博白林场桉树人工林群落.doc

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1、博白林场桉树人工林群落物种多样性调查探讨广西国营博白林场生产科杨福超摘 要2008年对博白林场各种年龄段的桉树人工林群落，用丰富度、均匀度和多样性指数对其多样性进行研究。根据对不同年龄桉树林下植被群落变化情况的调查结果，初步研究了桉树人工林群落演替过程中物种多样性的变化趋势，探讨桉树林群落物种多样性与稳定性的关系。该调查研究为开展生态平衡稳定和今后造林更新,为目前仍有些人认为桉林下无植被成活提供理论依据和辩驳依据。关键词：桉树；人工林；物种多样性前 言 桉树天然分布于澳大利亚大陆及华莱士线以东，大洋洲大陆附近的太平洋岛屿。桉树的种类繁多，常用的重要用材树种约为30种，其中多数是世界著名的硬木资

2、源和造纸优质材料。尤其是短周期工业用材林的迅速发展，促进了造纸业和人造板工业的发展；从育苗造林开始，便为社会提供了大量的劳动就业机会。同时，桉树人工林在消灭荒山，减少水土流失，防风固沙，改善生态环境等方面起了重要作用。生物多样性是地球生命支持系统的核心部分，不仅直接提供人类生活所必需的各种食物、纤维、建筑材料等，还通过参与各种生物地球化学循环过程来维持人类生存所必须的生存环境，因此，开展对生物多样性的研究，已经成为当今生物学、生态学及人文科学的热点。2008年11至12月份本人通过参加博白林场桉树人工林不同年龄群落发展过程中物种变化的调查，研究进一步编写论文，旨在探明桉树人工林物种多样性现状，

3、掌握桉树林群落林下植被发展动态，为开展生物多样性保护和指导桉树人工林的经营管理提供相应理论依据。 一、自然环境概况 博白林场位于广西博白县境内，地理坐标东经10922301101730，北纬2139242230。总场设在博白县亚山镇清湖坡，距亚山镇2公里，距博白县城13公里，距北海市170公里，距玉林火车站67公里。场经营的林地分布于博白县20个乡镇，东西长32公里，南北宽28公里。地处六万大山支脉和云开大山支脉之间，南流江谷地走廊。地势东西高，中间低。林场境内林地小山脉盘行崛起，四起峰峦，地形较为复杂，主要地貌类型有丘陵、台地、和低山地貌。境内最高的山峰为云飞分场那林分区的花竹头顶，海拔81

4、1.0米，最低处为综合厂山丘，海拔68.0米，相对高差743.0米。气候属南亚热带向北热带过度的季风气候，光热丰富，雨量充足，雨热同季，气候温和。累年平均气温21.9摄氏度，一月平均气温13.4摄氏度，7月平均气温28摄氏度，极端低温0.5摄氏度，极端高温37.7摄氏度，全年积温8081.9摄氏度，大于或等于10摄氏度积温7553.3摄氏度；年平均日照1778.3小时，年平均降雨量为1756.2毫米，相对湿度为80%左右，无霜期为350天，植物生长期为340350天。光、水、热条件优越，适宜多种植物生长，是发展林业生产，特别是桉类、相思等速丰树种基地建设的好地方。林场境内土壤成土母岩主要是花岗

5、岩和砂岩。地带性土壤代表为赤红壤和砖红壤，土壤质地壤轻粘土，有机质含量居中，肥力中下，但普遍缺磷、钾肥;土层厚度一般在60厘米以上，表土层520厘米，有机质含量0.594.44%，全磷0.020.04ppm,全钾0.231.5ppm,PH值4.56.5之间。地带性植被为南亚热带常绿阔叶林。由于长期受人为活动影响，原生植被已被破坏，只有在边远山区沟谷地带残留有零星小片次生林。人工植被乔木树种以桉树和相思类为主，其次是马尾松、湿地松、杉木、火力楠、荷木、红椎等。灌木有桃金娘、岗松、三叉苦、野漆木、山苍子等。草本植物以铁芒箕、黄茅草、纤毛鸭咀草、东方乌毛蕨、五节芒等等。林场交通运输主要以陆路为主。省

