東莞市大屏嶂森林公園微地形對植被多樣性的影響

胡科 嚴朝東 林育述

摘要[目的]研究微地形與植被多樣性的關系。[方法]設置1 hm2大樣地，調查大屏嶂森林公園南亞熱帶次生常綠闊葉混交林的樹木性狀，分析微地形與森林植被多樣性指數的關系。[結果]①1 hm2大樣地內共記錄到2 209個植株，含24科38屬45種。優勢樹種為楊梅葉青岡（Cyclobalanopsismyrsinaefolia）等樹種。單位面積植株密度為0.220 9株/m2。植被多樣性指數的平均值為1.29，均勻度指數的平均值為0.56。②陡坡的植被多樣性指數最高（1.46），其次為緩坡（1.28），最低的是急坡（1.19）。③各坡向的植被多樣性指數從大到小依次為北向（1.95）、西向（1.47）、東向（1.31）、南向（0.95）。④上坡和下坡的植被多樣性指數相當（1.43和1.40），而中坡的相對較低（1.29）。[結論]該研究可為更深入地研究該地區的物種多樣性維持機制等提供基礎資料。

關鍵詞大屏嶂森林公園；大樣地；微地形；多樣性指數

中圖分類號S718.5文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）33-0172-03

Influence of Micro Topography on Vegetation Diversity in Dapingzhang Forest Park of Dongguan City

HU Ke1， YAN Chaodong1， LIN Yushu1， LIN Guantu3* et al

（1.Dapingzhang Forest Farm， Dongguan， Guangdong 523725；3.College of Resource and Environment， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510642）

Abstract[Objective]To study the relationship between microtopography and vegetation diversity.[Method]A forest monitoring plot of 1 hm2 was established in a secondary southern subtropical evergreen broadleaved forest in Dapingzhang Forest Park and conducted a tree census.The correlations between microtopographic conditions and forest plant diversity were tested.[Result]①It recorded 2 209 individuals of 45 species from 38 genera and 24 families in the 1 hm2 forest plot， with a density of 0.2 209 individuals/m2.The forest plot was dominated by Cyclobalanopsismyrsinaefolia. The ShannonWiener index and the evenness of the forest plot were 1.29 and 0.56， respectively.②Plant diversity index was highest on the abrupt slope（1.46） and lowest on the steep slope（1.19）.③Plant diversity index on different aspects ranked form big to small as follows：north aspect（1.95）， west aspect（1.47）， east aspect（1.31）， south aspect（0.95）.④Plant diversity index on the upslope positions（143） was similar with that on the downslope positions（1.40）， and that on the midslope positions was lowest（1.29）.[Conclusion]The results can serve as references to further exploration of the underlying mechanisms of species diversity maintenance.

Key wordsDapingzhang Forest Park；Large forest plot；Microtopography；Diversity index

森林具有涵養水源、防風固沙、保持水土、凈化水質及調節區域氣候等多樣性服務功能，其多樣性在維持森林生態系統基本功能方面發揮著關鍵作用，對其多樣性功能的研究和保護已經成為生態學與環境科學領域的一個焦點[1]，而驅動森林演替的重要動力除了地形和土壤因素外，還有臺風、冰雪災害干擾等因素[2]。有研究表明，地形通過地貌過程影響土壤的水、熱及養分的再分配，進而對植被產生直接的空間再分配，是影響森林發展和演替的重要因子[3]。長期的植物多樣性研究大都集中在大尺度空間格局上，對于小范圍的微地形研究甚少。筆者以東莞大屏嶂森林公園內南亞熱帶次生常綠闊葉混交林為例，設置大樣地，調查其群落結構，分析微地形與植被多樣性的關系，以期為更深入地研究該地區的物種多樣性維持機制等提供基礎資料。

