林业科学  2009, Vol. 45 Issue (9): 41-47   PDF    
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王旭, 黄世能, 周光益, 李家湘, 邱治军, 赵霞, 邹滨.
Wang Xu, Huang Shineng, Zhou Guangyi, Li Jiaxiang, Qiu Zhijun, Zhao Xia, Zou bin
冰雪灾害对杨东山十二度水自然保护区栲类林建群种的影响
Effects of the Frozen Rain and Snow Disaster on the Dominant Species of Castanopsis Forests in Yangdongshan Shierdushui Provincial Nature Reserve of Guangdong
林业科学, 2009, 45(9): 41-47.
Scientia Silvae Sinicae, 2009, 45(9): 41-47.

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收稿日期:2009-04-17

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王旭
黄世能
周光益
李家湘
邱治军
赵霞
邹滨

冰雪灾害对杨东山十二度水自然保护区栲类林建群种的影响
王旭1, 黄世能1, 周光益1, 李家湘2, 邱治军1, 赵霞1, 邹滨3     
1. 中国林业科学研究院热带林业研究所 广州 510520;
2. 中南林业科技大学 长沙 410004;
3. 广东乐昌杨东山十二度水省级自然保护区 乐昌 512200
摘要: 以广东乐昌十二度水省级自然保护区内严重受损天然林为对象,研究冰雪灾害对该区域天然次生林建群种的影响。结果表明:1)该区森林建群种以甜槠、南岭栲、小红栲、雷公青冈、冬青、虎皮楠和交让木为主,具有典型的地带性植被分布;2)灾害对冬青损害最轻,虎皮楠损害最重,南岭栲、甜槠、小红栲、雷公青冈等栲类种和交让木损害居中;3)建群种各受损类型中胸径1.0~5.0 cm以倒伏、压弯和正常类型最多,5.1~10 cm以断干和翻蔸类型最多,15.0 cm以上以断梢最多,10.0~15.0 cm在各受损类型受损最低;4)海拔和坡度对不同的建群种受损程度影响不同,但在一定的范围内地形因子对林木严重受损率无影响。
关键词:冰雪灾害    阔叶林    建群种    受损程度    南岭    杨东山十二度水自然保护区    
Effects of the Frozen Rain and Snow Disaster on the Dominant Species of Castanopsis Forests in Yangdongshan Shierdushui Provincial Nature Reserve of Guangdong
Wang Xu1, Huang Shineng1 , Zhou Guangyi1, Li Jiaxiang2, Qiu Zhijun1, Zhao Xia1, Zou bin3    
1. Research Insitute of Tropical Forestry, CAF Guangzhou 510520;
2. Central South University of Forestry and Technology Changsha 410004;
3. Yangdongshan Shierdushui Provincial Nature Reserve of Guangdong Lechang 512200
Abstract: To understand the degree of the disaster damages to Castanopsis forests in Yangdongshan Shierdushui Provincial Nature Reserve, Lechang County, Guangdong Province, four 50 m×30 m sampling plots located from 700 to 1 000 m of elevation were stablished. Species composition and dominant species in the community were investigated in April and November, 2008. The effects of the frozen rain and snow disaster on the communities were assessed by counting the numbers of plants in damaged modes of dominant species and at different classes of diameter at breast height (DBH), and the relationship of landforms with damaged stands. The results showed that: 1) The community was analyzing dominated by Castanopsis species, which were Daphniphyllum macropodum, Daphniphyllum oldhamii, Castanopsis eyrei, Castanopsis fordii, C. carlesii, Cyclobalanopsis hui and Ilex chinenwsis. 2) D. oldhamii wasseverely damaged and, C. carlesii, D. macropodum, C. eyrei, C. fordii, and C. hui were moderately damaged, while I. chinenwsis was the most lightly damaged. 3) Plants with different DBH classes showed different damaged modes. The plants with 1.0~5.0 cm DBH class were mostly in damaged modes of lodging, stem bending and healthy, the plant with 5.1~10.0 cm DBH were subjected to trunk breakage and uprooting, and plants with more than 15 cm DBH mosthly suffered from top breakage. The 10.0~15.0 cm DBH class showed the least number of damaged plants. 4) The damaged degrees of different dominant species were differentially affected by elevation and slope.
Key words: frozen and snow disaster    broad-leaves forest    dominant species    harm degree    Nanling Mountain    Yangdongshan Shierdushui Nature Reserve    

