淮河源馬尾松群落結構特征研究

張學順　劉國順　馮萬富　喬良　張玉虎

摘要：在淮河源生態功能區通過設置樣地調查馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）群落結構特征、林分蓄積量和單位面積林木數，分析該群落的種類組成、物種的豐富度和多樣性。結果表明，①馬尾松林長勢一般，林木密度高，成材率不高，樣地內灌木層較為豐富，草本層植物相對較少，馬尾松群系在該區發育可形成多個群叢；②馬尾松林單位面積林木數平均為1 988株/hm2，蓄積量平均為119.97 m3/hm2，單位面積林木數和蓄積量的相關性不顯著；③馬尾松群落中灌木層植物的豐富度最高，其次為草本層，最后是喬木層；多樣性指數Simpson指數和Shannon-Weiner指數均為灌木層最高，其次為草本層，最后是喬木層，說明淮河源生態功能區馬尾松群落的物種多樣性順序為灌木層>草本層>喬木層。④調查區的馬尾松林為不成熟的群落，還處于某個演替階段。

關鍵詞：馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）；群落結構；物種多樣性；淮河源

中圖分類號：S791.248；S718.54；Q16（612） 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）10-2420-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.030

淮河是中國五大水系之一，介于長江和黃河兩大流域之間，其支流眾多，全長約1 000 km，淮河源即淮河的源頭區域。2001年國家環境保護部（原國家環境保護總局）將河南省信陽市的10個縣（區）及南陽市桐柏縣共11個縣（區）所屬的國土面積確定為淮河源國家重要生態功能區（簡稱淮河源）；該區域國土總面積211.09×105 hm2，地處河南省南部，東與安徽省接壤，西南與湖北省相連[1-4]。淮河源生態功能區屬于中國重要的水源涵養區，發揮著水源涵養與土壤保持、生物多樣性保護、農產品提供等重要的生態服務功能。

馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）是該區域分布最廣、資源量最大的森林群落類型，也是該區域典型地帶性植被之一[5]；馬尾松具有耐干旱、耐瘠薄、適應能力強等特點，已廣泛用于各地的植樹造林、荒山改造[6]。開展對淮河源生態功能區的主要森林群落構成種馬尾松的調查，分析馬尾松群落的物種組成、結構特征和物種多樣性，可以對馬尾松林的健康經營模式研究提供理論基礎，這對于研究該區域生物多樣性的維護，乃至為該地區生態系統的保護與持續利用具有重要的意義。

1 研究區概況

調查區域位于河南省信陽市南部山區和西部丘陵、平原區，地理坐標位于北緯32°29′-3l°35′、東經113°50′-115°19′，屬于北亞熱帶向暖溫帶過渡區，地形地貌為山地、平原和丘陵。當地日照充足，年平均氣溫15.1～15.3 ℃；無霜期長，年平均220～230 d；降雨豐沛，年均降雨量900～1 400 mm；空氣濕潤，相對濕度年平均77%。土壤類型多為壤土（黃棕壤）和粗砂土；土地利用類型多為林地，有部分耕地。

2 研究方法

2.1 外業調查

外業調查是在查閱大量以往調查資料的基礎上，結合2007年國家二類森林資源清查所掌握的數據，選擇分布較為集中的典型馬尾松群落來實施；采用樣方法設置20 m×20 m的典型樣地13個，調查分為喬木、灌木、草本3個層次，喬木層主要調查郁閉度、平均年齡、株數、樹高、胸徑、蓄積量和樹種組成等數據，其中每公頃株數、蓄積量等采用角規繞測法進行測算，每塊樣地選擇測定點4個；灌木層主要采用踏查方法調查樹種組成、高度、地徑、面積等數據；草本層調查采用踏查方法，記錄物種名稱、高度、面積等數據。

