建始紅椿種群結構及時間序列研究

冷艷芝　譚艮山　蘇長江　程德華　汪洋

摘要：對建始縣2個不同人為干擾的紅椿天然群落進行了樣地調查，采用“空間替代時間法”，將林木依胸徑大小分級，對種群的齡級結構、動態(tài)指數和時間序列進行了分析，結果表明：2個種群結構除第2齡級外，趨勢基本一致；T1種群在4和11齡級波動，T2種群在4和8齡級出現波動，Vpi均大于50%，種群為增長型。隨時間推移，低齡級存活數量雖然在相應齡級有所增加，但總體趨勢遞減，老齡個體逐漸增多。對現存種群及生境保護，采取適當的人工林窗措施是紅椿種群恢復的關鍵。

關鍵詞：建始；紅椿；種群結構；數量動態(tài)

中圖分類號：S718.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）06-0094-03

1 引言

紅椿（Toona ciliata Roem）為楝科（Meliaceae）香椿屬，國家二級保護瀕危種，素有“中國桃花心木”之稱，天然分布范圍從印度經緬甸、老撾、巴基斯坦、泰國、馬來西亞、印度尼西亞等國至澳大利亞。紅椿主要分布于我國華南地區(qū)的低山丘陵區(qū)，東經100°16′～119°40′，北緯24°21′～30°31′。由于多年過度利用和砍伐，多數紅椿天然林已經退化，有些地區(qū)已經消失。

紅椿的瀕危狀況引起國內不少學者關注，研究領域包括紅椿種質資源、遺傳結構、植物生理、育種造林、化學及藥理等方面，但紅椿生態(tài)學研究相對不足。本文通過樣地調查和相關統計分析，對紅椿不同生境的種群結構動態(tài)進行了分析，并對種群未來發(fā)展做了時間序列預測，目的是探索紅椿種群齡級動態(tài)特征與環(huán)境競爭的關系，為種群恢復和有效保護提供依據。

2 研究地概況

建始縣屬亞熱帶季風濕潤型氣候，雨量充沛，雨熱同季，立體氣候特征十分顯著。年均氣溫16.O℃，年均降雨量1250mm，年均相對濕度78%，無霜期270d，年日照時數1500h。土壤為質地疏松的山地黃壤，土壤自然含水率較高。2015年在建始縣青龍河村首次發(fā)現紅椿天然群落。青龍河村地形復雜，紅椿種群零星分布，多以16～200m²為分布規(guī)模，尺度在20m×20m的極少。選擇的兩個典型研究樣地：夾溝（T1）樣地為40年以上次生林；桃樹坡（T2）樣地位于山邊公路旁，群落雖然被公路切斷，但恢復部分保存良好。樣地物種多樣性豐富，除人為干擾因素以外，群落結構較為完整。兩樣地紅椿為各自群落優(yōu)勢種與建群種，已經占據群落上層。

3 研究方法

3.1 樣地調查

經充分踏查后，考慮不同群落類型和生境條件的代表性，尤其是人為干擾強度對紅椿種群的影響程度，在不同典型群落中共設置夾溝（T1）和桃樹坡（T2）兩個的樣地，每樣地取樣20m×20m。每塊樣地按10m×10m的大小分成4個樣方，對喬木物種進行調查統計；分別在每個20m×20m樣地的四角和中心位置，按5m×5m設置5個灌木層樣方，再在每個灌木樣方區(qū)域內按1m×1m設置5個相應草本層樣方。調查內容：地形地貌、人為干擾強度、土壤、氣象、郁閉度等，見表1。群落學和種群學特征：包括群落組成、高度、蓋度等；對胸徑（DBH）≤2.5cm的植株測定地徑、高度；對胸徑≥2.5cm的植株記錄樹高、胸徑、冠幅、枝下高、分枝角等指標。

3.2 齡級劃分及動態(tài)特征

參照紅椿胸徑與年齡的相關性方面的研究結果，結合恩施州各地紅椿實際調查數據，采用“空間替代時間法”，將林木依胸徑大小分級，以立木級結構代替種群年齡結構分析種群動態(tài)，從第2徑級開始，以胸徑5cm為步長增加一級，即幼苗級Ⅰ（2.5cm

