風對不同海岸梯度防護林物種多樣性及生長的影響

高偉

（福建省林業科學研究院，福建 福州 350012）

風是影響我國東南沿海森林生長發育最重要、最頻繁的自然干擾因子。據氣象部門統計，在1949—2006年期間，共有522個熱帶氣旋登陸我國，年均9個，北緯25°附近的東南沿海是臺風登陸的主要區域［1］。風干擾對沿海森林生態系統具有極其重要的影響，常造成不同程度的林木機械損傷、防護功能下降、土壤養分失調等［2－5］，長期風干擾對樹木的生長、形態、生理過程及森林生態等均會產生重要影響［6］。

木麻黃（Casuarinaequisetifolia）是我國東南沿海防護林的主要造林樹種，在防風固沙、抵御海潮和臺風等自然災害方面發揮了重要的作用，在長期風干擾的影響下，木麻黃防護林生態系統呈現出不同的狀態，頻繁的臺風登陸造成基干林帶大面積折枝，不同海岸梯度防護林的長勢均受到影響，生長量出現不同程度的降低；部分樹木出現折冠或折干，枯立木數量不斷增多；掘根、倒伏的樹干又對其他植株造成不同程度的損傷，導致樹木間接性受損、斷枝等。受臺風影響，不同海岸梯度林分郁閉度出現不同程度下降，林窗數量增加，林下植物組成與物種多樣性均呈現一定的梯度性變化。持續的風干擾還造成防護林樹種出現不同程度的枯死與枯梢現象，進一步加劇了沿海地區的生態脆弱性，因此開展風對沿海防護林影響的研究，構建穩定、高效的防護林體系是實現沿海沙地可持續經營管理的重要組成部分?；诖?，課題組人員在2010年第13號臺風“鲇魚”過后對不同海岸梯度沿海防護林的物種多樣性及受損情況進行了調查，以期為進一步研究海岸帶植被對風干擾的響應，以及海岸帶退化生態系統的恢復和沿海防護林的穩定型構建提供理論依據。

1 研究區概況

研究區域位于福建東山島赤山國有防護林場附近（23°40′N、117°18′E），位于福建省東南部沿海，屬于亞熱帶海洋性季風氣候，干、濕季節較為明顯，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月為旱季，多年平均蒸發量為1 056mm，多年平均氣溫為20.8℃，極端最高氣溫為36.6℃，極端最低氣溫為3.8℃，終年無霜凍。主要自然災害為臺風和干旱，臺風多發生在7—8月，多年平均5.1次。土壤屬于風積沙土，底土層常有粗粒黃沙夾有礫石，持水保肥性能差。地帶性植被原為季風常綠闊葉林，現有沿海防護林以木麻黃林為主，林齡為30～50a，樹高為9～15m，胸徑為25～40cm，植物組成相對簡單，林下植被較少，成層性不明顯?，F存天然次生林的植物組成較為豐富，成層性較好，主要喬木種群有潺槁樹（Litseaglutinosa）、樸（Celtistetrandrasubsp.sinensis）、榕樹（Ficusmicrocarpa）等；主要灌木種群有九里香（Murrayaexotica）、簕黨花椒（Zanthoxylumavicennae）、露兜樹（Pandanustectorius）等；主要藤本有 白 簕 （Acanthopanaxtrifoliatus）、雀 梅 藤（Sageretiathea）、鱔藤（Anodendronaffine）等；草本主要有火炭母（Polygonumchinense）、藎草（Arthraxonhispidus）、沿 階 草 （Ophiopogonbodinieri）、鳳尾蕨（Pterisnervosa）、金星蕨（Parathelypterisglanduligera）等。

2 研究方法

2.1 樣地設置與調查方法

采用相鄰格子樣方法設置固定樣地，在不同海岸梯度上選取4塊木麻黃林地進行樣地設置，其中第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ梯度防護林樣地均位于前沿基干林帶，第Ⅳ梯度防護林樣地位于后沿農田防護林林帶；在每個海岸梯度中分別設置3塊20m×20m的樣地，每個樣地內設置16塊5m×5m的小樣方，共192個小樣方，樣地總面積為4 800m2，在各樣方內，對所有植物物種均進行每木（株）調查，包括樣方內出現的所有喬木、喬木幼樹幼苗、灌木、草本、藤本等，記錄每個個體的高度、胸徑、冠幅和生長狀況以及臺風過后的受損情況等指標，樣地基本情況見表1。

表1 調查樣地基本情況

2.2 數據統計方法

樹木風害計算：風害率＝（某類風害株數／調查總株數）×100%。

重要值計算：重要值＝相對多度（%）＋相對頻度（%）＋相對優勢度（%）。

物種多樣性、均勻度、優勢度計算：

既可提取現有設置，也可通過手動確定線路，在對光標進行移動時，如果回車鍵則表示確定一個點位，而按下ESC鍵則表示結束此次選擇。進行鼠標定位時，按下鼠標的左鍵表示逐點定位，按下鼠標中鍵表示連續選點，這一過程中，鼠標移動軌跡及時選定的公路線路。當線路選擇完成后，按下右鍵即可停止。針對選定的線路，能對其縱斷面進行顯示和打印，之后通過分析可以確定坡度范圍及轉角半徑，并在圖形上作出相應的標記。