特大冰冻雨雪灾害天气对森林生态系统产生的干扰十分严重(Abell, 1934Irland, 1998)。1998年1月北美洲东北部持续的暴雪,使1 700万hm2林地受影响(Manion et al., 2001);2005底至2006年初,日本遭遇20年不遇的大雪,受灾森林面积达2 945 hm2(陈学群等,2008);2007年4月美国东部的冻害,使美国东部内布拉斯加、马里兰、南卡罗来纳和德克萨斯4个州森林受到严重的影响(Gu et al., 2008)。2008年1—2月中国南方19个省(区、市)发生了历史罕见的重大雨雪冰冻灾害,受损森林面积达0.193亿hm2,给我国南方地区森林生态系统以重创(沈国舫,2008)。南岭是我国亚热带常绿阔叶林的中心地带,分隔长江流域和珠江流域,地带性植被为常绿阔叶林(吴征镒,1980)。素有“物种宝库”之称的南岭是遭受2008年1—2月冰雪灾害损失最严重的灾区之一。据初步考察,南岭山地范围内的自然保护区林木主干折断、断梢、主干劈裂、连根倒伏在50%以上,地表全是残枝、树干和树叶,重灾区被损毁的林木在95%以上。

2008年灾后,国家林业局、地方林业部门及相关的科研院所组织专家对各林区进行考察,对这场灾害进行评估并提出了很好的恢复建议和意见(杜纪山,2008李意德,2008肖文发,2008薛建辉等,2008尹伟伦,2008);但从群落的角度进行灾害对天然次生林受损情况研究或评估未见报道。为此,选择部分方面灾害受损严重的杨东山十二度水自然保护区为研究地点,建立固定样地,于2008年4月和11月对样地进行调查。通过对样地调查数据的分析,评价冰雪灾害对广东省杨东山十二度水省自然保护区森林生态系统建群种的影响,同时也为该区受损森林生态系统的恢复提供理论依据。

1 研究地概况

研究地选择广东省杨东山十二度水省级自然保护区内,地理位置是113°23′09″—113°29′32″ E,25°22′47″—25°11′06″ N,位于南岭山脉南面的乐昌市东北部,正北面与湖南省接壤,是广东省地理位置最北的保护区。该区气候属于中亚热带季风气候,具有光照充足、温暖湿润、雨量充沛的南亚热带与中亚热带过度性的特点。≥10 ℃年积温为6386.5 ℃;无霜期300天左右,年均气温为18.1~19.9 ℃,1月平均气温7.7~9.6 ℃,8月月均气温26.2~28.1 ℃;年降水量超过1 700 mm,没有特别明显的干旱季节,雨季在3—8月(王厚麟等,2007)。

该区属南岭山地,主要是中山地貌。最高海拔1 726.6 m,1 000 m以上的山峰90多座。在海拔700~1 000 m的山坡上,成土母质主要有变质石英砂岩、绢云母板岩以及黑云母花岗岩等,土壤为山地黄壤,表土灰黄色至灰黑色,心土蜡黄色或金黄色;在海拔1 000 m以上的山坡,土壤为山地灌丛草甸土,成土母质主要为花岗岩类,植被主要为保护区内植被为亚热带常绿阔叶林。本调查的样地设在海拔700~1 000 m种类组成和片层结构复杂的南岭低山常绿阔叶林带。林分是经过20世纪80年代初人工采伐后自然更新形成的天然次生林,森林群落建群种以甜槠(Catanopsis eyrei)、栲树(Catanopsis fargesii)、南岭栲(C. fordii)等栲属植物为主,属亚热带最为典型的常绿阔叶林类型——栲类林(吴征镒,1980)。海拔1 000 m以上为广东松(Pinus kwangtungensis)群落分布和山顶矮林(祁承经,1992)。

2 研究方法 2.1 样地设置

在海拨700~1 000 m天然林中,按照相邻格子样方的设置方法设置4个50 m×30 m的长方形固定样地(表 1),分别标记为SD01,SD02,SD03,SD04,每个样地又分为15个10 m×10 m的样方。

