大連巖質(zhì)海岸黑松林林木徑階空間分布及多樣性研究

楊秀麗

(北票市林業(yè)局林業(yè)基金征收站,遼寧 朝陽 122100)

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大連巖質(zhì)海岸黑松林林木徑階空間分布及多樣性研究

楊秀麗

(北票市林業(yè)局林業(yè)基金征收站,遼寧 朝陽 122100)

摘要通過對黑松林徑階結(jié)構(gòu)和草本植物多樣性進行分析，揭示了大連不同立地條件下黑松林的徑階空間的分布特性和草本植物的生物多樣性。結(jié)果表明：大連巖質(zhì)海岸地區(qū)的黑松林部分立地條件存在著退化趨勢，草本植物種類單一，黑松徑階分布曲線不呈正態(tài)分布。

關(guān)鍵詞大連巖質(zhì)海岸；黑松林；徑階空間結(jié)構(gòu)；分布;多樣性

空間結(jié)構(gòu)是林分的一個重要特征，即使樹種和年齡具有相同頻率分布，在空間結(jié)構(gòu)上也有較大的差異，由此表現(xiàn)出不同的生態(tài)穩(wěn)定性。空間分布格局是研究種群空間行為的基礎(chǔ)，任何種群都有它的不同空間位，但由于種群內(nèi)個體間的相互作用及種群對環(huán)境的適應(yīng)，使得同一種群在不同環(huán)境條件下呈現(xiàn)不同的空間分布格局。林分直徑株數(shù)分布規(guī)律是林分結(jié)構(gòu)的基本特征之一，是樹種生長環(huán)境條件及經(jīng)營措施長期相互作用的結(jié)果。研究其結(jié)構(gòu)特征及動態(tài)變化規(guī)律，對闡明森林生態(tài)系統(tǒng)的形成與維持、群落的穩(wěn)定性與演替規(guī)律、種群的生態(tài)特征和更新、適地適樹、科學(xué)經(jīng)營管理具有重要的意義

1黑松生物學(xué)特性

黑松(PinusthunbergiiParl.)又稱日本黑松、白芽松，喬木，高達30 m，胸徑可達2 m；幼樹樹皮暗灰色，老則灰黑色，粗厚，裂成塊片脫落；枝條開張，樹冠寬圓錐狀或傘形；1年生枝淡褐黃色，無毛；冬芽銀白色，圓柱狀橢圓形或圓柱形，頂端尖，芽鱗披針形或條狀披針形，邊緣白色絲狀。針葉2針一束，深綠色，有光澤，粗硬，長6~12 cm，徑1.5~2 mm，邊緣有細鋸齒，背腹面均有氣孔線；橫切面皮下層細胞一或二層、連續(xù)排列，兩角上2~4層，樹脂道6~11個，中生。雄球花淡紅褐色，圓柱形，長1.5~2 cm，聚生于新枝下部；雌球花單生或2~3個聚生于新枝近頂端，直立，有梗，卵圓形，淡紫紅色或淡褐紅色。球果圓錐狀卵圓形或卵圓形，長4~6 cm，徑3~4 cm；中部種鱗卵狀橢圓形，鱗盾微肥厚，橫脊顯著，鱗臍微凹，有短刺；種子倒卵狀橢圓形，長5~7 mm，徑2~3.5 mm，連翅長1.5~1.8 cm，種翅灰褐色；子葉長2~4 cm，初生葉條形，長約2 cm?；ㄆ?—5月，種子翌年10月成熟。

2試驗地的基本概況

試驗地位于遼東半島南端，38°43′—40°10′ N，120°58′—123°31′ E，地處北溫帶，四季分明，屬季風(fēng)型海洋性氣候。1月平均氣溫-5 ℃，7月平均氣溫24 ℃ ，年平均氣溫10 ℃左右，無霜期180~210 d。全區(qū)年平均降水量在607 mm， 其中，6—9月間多年平均降雨量占全年降雨量的71%,降雨量春季10%，秋季14% ，冬季5%。因受海洋調(diào)節(jié)，夜雨多于日雨，尤以夏季為甚。全市土壤類型分為6個土類，16個亞類，66個土屬，204個土種。棕壤土是主要土類，占81.5%，主要分布在山坡平地。其次是草甸土，占10.8%，多分布在河流兩岸的河漫灘、低洼地和沖積平原。風(fēng)沙土占1.2%，多分布在較大河流沿岸和沿海地帶。

表1　調(diào)查樣地概況

3試驗方法

3.1　黑松林徑階空間分布

沿大連巖質(zhì)海岸線黑松分布區(qū)域，設(shè)立5個固定標準地，依次是1號山地上腹、2號下腹、3號山頂臺地、4號坡地梯形臺地和5號臨海平地。每個樣地設(shè)定面積為20 m×20 m，重復(fù)3次，取算術(shù)平均值為徑階值，計算單位面積內(nèi)徑階和株數(shù)。

