风对不同海岸梯度防护林物种多样性及生长的影响

高伟

（福建省林业科学研究院，福建 福州 350012）

风是影响我国东南沿海森林生长发育最重要、最频繁的自然干扰因子。据气象部门统计，在1949—2006年期间，共有522个热带气旋登陆我国，年均9个，北纬25°附近的东南沿海是台风登陆的主要区域［1］。风干扰对沿海森林生态系统具有极其重要的影响，常造成不同程度的林木机械损伤、防护功能下降、土壤养分失调等［2－5］，长期风干扰对树木的生长、形态、生理过程及森林生态等均会产生重要影响［6］。

木麻黄（Casuarinaequisetifolia）是我国东南沿海防护林的主要造林树种，在防风固沙、抵御海潮和台风等自然灾害方面发挥了重要的作用，在长期风干扰的影响下，木麻黄防护林生态系统呈现出不同的状态，频繁的台风登陆造成基干林带大面积折枝，不同海岸梯度防护林的长势均受到影响，生长量出现不同程度的降低；部分树木出现折冠或折干，枯立木数量不断增多；掘根、倒伏的树干又对其他植株造成不同程度的损伤，导致树木间接性受损、断枝等。受台风影响，不同海岸梯度林分郁闭度出现不同程度下降，林窗数量增加，林下植物组成与物种多样性均呈现一定的梯度性变化。持续的风干扰还造成防护林树种出现不同程度的枯死与枯梢现象，进一步加剧了沿海地区的生态脆弱性，因此开展风对沿海防护林影响的研究，构建稳定、高效的防护林体系是实现沿海沙地可持续经营管理的重要组成部分。基于此，课题组人员在2010年第13号台风“鲇鱼”过后对不同海岸梯度沿海防护林的物种多样性及受损情况进行了调查，以期为进一步研究海岸带植被对风干扰的响应，以及海岸带退化生态系统的恢复和沿海防护林的稳定型构建提供理论依据。

1 研究区概况

研究区域位于福建东山岛赤山国有防护林场附近（23°40′N、117°18′E），位于福建省东南部沿海，属于亚热带海洋性季风气候，干、湿季节较为明显，多年平均降水量945mm，大部分降雨集中于5—9月，11月至翌年2月为旱季，多年平均蒸发量为1 056mm，多年平均气温为20.8℃，极端最高气温为36.6℃，极端最低气温为3.8℃，终年无霜冻。主要自然灾害为台风和干旱，台风多发生在7—8月，多年平均5.1次。土壤属于风积沙土，底土层常有粗粒黄沙夹有砾石，持水保肥性能差。地带性植被原为季风常绿阔叶林，现有沿海防护林以木麻黄林为主，林龄为30～50a，树高为9～15m，胸径为25～40cm，植物组成相对简单，林下植被较少，成层性不明显。现存天然次生林的植物组成较为丰富，成层性较好，主要乔木种群有潺槁树（Litseaglutinosa）、朴（Celtistetrandrasubsp.sinensis）、榕树（Ficusmicrocarpa）等；主要灌木种群有九里香（Murrayaexotica）、簕党花椒（Zanthoxylumavicennae）、露兜树（Pandanustectorius）等；主要藤本有 白 簕 （Acanthopanaxtrifoliatus）、雀 梅 藤（Sageretiathea）、鳝藤（Anodendronaffine）等；草本主要有火炭母（Polygonumchinense）、荩草（Arthraxonhispidus）、沿 阶 草 （Ophiopogonbodinieri）、凤尾蕨（Pterisnervosa）、金星蕨（Parathelypterisglanduligera）等。

2 研究方法

2.1 样地设置与调查方法

采用相邻格子样方法设置固定样地，在不同海岸梯度上选取4块木麻黄林地进行样地设置，其中第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ梯度防护林样地均位于前沿基干林带，第Ⅳ梯度防护林样地位于后沿农田防护林林带；在每个海岸梯度中分别设置3块20m×20m的样地，每个样地内设置16块5m×5m的小样方，共192个小样方，样地总面积为4 800m2，在各样方内，对所有植物物种均进行每木（株）调查，包括样方内出现的所有乔木、乔木幼树幼苗、灌木、草本、藤本等，记录每个个体的高度、胸径、冠幅和生长状况以及台风过后的受损情况等指标，样地基本情况见表1。

表1 调查样地基本情况

2.2 数据统计方法

树木风害计算：风害率＝（某类风害株数／调查总株数）×100%。

重要值计算：重要值＝相对多度（%）＋相对频度（%）＋相对优势度（%）。

物种多样性、均匀度、优势度计算：

既可提取现有设置，也可通过手动确定线路，在对光标进行移动时，如果回车键则表示确定一个点位，而按下ESC键则表示结束此次选择。进行鼠标定位时，按下鼠标的左键表示逐点定位，按下鼠标中键表示连续选点，这一过程中，鼠标移动轨迹及时选定的公路线路。当线路选择完成后，按下右键即可停止。针对选定的线路，能对其纵断面进行显示和打印，之后通过分析可以确定坡度范围及转角半径，并在图形上作出相应的标记。