表 1 4块样地概况 Tab.1 Profiles of the four sampled plots
2.2 调查方法

分别于2008年4月(赵霞等,2008)和2008年11月对所设样地进行调查,每个样方以左下方为坐标原点确定被测树木的坐标位置,并根据测量的前后为树木编号、挂牌。2008年4月对样地内胸径(DBH)≥1cm有成活迹象乔木进行每木调查,调查因子包括:树高、胸径及目前的生长状况。2008年11月进行复查,其内容包括:确定已挂牌树种名,生长状况。以群落乔木层树种重要值排名前3位命名确立群落建群种(王伯荪等,1982)。

树木受损类型划分为倒伏、断干、断梢、翻蔸、压弯和正常6类(赵霞等,2008),其中倒伏、断干、翻蔸类型定为严重受损型;断梢、压弯类型定为轻度受损型。

2.3 分析方法

数据分析通过Excel软件、SPSS16.0进行单因子方差分析和Student-Newman-Keuls(SNK)差异性检验完成。

3 结果与分析 3.1 群落的主要物种组成

群落中树种的组成和结构对群落的抗干扰能力发挥着重要的作用。建群种一般形成植物群落的最上层,它受环境条件,特别是气候条件的影响最为强烈。样地调查结果显示:SD01号样地共有68个种,隶属47个属38个科,其中处于林冠层的种有交让木(Daphniphyllum macropodum)、甜槠、南岭栲、石栎(Lithocarpus glaber)、雷公青冈(Cyclobalanopsis hui)、杉木(Cunninghamia lanceolata)等,灌木层以广东杜鹃(Rhododendron kwangtungense)、檵木(Loropetalum chinense)、鹿角杜鹃(Rhododendron latoucheae)、鼠刺(Itea chinenwsis)等为主,建群种分别为交让木、甜槠和南岭栲(由于这次灾害中松树受损严重,基本都死亡,未对枯死木进行统计)。SD02号共有91个种,分别隶属于56个属38个科,其中处于林冠的种以甜槠、雷公青冈、冬青(Ilex chinenwsis)、大果蜡瓣花(Corylopsis multiflora)、青冈栎(Cyclobalanopsis glauca)、广东润楠(Machilus kwangtungensis)等为主,灌木层以广东杜鹃、鹿角杜鹃、溪畔杜鹃(Rhododendron rivulare)和杜鹃(R. simsii)等为主,建群种为甜槠、雷公青冈和冬青。SD03号样地共有71个种,分别隶属于46个属27个科, 其中处于林冠的种以南岭栲、冬青、小红栲(Castanopsis carlesii)、广东润楠、深山含笑(Michelia maudiae)等,灌木层以广东杜鹃、格药柃(Eurya muricata)、榕叶冬青(Ilex ficoidea)、油茶(Camellia oleifera)、溪畔杜鹃等为主,建群种为小红栲、南岭栲和冬青。SD04号样地共有71个种, 分别隶属于42个属31个科, 其中处于林冠的种以冬青、虎皮楠(Daphniphyllum oldhamii)、甜槠、雷公青冈、广东润楠、青冈栎等为主,灌木层以鹿角杜鹃、溪畔杜鹃、南方荚蒾(Viburnum fordiae)、米碎花(Eurya chinenwsis)等为主,建群种为虎皮楠、甜槠和冬青。从总体来看,该区植被组成上具有明显的栲类林的特征。随着海拔梯度的增加,建群种的种类也有差异,同时物种数量呈下降趋势。

表 2 各样地物种概况、植物建群种及重要值 Tab.2 Profiles of dominant species and their important values in the four sampled plots
3.2 建群种对灾害的响应