6、道20122自东北至西南斜贯博白全境，为林场与外界交往运输大动脉，县道、乡道及林区公路通达各分场和林区，据统计，全场现有林区公路1231.3公里，大林道86.5公里，小林道411.2公里。通讯方面，无线电通讯网覆盖全场，林区内通讯较方便。 二、调查研究方法 (一)群落样地及环境因子调查样地的设置采用典型取样法，在云飞分场竹凉分区二林班的不同年龄桉树林内设置，该区分布有明显不同年龄阶段的桉树林，为采用空间代替时间的方法进行桉树林恢复过程中高等植物物种多样性变化的研究提供了较为理想的试验场所。共设乔木样方 18个，灌木样方90个，草本样方90个。样地环境条件力求相对一致，以能表现不同年龄阶段桉树林

7、群落的整体特征。取样面积乔木样方2020m,内设5个2m2m 小样方调查灌木及草本，记录项目主要包括：乔木样方按每木检尺法记录乔木的高度，胸径；灌木和草本的高度、盖度、株数；生境因子，如海拔、坡向、坡度、坡位，土壤类型。各典型样地的环境因子资料（见表2-1）。特别说明的是，桉树人工林是集约的经营类型，经人为干扰，去除了非目的树种，所以桉树在乔木层占有绝对优势。本文研究对象主要是林下植被的物种多样性，桉树不计在内。表2-1 各样地环境资料群落类型 海拔 坡度 坡向 坡位 土壤类型 群落郁闭度0.5年群落 460520m 25 西南坡 中坡 砂页岩红壤 0.22年群落 500610m 22 东坡

8、中上坡 砂页岩黄红壤 0.34年群落 420530m 18 东坡 中坡 砂页岩红壤 0.7 (二)物种多样性指数的计算 物种多样性是群落重要的数量特征之一，是群落的种数、个体总数及各种均匀性的综合指标，它不仅反映了群落或生境中的物种丰富度、变化程度或均匀度；也反映不同地理自然条件与群落的相互关系，在一般情形下群落物种多样性与稳定性和群落的演替有很大关系。本文借用丰富度指数、多样性指数、均匀度指数的5个计算公式统一应用各个物种在该层中的个体数对各层的物种多样性进行了测定（Magurran,1988;马克平，1994；谢晋阳，1993；郝占庆，1994）。 物种丰富度即物种的数目，可直接用群落物种

9、数表示，也可以用群落物种数与群落个体数的比值来表示，本文采用物种数为丰富度指数。物种丰富度指数 S出现在样方的物种数 多样性指数反映群落中的物种数量、物种个体数量以及物种分配均匀程度等的变化情况，本文采用Simpson指数、Shannon指数来计算。 Simpson指数 DNi(Ni-1)/N(N-1) 2 Shannon-Wiener指数 H(PiPi) 2 均匀度是群落样方中每个种个体数目之间的差异，因此均匀度通常被定义为观察多样性与最高多样性的比率。 Pielou均匀度指数 J H/S 2 种间相遇机率 PIE是描述群落组织水平特征或相互关系的指数，它是根据不同种活动在随机情况下的个体间

10、相遇的比率。 PIE=N/（N-1）（1-Pi2） 2 以上式中Ni为第i种的个体数，N为所有种的个本总数，Pi为第 i 种的个体数Ni占所有种个体总数N的比例，即Pi= Ni/N; i=1,2,3,S,S为物种数。 三、结果与分析 (一)桉树人工林群落的植物种类组成博白林场桉树人工林样地里共出现48个科、95个属，共117个种，在样地中共有单个体种33种（占26.8%），双个体种7种（占2.5%）(见表3-1)。对这些偶见种相对群落来说，更容易受到各种威胁的影响而在群落中绝灭，而使群落的物种多样性降低，使得群落有极高的物种损失率，所以对桉树人工林的物种多样性保护意义十分重要。表3-1 博白林

