喀斯特石山翅荚木人工林林下植物多样性分析

侯远瑞，钟瑜，黄小荣，申文辉，陆国导

(1.广西壮族自治区林业科学研究院,广西 南宁 530002；2.国家林业和草原局中南速生材繁育重点实验室,广西 南宁 530002；3.广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002)

翅荚木(ZeniainsignisChun)为苏木科翅荚木属落叶阔叶大乔木，又名任豆、砍头树，胸径达100 cm，树高达20～30 m[1,2]。翅荚木天然分布在广西、广东、湖南、云南、贵州等省区，越南北部也有分布。翅荚木树干圆满通直，木材结构细密，抗压和抗弯力强，经水浸泡后不翘不裂，不易受虫蛀，是优良家具材和胶合板材。木材纤维长、韧性好、出浆率高，也是优良造纸原料[3]。树叶粗蛋白质含量达24.57%，牛羊喜食，为良好的家畜饲料[4]。翅荚木用途广，速生，根系穿透力强，能通过岩石缝隙向深处生长，在广西喀斯特山区作为石漠化治理和退耕还林大面积推广应用的主要造林树种[5]。福建、湖南、湖北、四川、江西、浙江等地有引种栽培，生长表现良好[3,6～10]。

目前对翅荚木的研究主要集中在苗木培育[11,12]、栽培技术[13,14]、生理特性[15,16]、材性及利用[3,17]等方面，在翅荚木人工林生态功能评价及其生物多样性研究方面未见报道。本研究通过对广西喀斯特石山17年生的翅荚木人工林林下植物多样性进行调查分析，初步评估翅荚木人工林的植物多样性保护作用，为科学评价翅荚木人工林的社会效益和生态效益提供参考。

1 林地概况

翅荚木人工林调查地位于广西壮族自治区平果市，107°21′—107°51′ E，23°12′—23°51′ N。该市气候属亚热带季风气候，夏季炎热多雨，春秋干旱，冬季干冷。年平均气温19～21.5 ℃，极端最低温-1.3 ℃，极端最高温40.9 ℃，1月平均气温12.4 ℃，7月份平均气温28.2 ℃，年无霜期300～350 d，年平均降雨量1 200～1 500 mm，相对湿度80%以上。翅荚木人工林的地形为喀斯特山地，海拔400～550 m，坡度20°～30°，土壤为石灰岩发育而成的棕色或黑色石灰土，岩石裸露率达53%。翅荚木人工林平均树高14.34 m，平均胸径17.14 cm，活立木密度1 208株·hm-2。自然植被有黄荆(VitexnegundoLinn.)、粗叶悬钩子(RubusalceaefoliusPoir.)、红背山麻杆〔Alchorneatrewioides(Benth.) Muell. Arg.〕、小果野桐(MallotusmicrocarpusPax et Hoffm.)、肾蕨〔Nephrolepiscordifolia(L.) Trimen.〕、荩草〔Arthraxonhipidus(Trin.) Makino〕、飞机草(EupatoriumodoratumLinn.)等。

2 研究方法

2.1 调查方法

在翅荚木人工林中选择有代表性的地段设置3块20 m×20 m的标准地(即3次重复)，对标准地林木进行每木检尺，并以相邻的地形和土壤条件基本相同的自然灌草丛作为对比研究，在每个标准地的对角线及中部共设置5个100 cm×100 cm水平面积的小样方，调查小样方内灌木和草本植物种类、数量、高度和盖度。

2.2 数据处理

应用Excel 2019进行数据处理，分别估算物种的重要值(Iv)、丰富度指数(S)、Simpson多样性指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H′)和均匀度指数(Jsw)等[18]。

3 结果与分析

3.1 林下植被组成

植物组成是植物群落的主要特征之一。由表1可以看出，翅荚木人工林林下共出现13科22属22种植物，其中灌木层有7科10属10种，草本层有6科12属12种。而与翅荚木人工林相邻的自然灌草丛共出现6科11属11种植物，其中灌木层有4科6属6种，草本层有3科5属5种，灌木层的大叶山蚂蝗和草本层的鸡眼草同为蝶形花科。可见翅荚木人工林林下植物无论是灌林或是草本的种类均比其相邻的自然灌草丛丰富。

翅荚木人工林林下植被以菊科、马鞭草科、禾本科、大戟科为优势科(图1)，其中菊科的种类最多，占总量的38.46%。而自然灌草丛则以马鞭草科、菊科、蝶形花科为优势科(图2)，其中马鞭草科和菊科种类最多，各占总量的27.27%。

