枫香人工林与次生林植物多样性和林分生长量比较
2022-09-30郭建民
郭建民
(福建省林业勘察设计院,福建 福州 350001)
1 引言
枫香(LiquidambarformosanaHance)为蕈树科(Altingiaceae)枫香属(Liquidambar)落叶高大乔木,树干高大通直,冠幅大,秋季落叶前叶色变红,喜光、耐旱、耐贫瘠,不耐水涝和严寒,根系深且主根粗长,生长迅速,抗风能力强,但不耐修剪、不易移植,种子隔年发芽,多生于平地、村落附近及低山次生林,在湿润肥沃而深厚的红黄壤土上生长良好。枫香易繁殖、适应性强,有观赏价值,用途广泛,木材材质优良,可制作家具及包装箱,树脂、根、叶及果实可供药用,是绿化荒山的先锋树种,优良的用材和园林绿化树种[1~3]。枫香在中国主要分布于秦岭及淮河以南,在福建省各地均有分布。近年来,由于大面积种植杉木、马尾松等人工林导致生物多样性降低、地力衰退、病虫害蔓延等生态问题日益严重,枫香等阔叶树种的栽培和次生林经营逐渐受到重视,枫香成为很有发展前途的人工造林树种,而在野外又常以优势树种而形成次生林。为此,2021年底,笔者对福建光泽县的一片面积75亩枫香人工林及其邻近的枫香次生林的群落植物多样性和生长量进行调查研究,以便为今后科学经营枫香人工林和次生林提供借鉴。
2 试验地概况
试验地所在的光泽县鸾凤乡中坊村位于福建西北部,武夷山脉北段,闽江支流富屯溪上游,闽江源头,属中亚热带季风湿润气候区,气候温和,四季分明,雨量充沛,水热同期,年平均气温17.9 ℃,无霜期约268 d,年均降水量1731.4 mm,年均相对湿度79%。枫香人工林试验地位于东经117°21′44″,北纬27°29′45″,海拔270~280 m,南坡坡度15°,枫香林龄为19年;枫香次生林试验地位于东经117°21′40″,北纬27°29′46″,海拔260~280 m之间,南坡坡度16°,枫香林龄为23年。枫香人工林与枫香次生林试验地相邻,立地条件基本一致,均属Ⅱ类地,均为花岗岩发育的山地红壤,土层厚度130-160 cm,枫香人工林土壤腐殖质层平均厚度8 cm,枫香次生林土壤腐殖质平均厚度12 cm。
3 研究方法
3.1 样地和样方调查
在枫香人工林和天然林中分别设置3个400 m2(20 m×20 m)的样地,每个样地再划分为4个100 m2(10 m×10 m)的大样方,调查并记录每个大样方中乔木层(高度5 m以上)的每一株树的树种名称、胸径、树高、冠幅、盖度等;在每个大样方中随机设置5个4 m2小样方,调查高度5 m以下的林下灌木(包括木质藤本)和草本(包括草质藤本)植物,记录植物名称、数量、地径、高度、盖度等。
3.2 植物重要值和多样性指数测定
将植物调查数据分成3个层次:乔木层(高度5 m以上的木本植物,包括乔木、灌木和木质藤本)、灌木层(高度小于5 m的木本植物,包括乔木、灌木和木质藤本)、草本层(草质植物,包括草质藤本)。计算各层次每种植物的重要值[8],计算各层次的植物多样性指数:Shannon-Wiener指数(H')、Simpson指数(D)、种间相遇机率(PIE)和Pielou均匀度指数(JSW和JSI)[9]。
3.3 林分生长量数据处理
计算每个样地的乔木层平均胸径和平均树高。采用福建省主要树种二元材积公式计算乔木层每株树的单株材积[10]:
V阔=0.0000685634D1.933221H0.867885
(1)
V杉=0.0000706094D1.801671H0.997998
(2)
式(1)、(2)中,D为胸径,H为树高,V阔为阔叶树单株材积,V杉为杉木单株材积。
3.4 差异显著性检验
运用SPSS19统计软件,采用独立样本t检验的方法分析枫香人工林与枫香次生林年均蓄积生长量的差异显著性。
4 结果与分析
4.1 群落各层次植物组成
枫香人工林群落共有58种维管束植物,隶属于34个科、49个属,各类群物种数量为双子叶植物(44种)>单子叶植物(7种)>蕨类植物(6种)>裸子植物(1种);枫香人工林群落中乔木层种类少,仅有5科、5属、5种,其中双子叶植物4种,裸子植物1种;灌木层物种数量丰富,有24科、32属、40种,其中双子叶植物38种,单子叶植物2种;草本层植物有12科、15属、16种,其中单子叶植物6种、蕨类植物6种、双子叶植物4种(表1)。
表1 枫香人工林与天然林植物区系组成
枫香次生林群落共有69种维管束植物,隶属于41个科、60个属,科、属、种数量均大于人工林群落,各类群物种数量为双子叶植物(53种)>蕨类植物(9种)>单子叶植物(7种);乔木层物种数11个,其中双子叶植物10种,单子叶植物1种;灌木层有28科、39属、45种,其中双子叶植物43种,单子叶植物2种;草本层植物有14科、18属、20种,其中蕨类植物9种、单子叶植物6种、双子叶植物5种,枫香次生林群落各层次物种数均大于人工林(表1)。
4.2 群落各层次植物重要值
