淮河源马尾松群落结构特征研究

张学顺　刘国顺　冯万富　乔良　张玉虎

摘要：在淮河源生态功能区通过设置样地调查马尾松（Pinus massoniana Lamb.）群落结构特征、林分蓄积量和单位面积林木数，分析该群落的种类组成、物种的丰富度和多样性。结果表明，①马尾松林长势一般，林木密度高，成材率不高，样地内灌木层较为丰富，草本层植物相对较少，马尾松群系在该区发育可形成多个群丛；②马尾松林单位面积林木数平均为1 988株/hm2，蓄积量平均为119.97 m3/hm2，单位面积林木数和蓄积量的相关性不显著；③马尾松群落中灌木层植物的丰富度最高，其次为草本层，最后是乔木层；多样性指数Simpson指数和Shannon-Weiner指数均为灌木层最高，其次为草本层，最后是乔木层，说明淮河源生态功能区马尾松群落的物种多样性顺序为灌木层>草本层>乔木层。④调查区的马尾松林为不成熟的群落，还处于某个演替阶段。

关键词：马尾松（Pinus massoniana Lamb.）；群落结构；物种多样性；淮河源

中图分类号：S791.248；S718.54；Q16（612） 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）10-2420-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.030

淮河是中国五大水系之一，介于长江和黄河两大流域之间，其支流众多，全长约1 000 km，淮河源即淮河的源头区域。2001年国家环境保护部（原国家环境保护总局）将河南省信阳市的10个县（区）及南阳市桐柏县共11个县（区）所属的国土面积确定为淮河源国家重要生态功能区（简称淮河源）；该区域国土总面积211.09×105 hm2，地处河南省南部，东与安徽省接壤，西南与湖北省相连[1-4]。淮河源生态功能区属于中国重要的水源涵养区，发挥着水源涵养与土壤保持、生物多样性保护、农产品提供等重要的生态服务功能。

马尾松（Pinus massoniana Lamb.）是该区域分布最广、资源量最大的森林群落类型，也是该区域典型地带性植被之一[5]；马尾松具有耐干旱、耐瘠薄、适应能力强等特点，已广泛用于各地的植树造林、荒山改造[6]。开展对淮河源生态功能区的主要森林群落构成种马尾松的调查，分析马尾松群落的物种组成、结构特征和物种多样性，可以对马尾松林的健康经营模式研究提供理论基础，这对于研究该区域生物多样性的维护，乃至为该地区生态系统的保护与持续利用具有重要的意义。

1 研究区概况

调查区域位于河南省信阳市南部山区和西部丘陵、平原区，地理坐标位于北纬32°29′-3l°35′、东经113°50′-115°19′，属于北亚热带向暖温带过渡区，地形地貌为山地、平原和丘陵。当地日照充足，年平均气温15.1～15.3 ℃；无霜期长，年平均220～230 d；降雨丰沛，年均降雨量900～1 400 mm；空气湿润，相对湿度年平均77%。土壤类型多为壤土（黄棕壤）和粗砂土；土地利用类型多为林地，有部分耕地。

2 研究方法

2.1 外业调查

外业调查是在查阅大量以往调查资料的基础上，结合2007年国家二类森林资源清查所掌握的数据，选择分布较为集中的典型马尾松群落来实施；采用样方法设置20 m×20 m的典型样地13个，调查分为乔木、灌木、草本3个层次，乔木层主要调查郁闭度、平均年龄、株数、树高、胸径、蓄积量和树种组成等数据，其中每公顷株数、蓄积量等采用角规绕测法进行测算，每块样地选择测定点4个；灌木层主要采用踏查方法调查树种组成、高度、地径、面积等数据；草本层调查采用踏查方法，记录物种名称、高度、面积等数据。