2.2 數據處理

2.2.1 蓄積量及單位面積林木數計算 林分單位面積林木數（N）采用角規測算，測定每株計數木的直徑實測值，按公式（1）計算，得單位面積林木數為：

N=Fg■■， （1）

式中，Zj為第j徑階的計數木株數，gj為第j徑階的斷面積，Fg為斷面積系數，這里為1；

蓄積量（M）計算采用公式（2）計算，即調查林分每公頃的蓄積量，

M=Fg■Zj·（fh）j， （2）

式中，M為調查林分的每公頃蓄積量，Fg為斷面積系數，這里取1，Zj為第j徑階的計數木株數，fh為形高，從材積表中查得。

2.2.2 多樣性計算 多樣性指標包括種的豐富度、種的均勻度和種的多樣性3個指標。種的豐富度在這里指一個群落中種的數目；種的均勻度是指種間個體數的分配；種的多樣性是豐富度和均勻度的乘積，試驗將3個指標合并，統計豐富度，計算多樣性指數采用最普遍的辛普森（Simpson）指數和香農-威納（Shannon-Weiner）指數[7]。

辛普森（Simpson）指數計算公式如下：

D=1-■（Pi）2， （3）

式中，D是多樣性指數值，S是種的總數，Pi是樣本中屬于i種所占的比例數。

香農-威納（Shannon-Weiner）指數計算公式如下：

H′=-■（Pi）（log2Pi）， （4）

式中，H′是多樣性指數值，S是種的總數，Pi是樣本中屬于i種所占的比例數，log2Pi是該比例以2為底的對數。

2.2.3 相關性分析 運用Microsft Office Excel 2003和SPSS16.0統計軟件，對馬尾松林單位面積林木數和蓄積量進行相關分析，

3 結果與分析

3.1 群落結構特征

馬尾松林是調查區域內分布最廣、資源量最大的森林群落類型，也是該區域典型的地帶性植被之一。在監測區域內既有馬尾松天然林、也有馬尾松人工林，每個鄉（鎮）都有大量的分布，樹高在10～21 m，胸徑12～27 cm；并混有少量闊葉樹種，多為栓皮櫟（Quercus variabilis Blume）、麻櫟（Q. acutissima Carruth.）、黃檀（Dalbergia hupeana Hance）、黃連木（Pistacia chinensis Bunge）、化香（Platycarya strobilacea Sieb. et Zucc.）等。群落總郁閉度80%～95%，喬木層郁閉度50%～85%，樣地不同，群落郁閉度有較大的差異；灌木層郁閉度在40%～80%，高2～4 m，主要有小構樹（Broussonetia kazinoki Sieb. et Zucc.）、黃荊條（Vitex negundo L.）、山胡椒[Lindera glauca （Sieb. et Zucc.）Bl.]、槲櫟（Q. aliena Bl.）、化香、懸鉤子（Rubus L.）、野桐[Mallotus japonicus（Thunb.）Muell. Arg. var. floccosus S. M. Hwang]、油桐[Vernicia fordii（Hemsl.）Airy Shaw]、黃檀、白檀[Symplocos paniculata（Thunb.）Miq.]、楓香（Liquidambar formosana Hance）等；草本層郁閉度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.）、野苧麻[Boehmeria nivea（L.）Gaudich. var. nipononivea（Koidz.）W. T. Wang.]、藎草[Arthraxon hispidus（Thunb.）Makino var. centrasiaticus Honda]、蕨[Pteridium aquilinum（L.）Kuhn var. latiusculum（Desv.）Underw. ex Heller]等。層間植物較少，僅見絡石[Trachelospermum jasminoides（Lindl.）Lem.]、蛇葡萄[Ampelopsis sinica（Mig.）W.T.Wang.]、三葉木通[Akebia trifoliata（Thunb.）Koidz]、扶芳藤[Euonymus fortunei （Turcz.）Hand.-Mazz.]等。群落內馬尾松平均樹齡在25～35 a，長勢一般，很多長勢較差，并伴有病蟲害發生，有火跡和人為采伐現象；林木密度大，但成材率不高；樣地內灌木較為豐富，草本相對較少。馬尾松群系在該區發育形成多個群叢，主要有：馬尾松-小構樹-求米草群叢，馬尾松-黃荊條-白茅群叢，馬尾松-化香-蕨群叢，馬尾松-山胡椒-藎草群叢，馬尾松-黃荊條-野苧麻群叢等。