在SPSS13.0中進行方差分析，多重比較采用DUNCAN法，在Excle2003軟件中作圖。

3 結果與分析

3.1 不同海岸梯度防護林的植物組成分析

表2 不同海岸梯度防護林的物種組成及重要值

物種組成是群落最基本的特征之一，是群落形成的基礎［7］。群落結構是反映生態系統穩定性的重要因素之一。群落結構的復雜程度決定于群落中各植物種的高度及在不同高度上植物種的數量［8］。由表2可見，不同海岸梯度防護林植物組成與群落結構具有明顯差異，隨著與最高潮水位距離的增大，生態系統的復雜性呈現一定程度的梯度變化，統計調查表明，在不同海岸梯度的4個樣地中共出現維管束植物38種，分屬22科38屬，其中第Ⅰ梯度出現16種，喬木1種，灌木2種，草本10種，層外植物3種；第Ⅱ梯度出現25種，喬木1種，灌木8種，草本13種，層外植物3種；第Ⅲ梯度出現15種，喬木1種，灌木4種，草本9種，層外植物1種；第Ⅳ梯度出現26種，喬木1種，灌木6種，草本16種，層外植物3種；所有植物均為單屬單種。

不同海岸梯度防護林的喬木層樹種均為木麻黃，灌木層和草本層植物組成差異較大。第Ⅰ梯度因地處最前沿，受風干擾強烈，物種組成較為簡單，木麻黃的長勢也受到強烈影響，表現為生長量低，植株矮小，多數高度都沒有達到6m。草本植物主要為老鼠簕、鋪地黍和海邊月見菜，其中老鼠簕數量最多，長勢良好，在前沿起到了良好的固沙作用。第Ⅱ梯度中的木麻黃林在前沿防護林帶的庇護下，與第Ⅰ梯度相比長勢較好，群落的復雜程度也有較大提升，分層特征明顯，調查發現，該樣地共出現灌木8種，草本13種，潺槁樹、樸、了哥王等鄉土植物在該樣地也有一定數量的分布，但由于該樣地中木麻黃的高度較高，林冠層受森林風干擾的影響較大，每次臺風過后都造成一定數量的樹木折枝、折冠，甚至掘根，導致該林帶出現較多大小不等的林窗，造成生態位的空缺，雖然在一定程度上增加了林下植被的物種多樣性，但更多的是造成了一些外來入侵植物如馬纓丹、藿香薊等的入侵，重要值計算結果表明，除人工種植的相思樹和萌枝更新的木麻黃之外，馬纓丹和藿香薊已分別成為該林帶灌木層和草本層重要值最大的物種，由于它們具有較強的空間占有能力并且其化感物質對其他植物種具有較強的抑制作用，因此它們已對防護林的生態穩定性構成了一定的威脅。第Ⅲ梯度地處第Ⅰ、Ⅱ梯度之后，受森林風干擾的強度進一步減小，林分郁閉度較大，林下物種數與第Ⅱ梯度相比又有所降低，共出現灌木4種，草本9種，灌木層中重要值最大的是木麻黃的幼樹幼苗，其次為馬纓丹，草本層中重要值最大的是藿香薊。第Ⅳ梯度出現灌木6種，草本16種，主要灌木種除了木麻黃、馬纓丹之外，鄉土樹種潺槁樹在該林帶也有較大數量的分布，已成為重要值第3的灌木種群；草本中數量最多的是鄉土植物鴨跖草，其次為藿香薊等：說明隨著與最高潮水位距離的增大，林下植物組成的近自然度越來越大。

3.2 不同海岸梯度防護林的物種多樣性、均勻度和優勢度

圖1 不同海岸梯度防護林的物種多樣性、均勻度和優勢度指數

對群落的物種多樣性計算可更好地反映植物群落結構和組成，因為它提供了比物種豐富度更多的信息，可以反映除了物種豐富度之外的其他群落特征，如物種的均勻度和優勢度等，從而能更好地理解群落中單個種的分布特點［9］。對不同海岸梯度防護林的總物種多樣性、均勻度和優勢度進行綜合計算可見（圖1），隨著與最高潮水位距離的增大，物種多樣性指數均呈現不同程度的增大趨勢，第Ⅰ梯度的物種多樣性最低，第Ⅳ梯度的物種多樣性最高；均勻度隨著與最高潮水位距離的增大Jsi指數呈先下降后上升再下降的變化趨勢，Jsh、Jmc指數逐漸上升；優勢度指數（Csi、C）變化趨勢與多樣性指數相反，呈逐漸下降的變化趨勢，第Ⅰ梯度的優勢度最高，第Ⅳ梯度的優勢度最低。

