降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)

楊 權(quán) ，劉君昂，吳 毅，何苑皞 ，董文統(tǒng) ，蘇圣淞 ，周國英

(中南林業(yè)科技大學(xué) a. 經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b. 森林有害生物防控湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410004）

降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)

楊 權(quán)a,b，劉君昂a,b，吳 毅a,b，何苑皞a,b，董文統(tǒng)a,b，蘇圣淞a,b，周國英a,b

(中南林業(yè)科技大學(xué) a. 經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b. 森林有害生物防控湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410004）

林下伴生種是降香黃檀林分中特殊的組成部分，有利于增加林地生物學(xué)總生產(chǎn)量和維護(hù)林分系統(tǒng)穩(wěn)定性。應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法構(gòu)建了降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)指標(biāo)體系，對30種參評植物做了適應(yīng)性評價(jià)。結(jié)果表明：（1）30種參評植物適應(yīng)性差異明顯，其中46%的植物關(guān)聯(lián)度大于0.8，適應(yīng)性表現(xiàn)較好，40%的植物關(guān)聯(lián)度介于0.6～0.7之間，適應(yīng)性表現(xiàn)一般，其余14%的植物關(guān)聯(lián)度小于0.6，適應(yīng)性表現(xiàn)很差；（2）關(guān)聯(lián)度在0.9以上、屬于優(yōu)秀適應(yīng)型的植物有5種，即假地豆Desmodium heterocarpon、三點(diǎn)金Desmodium tri florum、鏈莢豆Alysicarpus vaginalis、地不容Stephania epigaea、黑麥草Lolium perenne；（3）鄉(xiāng)土植被的適應(yīng)性表現(xiàn)要優(yōu)于外來引種植被；（4）在適應(yīng)性評價(jià)中豆科植物表現(xiàn)最好，禾本科和大戟科植物次之。

降香黃檀；伴生植被；適應(yīng)性評價(jià)；灰色關(guān)聯(lián)分析；海南省

林下伴生種作為森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在提高森林植被覆蓋度、增加森林植被資源儲量、改善表層土壤物化性質(zhì)、攔蓄降水以及減少水土流失等方面作用顯著[1]。林下伴生種通過協(xié)調(diào)林分營養(yǎng)條件和環(huán)境條件，直接或間接地影響林木生長發(fā)育[2]。因此，正確認(rèn)識林下伴生種的作用和意義，有助于人們科學(xué)、有效地進(jìn)行森林經(jīng)營管理，調(diào)整林分結(jié)構(gòu)，提升林木產(chǎn)業(yè)效益。

降香黃檀Dalbergia odorifera別名黃花梨，豆科植物，為國家二級保護(hù)野生植物，海南特有種。其心材呈紅褐色，俗稱“花梨木”，是制造名貴家具、高檔工藝品的上等用材。其根部心材名降香，心材蒸餾所得降香油是香料中的上等定香劑；同時(shí)，降香也具有活血散瘀、止血定痛降氣的功效[3]。由于降香黃檀具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和藥用價(jià)值，市場需求量大，而野生資源趨近枯竭[4]。因此，近年來人們對降香黃檀進(jìn)行了大面積的人工栽培，但人工林群落結(jié)構(gòu)單一，林分抗逆抗災(zāi)能力比較差，土壤條件改良作用也較弱，不利于降香黃檀林分的健康經(jīng)營[5]。

目前，對降香黃檀的研究主要集中在引種栽培育苗、心材形成、藥理藥效以及生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性等方面[6]，賈瑞豐等[7]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)使用B-4處理以及嚴(yán)重水分脅迫能夠促進(jìn)降香黃檀形成較高品質(zhì)的心材；梁建平等[8]發(fā)現(xiàn)降香黃檀樹高的連年生長量呈現(xiàn)明顯的“高—低—高”規(guī)律，幼苗期高增長較快，至35年生之后樹高生長較穩(wěn)定。然而國內(nèi)外對降香黃檀林下伴生種栽培評價(jià)的研究基本上處于空白。本研究應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法構(gòu)建降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)指標(biāo)體系，對30種參評植物栽培適應(yīng)性進(jìn)行了評價(jià)排序，篩選出優(yōu)秀的林下伴生種，以期為降香黃檀的健康經(jīng)營提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于海南省澄邁國營林場（縣境內(nèi)東南面的太平鄉(xiāng)），地處 19°11′17″N，111°01′54″E，海拔118 m，屬熱帶季風(fēng)氣候類型，年平均光照時(shí)數(shù)2 060 h，年平均溫度23.7 ℃，年均降水量1 749 mm，相對濕度84%，全年基本無霜凍期。試驗(yàn)區(qū)面積2 hm2，地貌屬于低丘陵和緩坡地區(qū)，土壤主要為砂壤。當(dāng)?shù)亟迪泓S檀群落中裸子植物種類、數(shù)量都不占優(yōu)勢；蕨類植物種類少、數(shù)量多；被子植物種類、數(shù)量都占優(yōu)勢地位；優(yōu)勢科明顯，有大型科，種數(shù)居前5位的科分別為大戟科、豆科、茜草科、禾本科和菊科；從優(yōu)勢屬來看，單種屬以及寡種屬占優(yōu)勢[9]。

