林业科学  2001, Vol. 37 Issue (专刊1): 106-110   PDF    
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游水生.
You Shuisheng.
不同人为干扰强度对米槠林乔木层组成和物种多样性的影响
THE EFFECTS OF DIFFERENT ARTIFICIAL DISTURBANCE ON THE FLORA AND SPECIES DIVERSITY OF TREE LAYER IN CASTANOPSIS CARLESIS FOREST IN WUPIN, FUJIAN
林业科学, 2001, 37(专刊1): 106-110.
Scientia Silvae Sinicae, 2001, 37(专刊1): 106-110.

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收稿日期：2001-01-08

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游水生. 2001. 不同人为干扰强度对米槠林乔木层组成和物种多样性的影响. 林业科学, 37(专刊1): 106-110.
You Shuisheng. 2001. THE EFFECTS OF DIFFERENT ARTIFICIAL DISTURBANCE ON THE FLORA AND SPECIES DIVERSITY OF TREE LAYER IN CASTANOPSIS CARLESIS FOREST IN WUPIN, FUJIAN. Scientia Silvae Sinicae, 37(专刊1): 106-110.  
不同人为干扰强度对米槠林乔木层组成和物种多样性的影响
游水生     
福建农林大学林学院 南平 353001
收稿日期：2001-01-08
基金项目：福建省自然科学基金资助项目(C94005)
摘要： 本文从乔木层组成和物种多样性角度探讨不同人为干扰强度(天然米槠林CK、A级择伐更新、B级皆伐迹地天然更新、C级皆伐迹地人工促进天然更新和D级杉木林)对福建武平米槠林恢复的影响。结果表明:CK、A级和B级乔木层都是以米槠为优势种, C级顶极种米槠处于第2优势种, 阳性树种裂斗锥处于第1优势种, 而D级受人工种植的影响乔木层优势种发生根本性变化而以杉木为优势种; 通过乔木层组成和物种多样性分析, 随着人为干扰强度的加大种类组成、各科含种数、各科含属数和各属含种数上升到B级或C级后下降或直接下降, 而物种多样性指数和均匀度呈线性下降、优势度呈线性上升。特别是D级杉木林乔木层由于以人工种植杉木为优势种控制着整个群落的性质和环境、导致分析的各方面指标与天然米槠林CK相距甚远, 目前较难恢复到米槠顶极群落, 其余更新方式将能恢复到米槠顶极群落。
关键词： 米槠林    不同人为干扰    乔木层组成和物种多样性    
THE EFFECTS OF DIFFERENT ARTIFICIAL DISTURBANCE ON THE FLORA AND SPECIES DIVERSITY OF TREE LAYER IN CASTANOPSIS CARLESIS FOREST IN WUPIN, FUJIAN
You Shuisheng     
Forestry College of Fujian Agriculture and Forestry University Nanping 353001
Abstract: The effects of the different artificial disturbances on the flora of tree layer and species diversity in the restoration series (CK, the natural Castanopsis carlesii forest; class A, the regeneration by selected cutting; class B, the natural regeneration in clear-cutting; area C, the artificial measures promoting regeneration and class D, Chinese fir stand) of the C.carlessi forest in Wuping, Fujian were studied. The results showed that the C. carlesii was the dominant species in the tree layer in CK, class A and class B; and the second dominant species in class C. The intolerant tree species C.fissa was the most dominant species in class C, and Chinese fir was the absolutely dominant in class D influenced by artificial plantation. Numbers of families, geneus and species; numbers of species in families, numbers of genera in families and numbers of species in genera were increased to B or C class and then dropped down gradually of directly with the increasing of disturbance intensities, while the indices of species diversity and the evenness decreased, the dominant index increased linearly. In class D, the indices were very different from those of natural C.carlesii forest because the dominant species-Chinese fir, which affected the characters and environment of the community. The regeneration patterns except class D will be succeed back to the climax community of C.carlesii.
Key words: C. carlesii forest    Artificial disturbance    The flora and species diversity of tree layer    