11、场桉树人工林植物主要科属种分布表 科名 属数 种名1樟科 1 山苍子2小薜科 1 鸟不宿3防已科 1 细圆藤4葫芦科 1 老鼠拖冬瓜5茶科 3 油茶 华南毛柃红荷木 荷木6桃金娘科 1 番石榴7野牡丹科 1 野牡丹8椴树科 1 小花扁担杆 苘麻叶扁担杆9梧桐科 1 山芝麻10木棉科 1 木棉11锦葵科 2 黄花稔地桃花 刺头婆12大戟科 9 方叶五月茶 油桐 鬼画符 一品红 算盘子 山柑算盘子 盾叶木 粗糠柴 石岩枫 余甘子 叶下珠 山乌桕13鼠刺科 1 毛鼠刺14绣球花科 1 冠盖藤15蔷薇科 1 粗叶悬钩子 细叶悬钩子悬钩子16含差草科 1 楹树17蝶形花科 3 粗毛猪尿豆 山蚂蝗舞草大叶

12、千斤拔 蔓性千斤拔18桦木科 1 光皮桦19壳斗科 2 茅粟麻栎白栎20榆科 3 糙叶树 朴树 山黄麻21桑科 3 白桂木 藤构 构树对叶榕三叉榕大叶榕22荨麻科 1 三脉苎麻23葡萄科 2 乌敛莓山葡萄24楝科 1 灰毛浆果楝25无患子科 1 掌叶木26漆树科 1 盐肤木27胡桃科 1 短翅黄杞厚皮黄杞28八角枫科 1 八角枫29杜鹃花科 1 广东假吊钟30乌饭树科 1 乌饭树31紫金牛科 1 杜茎山32山矾科 1 华山矾33马钱科 1 醉鱼草34萝摩科 1 马连鞍35茜草科 4 耳草 玉叶金花 鸡矢藤 红皮水锦树36菊科 7 牡蒿 胜红蓟 山黄菊 鬼针草 革命菜 羊耳菊 千里光 飞机草37

13、旋花科 1 金钱草38紫威科 1 千张纸39马鞭草科 1 红紫珠40姜科 1 山姜子41百合科 2 沿阶草42菝葜科 1 菝葜43薯蓣科 1 淮山44仙茅科 1 仙茅45莎草科 3 夏飘拂草 黑莎草 珍珠茅 高脚珍珠茅46禾亚科 18 野古草 尼泊尔野古草 刺芒野古草 华三芒草 水蔗草 荩草 弓果黍 尖叶弓果黍 硬杆子草 马唐 扭黄茅 白花柳叶箬 纤毛鸭嘴草 黄茅 五节芒 蔓生秀竹 金发草 石针芒 圆果雀稗 鼠尾草 粽叶芦 旱稻47海金沙科 1 海金沙 大叶海金沙48里白科 1 铁芒箕 (二)不同年龄桉树人工林群落的植物种类组成（1）4年桉树群落的植物种类组成样地调查中,活地被物以草本植物和灌

14、木为主，灌木有45种,草本有34种，常见的灌木植物有桃金娘、岗松、三叉苦、野漆木、野牡丹、盐肤木、地桃花、山芝麻、华山矾、粗叶悬钩子、山苍子、石岩枫等，灌木层盖度为39%65。调查中发现麻栎、白桂木等乔木的幼苗、幼树等开始出现。层间植物常见的有马连鞍、海金沙等，其盖度较小。常见的草本有黄茅、牡蒿、铁芒萁 、黑莎草、五节芒、金发草、石珍芒、白花柳叶箬、华三芒、弓果黍、荩草、珍珠芒、以及东方乌毛蕨、团叶铁线蕨、蕨、肾蕨、凤尾蕨、鳞毛蕨等，草本层的盖度可达80。 （2）2年桉树群落植物种类组成该群落共出现灌木54种和草本32种，常见的灌木有乌饭树、小花扁担杆、羊耳菊、醉鱼草、山油麻、粗糠柴、盐肤木、