1材料與方法

1.1研究區概況

研究區位于廣東省東莞市南部的大屏嶂森林公園內，公園總面積26.7 km2，地理坐標為113°59′07″～114°01′11″ E，22°45′44″～22°49′25″ N。大屏嶂森林公園屬南亞熱帶季風氣候，年降雨量1 500～2 400 mm，雨量集中在4—8月，年蒸發量1 600～1 700 mm，平均氣溫21.8 ℃，1—2月極端低溫3.1 ℃，7—8月極端高溫37.5 ℃，無霜期350 d以上。地形為低山高丘，最高峰為大屏嶂，海拔348 m，土壤主要為砂頁巖發育的磚紅性紅壤。目前大屏障森林公園林分類型主要以馬占相思（Acacia mangium）人工林和荔枝（Litchi chinensis）、龍眼（Dimocarpus longan）等果林為主，面積占森林公園的1/3以上。公園西部還保存約 91.6 hm2的地帶性植被，為南亞熱帶次生常綠闊葉混交林[4]，喬木層主要由殼斗科的小葉青岡（Cyclobalanopsis myrsinaefolia）、石礫（Lithocarpus glaber）、中華錐（Gomphostemma chinense Oliv.var.）、黧蒴（Castanopsis fissa）及樟科的浙江潤楠[Machilus chekiangensis S.Lee（Lauraceae）]等組成。灌木層主要的組成種類有桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）、野牡丹（Melastoma candidum）、酸藤果（Embelia laeta）、梅葉冬青（Ilex asprella）、粗葉榕（Ficus hirta）等。草本層的主要種類有玉葉金花（Mussaenda pubessens）、淡竹葉（Lophatherum gracile）、山菅蘭 （Dianella ensifolia）、小葉海金沙 （Lygodium microphyllum）等。另外，包含小部分荒草坡以及一個高爾夫球場。

1.2樣地設置與調查

2016年1月在大屏嶂森林公園老虎巖地段設置1個100 m×100 m大樣地，利用全站儀按照邊長為20 m正方形標準[5]，將樣地劃分為25個樣方，網格頂點用PVC管進行標注，并利用全站儀與RTK聯合測量的方法測繪1∶500數字化地形圖（圖1）。對每個樣方內胸徑大于3 cm的立木進行調查，包括胸徑、樹高及冠幅等指標，并鑒定和記錄種名。

1.3數據分析

地表植被的多樣性指標[6]包括總個體數（N）、豐富度指數（S）（即物種數）、多樣性指數（H′）和均勻度指數（E），它們的計算公式：

N=Ni

式中，Ni為各物種的多度；

H′=-si=1（Pi）（lnPi）

式中，S為物種數；Pi為樣本中屬于種的所有個體的比重。

E=H′lnS

利用GIS軟件分析大樣地的坡度、坡向及坡位等數據[7]，與群落內各樣方的植被多樣性進行相關統計與分析。

坡向從方位角北端45°開始，均勻地劃分為4個坡位：①東坡（45°～135°）；②南坡（136°～225°）；③西坡（226°～315°）；④北坡（316°～44°）。

坡度從緩到陡坡度可以分為4組：①緩坡（5.8°～25°）；②陡坡（25°～35°）；③急坡（35°～45°）；④險坡（45°～556°）。

坡位從山脊到山谷分為上坡位、中坡位、下坡位。

2結果與分析

2.1大樣地的地形

根據GIS軟件分析大樣地的地形數據，統計出坡度、坡向及坡位情況，大樣地20 m×20 m樣方水平上坡度在20.9°～40.2°。出現4種坡向和3種坡位，具體見表1和圖1。

2.2群落的多樣性指數及結構

根據野外調查結果，按照計算公式計算出每個樣方植被的多樣性指數，結果見表2。

分析該群落結構可知，整個1 hm2大樣地內共記錄到2 209個植株，含24科38屬45種。優勢樹種為小葉青岡（Cyclobalanopsismyrsinaefolia）、黧蒴[Castanopsis fissa （Champ.ex Benth.） Rehd.et Wils.]、降真香（Dalbergia benthamii）和黃牛木[Cratoxylum cochinchinense（Lour.） Blume]等。

大樣地單位面積植株密度為0.220 9株/m2，20 m×20 m尺度上單位面積物種數量為6～16種，平均10種，與海南尖峰嶺地區植被動態監測大樣地[2]的熱帶山地雨林（20 m×20 m尺度上單位面積物種數量為32～120種，平均80種）相比，同等面積上的物種數量和密度明顯降低，也低于南嶺山地森林群落[8]的立木數量（1 hm2大樣地共有立木47科81屬143種）。

東莞大屏嶂南亞熱帶次生常綠闊葉混交林森林群落植被多樣性指數的平均值為1.29，均勻度指數的平均值為0.56，低于南嶺國家級自然保護區[8]的天然林物種多樣性指數（2.90～5.34）和均勻度指數（0.56～0.87）。