3.3 風對不同海岸梯度防護林的生長狀況的影響

表3 風對不同海岸梯度木麻黃生長狀況的影響

根據2010年第13號臺風過后對防護林的調查 結果（表3）可見，在第13號臺風和長期風干擾影響的背景下，不同海岸梯度木麻黃防護林的生長狀況和受損情況都有極顯著的差異（P＜0.000 1）：第Ⅰ梯度的樣地由于地處防護林最前沿，受風干擾的頻率較大、強度較高，導致49.89%的木麻黃出現不同程度的頂端枯死現象，比率遠超過其他樣地，但該樣地只有47.12%的植株在第13號臺風的影響下出現了受損現象，小于其他樣地，沒有明顯的掘根，折干率也較低，大部分表現為小枝折斷，可能與該樣地中木麻黃植株的矮化密植，平均胸徑與樹高較低，林分密度較大等原因有關；第Ⅱ梯度和第Ⅲ梯度的樣地與第Ⅰ梯度樣地之間由環島路相隔，平均胸徑和樹高無顯著差異，林分密度比第Ⅰ梯度低，植株長勢好于第Ⅰ梯度，枯死率明顯降低，但受13號臺風影響，其植株受損比率明顯比第Ⅰ梯度高，折冠率和折干率明顯上升，并出現了一定比例的掘根現象，其中林分密度為863株·hm－2的第Ⅱ梯度樣地受臺風的影響最大，折干率、折冠率和掘根率均高于第Ⅰ梯度和第Ⅲ梯度；第Ⅳ梯度地處防護林后沿，與基干林帶有大面積農田相隔，通過調查發現，與相同林分密度的前沿基干林帶（第Ⅲ梯度）相比，第Ⅳ梯度樣地的植株枯死率和受損情況又出現一定程度的上升，其中植株枯死比率分別上升了0.28個百分點，折冠率上升了4.94個百分點，折干率上升了1.2個百分點，掘根率上升了2.07個百分點，說明臺風在越過基干林帶后，風力又有一定程度的回升，危害力又有增強的趨勢，因此加強后沿農田防護林的維護和管理，對保障后沿地區經濟發展和農業生產具有重要意義。

4 結論

4.1 不同海岸梯度的4個樣地共出現維管束植物38種，分屬22科38屬，其中第Ⅰ梯度樣地出現16種，第Ⅱ梯度樣地出現25種，第Ⅲ梯度樣地出現15種，第Ⅳ梯度樣地出現26種，所有植物均為單屬單種，各樣地喬木植物均為木麻黃，隨著與最高潮水位距離的增大，灌木和草本植物呈現一定的梯度變化，鄉土植物的種類和重要值有一定程度的升高，林下植被的近自然度越來越大。

4.2 隨著與最高潮水位距離的增大，物種多樣性指數均呈現不同程度的增大趨勢，第Ⅰ梯度樣地物種多樣性最低，第Ⅳ梯度樣地的物種多樣性最高；均勻度Jsi指數呈先下降后上升再下降的變化趨勢，Jsh、Jmc指數逐漸上升；優勢度指數與多樣性指數相反，呈逐漸下降的變化趨勢，第Ⅰ梯度樣地的優勢度最高，第Ⅳ梯度樣地的優勢度最低。

4.3 在臺風和長期風干擾的影響下，不同海岸梯度木麻黃防護林的生長狀況和受損情況都有極顯著的差異，第Ⅰ梯度的頂端枯死現象較高，但沒有明顯的掘根，折干率也較低，大部分表現為小枝折斷；基干林帶徑級相同的林分中，第Ⅱ梯度的折干率、折冠率和掘根率與第Ⅲ梯度相比較高，與相同林分密度的第Ⅲ梯度樣地相比，后沿第Ⅳ梯度樣地的植株枯死率和受損情況均出現一定程度的上升，說明應重視后沿農田防護林的維護和管理。

［1］全球變暖背景下我國登陸臺風的變化特征.中國天氣網［EB／OL］.2010－04－16［2011－1－2］：http：／／www.weather.com.cn／typhoon／tfzs／04／397490.shtml

［2］林武星.臺風對閩南沿海主要造林樹種及農作物的影響［J］.防護林科技，1999（2）：16－18

［3］陳士銀.木麻黃不同株行距配置抗臺風效果［J］.廣東林業科技，1997，13（3）：44－46

［4］陳綬柱，岑奮，吳澤鵬.沿海沙岸防風固沙木麻黃試驗示范林抗御臺風分析［J］.廣東林業科技，1999，15（1）：26－30

［5］周光益.臺風暴雨對熱帶林生態系統地球化學循環的影響［J］.北京林業大學學報，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，吳玉樹，王煥校.植物生態學［M］.北京：高等教育出版社，1983

［8］楊逢建，趙則海，付玉杰，等.封山育林后天然次生林群落結構特征［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