20世纪50年代以来, 随着人口增加、资源开发、环境变迁和经济增长等问题, 促使环境危机日益突出; 环境污染、森林破坏、水土流失和荒漠化等一系列世界问题对人类的生存和经济的持续发展构成严重威胁。植被在人为干扰后恢复的研究是群落和生态系统动态研究的一个热点。这方面国外的工作开始较早, 其中F. H. Borman和G. E.Likens(Borman et al., 1981)领导的对美国新罕什尔的Hubbard Brook森林生态系统受人工干扰后的恢复演替的系列研究, 是这一方面最有代表性的工作之一。国内生态恢复方面的工作, 主要自上世纪80年代以后逐渐展开(刘金林, 1983; 黄全, 1988; 李景文, 1988; 马世骏, 1990; 沈泽昊, 1995; 温远光, 1996; 余作岳, 1997; 赵平, 1998; 2000;章家恩, 1999), 作者于1992年初开始对地带性植被———米槠林恢复进行系统研究(游水生, 1995; 1996;1997;1998;林德喜, 1997; 1998)。本文根据1992 ~ 1998年调查的资料(天然米槠林CK、择伐更新A级、皆伐迹地天然更新B级、皆伐迹地人促更新C级和杉木林D级)不同人为干扰强度从乔木层区系组成和物种多样性角度探讨米槠林恢复规律。

1 自然概况及研究方法 1.1 自然概况

调查地点位于福建武平朝阳采育场小坪坑工区, 北纬25°9′, 东经116°4″。该林地处于武夷山脉向南延伸的最南端, 海拔450 ~ 540 m, 坡向东北, 本区地处中亚热带最南部, 属于亚热带海洋性气候, 年平均气温18.2 ℃, 1月平均气温7.2 ℃, 7月平均气温为26.7 ℃, 日最高气温38 ℃, 日最低气温-6.3 ℃, 年均霜期97 d, 最长达155 d, 偶有降雪, 年平均降雨量1542 mm, 年均相对湿度80 %。土壤由花岗岩发育而成的红壤, 土层厚20 ~ 50 cm。

1.2 调查方法

在不同人为干扰林地内选取有代表性的群落设置标准地, 样方大小定为5 m ×5 m, 在样地取样时, 按正方形布置样方, 并由中心开始向四周逐渐扩展进行, 取样面积为1200 m2(王伯荪, 1982), 5个处理样地面积为6000 m2。在各样方内, 对林木进行每木调查, 记录每个个体的高度、胸径、冠幅和生活力等, 同时对样方内出现乔木幼树、幼苗、灌木、草本、藤本进行记载。

1.3 不同人为干扰强度等级划分

干扰强度划分为4级:A级为上世纪60年代初烧炭者择伐天然米槠林大树烧炭干扰的林地, 然后排除干扰, 采用封山育林(简称择伐更新A级Class A); B级为1981年皆伐天然米槠林干扰的林地, 然后排除干扰, 采用封山育林(简称皆伐迹地天然更新B级Class B); C级为1981年皆伐天然米槠林干扰的林地, 1983年再次干扰, 即采用间伐留苗, 1984年又一次干扰, 即采用有目的、有方向的抚育间伐, 保留健壮、易成材、速生树种(简称皆伐迹地人促更新C级Class C); D级为20世纪80年代初皆伐天然米槠林干扰的林地, 然后多次干扰、即采用火烧整地, 人工种植杉木, 前3年每年抚育(简称杉木林D级Class D); 同时在林地附近选择一片地形位置相似未经干扰天然米槠林作对照(简称天然林对照CK)。

1.4 物种多样性, 均匀度和优势度测定指标
2 结果与分析 2.1 不同人为干扰强度对乔木层组成的影响 2.1.1 重要值指标分析

根据外业取样资料进行各层次划分, 可分为4层:乔木层、灌木层、草本层和层间植物, 其中高大于或等于6 m的划为乔木层; 然后进行各层次种的重要值(林鹏, 1986)计算。群落乔木层的变化对群落的影响比其它的深刻得多, 所以本文仅从乔木层组成和物种多样性角度探讨米槠林恢复规律。

