張學(xué)順　劉國順　馮萬富　喬良　張玉虎

摘要：在淮河源生態(tài)功能區(qū)通過設(shè)置樣地調(diào)查馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）群落結(jié)構(gòu)特征、林分蓄積量和單位面積林木數(shù)，分析該群落的種類組成、物種的豐富度和多樣性。結(jié)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(nèi)灌木層較為豐富，草本層植物相對較少，馬尾松群系在該區(qū)發(fā)育可形成多個群叢；②馬尾松林單位面積林木數(shù)平均為1 988株/hm2，蓄積量平均為119.97 m3/hm2，單位面積林木數(shù)和蓄積量的相關(guān)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(shù)Simpson指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)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(tài)功能區(qū)馬尾松群落的物種多樣性順序?yàn)楣嗄緦?草本層>喬木層。④調(diào)查區(qū)的馬尾松林為不成熟的群落，還處于某個演替階段。

關(guān)鍵詞：馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）；群落結(jié)構(gòu)；物種多樣性；淮河源

中圖分類號：S791.248；S718.54；Q16（612） 文獻(xiàn)標(biāo)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(qū)域。2001年國家環(huán)境保護(hù)部（原國家環(huán)境保護(hù)總局）將河南省信陽市的10個縣（區(qū)）及南陽市桐柏縣共11個縣（區(qū)）所屬的國土面積確定為淮河源國家重要生態(tài)功能區(qū)（簡稱淮河源）；該區(qū)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(tài)功能區(qū)屬于中國重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，發(fā)揮著水源涵養(yǎng)與土壤保持、生物多樣性保護(hù)、農(nóng)產(chǎn)品提供等重要的生態(tài)服務(wù)功能。

馬尾松（Pinus massoniana Lamb.）是該區(qū)域分布最廣、資源量最大的森林群落類型，也是該區(qū)域典型地帶性植被之一[5]；馬尾松具有耐干旱、耐瘠薄、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，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(tài)功能區(qū)的主要森林群落構(gòu)成種馬尾松的調(diào)查，分析馬尾松群落的物種組成、結(jié)構(gòu)特征和物種多樣性，可以對馬尾松林的健康經(jīng)營模式研究提供理論基礎(chǔ)，這對于研究該區(qū)域生物多樣性的維護(hù)，乃至為該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與持續(xù)利用具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

調(diào)查區(qū)域位于河南省信陽市南部山區(qū)和西部丘陵、平原區(qū)，地理坐標(biāo)位于北緯32°29′-3l°35′、東經(jīng)113°50′-115°19′，屬于北亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)，地形地貌為山地、平原和丘陵。當(dāng)?shù)厝照粘渥悖昶骄鶜鉁?5.1～15.3 ℃；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(yè)調(diào)查

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

2.2 數(shù)據(jù)處理

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

N=Fg■■， （1）

式中，Zj為第j徑階的計數(shù)木株數(shù)，gj為第j徑階的斷面積，F(xiàn)g為斷面積系數(shù)，這里為1；

蓄積量（M）計算采用公式（2）計算，即調(diào)查林分每公頃的蓄積量，

M=Fg■Zj·（fh）j， （2）

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

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

辛普森（Simpson）指數(shù)計算公式如下：

D=1-■（Pi）2， （3）

式中，D是多樣性指數(shù)值，S是種的總數(shù)，Pi是樣本中屬于i種所占的比例數(shù)。

香農(nóng)-威納（Shannon-Weiner）指數(shù)計算公式如下：

H′=-■（Pi）（log2Pi）， （4）

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

2.2.3 相關(guān)性分析 運(yùn)用Microsft Office Excel 2003和SPSS16.0統(tǒng)計軟件，對馬尾松林單位面積林木數(shù)和蓄積量進(jìn)行相關(guān)分析，

3 結(jié)果與分析

3.1 群落結(jié)構(gòu)特征

馬尾松林是調(diào)查區(qū)域內(nèi)分布最廣、資源量最大的森林群落類型，也是該區(qū)域典型的地帶性植被之一。在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)既有馬尾松天然林、也有馬尾松人工林，每個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）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(gòu)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(luò)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(nèi)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(fā)生，有火跡和人為采伐現(xiàn)象；林木密度大，但成材率不高；樣地內(nèi)灌木較為豐富，草本相對較少。馬尾松群系在該區(qū)發(fā)育形成多個群叢，主要有：馬尾松-小構(gòu)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(shù)分析

通過角規(guī)繞測方法，利用單位面積林木數(shù)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(shù)和蓄積量數(shù)據(jù)，具體見表1。從表1可見，馬尾松林單位面積林木數(shù)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(shù)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(shù)和蓄積量進(jìn)行相關(guān)分析，得到的相關(guān)系數(shù)為0.223，大于0.05，說明單位面積林木數(shù)和蓄積量之間的相關(guān)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(tǒng)計，通過對13個樣地的調(diào)查，求其加權(quán)平均數(shù)，結(jié)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(diào)查林分的多樣性指數(shù)，得到的Simpson指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)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(tài)功能區(qū)馬尾松群落的物種多樣性順序?yàn)楣嗄緦?、草本層、喬木層?/p>

4 小結(jié)

1）研究結(jié)果表明，淮河源生態(tài)功能區(qū)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(gòu)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(luò)石、蛇葡萄、三葉木通、扶芳藤等。群落內(nèi)馬尾松林長勢一般，并伴有病蟲害發(fā)生，有火跡和人為采伐現(xiàn)象，成材率不高。樣地內(nèi)灌木較為豐富，草本相對較少，馬尾松群系在該區(qū)域內(nèi)發(fā)育形成了多個群叢。

2）淮河源生態(tài)功能區(qū)的馬尾松林單位面積林木數(shù)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(shù)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(shù)和蓄積量之間的相關(guān)性不顯著。

3）淮河源生態(tài)功能區(qū)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(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)也是灌木層最高，次為草本層，喬木層最后，說明淮河源生態(tài)功能區(qū)馬尾松群落的物種多樣性順序?yàn)楣嗄緦?草本層>喬木層。一般情況下，群落內(nèi)物種多樣性指數(shù)表現(xiàn)為草本層>灌木層 >喬木層[8]，但是在淮河源生態(tài)功能區(qū)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(guān)，因?yàn)閱棠緦?、灌木層對草本層的發(fā)育有抑制作用；調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)氐鸟R尾松群落郁閉度較大，遮蔽嚴(yán)重，草本層的物種多樣性相對較低。

4）研究結(jié)果表明，淮河源生態(tài)功能區(qū)的馬尾松林群落物種多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)較其他穩(wěn)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(tài)優(yōu)勢度較高；隨著演替過程的進(jìn)展，群落趨于穩(wěn)定，群落內(nèi)種類組成變得復(fù)雜，且各種群在占居生態(tài)位上越來越協(xié)調(diào)，生態(tài)優(yōu)勢度隨之遞減。從調(diào)查得到的群落物種多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)較低的結(jié)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(xiàn)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(guān)系，這些問題也是下一步深入研究的內(nèi)容之一。

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