式中，V_n表示種群從n到n+1級的個體數量變化動態(tài)指數；V_pi表示整個種群結構的數量變化動態(tài)指數；S_n和S_n+1，分別表示第n到第n+1徑級種群個體數，當考慮外部干擾時：

式中，K為種群徑級數量，V_piV_n取正、負、零值的意義分別反映種群或相鄰徑級個體數量的增長、穩(wěn)定、衰退的動態(tài)關系。P為種群對外界干擾所承擔的風險概率，當P的值為最大時對種群動態(tài)V_pi構成最大的影響。

4 結果與分析

4.1 紅椿種群年齡結構及動態(tài)分析

圖1和圖2分別表示青龍河村T1和T2不同紅桔群落天然種群的年齡結構。從圖1和圖2可以看出，該地區(qū)紅椿種群年齡結構從整體上看屬于增長型種群，不同的群落類型中的紅椿種群的年齡結構有差別。

體現在T1種群的完整齡級結構為12級，T2種群結構僅為9級；種群T1中Ⅰ齡級個體數高于T2齡級Ⅰ齡級個體數；T1第Ⅱ齡級存活數量明顯低于T2種群Ⅱ齡級數量，說明T2種群幼苗個體存活率更好，T2種群的環(huán)境條件更適應Ⅱ齡級紅椿通過環(huán)境篩選和競爭。2種群其他齡級數量結構趨勢基本相同。

表2為種群相鄰級間個體數量的變化動態(tài)結果。T1種群在第4、8齡級出現衰退波動，其他齡級個體數量增長。整個種群年齡結構的數量變化動態(tài)指數V_pi=53.88%>0，種群屬于增長型。考慮種群的外部干擾因素時，V_pi=4.49%>0，整體表現出穩(wěn)定。T2種群在第4、11齡級出現衰退波動，其他齡級個體數量增長，V_pi=53.78%>0，種群屬于增長型。V_pi=5.98%>O，整體表現出穩(wěn)定。兩個種群幼苗庫較為豐富，且生殖階段的大樹占有較大比例，可以維持種群穩(wěn)定。種群結構對干擾抗敏感性指數p值分別為0.083和0.111，表明紅椿種群對外界干擾較為敏感，T2種群敏感度高于T1種群，在超出極限狀態(tài)的干擾出現時，種群穩(wěn)定存在風險。

4.2 紅椿種群數量動態(tài)的時間序列預測分析

以紅椿2個種群各齡級株數為原始數據，按照一次平均推移法計算出各齡級在未來12年，24年，36年后的株數（T2種群僅為24年），年齡與存活株數關系圖3和圖4。圖中可以看出，紅椿T1和T2種群各齡級株數峰值在預測序列中依次向后推移。隨時間推移，低齡級存活數量雖然在相應齡級有所增加，但總體趨勢遞減，老齡個體逐漸增多。因此，幼齡株數的補充更顯重要。最終老齡株數也急劇減少，兩個種群呈現出衰老。因此，豐富的幼苗數量是維持種群更新的保證；創(chuàng)造紅椿種群適生的林窗環(huán)境，保證第1和4齡級個體順利通過環(huán)境篩，種群的健康發(fā)展才能持續(xù)。

5 結語

紅椿齡級存活數量分析表明，存活植株與齡級之間變化關系存在著一種顯著的波動規(guī)律，這種波動是種群與環(huán)境相互選擇的過程。兩個種群均在第4齡級表現為波動，說明紅椿個體受環(huán)境制約較強，在第4齡級發(fā)展到第5齡級時，個體數量損失較大。

從群落特征分析，紅椿所在群落屬于常綠落葉闊葉林，紅椿群落優(yōu)勢種。但群落以闊葉喬木為主，對空間、環(huán)境資源都具有一定的競爭要求。環(huán)境條件決定了紅椿個體間以及與其它種群間對光照、水分、養(yǎng)分和空間生態(tài)位競爭，種群自疏作用增強，環(huán)境篩的選擇強度增大，對紅椿幼樹及成年植株造成一定程度的損失。這與紅椿齡級結構和數量動態(tài)分析結論一致。通過對建始紅椿資源調查發(fā)現，與恩施州其他紅椿種群相同，紅椿種群基本處于在相應的群落邊緣，2、4齡級的植株大多存在于群落邊緣，能獲得較強的光照，得以存活。因此，對現存種群及生境保護，適當的人工林窗措施是紅椿種群恢復的關鍵。