不同树种由于其木材特性、冠形、分枝角度等特性不同,在此次灾害中受损情况不同,不同群落的建群树种组成不同,受损状况也不同。从图 1可以看出:4个样地的建群种受损类型分布存在差异。冬青、交让木和雷公青冈以压弯类型最多,虎皮楠以翻蔸类型最多,甜槠以断梢和压弯类型最多,小红栲以断梢类型最多。但南岭栲在不同的样地中表现稍有差异,SD01样地中受损类型分布为:断梢>压弯>翻蔸>正常>断干,SD03样地中受损类型分布为:压弯>断干>断梢>正常>翻蔸。严重受损型的树种,能够改变建群种的冠层优势地位;轻度受损型树种,可短期恢复建群种的冠层优势地位。从损害程度来看,冬青受损最轻,3个样地严重受损率在9.09%~12.86%,虎皮楠受损最重,严重受损率在52.31%;南岭栲、甜槠、小红栲、雷公青冈等栲类种严重受损率在18.37%~32.58%,其中南岭栲受损相对较重为32.58%;交让木严重受损率为26.14%。各受损类型中,倒伏类型是1种损害较严重的类型,但在4个样地的调查中,其差异较大,SD01和SD02中各建群种均受到倒伏损害,而SD03和SD04无倒伏现象出现。这可能与现有林分形成的背景有关,在20世纪80年代初采伐时,对低海拔林地采伐强度大,而高海拔采伐强度小,只对大中径级进行采伐,而保留小径级树木,从而形成现有低海拔中小径级林木多,而高海拔大中径级多,从而高海拔处无倒伏现象。

图 1 各样地受损类型分布 Figure 1 Number of plants of dominant species in different damaged modes
3.3 建群种受损类型的径级分布

通过对4个样地受损类型与径级的分析(图 2),建群种倒伏木中以胸径1.0~5.0 cm最多,断干、断梢、翻蔸、压弯及正常类型中径级分部最高的分别为5.1~10.0 cm、15.0 cm以上、1.0~5.0 cm和5.1~10.0 cm、1.0~5.0 cm及1.0~5.0 cm。在各类受损类型中胸径10.1~15.0 cm受损数量最少。胸径为1.0~5.0 cm建群种受损主要集中在压弯类型中,胸径为5.1~10.0 cm主要集中在断梢、断干和翻蔸类型,胸径在10.1~15.0 cm主要集中在压弯、断梢和断干类型,胸径在15.0 cm以上主要集中在断梢、断干和翻蔸类型。轻度受损类型(压弯、断梢)中或正常木中,胸径在1.0~5.0 cm居多,重度受损类型中以胸径在5.1~10.0 cm的居多。胸径大于15.0 cm的建群种中,无正常木出现,说明在这次灾害中所有大树全部受损。胸径在1.0~5.0 cm遭受翻蔸危害的主要分布在15.0 cm以上树木周围,受损原因为这些大树在翻蔸时引起的,而不是被冰雪所压造成的。胸径在1.0~5.0 cm树木受损原因可归结为2方面:一是上层木的断梢或断枝所压;二是冰雪所压造成。胸径为5.1~10.0 cm受损较重的原因可能是,处于林冠的中间层,且有相对较大的冠幅,但树木的根系较浅,树干生长不充实,进而受到冰雪所压和上层断枝、断干等的机械损伤。

图 2 受损类型径级分布 Figure 2 Number of plants with different DBH classes in different damaged modes
3.4 立地因子对灾害干扰的影响

在自然干扰过程中,地形因素对干扰程度具有一定的影响。从表 3可以看出:同一树种随着海拔梯度的增加,没有受损(或正常)生长的数量呈现增加的趋势。这可能与海拔增加温度下降这种固定模式下植物对生境的适应有关,从而增加了树种对冰雪灾害的抵抗能力。在坡向基本一致的条件下,如SD01和SD03样地,随着海拔梯度的增加,倒伏、断梢、压弯类型占该树种的比例呈现下降的趋势,而断干类型呈现上升的趋势。而阳坡SD01,SD02及SD03样地和阴坡SD04样地,南岭栲断干、断梢、翻蔸类型与SD01和SD03样地中冬青和甜槠表现出一致的趋势,而压弯类型则相反。

表 3 同一建群种在不同样地受伤类型比例 Tab.3 Proportion of all damaged modes of the same dominant specie in the different sampled plots      %

通过对不同样地严重受损单因子(海拔、坡度)统计分析,在α=0.05水平,海拔、坡度对冬青和甜槠严重受损率没有显著性差异,这可能是海拔和坡度差异不大的原因。说明在海拔720~890 m或坡度在23~30°的范围内,杨东山十二度水省级自然保护区范围内林木受冰雪灾害损害的程度较一致。