表1 林下植被组成

图1 翅荚木林下植物种类数量分布

图2 自然灌草丛植物种类数量分布

3.2 林下植被重要值

由表2可以看出，翅荚木人工林灌木层以黄荆为优势种，其重要值达75.96%；五色梅、小果野桐和粗叶悬钩子为次优势种，其重要值分别为62.94%、53.56%和52.93%；优势种和次优势种4个植物种的重要值之和为245.39%，约占整个灌木层重要值总量的80%；其余6个植物种的重要值之和只占20%，黄荆、五色梅、小果野桐和粗叶悬钩子在翅荚木人工林灌木层中优势地位明显。而自然灌草丛的灌木层中黄荆占绝对优势，其重要值达154.77%，次优势种为兰香草，重要值为57.19%，2个植物种的重要值之和为211.96%，约占整个灌木层重要值总量的70%，其余4个植物种的重要值之和只占30%，黄荆和兰香草在自然灌草丛中优势地位明显。由此可见翅荚木人工林灌木层优势种和次优势种丰富，而自然灌草丛的灌木层的优势种和次优势种较单一。

翅荚木人工林草本层植物种类数量与灌木层相近，以鬼针草为优势种，其重要值为118.14%，肾蕨为次优势种，重要值为62.94%，2个植物种的重要值之和为181.08%，约占整个草本层重要值总量的60%；其余10个植物种的重要值之和只占40%，鬼针草和肾蕨的优势地位明显。而自然灌草丛的草本层也以鬼针草为优势种，其重要值为111.48%，荩草为次优势种，重要值为92.01%，2个植物种的重要值之和为203.49%，约占整个草本层重要值总量的70%；其余3个植物种的重要值之和只占30%，鬼针草和荩草的优势地位明显。由此可见翅荚木人工林草本层优势种与自然灌草丛相同，次优势种肾蕨在自然灌草丛中无分布，自然灌草丛中次优势种荩草在翅荚木人工林林下不占优势。

表2 灌木层重要值

表3 草本层重要值

3.3 林下植被多样性指数

翅荚木人工林灌木层植物丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数均高于自然灌草丛，翅荚木人工林灌木层植物丰富度是自然灌草丛的近2倍，而两者的均匀度指数相近(表4)。翅荚木人工林草本层植物丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数也高于自然灌草丛，翅荚木人工林草本层植物丰富度是自然灌草丛的2倍多，而均匀度指数略低于自然灌草丛。总的来看，翅荚木人工林植物丰富度和多样性指数均高于自然灌草丛，而均匀度指数略低于自然灌草丛。

表4 植物多样性指数

4 结论与讨论

翅荚木人工林林下共出现13科22属22种植物，其中灌木层有7科10属10种，草本层有6科12属12种，无论是灌木或是草本的种类均比相邻的自然灌草丛丰富。翅荚木人工林林下植被以菊科、马鞭草科、禾本科、大戟科为优势科。从重要值来看，翅荚木人工林灌木层以黄荆为优势种，五色梅、小果野桐和粗叶悬钩子为次优势种；草本层以鬼针草为优势种，肾蕨为次优势种。翅荚木人工林植物丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数均高于自然灌草丛。说明在脆弱的喀斯特石山生境条件下人工种植翅荚木后，改良了生境条件，引入更多适宜生长的植物，提高了物种的丰富度，增加植物多样性，但同时翅荚木人工林改变了林下光照和水热条件，增加了生境的异质性，植物分布的均匀度指数比自然灌草丛略低。

林下植被是人工林生态系统的重要组成部分，在维护生物多样性、促进养分循环、维持林地土壤质量、减少水土流失起着重要作用。随着生态环境保护力度不断提升，人工林植物多样性变化也日益受到关注。南方的桉树是最受关注的人工林树种，李宁对位于云南昆明的桉树人工林研究认为桉树人工林林下结构成分单一，多为外来物种紫茎泽兰，呈现生物多样性减少现象[19]。也有研究认为巨尾桉林取代马尾松疏林后林下植物多样性有所提高[20]。李新荣等研究了我国干旱沙漠地区流沙治理的成功模式对植物多样性的影响，结果表明：随着时间演变，植物物种多样性呈增加趋势[21]。本研究中喀斯特石山17年生翅荚木人工林植物丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数均高于自然灌草丛，表明翅荚木人工林生态系统植物多样性并不低于自然生态系统，因此，在退化的喀斯特石山进行翅荚木人工造林，对加快石漠化森林植被恢复及促进植物多样性增加具有重要作用。