)，女，甘肃酒泉人，井冈山大学生命科学学院生物科学专业2016级本科生(E-mail:1263833958@qq.com);

刘泽琴(1996-)，女，贵州毕节人，井冈山大学生命科学学院生物科学专业2016级本科生(E-mail:1363795221@qq.com);

*曹裕松(1978-)，男，江西瑞昌人，副教授，博士，主要从事植物生态学与土壤微生物研究(E-mail: 504905934@qq.com).

1674-8085(2018)06-0106-05