1.2 研究方法

2013年5月和10月，課題組在海南島境內(nèi)分布有海南黃花梨的17個(gè)縣市展開了熱帶鄉(xiāng)土樹種健康狀況普查，對降香黃檀林分林下的植物群落及伴生種進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查、采集。結(jié)合普查資料，本研究優(yōu)先考慮降香黃檀林下常見種和優(yōu)勢種，選擇三點(diǎn)金、黑麥草等30種植物擬作為降香黃檀林下伴生種于國營澄邁林場進(jìn)行栽培試驗(yàn)，構(gòu)建降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)指標(biāo)體系并采集參評植物相應(yīng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，并運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析法對參評植物進(jìn)行了適應(yīng)性評價(jià)。

2 降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1 評價(jià)指標(biāo)因子的選擇

評價(jià)體系從林下伴生種的生長發(fā)育及其與自然環(huán)境因素的相互關(guān)系出發(fā)，構(gòu)建了以生長屬性指標(biāo)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指標(biāo)以及功能效益指標(biāo)為準(zhǔn)則層，選取蓋度、成活率、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、相對濕度增幅等16個(gè)二級指標(biāo)因子，構(gòu)建出降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)體系（見圖1）[10-15]。

圖1 降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)體系Fig. 1 Companion species adaptability evaluation system of Dalbergia odorifera forest

2.2 指標(biāo)層分級標(biāo)準(zhǔn)

二級指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)參照表1，其中結(jié)構(gòu)完整性用群落相似性指數(shù)來指示；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性選擇了更新能力來表示；區(qū)域防風(fēng)效應(yīng)用風(fēng)速降低百分比來指示；植物持水能力用干鮮重比率來表示。

表1 指標(biāo)層分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification criteria of the index layer

3 評價(jià)方法

3.1 構(gòu)建伴生種評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

由于參與評價(jià)的指標(biāo)的取值標(biāo)準(zhǔn)不同，依照灰色系統(tǒng)理論，分析評價(jià)前用每個(gè)評價(jià)指標(biāo)中的最優(yōu)指標(biāo)（見表2），構(gòu)建了一個(gè)參考序列Z0(k)，如下：

表2 林下伴生種評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation criteria of associated species in forest

將這個(gè)參考序列作為灰度分析評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，用于參評植物的定量評價(jià)[16-19]。

3.2 評價(jià)指標(biāo)無量綱化處理

由于各指標(biāo)的計(jì)量單位不一致，因此，在進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析時(shí)需對原始數(shù)據(jù)作無量綱化處理。本研究按下列公式[20]進(jìn)行：

式（2）中：Xi(k)表示原始數(shù)據(jù)；Xi(k)表示原始數(shù)據(jù)無量綱處理后的結(jié)果；和si分別表示同一指標(biāo)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

3.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算

遵照灰色關(guān)聯(lián)理論的4條公理即整體性、規(guī)范性、偶對稱性、接近性，根據(jù)公式（3）[21]計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)：

式（3）中：ξi(k)是第k個(gè)比較序列Zi與參考序列Z0的相對差值； minimink|z0(k)-zi(k)|為兩級最小差；maximaxk|z0(k)-zi(k)|為兩級最大差；ρ為分辨系數(shù)，0 ＜ρ ＜1,取 ρ= 0.5[22]。

