陳 霞 湛 斌 朱 軍 趙 宸 關(guān)慶偉

1 南京市中山陵園管理局 南京 210014

2 南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院 南京 210037

城市森林作為城市綠地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是城市生態(tài)系統(tǒng)中最重要的初級生產(chǎn)者。對凈化城市空氣質(zhì)量、調(diào)節(jié)小氣候、保持水土、提高城市人居環(huán)境、維持城市生態(tài)系統(tǒng)多樣性及可持續(xù)發(fā)展有不可替代的作用。然而由于許多人類活動的干擾，導(dǎo)致城市植物多樣性減少，城市生態(tài)系統(tǒng)也遭受了一定程度的破壞，其生態(tài)服務(wù)功能大大降低，現(xiàn)在城市大多呈現(xiàn)出郊區(qū)向城市中心植物多樣性遞減的趨勢。

紫金山作為典型的城市森林，是重要的植物群落研究基地之一。近年來，安樹青等[1]的調(diào)查研究顯示紫金山靈谷寺森林多樣性指數(shù) (Simpson指數(shù)和Shannon－Wiener指數(shù))的變化較為緩慢。而劉茂松等[2]最近的研究顯示靈谷寺森林50多年來的多樣性指數(shù)存在波動，但目前尚未發(fā)現(xiàn)多樣性指數(shù)有明顯的上升或下降趨勢。盡管近年來，有關(guān)城市森林多樣性的研究較多，但是以往的研究大多數(shù)采用樣線法、樣帶法并用空間序列代替時間序列，缺乏科學(xué)性和系統(tǒng)性，與已被國際公認(rèn)最精確可靠的大樣地方法[3－4]相比存在明顯差距。因此本研究以紫金山馬尾松楓香混交林為對象，采用已被國際公認(rèn)為最精確可靠的大樣地方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)查和采集，并結(jié)合Simpson指數(shù)、Shannon－Wiener指數(shù)等多樣性指數(shù)進(jìn)行綜合分析，旨在了解其植物多樣性和種群更新狀況，以期為紫金山森林的科學(xué)管理和經(jīng)營提供依據(jù)。

1 研究地概況

紫金山位于南京東郊， 東經(jīng) 118°48′24″～118°53′04″，北緯 32°01′57″～32°16′15″， 東西長 7.1 km，南北寬6.7 km，總面積3 008.8 hm2，主峰海拔高度448.9 m[5－6]。紫金山屬亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，具有北亞熱帶氣候特征，寒暑變化明顯，降水豐富，全年日照2 213 h，年均溫15.4℃，7月平均最高27.7℃，1月平均最低2.2℃[5－6]。土壤以黃棕壤為主，酸性至微酸性。紫金山植被跟氣候一樣明顯地反映出植被類型的過渡性，有北方溫帶植被類型，也有南方亞熱帶植被類型，是典型地帶性植被類型的落葉、常綠闊葉混交林。植物資源較豐富，喬木、灌木、藤本及草本共有113科600種以上。主要的建群種及伴生種成分中，針葉樹有馬尾松 (Pinus massoniana Lambert)等，常綠闊葉樹有欏木石楠 (Photinia davidisoniae Rehder＆Wilson)、冬青 (Ilex chinensis Sims)等，落葉闊葉樹有栓皮櫟 (Quercus variabilis Blume)、楓香 (Liquidambar formosana Hance)等[7]。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查方法

本研究采用實地踏查的方法，在紫金山森林深處選取了最能代表紫金山馬尾松楓香混交林植被類型及其物種多樣性的1塊大樣地，海拔185 m，坡向西，坡度18°。為了便于統(tǒng)計樣方內(nèi)的各種生活型的植物，還在樣地內(nèi)布設(shè)樣方和樣格。根據(jù)樣地的大小和形狀，把它分成25個20 m×20 m的樣方。再把每個樣方分為4個樣格，用于統(tǒng)計喬木層 (胸徑大于或等于5.0 cm)和喬木更新層 (胸徑小于5.0 cm的幼樹)中的樹種。在每個樣方的頂角和正中心 (樣方內(nèi)4個樣格的交匯處)設(shè)置2 m×2 m的小樣格，用于統(tǒng)計草本和灌木。

在每個樣格中為胸徑大于等于5.0 cm的喬木釘上鋁合金樹號牌，并記錄其樹種、胸徑、樹高、冠幅和相對于樣地原點的坐標(biāo)，同時記錄幼樹更新情況。對于灌木和草本，分別記錄其種類、蓋度等。

