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不同类型群落下闽楠的生长与植物物种多样性分析*

2021-05-27陈富强程欣欣李仕裕徐叶秋慧邢福武王发国

林业与环境科学 2021年2期
关键词:乌桕吴茱萸冠幅

陈富强 程欣欣 洪 维 李仕裕徐 蕾 叶秋慧 邢福武 王发国

(1. 广东省龙眼洞林场,广东 广州510520;2.仲恺农业工程学院 园艺园林学院,广东 广州 510225;3. 中国科学院华南植物园/广东省应用植物学重点实验室,广东 广州 510650)

闽楠Phoebe bournei 是樟科楠属的常绿乔木,高可达20 m,胸径达2.5 m,树干端直,树冠浓密,树皮淡黄色,呈片状剥落,为中国特有,国家二级保护植物,主要集中分布在我国华南地区,并多生于海拔1 000 m 以下的常绿阔叶林中[1]。闽楠的木材具有淡黄色,清香细腻,质地优美,断面有更多亮点或金线的特征。它被用作高端建筑,高端家具和珍贵工艺品的材料,是楠木的一种。不仅如此,闽楠还具有较高的观赏价值,是著名的庭园观赏和城市绿化树种[2],因此市场需求持续增长。但是,由于近年来人为干扰和盗伐破坏,楠木的资源急剧减少。

随着人们对楠木在木材使用和景观美化中的价值的认识不断提高,闽楠的人工繁育和种植近期引起了社会的极大关注和投资。目前,已有关于闽楠的地理分布、空间分布、自然更新、人工林天然更新等方面的相关研究[3-7]。然而,关于闽楠生长情况与不同类型群落的关系,以及植物物种多样性方面的研究少有报道。本研究于2008 年开始,通过对不同类型群落进行闽楠造林比较试验,并对它们的生长情况进行比较分析,为闽楠在合适的群落生长提供理论基础,为闽楠人工造林提供科学依据,并进一步研究闽楠林下植物物种组成与多样性的关系,以推进人工育林。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于广东省广州市龙眼洞林场筲箕 窝 工 区, 地 理 坐 标 为113°20′~113°27′E,23°11′~23°18′N,位 于 海 洋 性 亚 热 带 季 风 气 候带,年平均气温为21.8℃,其中最高月平均气温29.6℃(7 月),最低月平均气温13℃(1 月)。年降雨量为1 760 mm,雨季集中在4—9 月,年平均日照1 820~1960 h。母岩为花岗岩和砂岩。土壤属红壤,pH 值为4.75~5.20,透水性良好[8]。2008年于龙眼洞林场筲箕窝工区造林,主要造林树种包括闽楠、樟树Cinnamomum camphora 和红锥Castanopsis hystrix。

1.2 研究方法

2020 年5 月,在龙眼洞林场试验地山乌桕Triadica cochinchinensis-闽楠群落(群落Ⅰ)、樟树-山乌桕-闽楠群落(群落Ⅱ),分别设置16 块10 m×10 m 的样方;在闽楠-楝叶吴茱萸Tetradium glabrifolium 群落(群落Ⅲ)中,设置10块10 m×10 m 的样方。分别对各个类型群落的闽楠和其他乔木进行每木调查,分别测量出树高、胸径、冠幅等,灌木和草本则计算出其数量。通过计算求出优势乔木的树高、胸径、冠幅等的平均值。

1.3 数据处理

1.3.1 重要值计算[9]重要值=(相对显著度+相对频度+相对多度)/3

相对多度=(某种植物的个体数/所有种个体数总和)×100%

相对频度=(某种植物的频度/所有种的频度总和)×100%

相对显著度=(某种植物胸高断面积/所有种胸高断面积总和)×100%

1.3.2 物种多样性计算 本文采用物种丰富度(Margalef)指数、物种多样性(Shannon-Wiener)指数、物种优势度(Simpson)指数、物种均匀度(Pielou)指数4 类指标[10]。

式中:S 为物种数目,P 为第i 个种的个体数占所有种个体数的比例。

2 结果与分析

2.1 不同类型群落下闽楠生长对比

根据野外样方调查以及数据整理,闽楠的生长指标如下表1。

从表1 可知,群落Ⅲ闽楠树高最大值为9 m,平均值6.42 m,均高出群落Ⅰ和群落Ⅱ。群落Ⅰ中闽楠最大树高为11.5 m,是全部群落中的最大值,但平均树高为5.08 m,低于群落Ⅲ20.9%。群落Ⅱ中的闽楠树高的最大值和平均值均最小,分别是8、3.89 m,平均值低于群落Ⅲ39.4%。闽楠在不同类型群落的树高的生长情况有差异,在群落Ⅲ闽楠树高生长较快。方差分析表明闽楠树高的生长在不同类型群落表现出极显著差异(P<0.01)。

