石門臺自然保護(hù)區(qū)不同森林群落類型結(jié)構(gòu)組成及物種多樣性

解丹丹，蘇志堯

（1. 許昌學(xué)院 城市與環(huán)境學(xué)院，河南 許昌 461000; 2. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 廣東 廣州 510642）

石門臺自然保護(hù)區(qū)不同森林群落類型結(jié)構(gòu)組成及物種多樣性

解丹丹1，蘇志堯2

（1. 許昌學(xué)院 城市與環(huán)境學(xué)院，河南 許昌 461000; 2. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 廣東 廣州 510642）

基于3個標(biāo)準(zhǔn)樣地（100 m×100 m）植被的全面調(diào)查，研究了石門臺自然保護(hù)區(qū)針闊葉混交林、常綠闊葉林和山頂矮林3類典型森林群落冠層樹種的結(jié)構(gòu)組成和物種多樣性特征。結(jié)果表明：針闊葉混交林、常綠闊葉林和山頂矮林冠層樹種組成分別為31科41屬48種、23科39屬49種和38科58屬75種；科、屬、種組成復(fù)雜，優(yōu)勢科和優(yōu)勢種明顯，3類群落共有的科和種分別為茶科Theaceae和木荷Schima superba；常綠闊葉林結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，除密度和蓋度外，胸徑、樹高和冠幅均高于針闊混交林和山頂矮林，山頂矮林結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性次之，針闊混交林結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定；除物種豐富度外，山頂矮林、針闊混交林的物種Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、物種均勻度均顯著高于常綠闊葉林。本研究結(jié)果為生物多樣性保護(hù)、退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建提供了科學(xué)依據(jù)。

群落結(jié)構(gòu)；物種多樣性；物種組成；石門臺自然保護(hù)區(qū)

群落結(jié)構(gòu)為揭示群落物種共存、群落演替和生物多樣性維持機(jī)制等提供重要信息，是森林生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)[1-2]。群落的物種組成和區(qū)系成分能反映群落結(jié)構(gòu)的變化，是了解群落的基礎(chǔ)和群落性質(zhì)的關(guān)鍵[3-4]。物種多樣性是物種豐富度和分布均勻性的綜合反映，體現(xiàn)了群落結(jié)構(gòu)類型、組織水平、發(fā)展階段、穩(wěn)定程度和生境差異，反映了生物群落在組成、結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)等方面的異質(zhì)性[5-6]。目前，關(guān)于石門臺自然保護(hù)區(qū)群落結(jié)構(gòu)組成及物種多樣性的研究主要集中在單一的群落類型[7-9]，而對不同類型森林群落結(jié)構(gòu)和多樣性的比較缺乏系統(tǒng)地研究報(bào)道。因此，研究不同類型森林群落結(jié)構(gòu)、物種組成和多樣性顯得尤為重要。廣東石門臺自然保護(hù)區(qū)是目前廣東省連片面積最大的保護(hù)區(qū)，保護(hù)區(qū)主要植被類型為常綠闊葉林、針闊混交林、石灰?guī)r常綠落葉闊葉混交林、山頂矮林、崖壁矮林、針葉林、灌叢草坡和草坡等[10]。本研究探討了石門臺自然保護(hù)區(qū)3類典型森林群落的結(jié)構(gòu)、物種組成和物種多樣性特征，為深化對亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)識，并為本區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建、亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性保護(hù)等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

石 門 臺 自 然 保 護(hù) 區(qū)（113°16′07″～113°20′18″E，24°23′49″～ 24°28′04″N）位于廣東省北部，距英德市區(qū)31 km，距廣州市169 km。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，具有光照充足、溫暖濕潤、雨量充沛的南亞熱帶與中亞熱帶的過渡性特點(diǎn)。年平均氣溫20.8 ℃：1月份平均氣溫為10.9 ℃，極端最低氣溫-3.6 ℃；7月份平均氣溫28.9 ℃，極端最高氣溫達(dá)38.6 ℃。年降水量在2 000 mm以上，主要集中在4～10月，相對濕度79%。土壤以紅壤、山地黃壤、赤紅壤為主。地形主要是中低山山地和丘陵。自然保護(hù)區(qū)內(nèi)最高山峰的海拔為1 586.8 m。該保護(hù)區(qū)森林面積達(dá)62 680.2 hm2，占全區(qū)總面積的76.2%，林分郁閉度為0.8～0.9，該區(qū)植被以天然常綠闊葉林占優(yōu)勢。本區(qū)的保護(hù)對象為中亞熱帶與南亞熱帶過渡地帶的常綠闊葉林森林生態(tài)系統(tǒng)、國家重點(diǎn)保護(hù)的珍稀動植物物種、奇特的自然遺跡和古生物化石以及北江的水源地等。