2.2 数据处理

2.2.1 蓄积量及单位面积林木数计算 林分单位面积林木数（N）采用角规测算，测定每株计数木的直径实测值，按公式（1）计算，得单位面积林木数为：

N=Fg■■， （1）

式中，Zj為第j径阶的计数木株数，gj为第j径阶的断面积，Fg为断面积系数，这里为1；

蓄积量（M）计算采用公式（2）计算，即调查林分每公顷的蓄积量，

M=Fg■Zj·（fh）j， （2）

式中，M为调查林分的每公顷蓄积量，Fg为断面积系数，这里取1，Zj为第j径阶的计数木株数，fh为形高，从材积表中查得。

2.2.2 多样性计算 多样性指标包括种的丰富度、种的均匀度和种的多样性3个指标。种的丰富度在这里指一个群落中种的数目；种的均匀度是指种间个体数的分配；种的多样性是丰富度和均匀度的乘积，试验将3个指标合并，统计丰富度，计算多样性指数采用最普遍的辛普森（Simpson）指数和香农-威纳（Shannon-Weiner）指数[7]。

辛普森（Simpson）指数计算公式如下：

D=1-■（Pi）2， （3）

式中，D是多样性指数值，S是种的总数，Pi是样本中属于i种所占的比例数。

香农-威纳（Shannon-Weiner）指数计算公式如下：

H′=-■（Pi）（log2Pi）， （4）

式中，H′是多样性指数值，S是种的总数，Pi是样本中属于i种所占的比例数，log2Pi是该比例以2为底的对数。

2.2.3 相关性分析 运用Microsft Office Excel 2003和SPSS16.0统计软件，对马尾松林单位面积林木数和蓄积量进行相关分析，

3 结果与分析

3.1 群落结构特征

马尾松林是调查区域内分布最广、资源量最大的森林群落类型，也是该区域典型的地带性植被之一。在监测区域内既有马尾松天然林、也有马尾松人工林，每个乡（镇）都有大量的分布，树高在10～21 m，胸径12～27 cm；并混有少量阔叶树种，多为栓皮栎（Quercus variabilis Blume）、麻栎（Q. acutissima Carruth.）、黄檀（Dalbergia hupeana Hance）、黄连木（Pistacia chinensis Bunge）、化香（Platycarya strobilacea Sieb. et Zucc.）等。群落总郁闭度80%～95%，乔木层郁闭度50%～85%，样地不同，群落郁闭度有较大的差异；灌木层郁闭度在40%～80%，高2～4 m，主要有小构树（Broussonetia kazinoki Sieb. et Zucc.）、黄荆条（Vitex negundo L.）、山胡椒[Lindera glauca （Sieb. et Zucc.）Bl.]、槲栎（Q. aliena Bl.）、化香、悬钩子（Rubus L.）、野桐[Mallotus japonicus（Thunb.）Muell. Arg. var. floccosus S. M. Hwang]、油桐[Vernicia fordii（Hemsl.）Airy Shaw]、黄檀、白檀[Symplocos paniculata（Thunb.）Miq.]、枫香（Liquidambar formosana Hance）等；草本层郁闭度10%～60%，高0.2～0.5 m，有白茅[Imperata cylindrica（L.）P. Beauv.]、求米草[Oplismenus undulatifolius（Ard.）P. Beauv.]、羊胡子草（Eriophorum altaicum Meinsh.）、野苎麻[Boehmeria nivea（L.）Gaudich. var. nipononivea（Koidz.）W. T. Wang.]、荩草[Arthraxon hispidus（Thunb.）Makino var. centrasiaticus Honda]、蕨[Pteridium aquilinum（L.）Kuhn var. latiusculum（Desv.）Underw. ex Heller]等。层间植物较少，仅见络石[Trachelospermum jasminoides（Lindl.）Lem.]、蛇葡萄[Ampelopsis sinica（Mig.）W.T.Wang.]、三叶木通[Akebia trifoliata（Thunb.）Koidz]、扶芳藤[Euonymus fortunei （Turcz.）Hand.-Mazz.]等。群落内马尾松平均树龄在25～35 a，长势一般，很多长势较差，并伴有病虫害发生，有火迹和人为采伐现象；林木密度大，但成材率不高；样地内灌木较为丰富，草本相对较少。马尾松群系在该区发育形成多个群丛，主要有：马尾松-小构树-求米草群丛，马尾松-黄荆条-白茅群丛，马尾松-化香-蕨群丛，马尾松-山胡椒-荩草群丛，马尾松-黄荆条-野苎麻群丛等。