群落Ⅰ和群落Ⅲ中闽楠胸径最大值一样,均为10 cm,而群落Ⅱ中的最大值为10.5,3 个群落相差不大。群落Ⅲ中闽楠的平均胸径最大,为5.67 cm。群落Ⅰ闽楠平均胸径4.09 cm,低于群落Ⅰ的27.8%,高于群落Ⅱ的23.4%。群落Ⅱ中的闽楠平均胸径最小,是3.13 cm,低于群落Ⅲ44.7%。闽楠在不同类型群落的胸径的生长情况有差异,在群落Ⅲ闽楠胸径增长较快。方差分析表明闽楠胸径的大小在不同类型群落表现出极显著差异(P<0.01)。

群落Ⅲ闽楠东西平均冠幅为2.58 m,南北平均冠幅为2.56 m,均高出群落Ⅰ和群落Ⅱ。群落Ⅱ冠幅最小,东西平均冠幅为1.96 m,南北平均冠幅为2.02 m。

由此分析,可得出结论:闽楠在群落Ⅲ中生长情况最好,平均树高达6.42 m、平均胸径达5.67 cm、东西平均冠幅达2.58 m、南北平均冠幅达2.56 m。

2.2 不同类型群落的植物物种组成及重要值分析

根据调查以及资料整理,3 大类型群落的物种组成如下图1,重要值排名如下表2,不同群落下主要建群种生长情况比较如表3。

群落Ⅰ中出现97 种植物,隶属81 属,48 科。其中乔木层有16 科,26 属,28 种。山乌桕为第一建群种,其重要值为36.93%。闽楠为第二建群种,重要值为20.40%;三桠苦Melicope pteleifolia、山苍子Litsea cubeba、鹅掌柴Schefflera heptaphylla 的重要值分别为9.9%、5.87%、3.97%,在群落中占重要地位。另外在灌草层中,也有87 种,如短穗鱼尾葵Caryota mitis、潺槁木姜子Litsea glutinosa、金毛狗Cibotium barometz、曲轴海金沙Lygodium flexuosum 等植物。

群落Ⅱ中出现85 种植物,隶属75 属,46科。其中乔木层有14 科,23 属,23 种。樟树、山乌桕、闽楠为主要建群种。樟树排名第一,重要值为26.66%,山乌桕紧跟樟树其后,重要值为24.69%,闽楠为第三建群种,重要值为19.83%。另外在灌草层中,也有76 种,如假鹰爪Desmoschinensis、假苹婆Sterculia lanceolata、钳唇兰Erythrodes blumei、芒萁Dicranopteris pedata 等植物。

表1 不同类型群落中闽楠生长Table 1 Growth of Phoebe bournei in different types of communities

图1 不同类型群落物种科属种组成Figure 1 Composition of families, genera and species of different types of communities

表2 不同类型群落主要物种重要值Table 2 Analysis of important values of main species in different types of communities

群落Ⅲ中出现40 种植物,隶属38 属,29科。其中乔木层中有10 科,15 属,15 种。闽楠的重要值为22.23%,为该群落的第一建群种。楝叶吴茱萸的重要值为16.9%,为第二建群种,山乌桕为第三建种群,重要值为12.90%。另外在灌草层中,也有33 种,如三桠苦、薇甘菊Mikania micrantha、玉叶金花Mussaenda pubescens、马缨丹Lantana camara、细圆藤Pericampylus glaucus等植物。

由数据分析得,3 个群落中物种科属种数表现为:群落Ⅰ>群落Ⅱ>群落Ⅲ,群落Ⅰ物种表现出较高的多样性,群落密度较高,山乌桕、闽楠占主导地位;群落Ⅱ物种数稍低,但群落密度较高,樟树、山乌桕、闽楠占主导地位;群落Ⅲ物种数最低,仅40 种,群落密度低,较为稀疏,乔木占比少,闽楠占主导地位。