15、野牡丹、地桃花、山乌桕、算盘子、悬钩子、灰毛浆果楝、构树、杜茎山、大叶千斤拔、粗叶悬钩子等 ，灌木层的盖度为1015%。藤本植物常见的有马连鞍、乌敛莓等，种类较少，其盖度也较少。常见的草本有黄茅、飞机草、硬杆子草、蔓生莠竹、白花柳叶箬、水庶草、石珍芒、大叶弓果黍、荩草、金发草、千里光、牡蒿、蕨、渐尖鳞毛蕨等，草本层的盖度可达90%。 （3）0.5年桉树群落的物种类组成该层灌木植物出现有28种，常见的有小花扁担杆、羊耳菊、醉鱼草、粗糠柴、厚皮黄杞、红皮水锦树、盐肤木、余甘子、地桃花、山乌桕、红紫珠等，灌木层的盖度为15%左右。常见的草本有牡蒿、胜红蓟、黑莎草、千里光、石针芒、白花柳叶箬、飞机草、

16、大叶舞草、水庶草、革命菜、黄茅、蕨、东方乌毛蕨、鳞毛蕨等31种，草本层的盖度为70%左右。由于该群落在造林初期间种农作物，所以旱稻的盖度在其中比较大。 (三)不同年龄桉树群落的植物多样性 桉树人工林群落的灌木种类是比较丰富的，据 18个样方7200 的样统计，共有灌木67 种，各年龄样地物种的丰富度、多样性指数和群落均匀度指数（见表3），三个不同年龄的样地中，Simpson指数平均为0.0967，其值较小，且各个样地的差异较大，表明Simpson指数能反映出各样地间物种多样性的差异。Shannon-Wiener指数平均为2.9137，各样地间的物种多样性也存在一定的差异，而种间相遇机率平均为0

17、.9133，变幅较小，群落均匀度平均为0.7260，变幅较小，由于物种多样性是一综合量度，进行多样性分析时应将各种多样性测定指标进行全面考虑。从计算结果来看，基本上是2年群落 4年群落0.5年群落，几个指标大致反映了相同的趋势。2年群落的Simpson 指数、Shannon-Wiener指数、群落均匀度最大、种间相遇机率也较大，其多样性程度较高，4年群落次之，0.5年群落的多样性程度最低。不同年龄桉树群落的草本植物种类比较灌木的少，据18个样地 7200的样地统计,共出现55种,草本植物的物种多样性指数较低,Simpson指数平均为0.2107，明显低于灌木植物。Shannon-Wiener指

18、数平均为2.3327，群落均匀度平均为0.6723，均比灌木植物的相应指数低，而种间相遇机率平均为 0.8000，这是由于草本植物个体分布不均匀。对群落内郁闭度较大的林分林下草本植物来说，不仅各物种间个体数分配不均匀，而且物种在空间分布也不均匀，造成样地间种类组成，个体数均差异较大。因而草本植物的物种多样性指数较低，群落的均匀度也较低。由表3-2可知，在不同年龄群落样地中，0.5年群落的Simpson指数，Shannon-Wiener指数、种间相遇机率较高、群落的均匀度也最高，故其草本植物的物种多样性最大，2年群落次之，4年群落的多样性最低。说明在桉树林分郁闭前，林内光照充足，有利于草本植物特

19、别是阳生性草本植物的定居，随着林分的郁闭，林内的光照减少，阳生性草本植物逐渐消失，因此，4年群落草本植物的多样性较低。综合以上指数表明草本植物物种的多样性在各样地的变化无规律可循，与灌木植物的变化不同步。因为一样的样地如果环境条件相对优势，则木本植物的多样性增大，使得群落的郁闭度加大，限制了草本植物的分布，因而对草本植物的多样性有抑制作用。表3-2 不同恢复阶段桉树群落的高等植物物种多样性指数群落类型层次 多样性指数 0.5年群落 2年群落 4年群落 麻栎群落灌木层 物种丰富度 S(1) 28 52 45 19 Simpson指数D(2) 01430 0.0500 0.0950 0.1120

20、hannon指数H(3) 2.5040 3.3260 2.9110 2.5002 Pielou均匀度J(4) 0.5710 0.8420 0.7650 0.8491 种间相遇机率PIE(6) 0.8500 0.9600 0.9300 0.887草本层 物种丰富度S(1) 31 32 34 17 Simpson指数 D(2) 0.1120 0.1760 0.3440 0.2410 Shannon指数H(3) 2.9810 2.0600 1.9570 1.8730 Pielou均匀度J(4) 0.8680 0.5940 0.5550 0.6610 种间相遇机率PIE(5) 0.8900 0.840