天然林CK乔木层组成种类有29种, 占群落总种数31.5 %, 重要值最大者为米槠(Castanopsis carlesii)和马尾松(Pinus massoniana), 重要值分别为81和34;择伐更新A级乔木层组成种类有29种、占群落总种数31.1 %, 重要值最大者为米槠和小乔木黄瑞木(Adinandra millettii), 重要值分别为67和63;皆伐迹地天然更新B级乔木层组成种类有27种, 占群落总种数23.7 %, 重要值最大者为米槠和阳性树种裂斗锥(Castanopsis fissa), 重要值分别为95和63;皆伐迹地人促更新C级乔木层组成种类有28种, 占群落总种数19.7 %, 重要值最大者为生长快的阳性树种裂斗锥和米槠, 重要值分别为158和39;杉木林D级乔木层组成种类有7种, 占群落总种数11.9 %; 重要值最大者为杉木(Cunninghamia lanceolata)和生长快的阳性树种裂斗锥, 重要值分别为261和20。从中看出CK、A级和B级乔木层都是以米槠为优势种控制着整个群落的性质和环境, C级由于把非目的树种去除, 优势种发生了变化, 以生长快的阳性树种裂斗锥为优势种, 米槠为次优势种, D级受人工种植的影响乔木层优势种发生根本性变化而以杉木为优势种。

2.1.2 不同人为干扰强度对各大类群组成的影响

从图 1可看出, 不同人为干扰强度裸子植物科、属和种数变化不大, 科数(Gf)、属数(Gg)和种数(Gs)重合, 即CK为2科2属2种, A级为2科2属2种, B级为1科1属1种, C级科属种都为0, D级为1科1属1种, 而双子叶植物科数(Df)属数(Dg)和种数(Ds)随着干扰强度加大数目逐渐上升到C级后显著下降, 即A级为13科20属29种, 这基本上与天然米槠林(CK)为15科19属29种接近, 上升至B级为17科21属27种, 再上升至C级为16科21属28种后显著下降, 降至D级为7科7属7种。

图 1 不同人为干扰强度各大类群数目统计图 Fig. 1 Number of groups in different intensity of disturbance 干扰强度The intensity of olisturbance
—◆—Gf, ---■---Gg, —△—Gs, —◇—Df, —*—Dg, —●—Ds. Gf-裸子植物科数Families of Gymnospermae, Gg-裸子植物属数Genera of Gymnospermae, Gs-裸子植物种数Species of Gymnospermae, Df-双子叶植物科数Families of Discotyleneae, Dg-双子叶植物属数Genera of Discotyleneae, Ds-双子叶植物种数Species of Discotyleneae
2.1.3 不同人为干扰强度对各科含种数的影响

从各科含种数统计图(图 2)看出, 含5 ~ 10种的科数CK、A级、B级和C级都为1个科, 即壳斗科Fagaceae, 随后又下降至D级为零; 含2 ~ 4种的科随着干扰强度加大科数上升至A级下降后, 再上升至C级下降, 降至D级为0, 即CK为5科、A级为6科、B级为2科、C级为4科、D级为0;单种的科随着干扰强度加大科数下降至A级后上升至B级又下降, 即CK为9科、A级为6科、B级为14科、C级为11科、D级为7科。

图 2 不同人为干扰强度各科含种、属数统计图 Fig. 2 Species, genera of each families in different intensity of disturbance —◆—5至10种5 to 10 species, ---■---2至4种2 to 4 species, —△—1种1 species. —◆—2至4属2 to 4 genera, —■—1属1 genus.
2.1.4 不同人为干扰强度对各科含属数的影响

从各科含属数统计图(图 2)看出, 含2 ~ 4属的科数随着干扰强度加大科数略上升至A级后下降B级, 又上升至C级下降, 即CK为3科、A级为4科、B级为3科、C级为4科、D级为零; 单属的科数随着干扰强度加大科数下降至A级后, 上升B级又明显下降, 即CK为12科、A级为9科、B级为14科、C级为12科、D级为7科。

2.1.5 不同人为干扰强度对各属含种数的影响

从各属含种数统计图(图 3)看出, 含5 ~ 10种的属数随着干扰强度加大略下降至A级后, 上升至C级又下降, 即CK为1属、A级为零、B级为1属、C级为1属、D级为零。含2 ~ 4种的属数随着干扰强度加大上升至A级后下降B级, 又略上升至C级下降; 即CK为4属, A级为6属, B级为1属, C级为2属, D级为零。单种属随着干扰尺度加大属数略下降至A级后, 又上升至B级下降, 即CK为14属, A级为13属, B级为19属, C级为18属, D级为7属。

图 3 不同人为干扰强度各属含种数统计图 Fig. 3 Species of each genera in different intensity of disturbance —◆—5至10种5 to 10 species, ---■---2至4种2 to 4 species, —△—1种1 specie.
2.2 从物种多样性指数、均匀度和优势度角度分析不同人为干扰强度对米槠林乔木层影响 2.2.1 不同人为干扰强度对米槠林物种多样性指数影响