1.2 調(diào)查方法

在石門臺自然保護(hù)區(qū)非石灰?guī)r土山區(qū)域選擇具有代表性的3種森林群落類型，分別為針闊混交林（群落I）、常綠闊葉林（群落II）和山頂矮林（群落III）。表1為各樣地的基本情況。

在每種森林群落類型中分別設(shè)置一塊大小為100 m×100 m的樣地，再細(xì)分為25個20 m×20 m的樣方，以20 m×20 m的樣方為植被調(diào)查單位。對樣地內(nèi)胸徑≥1 cm的立木，包括喬木、灌木和大型的木質(zhì)藤本植物進(jìn)行調(diào)查，測定林分生長因子（林木種名、胸徑、樹高、冠幅等指標(biāo)）。在測定過程中，對枯死、伏倒等的林木做相關(guān)記錄。

表1 樣地基本情況描述Table 1 Basic description of sample stands

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法

1.3.1 重要值的計(jì)算

式中：IV為重要值；FRi為物種i的相對頻度；DRi為物種i的相對密度；BRi為物種i的相對優(yōu)勢度。

1.3.2 物種多樣性指數(shù)

包括豐富度指數(shù)S（即物種數(shù)）、Pielou均勻度指數(shù)E（E=H/lnS）、Shannon-Wiener指數(shù)H（H=-Σpilnpi）和 Simpson 指數(shù) D（D=1-Σpi2），pi為第i個物種在全體物種中的個體數(shù)目比例。

物種多樣性指數(shù)和重要值在PC-ORD 6.0上進(jìn)行計(jì)算，其余統(tǒng)計(jì)分析在Excel 2003和STATISTICA 8.0上完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 物種組成

針闊混交林（群落I）、常綠闊葉林（群落II）、山頂矮林（群落III）的胸徑≥1 cm的立木分別有31科41屬48種、23科39屬49種、38科58屬75種，屬數(shù)≥3的科分別有1、4、5 科，物種數(shù)≥5的有1、3、6科。由表2可知，群落I、群落II、群落III中重要值＞10.00的科分別有8、6和7科，分別占總科數(shù)的25.81%、26.09%和18.42%，占總重要值的74.04%、83.45%和74.07%；重要值在1.00～10.00之間的有19、15和18科，分別占總科數(shù)的61.29%、65.22%和47.37%，占總重要值的24.99%、16.11%和23.15%；重要值＜1.00的有4、2和13科，分別占總科數(shù)的12.90%、8.70%和34.21%，占總重要值的0.99%、0.43%和2.76%。

群落I、群落II和群落III中重要值＞10.00的物種均為7種，分別占總物種數(shù)的14.58%、14.29%和9.33%，占總重要值的62.17%、76.07%和59.57%；重要值在1.00～10.00的物種有29、24和31種，占總物種數(shù)的60.42%、48.98%和41.33%，占總重要值的34.89%、20.06%和34.25%；重要值＜1.00的物種有12、18和37種，占總物種數(shù)的25.00%、36.73%和49.33%，占總重要值的2.96%、3.85%和6.16%。

3類森林群落中重要值＞10.00的優(yōu)勢科和種的數(shù)量差異不大，占各自總數(shù)的比例均很小，但這些科和種的重要值之和占總重要值的比例均很大。重要值＞10.00的科中屬3個群落共有的為茶科，屬針闊混交林和常綠闊葉林共有的為鼠刺科，屬針闊混交林和山頂矮林共有的為杜鵑花科和山龍眼科，屬常綠闊葉林和山頂矮林共有的為樟科；重要值＞10.00的種中屬3個群落共有的為木荷Schima superba，屬針闊混交林和常綠闊葉林共有的種為鼠刺Itea chinensis，屬針闊混交林和山頂矮林共有的為紫花杜鵑Rhododendron mariae和網(wǎng)脈山龍眼Helicia reticulata，屬常綠闊葉林和山頂矮林共有的為中華楠Machilus chinensis。

表2 石門臺自然保護(hù)區(qū)3類森林群落前13個植物科和種的重要值Table 2 Importance values of front 13 families and species in three forests in Shimentai Nature Reserve

2.2 群落結(jié)構(gòu)

多重比較分析（見表3）表明，3種不同森林群落的各項(xiàng)群落結(jié)構(gòu)指標(biāo)的差異均達(dá)到了顯著水平（p＜0.05）。常綠闊葉林除密度和蓋度略低于山頂矮林外，胸徑、樹高和冠幅均高于針闊葉混交林和山頂矮林，個體較大，群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，除密度外，其余各項(xiàng)指標(biāo)的變異均較大（變異系數(shù)＞50.00%）；山頂矮林的密度、樹高和蓋度顯著高于針闊葉混交林，胸徑和冠幅差異不顯著，各指標(biāo)變異系數(shù)在26.30%～87.14%之間；針闊葉混交林群落結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定，變異系數(shù)在45.41%～101.25%之間。