21、0 0.6700 0.7600 (四)桉树群落与麻栎群落植物多样性的比较据野外样地调查，麻栎天然次生林群落乔木种类为7种，主要以麻栎、红荷木、广东假吊钟为主，乔木层的Simpson指数为0.2049,Shannon指数为1.5446，均匀度指数为0.7938,种间相遇机率为 0.7953。由于乔木层受人为破坏严重，故其多样性指数表现与灌木相差不大。群落中有许多被砍倒的树木，因而林隙较多，乔木层的郁闭度也较低，在倒木或林窗下光照充足，有利于灌木与草本植物的生存。群落中灌木种类为19种，其Simpson指数为0.1120，与0.5年群落的Simpson指数相差不大，而与2年群落及4年群落的Simp

22、son指数相比差异很大。Shannon-Wiener指数为2.5002，其与各年龄桉树群落的Shannon指数相比变幅较小。群落均匀度为0.8491，均比各年龄桉树群落的均匀度高。种间相遇机率为0.8879，与桉树群落比较变化不大。麻栎群落草本层的Simpson指数为0.2410,Shannon指数为1.8730,群落均匀度为0.6610,种间相遇机率为0.7600。与各年龄桉树群落相比较，Simpson指数有较大差异，Shannon指数比各年龄桉树群落均低。综合以上指数比较反映，两个不同群落的灌木层变化较小，草本层有相大的差异。造成这两种群落的植物物种多样性指数差异的原因可能与群落的类型有关

23、，麻栎是当地的主要天然植被，比引种的桉树林更具群落稳定性，因而物种多样性的变化不如桉树人工林的明显。调查发现，在这两种群落类型的不同层面上，多样性总趋势为灌木层草本层，这与亚热带常绿阔叶林表现乔木层、灌木层草本层的格局相同，我国亚热带地区，草本层的多样性大小可能最直接与人类活动干扰有关。由于长期对森林资源过度开发，使得天然林受到严重的破坏，桉树人工林也受到影响，从物种多样性指数方面也有较敏锐的反映。由此可见，人类干扰影响物种多样性指数变化比任何其它生态环境因子有更大、更快的影响。 四、讨论 植被的恢复过程是一个动态过程，是一些物种取代另一些物种，一个森林群落取代另一个森林群落的过程。一些研究表

24、明，在自然条件下，在亚热带低山丘陵，退化生态系统的植被总是伴随着马尾松先锋树种的侵入和马尾松先锋林的形成过程。香港次生林演替的研究表明，如果没有人为干扰，退化山地从草坡，经灌丛自然演替到比较稳定的次生林，大约需要3040年时间。从植物种类来看，参与桉树人工林自然演替的植物种类与次生林演替和自然恢复演替的植物种类稍有不同。本次研究表明，桉树人工林林中的植物种类以阳生性的树种为主，如盾叶木、红皮水锦树、小花扁担杆、粗糠柴、乌饭树等比较丰富，而常常出现在自然演替早期的强阳生性树种，如山乌桕、山黄麻、马尾松等植物出现很少。野外观察发现，这些强阳生性植物也见侵入期的桉树人工林群落，但大多数植株都在人工林

25、早期的除草过程中被铲除，虽然随着人工林的生长，除草活动渐减少或停止，但郁闭后的生境已不再适合这些阳生性树种的发展，所以这类强阳生性植物在林下比较少。草本植物随着乔木的郁闭，阳生性的牡蒿、黄茅、水遮草等渐由耐荫性的蔓生莠竹、海金沙、白花柳叶箬等取代，蕨类植物也出现较多。 营造桉树人工林是森林植被恢复的重要手段，但随着恢复演潜过程中生物与环境、生物与生物间复杂的相互关系、不同物种间的变化彼此消长、各恢复 阶段森林群落表现出独特的结构与功能，物种多样性特征也各不相同。博白林场不同年龄桉树林地在造林初期都间种过农作物，桉树人工林样地调查表明，0.5年桉树群落较早侵入的高等植物大多为草本植物和灌木植物，