3.2　黑松林草本植物多樣性研究

黑松林由于密度較大，立地巖質(zhì)特性突出，土層較薄，黑松林冠下的空間灌木分布稀少，而草本植物有一定的豐度，為此在調(diào)查黑松林徑階空間分布規(guī)律的同時，進行了草本植物多樣性的研究。用Shannon-wiener、Simpson指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)來說明黑松林冠下植物的多樣性。

Shannon-wiener指數(shù)H′，式中Pi種的個體數(shù)占群落中總個體數(shù)的比例。Pi=Ni/N

Simpson指數(shù)D, 是一種說明某種植物在植物種群中多樣性的表示方法。

D=1-∑Pi2

Pielou均勻度指數(shù)E，式中H為實際觀察的物種多樣性指數(shù)，Hmax為最大的物種多樣性指數(shù)，S為群落中的總物種數(shù)。

E=H/Hmax，Hmax=lnS

4試驗結(jié)果與分析

4.1　黑松林分的徑階與株數(shù)的分布

由圖1看出，1號標準地黑松林徑階與株數(shù)分布圖形明顯非正態(tài)分布，右側(cè)偏度較大表現(xiàn)出不均勻特性，黑松徑階集中分布區(qū)域為8～11 cm。由徑階看出1號標準地黑松空間分布范圍較狹窄，徑階空間分布的均勻性也影響到林地承載株數(shù)和立木蓄積。由表2看出1號標準地立木分布株數(shù)和蓄積量分別為2 550株·hm-2和64.95 m3·hm-2。由此看出，黑松在山上腹立地條件下，徑階空間結(jié)構(gòu)分布比較集中，如果把徑階生長量看成是年齡和徑階大小株數(shù)作用的函數(shù)，則看出徑階空間結(jié)構(gòu)的集中反映出樹種的后續(xù)更新能力不足，繼而會出現(xiàn)林分的退化和衰弱現(xiàn)象，這也是山上腹石質(zhì)性山地在坡度較大，土層較薄，立地條件較差林份更新能力較差的一個原因。

由圖1看出，2號標準地圖形基本上呈正態(tài)分布，比1號標準地徑階分布有了較大的改善，徑階分布范圍較寬，分布區(qū)域為6～22 cm，樹種的生長退化現(xiàn)象有較大緩和，分布株數(shù)2 550·hm-2，蓄積為103 m3·hm-2，由此說明黑松林在山中下腹生長較山上腹好，因分布曲線較寬，空間結(jié)構(gòu)也有較大的改善，后續(xù)更新問題得到緩解。

由圖1看出：3號標準地是山頂臺地，呈明顯的正態(tài)分布，徑階分布區(qū)間為6～22 cm。山頂臺地在大連沿海巖質(zhì)海岸是山地的一種特殊立地類型，山頂臺地土壤侵蝕現(xiàn)象較陡坡輕，土層較厚，地表枯落物和有機質(zhì)相對較高，既能有效地攔蓄雨水，又不產(chǎn)生積水現(xiàn)象。從圖形特性看出，徑階分布較為分散，徑階分散，則林地的光照條件得到改善，林分的空間結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，通常復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)對承載生物多樣性有利。除此之外，單位面積的立木株數(shù)和蓄積量也比1號和2號標準地高，株數(shù)達到2 325株·hm-2，蓄積量達到117 m3·hm-2，所以山頂臺地是黑松空間結(jié)構(gòu)較好和立木蓄積較高的一種立地類型。

4號標準地是坡地采用人工整地而形成的梯形臺地，由于進行了梯形臺地整地，平臺水土流失的速度得到了有效緩解，土層厚度有了較大的提高，枯落物蓄量也較大，土層厚度的增高，提高了土壤的含水量，使黑松徑階結(jié)構(gòu)得到了顯著的改善，立木株數(shù)為1 995株·hm-2，蓄積達到180 m3·hm-2，是供試標準地林分徑階空間結(jié)構(gòu)和立木蓄積最高的一種。

5號標準地是臨海平地，雖然地勢平坦、土層較厚，但土壤受海風(fēng)海剎和含鹽量的影響，土壤結(jié)構(gòu)緊實，物理性質(zhì)較差。土壤物理性質(zhì)不良，直接導(dǎo)致黑松生長狀況受到一定的影響，林分徑階空間結(jié)構(gòu)受到一定干擾。由5號標準地圖形看出，明顯發(fā)生左偏并出現(xiàn)17、18、21和22 cm的4個徑階的斷檔現(xiàn)象，這一現(xiàn)象說明了徑階的缺失，將導(dǎo)致更新發(fā)生困難，產(chǎn)生林分退化現(xiàn)象。立木株數(shù)1 080株·hm-2，蓄積為53 m3·hm-2，是供試標準地產(chǎn)量最低的一種林分類型。

表2　不同黑松林分立木株數(shù)和立木蓄積

4.2黑松林分草本植物的多樣性

大連地區(qū)巖質(zhì)海岸黑松林，由于巖質(zhì)特點，土層較薄，加之黑松初始密度較大，林分的郁閉度相對較高，大多為0.85～0.9，所以冠下的灌木極小，不足以構(gòu)成研究分布規(guī)律的基本材料，但冠下的草本植物有一定的分布頻度和面積，而且對防止水土流失起到了一定的積極作用。