表3 石門臺自然保護(hù)區(qū)3種不同森林群落的結(jié)構(gòu)特征?Table 3 Structural characteristics of three forest communities in Shimentai Nature Reserve

2.3 物種多樣性

方差分析表明，3類森林群落物種豐富度、均勻度、Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)差異均極顯著(p＜0.001)。從圖1(a)可知山頂矮林的物種豐富度顯著高于針闊混交林和常綠闊葉林；從圖1(b)可知針闊混交林的物種均勻度顯著高于山頂矮林，山頂矮林的物種均勻度又顯著高于常綠闊葉林；從圖1(c)、(d)可知山頂矮林和針闊混交林的物種Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)均顯著高于常綠闊葉林。

3 結(jié) 論

石門自然保護(hù)區(qū)不同類型森林群落呈現(xiàn)了針闊混交林→山頂矮林→常綠闊葉林的變化，植物個體越來越高大，但是植物種類呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，優(yōu)勢種的重要值比例越來越低，常綠闊葉林中單優(yōu)勢種現(xiàn)象明顯，物種組成分布和生態(tài)位利用在山頂矮林中呈現(xiàn)相對均勻且相對合理的狀態(tài)，3個群落中重要值＞10.00的共有科和種分別為茶科和木荷。依據(jù)相關(guān)研究報(bào)道，3個群落依次構(gòu)成南亞熱帶群落進(jìn)展演替序列[11-13]。此外，山頂矮林和針闊混交林的物種多樣性顯著高于常綠闊葉林，而群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性呈現(xiàn)為：針闊葉混交林＜山頂矮林＜常綠闊葉林，這證實(shí)了胡正華等[14]、Wang等[15]關(guān)于從演替早期到后期群落物種多樣性呈現(xiàn)先高后低的趨勢的觀點(diǎn)，同時(shí)也表明群落穩(wěn)定性有著更為廣泛的內(nèi)涵，植物多樣性可能僅僅是群落穩(wěn)定的基礎(chǔ)或必要條件[16]。本研究呈現(xiàn)了石門臺自然保護(hù)區(qū)次生群落結(jié)構(gòu)與物種多樣性演替變化特征，對于南亞熱帶與中亞熱帶過渡地帶的森林植被演替具有一定參考價(jià)值。

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Stand structure and diversity of different forest types in Shimentai Nature Reserve

XIE Dan-dan1, SU Zhi-yao2

(1. College of Urban and Environmental Sciences, Xuchang University, Xuchang 461000, Henan, China;2. College of Forestry, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, Guangdong, China)

∶ Based on a comprehensive survey of the vegetations inside three standard plots (100 m×100 m), the stand structure, species composition and diversity characteristics of trees among three typical forest communities were investigated, which were coniferous and broad-leaved mixed forest, evergreen broad-leaved forest and montane elfin forest in Shimentai Nature Reserve. The results show that there were 48 tree species belonging to 31 families and 41 genera, 49 tree species belonging to 23 families and 39 genera, and 75 tree species belonging to 38 families and 58 genera recorded in the coniferous and broad-leaved mixed forest, evergreen broad-leaved forest and montane elfin forest, respectively; The composition of family, genus, species were complicated, and the dominant families and species were obvious; The same family and species of three forests were Theaceae and Schima superb, respectively; The structure of evergreen broad-leaved forest was stable, in addition to the density and coverage, the DBH, tree height and crown breadth of which were higher than montane elfin forest and coniferous and broad-leaved mixed forest; The structures of coniferous and broad-leaved mixed forest were unstable; In addition to the richness index, the Shannon-Wiener index, Simpson index and evenness index of the montane elfin forest and coniferous and broad-leaved mixed forest were higher than the evergreen broad-leaved forest. The findings provide a scientific base for biodiversity conservation and restoration of degraded habitats in subtropical China.

∶ community structure; species biodiversity; species composition; Shimentai Nature Reserve in Guangdong

S718.54+2；Q145

A

1673-923X(2013)11-0053-05

2013-05-12

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2010KJCX012-02）

解丹丹（1983-），女，湖北荊門人，講師，博士，主要從事森林生態(tài)學(xué)研究；E-mail：dandan854080@163.com

蘇志堯（1963-），男， 廣東肇慶人，教授，博士，主要從事森林生態(tài)學(xué)研究；E-mail：zysu@scau.edu.cn

[本文編校：謝榮秀]