表 4 不同海拔对建群种受损严重性方差分析(α=0.05) Tab.4 The variance analysis of serious damaged rates of dominant species in different elevations
表 5 不同坡度对建群种受损严重性方差分析(α=0.05) Tab.5 The variance analysis of serious damaged rates of dominant species in different slope degrees
表 6 不同海拔对建群种受损严重性SNK差异性检验 Tab.6 The Student-Newman-Keuls significance of serious damaged rates of dominant species in different elevations
表 7 不同坡度对建群种受损严重性SNK差异性检验 Tab.7 The Student-Newman-Keuls significance of serious damaged rates of dominant species in different slope degrees
4 结论与讨论

1) 广东乐昌杨东山十二度水省级自然保护区海拔700~1 000 m内物种多样性丰富,从总体来看,当前群落的具有明显的栲类林特征,仅在海拔1 000 m以上有广东松群落分布(王厚麟等,2007)。这和栲类林地理分布一致(祁承经,1992叶万辉等,2004)。

2) 2008年我国南方冰雪灾害对森林建群种损害程度,不同的种表现不同。冬青科的冬青受损最轻,樟科的虎皮楠受损最重,南岭栲、甜槠、小红栲等栲类种和交让木科交让木受损居中。这种受损格局,可能改变现有群落的结构:一是可能加强冬青在群落中的优势地位,同时减弱樟科虎皮楠在群落中的优势地位;二是虎皮楠在群落中的优势地位减弱,为栲类种在群落中生存提供更好的生存空间,从而进一步加强栲类种的优势地位。Lemon(1961)Whitney等(1984)认为在成熟林中先锋树种在冰雪灾害中比其他树种受损严重,这可能加速森林的演替进程。萌芽是木本植物遭受干扰后恢复的一种有效方式(Barnes et al., 1998),同时大量林窗的形成,为土壤中种子的萌芽发提供很好的条件,从而出现大量阳性速生树种,但大量的树冠受损,在短期内影响森林种子雨的量,进而影响现有建群种土壤种子库的种子输入。2008年冰雪灾害对森林的演替进程是产生加速还是后退,还需对受损树种萌芽更新及林下更新开展进一步的研究。

3) 建群种中,建群种中以胸径1.0~5.0 cm倒伏、压弯和正常类型最多,5.1~10 cm断干和翻蔸类型最多,15 cm以上以断梢最多,10.0~15.0 cm在各受损类型受损最低。从群落结构来看,建群种中大树受损并不严重,多为断梢现象,栲类林是萌生林的先锋树种之一,如南岭栲(叶万辉,2004),这种萌生枝可能在短期内重新占居林冠上层,同时未受损和压弯种1.0~5.0 cm的小树可利用形成的林隙加速生长,弥补受损严重的5.1~10 cm树种留下的空间。因此从长期来看,这场灾害未必能改变天然次生林的林冠结构。此外,在全球气候变暖条件下,极端事件发生的频率将不断的增加(秦大河,2005)。据预测(宋瑞艳等,2008),未来在广东至广西北部和云南中部部分地区,“最大”连续低温日数会略有增加;江西南部、广东东部以及福建西部部分地区降雪量有增加的趋势;贵州西部经云南东北部至四川盆地西部及以北到四川、陕西和甘肃3省交界处,冻雨天数的增加较大。如果这种趋势将来发生,处于演替过渡类型的栲类林可能较长期的成为该区天然次生林的类型。

4) 在此次灾害中不同建群种受损情况不同,冬青、南岭栲、交让木、雷公青冈和甜槠以压弯和断梢受损类型株数居多,小红栲以断梢和断干类型株数居多,但虎皮楠以翻蔸类型最高。在SD03样地中优势种均无倒伏现象,这可能与样地内土层深厚,立木密度低有关(Zhu et al., 2006)。由于不同的种其生物学特性、立地土壤结构和健康状况不同,其根系在土壤中分布情况、分枝角度、木材特性、尖削度(Dobbertin, 2002Wilson et al., 2001)和冠形等各不同,这些都可能对其受损类型产生影响。根据现有情况很难对这些特性进行推断,更系统科学的研究方法还有待进一步探索。

5) 在这场冰雪灾害中,地形因子对各建群种影响不一致,但在小的范围内地形因子对林木严重受损率的影响无差异。这与Dobbertin(2002)认为“坡度越大林木受灾程度越严重,坡度在8~35°之间更容易发生森林雪灾,而坡向的影响尚不能确定”的结果不一致。

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