从图 4可看出, 不同人为干扰强度物种多样性指数(Dsi、Dsh和Dmc)随着干扰强度加大指数逐渐下降, 即Simpson指数(Dsi)CK为8.4、A级为7.6、B级为5.48、C级为2.85、D级为1.18, ShannonWiener指数(Dsh)CK为3.8、A级为3.6、B级为3.16、C级为2.67、D级为0.55, McIntosh指数(Dmc)CK为0.69、A级为0.68、B级为0.6、C级为0.44、D级为0.08。

图 4 不同人为干扰强度物种多样性指数统计图 Fig. 4 Comparison of the diversity index of different intensity of disturbance —◆—Dsi; —■—Dsh; —△—Dmc.

通过计算不同人为干扰强度与物种多样性指数之间呈线性关系, Simpson指数(Dsi)回归方程、A =-0.5 +5.99x, r = 0.97, Shannon-Wiener指数(Dsh)回归方程、A =-1.1 +5.9 x, r =0.81, McIntosh指数(Dmc)回归方程、A =-5.6 +5.8x, r =0.82, 即随着不同人为干扰尺度加大物种多样性指数呈线性下降的趋势。

2.2.2 不同人为干扰强度对米槠林均匀度的影响

从图 5可看出, 不同人为干扰强度均匀度(Jsi、Jsh和Jmc)随着干扰强度加大均匀度逐渐下降, 即Simpson均匀度(Jsi)CK为0.26、A级为0.23、B级为0.18、C级为0.09、D级为0.16, Shannon-Wiener均匀度(Jsh)CK为0.79、A级为0.75、B级为0.66、C级为0.56、D级为0.19, McIntosh均匀度(Jmc)CK为0.8、A级为0.77、B级为0.71、C级为0.5、D级为0.13。

图 5 不同人为干扰强度物种均匀度统计图 Fig. 5 Comparison of the evenness of different intensity of disturbance —◆—Jsi; —■— Jsh; —△—Jmc.

不同人为干扰强度与均匀度之间略呈线性关系, Simpson均匀度(Jsi)回归方程A =-19.63 + 6.61x, r =0.66, Shannon-Wiener均匀度(Jsh)回归方程A = -6.00 +6.54 x, r =0.83, McIntosh均匀度(Jmc)回归方程A =-5.1 + 6.01x, r =0.83, 即随着不同人为干扰尺度加大均匀度呈线性下降的趋势。

2.2.3 不同人为干扰强度对米槠林优势度影响

从图 6可看出, 不同人为干扰强度优势度(Csi和C)随着干扰加大优势度逐渐上升, 即Simpson优势度(Csi)CK为0.12、A级为0.13、B级为0.18、C级为0.35、D级为0.84, 优势度(C)CK为0.11、A级为0.11、B级为0.17、C级为0.30、D级为0.76。

图 6 不同人为干扰强度物种优势度统计图 Fig. 6 Comparison of the dominance degrees of different intensity of disturbance —◆— Csi; —■—C.

通过计算不同人为干扰强度与均匀度之间略呈线性关系, Simpson优势度(Csi)回归方程、A =4.5 +1.5x, r =0.75, 优势度(C)回归方程, A = 4.96 +1.56x, r =0.73, 即随着不同人为干扰尺度加大优势度呈线性上升的趋势。

3 结语

通过从乔木层组成和物种多样性指数、均匀度和优势度角度分析不同人为干扰强度(天然米槠林CK、A级择伐更新、B级皆伐迹地天然更新、C级皆伐迹地人促更新和D级杉木林)对福建武平米槠林乔木层恢复的影响分析, 结果表明:乔木层随着不同人为干扰强度加大各大类群组成中裸子植物科、属和种数变化不大, 双子叶植物科数(Df)属数(Dg)和种数(Ds)随着干扰强度加大数目逐渐上升到C级后显著下降; 各科含种数、各科含属数和各属含种数上升到B级或C级后下降或直接下降; 物种多样性指数和均匀度呈线性下降、优势度呈线性上升。从以上结果可以看出人工种植杉木为优势种控制着整个群落的性质和环境、导致分析的各方面指标与天然米槠林CK相距甚远, 目前较难恢复到米槠顶极群落, 而其余更新方式乔木层以顶极种米槠为第一优势种或第二优势种分析各方面指标与天然米槠林CK相距较近, 将能恢复到米槠顶极群落。

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