3.2 單位面積蓄積量和株數分析

通過角規繞測方法，利用單位面積林木數計算公式（1）和蓄積量計算公式（2），可以得到各樣地的單位面積林木數和蓄積量數據，具體見表1。從表1可見，馬尾松林單位面積林木數最大值為5 770株/hm2，最小值為360株/hm2，平均值為1 988株/hm2，不同樣地林木株數差異明顯；馬尾松林單位蓄積量最大值為219.03 m3/hm2，最小值為68 m3/hm2，平均值為119.97 m3/hm2，不同樣地單位蓄積量差異明顯。對馬尾松林單位面積林木數和蓄積量進行相關分析，得到的相關系數為0.223，大于0.05，說明單位面積林木數和蓄積量之間的相關性不顯著。

3.3 多樣性分析

植物種的豐富度及多樣性計算為喬、灌、草三層分別統計，通過對13個樣地的調查，求其加權平均數，結果見表2。表2顯示，灌木層物種的豐富度最高，其次為草本層，最后是喬木層；利用公式（3）和公式（4）可以計算出調查林分的多樣性指數，得到的Simpson指數和Shannon-Weiner指數均為灌木層最高，其次為草本層，最后是喬木層，說明淮河源生態功能區馬尾松群落的物種多樣性順序為灌木層、草本層、喬木層。

4 小結

1）研究結果表明，淮河源生態功能區馬尾松群落郁閉度較高（80%～95%），喬木層有少量闊葉樹種，多為栓皮櫟、麻櫟、黃檀、黃連木、化香等，灌木層的闊葉樹種較多，主要有小構樹、黃荊條、山胡椒、槲櫟、化香、懸鉤子、野桐、油桐等；草本層長勢較差，主要有白茅、求米草、羊胡子草、野苧麻、藎草、蕨等；層間植物較少，僅見絡石、蛇葡萄、三葉木通、扶芳藤等。群落內馬尾松林長勢一般，并伴有病蟲害發生，有火跡和人為采伐現象，成材率不高。樣地內灌木較為豐富，草本相對較少，馬尾松群系在該區域內發育形成了多個群叢。

2）淮河源生態功能區的馬尾松林單位面積林木數最大值為5 770株/hm2，最小值為360株/hm2，平均值為1 988株/hm2，不同樣地單位面積林木數差異明顯；馬尾松林單位蓄積量最大值為219.03 m3/hm2，最小值為68 m3/hm2，平均值為119.97 m3/hm2，不同樣地單位蓄積量差異明顯，馬尾松林單位面積林木數和蓄積量之間的相關性不顯著。

3）淮河源生態功能區的灌木層物種的豐富度最高，其次為草本層，喬木層最后；Simpson指數和Shannon-Weiner指數也是灌木層最高，次為草本層，喬木層最后，說明淮河源生態功能區馬尾松群落的物種多樣性順序為灌木層>草本層>喬木層。一般情況下，群落內物種多樣性指數表現為草本層>灌木層 >喬木層[8]，但是在淮河源生態功能區馬尾松群落中，灌木層的物種豐富度和多樣性均高于草本層，這可能與草本層受群落影響有關，因為喬木層、灌木層對草本層的發育有抑制作用；調查中發現，當地的馬尾松群落郁閉度較大，遮蔽嚴重，草本層的物種多樣性相對較低。

4）研究結果表明，淮河源生態功能區的馬尾松林群落物種多樣性指數、豐富度指數較其他穩定的群落低[9-11]，說明馬尾松林群落物種多樣性較低、物種種類較少、分布不均勻。一般來說，群落在演替的初級階段，由于種類組成較簡單而生態優勢度較高；隨著演替過程的進展，群落趨于穩定，群落內種類組成變得復雜，且各種群在占居生態位上越來越協調，生態優勢度隨之遞減。從調查得到的群落物種多樣性指數、豐富度指數較低的結果來看，馬尾松群落為不成熟的群落，還處于某個演替階段，這種情況與世界上其他一些對于松樹人工林林下本土植物多樣性的研究不同[6]，馬尾松作為一種本土先鋒樹種，出現這種差異的原因與造林密度、立地條件、管理方式及病蟲害的影響都有一定的關系，這些問題也是下一步深入研究的內容之一。

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