3.2 单位面积蓄积量和株数分析

通过角规绕测方法，利用单位面积林木数计算公式（1）和蓄积量计算公式（2），可以得到各样地的单位面积林木数和蓄积量数据，具体见表1。从表1可见，马尾松林单位面积林木数最大值为5 770株/hm2，最小值为360株/hm2，平均值为1 988株/hm2，不同样地林木株数差异明显；马尾松林单位蓄积量最大值为219.03 m3/hm2，最小值为68 m3/hm2，平均值为119.97 m3/hm2，不同样地单位蓄积量差异明显。对马尾松林单位面积林木数和蓄积量进行相关分析，得到的相关系数为0.223，大于0.05，说明单位面积林木数和蓄积量之间的相关性不显著。

3.3 多样性分析

植物种的丰富度及多样性计算为乔、灌、草三层分别统计，通过对13个样地的调查，求其加权平均数，结果见表2。表2显示，灌木层物种的丰富度最高，其次为草本层，最后是乔木层；利用公式（3）和公式（4）可以计算出调查林分的多样性指数，得到的Simpson指数和Shannon-Weiner指数均为灌木层最高，其次为草本层，最后是乔木层，说明淮河源生态功能区马尾松群落的物种多样性顺序为灌木层、草本层、乔木层。

4 小结

1）研究结果表明，淮河源生态功能区马尾松群落郁闭度较高（80%～95%），乔木层有少量阔叶树种，多为栓皮栎、麻栎、黄檀、黄连木、化香等，灌木层的阔叶树种较多，主要有小构树、黄荆条、山胡椒、槲栎、化香、悬钩子、野桐、油桐等；草本层长势较差，主要有白茅、求米草、羊胡子草、野苧麻、荩草、蕨等；层间植物较少，仅见络石、蛇葡萄、三叶木通、扶芳藤等。群落内马尾松林长势一般，并伴有病虫害发生，有火迹和人为采伐现象，成材率不高。样地内灌木较为丰富，草本相对较少，马尾松群系在该区域内发育形成了多个群丛。

2）淮河源生态功能区的马尾松林单位面积林木数最大值为5 770株/hm2，最小值为360株/hm2，平均值为1 988株/hm2，不同样地单位面积林木数差异明显；马尾松林单位蓄积量最大值为219.03 m3/hm2，最小值为68 m3/hm2，平均值为119.97 m3/hm2，不同样地单位蓄积量差异明显，马尾松林单位面积林木数和蓄积量之间的相关性不显著。

3）淮河源生态功能区的灌木层物种的丰富度最高，其次为草本层，乔木层最后；Simpson指数和Shannon-Weiner指数也是灌木层最高，次为草本层，乔木层最后，说明淮河源生态功能区马尾松群落的物种多样性顺序为灌木层>草本层>乔木层。一般情况下，群落内物种多样性指数表现为草本层>灌木层 >乔木层[8]，但是在淮河源生态功能区马尾松群落中，灌木层的物种丰富度和多样性均高于草本层，这可能与草本层受群落影响有关，因为乔木层、灌木层对草本层的发育有抑制作用；调查中发现，当地的马尾松群落郁闭度较大，遮蔽严重，草本层的物种多样性相对较低。

4）研究结果表明，淮河源生态功能区的马尾松林群落物种多样性指数、丰富度指数较其他稳定的群落低[9-11]，说明马尾松林群落物种多样性较低、物种种类较少、分布不均匀。一般来说，群落在演替的初级阶段，由于种类组成较简单而生态优势度较高；随着演替过程的进展，群落趋于稳定，群落内种类组成变得复杂，且各种群在占居生态位上越来越协调，生态优势度随之递减。从调查得到的群落物种多样性指数、丰富度指数较低的结果来看，马尾松群落为不成熟的群落，还处于某个演替阶段，这种情况与世界上其他一些对于松树人工林林下本土植物多样性的研究不同[6]，马尾松作为一种本土先锋树种，出现这种差异的原因与造林密度、立地条件、管理方式及病虫害的影响都有一定的关系，这些问题也是下一步深入研究的内容之一。

参考文献：

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