2.2 重要值

植物群落中的喬木，重要值的計算公式如下:

2.3 多樣性指數(shù)

本研究選用的2個多樣性指數(shù)為Simpson指數(shù)和 Shannon－Weiner指數(shù)[8－10]。 具體計算公式見表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 物種組成分析

馬尾松樣地共記錄喬木1266株，分別屬于41種，含榆科、樟科、薔薇科、殼斗科等共計26科，山胡椒屬、櫻屬、刺楸屬、冬青屬等共計37屬。樣地中，個體數(shù)較多的喬木樹種如圖1。

馬尾松楓香混交林樣地共記錄灌木1395株，分別屬于19種，含馬鞭草科、豆科、山茶科、茜草課等共計15科，懸鉤子屬、豆腐柴屬、鼠李屬、安息香屬等共計17屬。樣地中，個體數(shù)較多的灌木如圖2。

表1 多樣性指數(shù)說明

圖1 馬尾松楓香混交林主要喬木

圖2 馬尾松楓香混交林主要灌木

馬尾松楓香混交林樣地共記錄草本1 856株，分別屬于26種，含禾本科、堇菜科、唇形科、蕨科等共計14科，茜草屬、野青茅屬、鳳尾蕨屬、酢漿草屬等共計25屬。樣地中，個體數(shù)較多的草本如圖3。

圖3 馬尾松楓香混交林主要草本

3.2 喬木層重要值分析

通過計算相對密度、相對頻度和相對優(yōu)勢度，得出重要值如表2所示。

在馬尾松楓香混交林植物群落中，盡管馬尾松的數(shù)量不及楓香，但馬尾松的優(yōu)勢度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他樹種，主要原因是馬尾松的胸徑一般較大，使其在相對優(yōu)勢度上占有絕對優(yōu)勢。因此，馬尾松為本植物群落的建群種，楓香為亞優(yōu)勢種，欏木石楠、山胡椒、樸樹和糙葉樹等為伴生種，故稱此片林地為馬尾松楓香混交林。

3.3 多樣性指數(shù)分析

分別計算馬尾松楓香混交林樣地中的喬木層、灌木層和草本層的 Simpson指數(shù)和 Shannon－Weiner指數(shù)，結(jié)果見表3。

分析表3，可以得出3種生活型中，喬木層的多樣性指數(shù)最高，其次是草本層，最低的是灌木層。Simpson指數(shù)和Shannon－Weiner指數(shù)對多樣性大小的描述一致，但Shannon－Weiner指數(shù)之間的差異更明顯。

3.4 徑級結(jié)構(gòu)分析

徑級結(jié)構(gòu)是植物群落穩(wěn)定性和生長發(fā)育狀況的重要指標(biāo)[11]。樣地內(nèi)胸徑≥5cm的樹木的總胸高斷面積為21.89 m2，喬木最大胸徑為58.6 cm。樣地內(nèi)所有個體的徑級分布 (以2 cm等級排列)呈現(xiàn)倒 “J”形 (圖4)，具有典型的復(fù)層異齡混交林特征，表現(xiàn)出群落穩(wěn)定的狀態(tài)。

根據(jù)對部分優(yōu)勢種徑級結(jié)構(gòu)的分析 (圖5－7)，各樹種的徑級結(jié)構(gòu)可歸納為2種類型:1)峰型 (中徑級個體儲備型):此類物種為喬木上層優(yōu)勢種，其徑級結(jié)構(gòu)類似于正態(tài)分布，個體主要集中在中徑級，小徑級與大徑級則相對較少，如馬尾松的徑級分布呈峰型，表現(xiàn)出衰退的趨勢；2)倒 “J”型 (正常型):此類物種為喬木中層

的優(yōu)勢種，徑級結(jié)構(gòu)的形狀類似于倒置的 “J”字，以5 cm≤胸徑＜7 cm的個體數(shù)最多，并隨著胸徑的增加個體數(shù)量逐步下降，如楓香和樸樹。

表2 馬尾松楓香混交林喬木層重要值表 (前20種)

表3 馬尾松楓香混交林的多樣性指數(shù)

圖4 全部喬木徑級結(jié)構(gòu)