26、相对较高的环境异质性为具有不同生物生态学习性的草本植物和灌木植物提供了相对丰富的生存空间，但是多样性的发展与早期除草活动有密切关系，除草过程中除掉了侵入灌木植物，除草活动停止后适宜的生境给草本植物提供了发展空间，因此该群落具有较高的草本植物物种多样性。随着恢复时间的增加，人为的干扰相对减少，速生的桉树还没有郁闭，灌木逐渐侵入，种间竞争趋于激烈，层次结构日益明显，但环境的变化相对而言滞后，因而2年桉树群落草本植物的物种多样较高，灌木植物的多样性达到最大。4年桉树群落中，环境变化逐渐趋于稳定，乔木层的桉树开始郁闭，一些喜光性的灌本、草本植物由于在物种间的相互竞争中失败而消失。灌木层的物种多样性较高

27、，而草本层的物种多样性最低。 研究结果表明，博白林场桉树人工林的植物物种多样性总体水平较低，至于桉树林下层植被较少，其主要原因之一，是用于营造桉树人工林的山地，原来土壤贫瘠，植物稀少，覆盖度低；原因之二，桉树生长迅速，对光、水、肥竞争力强，竞争力弱的植被就难以生存和生长。在立地条件较好的地方，桉树人工林下层植物并不稀少，而且，有的地方造林前寸草不生，营造桉树人工林后林内开始有植物生长。桉树作为一个外来树种，不可能在100年之内在引种地形成一个完善的生态系统和森林生物多样性的生境，与当地的乡土树种为优势群落形成的较为完善生态系统比较，肯定有存在相当大的差距。应该肯定的是，桉树人工林的生物多样性及

28、其生境是向好的方面发展。 五、物种多样性保护建议 根据博白林场桉树人工林的物种多样性现状，开展对植物物种多样性的保护是必不可少的。在当前，保护生物多样性的具体措施包括就地保护和迁地保护，而以经营木材的经济效益为目的的桉树林不可能建立诸如自然保护区、森林公园或者繁育中心等保护措施。给合当地的资源状况和实地调查情况，对林场桉树人工林物种多样性保护有如下建议： （一）加强林地管理 林地是森林生物生存、繁衍的重要基础，离开林地这一载体，森林生物将无所依附，丧失多样性存在的可能。因而，防止林地的流失（指林地的征、占用），遏制林地土壤的退化（指林地水土地流失）等将是森林生物多样性保护工作的重要环节，要采取

29、有效的行政措施和经济扛杆加强林地管理。 （二）建立多层结构的人工林群落对现有各种轮伐期的人工林，不能片面追求高产量，而要考虑持续、多代的土地生产力。为此，应将人工林的密度适当降低，加大间伐强度，促进林下植被的发育，以形成乔灌草相结合的人工林群落。有研究表明，在杉木林中作过强度间伐试验，林下植被得到迅速发展，生物量在5年内可达到45t/hm2,生长量虽比对照小，但相差不显著，却有利于地力的恢复和生物多样性的保持。 （三）推行生态林业建设生态林业既是林业生产体系环境建设中的重要组成部分，而且也是开发利用、保护发展森林生态系统各种生物，非生物资源的生态工程。推行生态县（市）、生态乡（村）、生态沟等生

30、态林业的建设。一方面能供给大量的林产品资源，满足国民经济的需要，缓解对森林资源的掠夺性索取，达到保护森林资源的目的；另一方面能有效地改善生态环境，创造生物生存、发展的良好空间。（四）完善生物多样性保护的政策法规生物多样性保护需要广大民众参与，借助多种媒体加强宣传教育。同样不可忽视的是生物多样性保护的政策保障措施。应充分认识山区人们、基层林业单位长期以来依靠森林资源的现实、目前面临的团难，通过科技扶贫、技术推广、贫困山区综合开发等措施，缓解森林资源消耗的压力。 （五）保护天然林及有重要经营和保护价值的次生林人工林群落结构十分单一，常常是一个树种组成的单层纯林，而且在很大面积上都是同一龄级的同龄林。但是天然次生林情况则完全不同，次生林类型十分复杂，而且原始林已经十分稀少，保持这些林分不仅对保护生境与生物多样性有重要意义，也对林区今后的开发有重要价值。 18