2.3 不同群落中主要建群种生长对比分析

根据上面各群落物种组成和重要值情况,进一步对各群落中主要建群种(表3)生长情况进行分析。

群落Ⅰ为12 年前种植,群落类型为闽楠纯林,处于整个大样地的中间位置,海拔中等,土壤层较厚。由于闽楠生长缓慢,被后来生长过快的山乌桕超越。在群落Ⅰ中山乌桕的平均树高、胸径、冠幅和最大单株均比闽楠的大,可见在后来的生长发育中,山乌桕取代了闽楠,成为群落的第一建群种。

群落Ⅱ为12 年前种植,群落类型为闽楠、樟树混交林,位于山脊,处于整个样地的海拔最高位置,土壤层较薄。经过12 年的生长发育,可发现山乌桕的平均树高、平均胸径皆为最大,闽楠的最小,樟树处于中间。经过群落的演替与发展,樟树生长优于闽楠,可见闽楠的生长速度慢于樟树,且环境要求较高。

群落Ⅲ处于整个大样地的最低位置,海拔最低,土壤层最厚。通过对闽楠、楝叶吴茱萸的生长对比,发现楝叶吴茱萸、山乌桕的平均树高、平均冠幅、平均胸径均远远大于闽楠,几乎为两倍。由于林分较为稀疏,较少竞争树种影响楝叶吴茱萸和闽楠的混交生长,使彼此更好地利用阳光等资源,相互促进,生长更好。

2.4 各群落闽楠生长分析

通过对各群落中闽楠生长、物种组成、重要值、群落主要建群种生长进行分析,闽楠的生长优劣如下。

从群落密度分析,群落Ⅲ乔木密度为1 140 株/hm2,是3 个群落中密度最小的。群落Ⅰ的乔木密度最大,为4 056 株/hm2,物种的科属种数也是最高,但闽楠的生长却没有群落Ⅲ的好,可见适当的乔木密度有助于闽楠的生长,密度过高资源竞争激烈反而会抑制。

从群落物种重要值分析,在群落Ⅰ中,随着植物生长的演替,山乌桕逐渐取代了闽楠,成为群落的第一建群种,闽楠为第二建群种,山乌桕的生长远好于闽楠;在群落Ⅱ中,樟树、山乌桕分别为第一、第二建群种,闽楠为第三建群种;在群落Ⅲ中,闽楠为第一建群种,生长也是在3个群落中最好。可见,当闽楠在群落中处于第一竞争优势时,生长最好。

表4 不同类型群落植物多样性统计Table 4 Plant diversity statistics of different types of communities

从建群种数量以及密度分析,在群落Ⅰ中,建群种有两个,即山乌桕和闽楠,山乌桕的生长情况优于闽楠,但不及群落Ⅲ楝叶吴茱萸那么突出。在群落Ⅲ中,楝叶吴茱萸的树高、胸径、冠幅等均高出闽楠大约两倍,楝叶吴茱萸更好利用上层的乔木层,闽楠更好利用下层乔木层,两者共同生长;且楝叶吴茱萸的数量及密度仅为闽楠的三分之一。而在群落Ⅰ中,山乌桕与闽楠的数量几乎相等,过高的密度抑制了闽楠的生长。在群落Ⅱ中,建群种有3 个,分别为樟树、山乌桕、闽楠,而闽楠仅为第三建群种,建群种的数量增加,种间竞争加强,使得群落Ⅱ中闽楠的生长情况较差。可见,当建群种数量较多时,种间竞争加强,不利于闽楠的生长。

2.5 不同类型群落植物多样性分析

Margalef 丰富度指数表示群落物种的丰富程度,其值越大,群落越丰富。Shannon-Wiener 指数表示群落的复杂程度,其值越大,群落结构越复杂。Simpson 指数是表示群落优势度的统计量,其值越大表明群落的优势种越明显, 它随一个或几个物种的优势度的增加而增加。均匀度指数是指群落中不同种多度或重要值的均匀程度,表明数值越高,群落物种分布越均匀。3 个群落植物多样性分析结果如表4 所示。

根据样方统计结果,总体上,物种数、Margalef 丰富度指数、Shannon-Wiener 多样性指数、Simpson 生态优势度指数、P 均匀度指数在3 个群落类型种均表现出灌草层>乔木层。可见在龙眼洞林场的闽楠群落中,灌草层的物种数较多,并且较为复杂,更具有生态优势度,且在群落分布中更均匀;乔木层中的物种数较少,复杂程度较低,分布最不均匀,这主要是由于乔木层中的优势种闽楠、樟树、山乌桕所导致。