圖5 馬尾松徑級分布圖

圖6 楓香徑級分布圖

圖7 樸樹徑級分布圖

4 結(jié)論

在馬尾松楓香混交林樣地中共記錄植物86種，分別屬于薔薇科、殼斗科、豆科、禾本科等共計49科，山胡椒屬、女貞屬、櫻屬、懸鉤子屬等共計77屬。喬木層中多度較大的有楓香、馬尾松、欏木石楠、山胡椒、樸樹等；灌木層中多度較大的有蓬蘽、老鴉柿、六月雪、山莓、大青等；草本層中多度較大的有藎草、天葵、苔草、鱗毛蕨、堇菜、麥冬等。3種生活型中，喬木層的多樣性指數(shù)最高，其次是草本層，最低的是灌木層，它們的Simpson指數(shù)和Shannon－Weiner指數(shù)分別為 0.900 3，0.667 5，0.830 7和 3.887 8，2.247 7， 2.888 6。

從徑級結(jié)構(gòu)來看，群落整體屬于穩(wěn)定增長型。其中，建群種馬尾松屬于穩(wěn)定的中徑級個體儲備型，楓香和樸樹等屬于穩(wěn)定增長型。從群落總體來看，樣地內(nèi)所有個體分布較為隨機(jī)。但從單一種群來看，它們的密度分布都在水平方向上呈現(xiàn)一定的變化，具體的變化規(guī)律還有待進(jìn)一步研究。前人研究發(fā)現(xiàn)，森林功能多樣性的實現(xiàn)可通過近自然森林經(jīng)營[12]，以促進(jìn)林分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)而提高林分多樣性和系統(tǒng)穩(wěn)定性[13－14]。因此，應(yīng)首先考慮改善林分空間結(jié)構(gòu)，使其形成多樹種的復(fù)層、異齡混交林結(jié)構(gòu)，同時對樹種進(jìn)行合理配置，以促進(jìn)該林分各林層多樣性的提高，從而提高城市森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能多樣性。

[1]安樹青，李升峰，王崢峰，等.南京靈谷寺森林動態(tài)變化的研究[J].植物學(xué)報，1997，39(7):661－666.

[2]徐馳，劉茂松，張明娟，等.南京靈谷寺森林50年來的動態(tài)變化研究[J].植物生態(tài)學(xué)報，2004，28(5):601－608.

[3]安樹青，趙儒林.紫金山次生森林植被特征分析[J].植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)學(xué)報，1990，14(1):13－22.

[4]羅佳，張燦明，牛艷東，等.森林生態(tài)系統(tǒng)大樣地定位研究綜述[J].湖南林業(yè)科技，2013，40(4):79－81.

[5]安樹青，趙儒林.紫金山次生森林植被特征分析[J].植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)學(xué)報，1990，14(1):13－22.

[6]安樹青，趙儒林.中國北亞熱帶次生森林植被的特征分析[J].南京大學(xué)學(xué)報，1991，27(2):323－331.

[7]董麗娜，徐海兵，居峰，等.南京紫金山國家森林公園植物多樣性現(xiàn)狀及保護(hù)對策[J].江蘇林業(yè)科技，2011，38(1):30－35.

[8]馬克平.生物群落多樣性的測度方法Ⅰα多樣性的測度方法(上)[J].生物多樣性，1994，2(3):162－168.

[9]馬克平，劉玉明.生物群落多樣性的測度方法Ⅰα多樣性的測度方法(下)[J].生物多樣性，1994，2(4):231－239.

[10]馬克平，黃建輝，于順利，等.北京東靈山地區(qū)植物群落多樣性的研究Ⅱ豐富度、均勻度和物種多樣性指數(shù)[J].生態(tài)學(xué)報，1995，15(3):268－277.

[11]葉萬輝，曹洪麟，黃忠良等.鼎湖山南亞熱帶常綠闊葉林20公頃樣地群落特征研究[J].植物生態(tài)學(xué)報，2008，32(2):274－286.

[12]許新橋.近自然林業(yè)理論概述[J].世界林業(yè)研究，2006，19(1):10－13.

[13]崔寧潔，劉洋，張健，等.林窗對馬尾松人工林植物多樣性的影響[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報，2014，20(1):8－14.

[14]陳步峰，翟石磊，裴男才，等.廣州市小尺度森林景觀群落的生態(tài)特征及其關(guān)系[J].中國城市林業(yè)，2017，15(2):6－12.