3.4 關(guān)聯(lián)度計(jì)算

通過加權(quán)關(guān)聯(lián)度大小的比較，可對降香黃檀人工林林下引種植物的適應(yīng)性進(jìn)行量化的綜合評判，關(guān)聯(lián)度越大，所選目標(biāo)越優(yōu)。加權(quán)關(guān)聯(lián)度[23]其一般表達(dá)式為：

式（4）中：Wk為指標(biāo)權(quán)重，ξj(k)為指標(biāo)序列xj與參考序列x0的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

4 結(jié)果與分析

4.1 適應(yīng)性評價(jià)結(jié)果分級

根據(jù)建立的降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用SPSS 20.0軟件對計(jì)算所得參評植物關(guān)聯(lián)序進(jìn)行分析，得到參評植物關(guān)聯(lián)度排序，依照該關(guān)聯(lián)度γ排序?qū)?0種伴生植物分為5個(gè)評價(jià)等級（見表3）：等級1（γ＞0.9）為適應(yīng)性強(qiáng)；等級2（0.8＜γ＜0.9）為適應(yīng)性良好；等級 3（0.7 ＜γ ＜ 0.8）為適應(yīng)性一般；等級 4（0.6＜γ＜0.7）適應(yīng)性較差；等級5（γ＜0.6）為適應(yīng)性很差。

4.2 參評植物的生長狀況

由表3可知，不同科的植物生長狀況差異較大，豆科植物比其他科的植物適應(yīng)性表現(xiàn)更好；同一科不同屬的植物生長情況差異也較大，例如同屬于豆科的小冠花和蔓花生，蔓花生的地上單位面積生物量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小冠花，蔓花生對于林下有限資源的利用率更高。本地植物適應(yīng)性表現(xiàn)比外源植物更為突出，引種植物除黑麥草之外其他幾種的關(guān)聯(lián)度排序都靠后，這可能與引種植物的成活難易度較高或遷地栽培環(huán)境與原產(chǎn)地生境差異較大有關(guān)。

表3 降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性排序?Table 3 Forest associated species of Dalbergia odorifera adaptive sort

4.3 適應(yīng)性評價(jià)

根據(jù)灰度分析原則，參評植物的關(guān)聯(lián)度值越大說明其與理想種越接近，適應(yīng)性也越高。結(jié)合關(guān)聯(lián)度排序?qū)?0種伴生種分為適應(yīng)性強(qiáng)、適應(yīng)性良好、適應(yīng)性一般、適應(yīng)性較差和適應(yīng)性差5種類型。其中，假地豆、三點(diǎn)金、鏈莢豆、地不容、黑麥草與理想伴生種的關(guān)聯(lián)度最高，關(guān)聯(lián)度分別為 0.972 3、0.961 9、0.961 4、0.956 8、0.940 2，表現(xiàn)出很強(qiáng)的適應(yīng)性；龍血樹Dracaena angustifolia、牛大力Millettia speciosa、假蒟Piper sarmentosum、蔓花生Desmodium reticulatum、木 薯Manihot esculenta、藿香薊Ageratum conyzoides、落花生Arachis hypogaea、墨苜蓿Richardia scabra、豐花草Borreria stricta與理想伴生種的關(guān)聯(lián)度得分均超過0.8，表明它們對降香黃檀林下生境適應(yīng)良好；番薯Ipomoea batatas、地毯草Axonopus compressus、白車軸草Trifolium repens、球果豬屎豆Crotalaria uncinella、灰毛豆Tephrosia purpurea，它們與理想種的關(guān)聯(lián)度得分分別為 0.786 7、0.763 4、0.742 9、0.741 6、0.732 8，這可能與這幾種植物生存能力較弱或研究區(qū)環(huán)境條件限制有關(guān)。

其他植物的關(guān)聯(lián)度都在0.7以下，尤以貍尾豆raria lagopodioides、紫苜蓿Medicago sativa、繡球小冠花Coronilla varia、馬蹄金Dichondra repens的適應(yīng)性最差，這與其成活難易度以及生長狀況評分較低有關(guān)。