由表3可以看出，巖質(zhì)海岸黑松林的主要草本植物有18種，從重要值上看，狗尾草排在第1位，第2位是牛膝菊，第3位是羊胡子草，第4位是山蒿，第5位是藜。從這些草本植物的種類上看，大都屬于抗旱性較強的植物種類，植物的類型分布說明了立地的水分狀況。從多樣性指數(shù)和群落均勻度指數(shù)上看，黑松林分的草本植物多樣性不高，Shannon-Wiener指數(shù)為2.628 4,Simpson指數(shù)為 0.091 1,Pielou群落均勻度指數(shù)為1.818 7。由此看出，巖質(zhì)海岸的黑松林需要加強退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。從立地條件和樹種配置考慮黑松林分的經(jīng)營方案和從針闊混交林上考慮恢復(fù)黑松林的植被退化現(xiàn)象。建議闊葉樹種可采用蒙古櫟、遼東櫟、麻櫟、色木槭、山槐等較耐旱的樹種。這些樹種枯落葉量較大，分解速度較快，較適宜在大連巖質(zhì)海岸作為混交樹種推薦應(yīng)用。一旦黑松與闊葉樹種形成混交林，枯落物的增加，會極大改善土壤理化性質(zhì)。腐殖質(zhì)明顯提高會進一步提高土壤含水量，并能減少水土流失，提高地表灌木和草本植物的多樣性?？刹捎眯谢臁Щ旌蛪K混的混交方式，增加針闊混交度，形成較為穩(wěn)定的針闊混交林，以克服黑松純林生態(tài)脆弱的現(xiàn)象。

表3　黑松林分草本植物多樣性分析結(jié)果

在巖質(zhì)海岸營造混交林時，應(yīng)多注意因地制宜，可進行一定的整地措施，利用內(nèi)傾斜面集雨小坑整地和等高梯面仰角平臺整地，減少水土流失，增加降水的攔蓄功能，進一步提高黑松林可持續(xù)經(jīng)營水平，為大連經(jīng)濟建設(shè)提升森林生態(tài)功能和打造良好的森林生態(tài)環(huán)境服務(wù)。

5結(jié)論與討論

5.1　黑松林徑階空間結(jié)構(gòu)受地形坡度影響較為顯著，在山頂臺地和人工整地梯形臺地黑松林分徑階分布較均勻，立木蓄積量較高。由此可以把黑松的造林和經(jīng)營通過整地和選擇適宜的立地類型結(jié)合起來，進行統(tǒng)籌考慮，以提高黑松林的可持續(xù)經(jīng)營水平。

5.2　通過徑階空間和立木蓄積分析結(jié)果，可以看出大連地區(qū)的黑松林有退化的發(fā)展趨勢，其原因可能是立地條件較差和黑松純林生物多樣性脆弱等因素引起，可通過整地措施改善立地條件，通過增加樹種混交度營造針闊混交林加以解決。

5.3　黑松林下的植被條件是反映黑松生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣的一個標志，草本植物的多樣性反映出黑松生態(tài)環(huán)境條件的水平差異情況。黑松林地的草本植物種類比較單一，基本是旱生草本植物，而濕生性草本植物基本沒有，說明黑松林的環(huán)境比較干燥，如能增加闊葉樹種混交比例，改善林分結(jié)構(gòu)，提高植物的多樣性，可以改變和緩解黑松林脆弱的生態(tài)立地條件，對改善巖質(zhì)海岸黑松生態(tài)功能有較大的益處。

參考文獻：

[1]惠剛盈,K v Gadow,胡艷波.林分空間結(jié)構(gòu)參數(shù)角尺度的標準角選擇.林業(yè)科學(xué)研究，2004,17(6): 687-692

[2]劉平,馬履一，賈黎明，等.北京低山油松人工林徑階結(jié)構(gòu)及林下植物多樣性特征.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2011, 33(3):57-63

[3]中國科學(xué)院《中國植物志》編委會.中國植物志.北京：科學(xué)出版社，1978(7): 270

Spatial Distribution of Forest ofPinusthunbergii

Plantation in Dalian Rocky Coast and its Diversity

Yang Xiuli

(Forestry Fund Collection Station, Bureau of Forestry in Beipiao City, Chaoyang 122100, China)

AbstractDiameter grade of Pinus thunbergii and diversity of herb plant were analyzed. Distribution characteristics of diameter grade for Pinus thunbergii plantation and biodiversity of herb plant under different site conditions of Pinus thunbergii in rocky coast of Dalian were revealed. Result shows that there is a degradation trend in Pinus thunbergii in Dalian rocky coast;species of herb plant is single;diameter distribution curve in Pinus thunbergii is not normally distributed.

Key wordsrocky coast of Dalian City; Pinus thunbergii plantation;spatial structure of diameter class;distribution;diversity

作者簡介：楊秀麗(1979-)，女，遼寧北票人，大學(xué)，工程師，從事林業(yè)調(diào)查設(shè)計工作.

收稿日期：2015-11-12

中圖分類號：S791.256

文獻標識碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.01.007

文章編號：1005-5215(2016)01-0017-03