結果顯示，整個1 hm2大樣地的平均樹高8.1 m，平均胸徑為10.7 cm，而冠幅只有8.2 m2，與楊加志等[9]在10年前調查的結果一致。

2.3坡度對多樣性指數的影響

東莞大屏嶂森林公園大樣地中只有3種坡度類型：緩坡、陡坡和急坡，沒有險坡，將各類型坡度多樣性指數對比后發現，陡坡的多樣性指數最高（1.46），其次為緩坡（1.28），最低的是急坡（1.19）。通常，地形因素可以通過影響土壤的微氣候、土壤的理化性質、植被的生長等途徑影響林木的生長質量，即使很小的地形變化也會造成短距離內土壤條件的劇烈變化[10]，如坡度大小通常影響土壤有機質的積累、水分的保持，坡度小的地方土壤有機質和水分充足，給植物生長提供有利條件；相反，坡度大的地方土壤有機質及水分流失過快，植被生境較差，因此群落的多樣性指數較低，如急坡。按此推理緩坡的多樣性指數應該高于陡坡，但實際情況較復雜，也有可能是經過較長時間的競爭，在緩坡的優勢樹種占據絕對優勢，反而使得緩坡內其他樹木種類減少，緩坡多樣性指數會下降，因此會出現陡坡的多樣性指數反而高于緩坡的情況。

2.4坡向對多樣性指數的影響

不同坡向的坡面由于其水熱條件的差異，造成土壤含水量變異明顯。坡向也是影響土壤有機質空間分布及其腐殖化和礦化過程的重要因素[11]。調查顯示，4種坡向均出現在該大樣地內，比較各類型坡向的小樣地群落多樣性指數的平均數，各坡向的多樣性指數從大到小依次為北向（1.95）、西向（1.47）、東向（1.31）、南向（0.95）。通常南坡陽光充足，溫度高，對于植被生長有利，群落的多樣性指數應該較高，該試驗結果卻與之相反，可能與當地風力的影響有關。當地經常刮東南風，特別是臺風季節，猛烈的風力從東南面吹來，東向和南向的樹木首當其沖，脆弱的樹木被刮倒，相反受樹木及地形的遮擋，北坡和西坡的樹木受影響程度不高，群落結構比較穩定，使得其多樣性指數升高。

2.5坡位與多樣性指數的影響

坡位對太陽輻射和降水再分配、土壤有機質和含水量有重要影響，不同坡位形成了不同的微地形環境，能夠對群落結構和物種多樣性分布形成顯著影響[11]。大屏嶂森林公園大樣地的3種坡位中，上坡和下坡的群落多樣性指數相當（分別為1.43和1.40），而中坡的多樣性指數相對較低（1.29）。反映出生長在中坡的植被受太陽輻射、降水分配和土壤有機質供應較上坡和下坡的植被少，生態條件較差，因而多樣性指數相對較低。

均勻度指數是群落的實測多樣性與最大多樣性的比率，當群落中物種數量和個體總數量一定、各物種的個體數量最均勻時，群落具有最大的多樣性[11]。由表2可知，均勻度指數與多樣性指數受地形的影響相同。

3結論

該研究設置1 hm2大樣地，調查大屏嶂森林公園南亞熱帶次生常綠闊葉混交林的樹木性狀，計算與統計了各樣方的森林群落多樣性指數，并與當地的地形因子進行分析，結果表明：①1 hm2大樣地內共記錄到2 209個植株，含24科38屬45種。優勢樹種為小葉青岡（Cyclobalanopsismyrsinaefolia）等樹種；單位面積植株密度為0.220 9株/m2；植被多樣性指數的平均值為1.29，均勻度指數的平均值為0.56。

②陡坡的植被多樣性指數最高（1.46），其次為緩坡（1.28），最低的是急坡（1.19）。③各坡向的植被多樣性指數從大到小依次為北向（1.95）、西向（1.47）、東向（1.31）、南向（0.95）。④上坡和下坡的植被多樣性指數相當（1.43和1.40），而中坡的植被多樣性指數相對較低（1.29）。

設置大樣地能夠深入了解微地形對植被多樣性的影響機理，對于當地人工造林及探索植被多樣性保護具有指導意義。該研究基于試驗條件的限制，微地形對植被多樣性的影響有待于進一步研究。

安徽農業科學2017年

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