5 結(jié)論與討論

（1）降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)體系是典型的非線性多因素復(fù)雜系統(tǒng)。數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的主成分分析[24]、方差分析[25]和回歸分析[26]都是系統(tǒng)分析的有效方法，這些方法往往要求大量數(shù)據(jù)樣本且樣本最好服從某典型分布，但是灰色關(guān)聯(lián)度分析方法對樣本量的大小沒有嚴(yán)格要求，且對樣本數(shù)據(jù)是否服從某典型分布也沒有特殊限制，能夠避免因個(gè)別因素影響造成的誤判，在進(jìn)行系統(tǒng)分析時(shí)具有操作便捷、局限性小的特點(diǎn)，更適用于的小樣本分析[21]。目前灰色關(guān)聯(lián)分析法已在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。李祿軍等人[27]運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析對紅柳、側(cè)柏和合頭草這3個(gè)樹種的抗旱性與9個(gè)抗旱指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行了分析。李秀玲等人[28]采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對13種野生兜蘭的遷地保護(hù)適應(yīng)性進(jìn)行了綜合評價(jià)。林下伴生種適應(yīng)性是自身生物學(xué)特性和對所處生境的適應(yīng)能力的綜合體現(xiàn)。本研究從林下伴生種的生長發(fā)育及其與自然環(huán)境因素的相互關(guān)系出發(fā)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法建立降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)指標(biāo)體系。

（2）對降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)進(jìn)行了研究，將計(jì)算所得關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排序。結(jié)果表明，本地鄉(xiāng)土植被的適應(yīng)性表現(xiàn)要優(yōu)于外來引種植被，外來引種植物除黑麥草表現(xiàn)優(yōu)秀之外，其他幾種植物的關(guān)聯(lián)度都在0.7以下；栽培試驗(yàn)時(shí)豆科植物的適應(yīng)性表現(xiàn)最突出，其次是禾本科植物和大戟科植物；參評植物中灌木的適應(yīng)性要高于草本和藤本，這可能與林分內(nèi)部種間競爭有關(guān)。因此，在不影響林木生長的前提下，建議降香黃檀林下伴生種優(yōu)先選擇豆科的灌木，豆科的草本、藤本次之，此外可以考慮禾本科、大戟科的植物；而在林分垂直空間上進(jìn)行多層次復(fù)合搭配林下伴生種、構(gòu)建豐富的林相是降香黃檀人工林近自然健康經(jīng)營的關(guān)鍵所在。

（3）考慮到降香黃檀人工林伴生種營建還處于初級階段，自然生長狀態(tài)下的林分林下植被物種多樣性比較豐富，參評候選的植被數(shù)量基數(shù)大，而我們沒能一一涉及，因此，有些植物的數(shù)據(jù)沒有收集進(jìn)來，頗為遺憾。今后在實(shí)驗(yàn)條件允許的情況下，要考慮將更多的本地優(yōu)秀植被納入林下伴生種營建的考慮中，以期能為熱帶鄉(xiāng)土樹種人工林健康經(jīng)營提供參考。

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Dalbergia odorifera forest associated species adaptability evaluation

YANG Quana,b, LIU Jun-anga,b, WU Yia,b, HE Yuan-haoa,b, DONG Wen-tonga,b, SU Sheng-songa,b, ZHOU Guo-yinga,b
(a. Key Laboratory of Education for Non-timber Product Forest Silviculture and Protection; b. Hunan Provincial Key Laboratory for Control of Forest Diseases and Pests, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

Understory companion is a special part of Dalbergia odorifera forest, it is significant that maintain forest system stability and improve the site growth is of important significance. According to the grey relational analysis method to establish the adaptability evaluation index system of associated vegetation of Dalbergia odorifera forest, making adaptability evaluation of 30 participating plants.The results showed that the 30 participating plant adaptability difference, which 46% of the plants adaptability performance better,and 13% of the participating plants performance is poor adaptability. Correlation degree in more than nine points belongs to excellent adaptation of plants have five, namely Desmodium heterocarpon, Desmodium triflorum, Alysicarpus vaginalis, Stephania epigaea,Lolium perenne; The adaptability of native vegetation is better than that of exotic plants. Adaptive evaluation results showed the best families are Legume, Gramineae and Euphorbiaceae.

Dalbergia odorifera; associated vegetation; adaptability evaluation; grey relational analysis; Hainan province

S792.28

A

1673-923X(2016)08-0033-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.08.007

2015-11-02

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201304402)

楊 權(quán)，碩士研究生

周國英，教授，博士；E-mail：zgyingqq@163.com

楊 權(quán)，劉君昂，吳 毅，等.降香黃檀林下伴生種適應(yīng)性評價(jià)[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016, 36(8): 33-38.

[本文編校：文鳳鳴]