在SPSS13.0中进行方差分析，多重比较采用DUNCAN法，在Excle2003软件中作图。

3 结果与分析

3.1 不同海岸梯度防护林的植物组成分析

表2 不同海岸梯度防护林的物种组成及重要值

物种组成是群落最基本的特征之一，是群落形成的基础［7］。群落结构是反映生态系统稳定性的重要因素之一。群落结构的复杂程度决定于群落中各植物种的高度及在不同高度上植物种的数量［8］。由表2可见，不同海岸梯度防护林植物组成与群落结构具有明显差异，随着与最高潮水位距离的增大，生态系统的复杂性呈现一定程度的梯度变化，统计调查表明，在不同海岸梯度的4个样地中共出现维管束植物38种，分属22科38属，其中第Ⅰ梯度出现16种，乔木1种，灌木2种，草本10种，层外植物3种；第Ⅱ梯度出现25种，乔木1种，灌木8种，草本13种，层外植物3种；第Ⅲ梯度出现15种，乔木1种，灌木4种，草本9种，层外植物1种；第Ⅳ梯度出现26种，乔木1种，灌木6种，草本16种，层外植物3种；所有植物均为单属单种。

不同海岸梯度防护林的乔木层树种均为木麻黄，灌木层和草本层植物组成差异较大。第Ⅰ梯度因地处最前沿，受风干扰强烈，物种组成较为简单，木麻黄的长势也受到强烈影响，表现为生长量低，植株矮小，多数高度都没有达到6m。草本植物主要为老鼠簕、铺地黍和海边月见菜，其中老鼠簕数量最多，长势良好，在前沿起到了良好的固沙作用。第Ⅱ梯度中的木麻黄林在前沿防护林带的庇护下，与第Ⅰ梯度相比长势较好，群落的复杂程度也有较大提升，分层特征明显，调查发现，该样地共出现灌木8种，草本13种，潺槁树、朴、了哥王等乡土植物在该样地也有一定数量的分布，但由于该样地中木麻黄的高度较高，林冠层受森林风干扰的影响较大，每次台风过后都造成一定数量的树木折枝、折冠，甚至掘根，导致该林带出现较多大小不等的林窗，造成生态位的空缺，虽然在一定程度上增加了林下植被的物种多样性，但更多的是造成了一些外来入侵植物如马缨丹、藿香蓟等的入侵，重要值计算结果表明，除人工种植的相思树和萌枝更新的木麻黄之外，马缨丹和藿香蓟已分别成为该林带灌木层和草本层重要值最大的物种，由于它们具有较强的空间占有能力并且其化感物质对其他植物种具有较强的抑制作用，因此它们已对防护林的生态稳定性构成了一定的威胁。第Ⅲ梯度地处第Ⅰ、Ⅱ梯度之后，受森林风干扰的强度进一步减小，林分郁闭度较大，林下物种数与第Ⅱ梯度相比又有所降低，共出现灌木4种，草本9种，灌木层中重要值最大的是木麻黄的幼树幼苗，其次为马缨丹，草本层中重要值最大的是藿香蓟。第Ⅳ梯度出现灌木6种，草本16种，主要灌木种除了木麻黄、马缨丹之外，乡土树种潺槁树在该林带也有较大数量的分布，已成为重要值第3的灌木种群；草本中数量最多的是乡土植物鸭跖草，其次为藿香蓟等：说明随着与最高潮水位距离的增大，林下植物组成的近自然度越来越大。

3.2 不同海岸梯度防护林的物种多样性、均匀度和优势度

图1 不同海岸梯度防护林的物种多样性、均匀度和优势度指数

对群落的物种多样性计算可更好地反映植物群落结构和组成，因为它提供了比物种丰富度更多的信息，可以反映除了物种丰富度之外的其他群落特征，如物种的均匀度和优势度等，从而能更好地理解群落中单个种的分布特点［9］。对不同海岸梯度防护林的总物种多样性、均匀度和优势度进行综合计算可见（图1），随着与最高潮水位距离的增大，物种多样性指数均呈现不同程度的增大趋势，第Ⅰ梯度的物种多样性最低，第Ⅳ梯度的物种多样性最高；均匀度随着与最高潮水位距离的增大Jsi指数呈先下降后上升再下降的变化趋势，Jsh、Jmc指数逐渐上升；优势度指数（Csi、C）变化趋势与多样性指数相反，呈逐渐下降的变化趋势，第Ⅰ梯度的优势度最高，第Ⅳ梯度的优势度最低。