枫香人工林乔木层盖度78%,物种数量少,仅为5个树种组成,枫香为优势树种,重要值为77.14%,落叶乔木3种,重要值总和为90.92%,常绿乔灌木2种,重要值总和仅为9.08%(表2)。
表2 枫香人工林乔木层各树种重要值
枫香次生林乔木层盖度73%,由11个乔灌木树种组成,优势树种枫香重要值为67.04%,落叶乔灌木5种,重要值总和为79.83%,常绿乔灌木6种,重要值总和为20.17%(表3)。
表3 枫香次生林乔木层各树种重要值
枫香人工林灌木层种类丰富(40种),盖度为57%,其中常绿灌木35种,重要值总和为91.12%;落叶灌木5种,重要值总和为8.88%;灌木层中重要值前10位的物种分别为:格药柃(Euryamuricata)、山橿、高粱泡(Rubuslambertianus)、白花龙、轮叶蒲桃(Syzygiumgrijsii)、朱砂根(Ardisiacrenata)、椤木石楠、乌药(Linderaaggregata)、长叶酸藤子(Embeliaundulata)、杨桐(Adinandramillettii)。
枫香次生林灌木层有45种植物,盖度为63%,其中常绿灌木38种,重要值总和为88.72%;落叶灌木5种,重要值总和为11.28%;灌木层中重要值前10位的物种分别为:黄栀子(Gardeniajasminoides)、青冈、朱砂根、寒莓(Rubusbuergeri)、高粱泡、白花龙、毛冬青(Ilexpubescens)、油茶(Camelliaoleifera)、乌药、峨眉鼠刺。
枫香人工林草本层有16种植物,重要值前10位的植物为海金沙(Lygodiumjaponicum)、中华苔草(Carexchinensis)、狗脊(Woodwardiajaponica)、三脉紫菀(Asterageratoides)、黑足鳞毛蕨(Dryopterisfuscipes)、五节芒(Miscanthusfloridulus)、黑莎草(Gahniatristis)、芒萁(Dicranopterispedata)、阔鳞鳞毛蕨(Dryopterischampionii)、蛇莓(Duchesneaindica)。
枫香次生林草本层有20种植物,重要值前10位的植物为中华苔草、海金沙、狗脊、黑足鳞毛蕨、阔鳞鳞毛蕨、三脉紫菀、芒萁、胎生狗脊(Woodwardiaprolifera)、多花黄精(Polygonatumcyrtonema)、多花黄精(Polygonumlapathifolium)。
4.3 群落各层次植物多样性
植物多样性指数可反映群落各层次物种数和个体分配均匀程度。枫香人工林与次生林各层次物种数、Shannon-Wiener指数(H')、Simpson指数(D)、种间相遇机率(PIE)和Pielou均匀度指数JSI均为:灌木层>草本层>乔木层,而Pielou均匀度指数JSW则为草本层>灌木层>乔木层,所有多样性指数均表现为枫香次生林>枫香人工林(表4),说明枫香次生林各层次植物多样性均高于枫香人工林。
表4 枫香人工林与次生林各层次植物多样性指数
4.4 枫香人工林与天然林生长量
枫香人工林与次生林的林龄不同,因此采用年均蓄积生长量比较两者的林分生长量差异。枫香人工林的年均蓄积生长量(6.22 m3/(hm2·a))略高于枫香次生林(5.47 m3/(hm2·a))(表5),但独立样本t检验结果表明两者差异不显著(P=0.253>0.05)。
表5 枫香人工林与次生林林分生长量
5 结论与建议
枫香人工林群落乔木层、灌木层、草本物和群落总物种数分别为5、40、16和58,而枫香次生林群落乔木层、灌木层、草本层和群落总物种数则分别为11、45、20和69,枫香次生林群落各层次和群落总植物种数均大于枫香人工林。
两个群落不同层次的物种数均表现为灌木层>草本层>乔木层,乔木层和灌木层物种数均为双子叶植物占优势,枫香人工林草本层单子叶植物种数最多,而枫香次生林草本层蕨类植物种数最多。
枫香人工林与次生林各层次植物多样性指数均表现为枫香次生林>枫香人工林,两个群落大部分植物的物种数和多样性指标表现为灌木层>草本层>乔木层。
枫香人工林的年均蓄积生长量(6.22 m3/(hm2/a)略高于枫香次生林(5.47 m3/(hm2/a),但两者差异不显著(P=0.253>0.05)。
天然林被砍伐后经过劈杂、整地、挖穴等人工措施,营造枫香人工林,必然加剧林地水土流失、地力衰退和生物多样性降低,其带来的人工林生产力的提高是短暂的,不利于人工林地长期生产力的保持。天然林采伐后通过自然更新形成的枫香次生林由于人为干预较小,林地上原有的一些植物资源通过树桩萌芽和种子萌发得到恢复,枫香次生林的植物多样性高于枫香人工林,但枫香次生林乔木层树种受到其他植物的竞争程度比人工林剧烈,因而枫香次生林的生长量
略低于枫香人工林。因此,为提升枫香应用价值,大力提倡经营枫香次生林,并且在枫香次生林经营中,可以通过适当的抚育措施,有选择性地伐除对目的树种生长有较大影响的低价值树种和藤蔓植物,以促进目的树种的生长。