从单个群落类型分析出发,在乔木层中,物种数、Margalef 丰富度指数,表现出群落Ⅰ>群落Ⅱ>群落Ⅲ,在Shannon-Wiener 多样性指数中,表现为群落Ⅰ>群落Ⅲ>群落Ⅱ,体现出群落Ⅰ较高的物种丰富度与多样性;在Simpson 生态优势度指数则表现为群落Ⅲ>群落Ⅰ>群落Ⅱ,表明群落Ⅲ的乔木即闽楠更具生态优势度;在均匀度指数中,则表现为群落Ⅲ>群落Ⅱ>群落Ⅰ,表明在群落Ⅲ中物种分布最均匀,这主要是由于群落中的优势种闽楠、楝叶吴茱萸导致。群落Ⅰ的物种数量虽然最多,却是分布最不均匀的。

从多样性分析可看出,群落Ⅰ的乔木层中的物种多样性和丰富度较高,群落Ⅲ的优势度和均匀度较高,表明群落Ⅲ的优势树种闽楠生长更占优势,分布更为均匀,从而可推断出群落Ⅲ的生境更适合闽楠生长。

3 讨论与结论

王金盾[11]曾研究福建明溪林下10 a 生的闽楠,得出林隙下的闽楠树高、胸径、冠幅平均值分别达6.51 m、6.25 cm、3.82 m;而林冠下的闽楠树高、胸径、冠幅平均值分别达4.86 m、3.49 cm、2.94 m。同一个地方林隙下和林冠下的生长相差很大。而本研究树高、胸径、冠幅的最大平均值分别为6.42 m、5.67 cm、2.58 m。理论上来说,12 a 生的闽楠比10 a 生的闽楠生长要好,而明溪林10 a 生的闽楠却比本研究的要好,而且超出林冠下的闽楠很多,光照对闽楠的生长有影响,林冠下的闽楠被上层植物遮荫,不利于生长。

苏良佺[12]曾研究福建三明罗卜岩保护区的闽楠群落,发现在乔木层中物种有37 种,灌木层有65 种,草本层有20 种,乔木层种的物种多样性指数为2.85;粤北车八岭杉木人工林乔木层中物种有62 种,多样性指数为1.88[13]。而在本研究山乌桕-闽楠群落乔木层中的物种有28 种,灌草层有87 种,乔木层种物种多样性指数为1.36。两者比较,发现本研究的林分物种多样性较低。

由于天然闽楠生长缓慢、且易遭受严重破坏,不同群落生境对闽楠生长有着显著性的影响[14]。田有圳[15]曾对比5 a 生的闽楠生长情况,发现闽楠幼树在阔叶林和马尾松Pinus massoniana 群落的生长效果比在杉木Cunninghamia lanceolata 群落好;陈来德[16]则认为“5 闽楠5 香樟”混交,闽楠生长较快;王奕茹等[17]则认为将“杉木和闽楠”的树种组成比列控制在0.97~1.10,闽楠能达到很好的生长效果。已有研究表明,遮荫能促进某些植物物种生长[18]。闽楠属于耐荫植物,强光照的环境不利于闽楠的生长,适当的遮荫会促进闽楠的生长[19]。所以在闽楠-楝叶吴茱萸群落中,低密度的楝叶吴茱萸的荫蔽作用则对闽楠的生长有一定的促进作用。因此在生产实践过程中,林下栽植闽楠,要选择林分密度较小,而且透光率较强并且可以适当遮荫的林分。闽楠的生长随着年龄的增长需光量会逐渐增强[20],因此,在生产后期建议适当间伐,创造良好的生长空间和光照条件,以促进闽楠的生长。

本研究表明:闽楠在闽楠-楝叶吴茱萸群落中生长最好,平均树高较大达6.42 m,胸径较粗,达5.67 cm。而通过物种组成和多样性的比较研究,发现在3 个群落中灌草层的丰富度指数、多样性指数、优势度指数、均匀度指数均高于乔木层,且在山乌桕-闽楠群落中出现81 属、97 种植物,表现出较高的物种多样性。在樟树-山乌桕-闽楠群落中闽楠的生长情况以及生物群落多样性均不如山乌桕-闽楠群落。而在闽楠-楝叶吴茱萸则出现38 属、40 种植物,多样性较低,但生境更适合闽楠生长。由于3 个群落中都有速生树种山乌桕,在往后的群落演替中,闽楠的生长情况、林下物种组成与多样性将会发生如何变化,还有待研究。

致谢:野外调查中得到中国科学院华南植物园叶华谷、易绮斐、邓双文、聂丽云和龙眼洞林场的工作人员的协助,一并致谢!

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