3.3 风对不同海岸梯度防护林的生长状况的影响

表3 风对不同海岸梯度木麻黄生长状况的影响

根据2010年第13号台风过后对防护林的调查 结果（表3）可见，在第13号台风和长期风干扰影响的背景下，不同海岸梯度木麻黄防护林的生长状况和受损情况都有极显著的差异（P＜0.000 1）：第Ⅰ梯度的样地由于地处防护林最前沿，受风干扰的频率较大、强度较高，导致49.89%的木麻黄出现不同程度的顶端枯死现象，比率远超过其他样地，但该样地只有47.12%的植株在第13号台风的影响下出现了受损现象，小于其他样地，没有明显的掘根，折干率也较低，大部分表现为小枝折断，可能与该样地中木麻黄植株的矮化密植，平均胸径与树高较低，林分密度较大等原因有关；第Ⅱ梯度和第Ⅲ梯度的样地与第Ⅰ梯度样地之间由环岛路相隔，平均胸径和树高无显著差异，林分密度比第Ⅰ梯度低，植株长势好于第Ⅰ梯度，枯死率明显降低，但受13号台风影响，其植株受损比率明显比第Ⅰ梯度高，折冠率和折干率明显上升，并出现了一定比例的掘根现象，其中林分密度为863株·hm－2的第Ⅱ梯度样地受台风的影响最大，折干率、折冠率和掘根率均高于第Ⅰ梯度和第Ⅲ梯度；第Ⅳ梯度地处防护林后沿，与基干林带有大面积农田相隔，通过调查发现，与相同林分密度的前沿基干林带（第Ⅲ梯度）相比，第Ⅳ梯度样地的植株枯死率和受损情况又出现一定程度的上升，其中植株枯死比率分别上升了0.28个百分点，折冠率上升了4.94个百分点，折干率上升了1.2个百分点，掘根率上升了2.07个百分点，说明台风在越过基干林带后，风力又有一定程度的回升，危害力又有增强的趋势，因此加强后沿农田防护林的维护和管理，对保障后沿地区经济发展和农业生产具有重要意义。

4 结论

4.1 不同海岸梯度的4个样地共出现维管束植物38种，分属22科38属，其中第Ⅰ梯度样地出现16种，第Ⅱ梯度样地出现25种，第Ⅲ梯度样地出现15种，第Ⅳ梯度样地出现26种，所有植物均为单属单种，各样地乔木植物均为木麻黄，随着与最高潮水位距离的增大，灌木和草本植物呈现一定的梯度变化，乡土植物的种类和重要值有一定程度的升高，林下植被的近自然度越来越大。

4.2 随着与最高潮水位距离的增大，物种多样性指数均呈现不同程度的增大趋势，第Ⅰ梯度样地物种多样性最低，第Ⅳ梯度样地的物种多样性最高；均匀度Jsi指数呈先下降后上升再下降的变化趋势，Jsh、Jmc指数逐渐上升；优势度指数与多样性指数相反，呈逐渐下降的变化趋势，第Ⅰ梯度样地的优势度最高，第Ⅳ梯度样地的优势度最低。

4.3 在台风和长期风干扰的影响下，不同海岸梯度木麻黄防护林的生长状况和受损情况都有极显著的差异，第Ⅰ梯度的顶端枯死现象较高，但没有明显的掘根，折干率也较低，大部分表现为小枝折断；基干林带径级相同的林分中，第Ⅱ梯度的折干率、折冠率和掘根率与第Ⅲ梯度相比较高，与相同林分密度的第Ⅲ梯度样地相比，后沿第Ⅳ梯度样地的植株枯死率和受损情况均出现一定程度的上升，说明应重视后沿农田防护林的维护和管理。

［1］全球变暖背景下我国登陆台风的变化特征.中国天气网［EB／OL］.2010－04－16［2011－1－2］：http：／／www.weather.com.cn／typhoon／tfzs／04／397490.shtml

［2］林武星.台风对闽南沿海主要造林树种及农作物的影响［J］.防护林科技，1999（2）：16－18

［3］陈士银.木麻黄不同株行距配置抗台风效果［J］.广东林业科技，1997，13（3）：44－46

［4］陈绶柱，岑奋，吴泽鹏.沿海沙岸防风固沙木麻黄试验示范林抗御台风分析［J］.广东林业科技，1999，15（1）：26－30

［5］周光益.台风暴雨对热带林生态系统地球化学循环的影响［J］.北京林业大学学报，1998，20（6）：36－40

［6］Zhu Jiaojun，Liu Zugen，Li Xihfen，et al.Review：effects of wind on trees［J］.Journal of Forestry Research，2004，15（2），153－160

［7］曲仲湘，吴玉树，王焕校.植物生态学［M］.北京：高等教育出版社，1983

［8］杨逢建，赵则海，付玉杰，等.封山育林后天然次生林群落结构特征［J］.植物研究，2002，22（4）：503－507

［9］Oumarou Sambaré，Fidèle Bognounou，Rüdiger Wittig，et al.Woody species composition，diversity and structure of riparian forests of four watercourses types in Burkina Faso［J］.Journal of Forestry Research，2011，22（2）：145－158