1挑战杯资料 汇编 挑战杯作品 一等奖 1

第六届“挑战杯”广东省大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品车八岭保护区及其邻近地区的木兰科植物种群及其群落特征的研究 *本作品获第七届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国一等奖许涵 张浩 马红岩 周平华 何仲坚 黄久香 指导老师：庄雪影（林学院，华南农业大学，广东广州，510642）摘 要：在样方调查法的基础上, 对车八岭国家级自然保护区及其邻近地区观光木群落的Shannon指数（H）、Simpson指数（SP）和均匀度指数（E）及等多样性指数及主要植物科的重要值(IV)，并对木兰科植物观光木和深山含笑等种群结构、分布格局和与优势种的相关关系进行了简要分析。结果表明：车八岭木兰科植物所在的中亚热带常绿阔叶林树木种类丰富，以壳斗科、樟科、茶科为建群种，也有少量的热带科、属、种分布；群落受人为破坏较轻，保持较强的原生性；木兰科观光木和深山含笑种群呈稳定发展趋势，但观光木种群小，呈随机分布格局，而深山含笑呈集群分布格局。调查结果显示，保护区外的同类型群落则遭受严重破坏，物种丰富度减少，木兰科种群更新不良，必须加以保护，并结合就地保护和迁地保护措施，促进木兰科植物种群及其群落结构的恢复和发展。关键词：车八岭；森林群落；多样性；观光木；深山含笑；种群结构车八岭国家级自然保护区（以下简称车八岭保护区）位于广东省北部，始兴县东南（2441N, 11410E）。东面毗邻江西全南县，南面与司前镇接壤，西面与刘张家山林场相联，北面与都亨镇交界，全区面积7545hm2，是南岭南缘保存较完整、面积较大、分布较集中、原生性较强的中亚热带常绿阔叶林（徐燕千，1992）。木兰科植物是地带性亚热带常绿阔叶林建群种之一，在车八岭保护区共记录了6种木兰科植物种类（肖绵韵等，1993）。其中，观光木（Tsoongiodendron odorum）是我国特有的孑遗种和稀有种，分布于我国湖南、江西南部、华南至海南，以南岭山地为中心产区，但种群小而呈零星分布，是我国渐危保护植物，具有很高的科研价值(傅立国和金鉴明，1991)；深山含笑(Michelia maudiae)、金叶含笑(M. foveolata)等以其优雅的树型和美丽芳香的花朵，具有很高的观赏价值。车八岭自然保护区是观光木和深山含笑等木兰科植物种群比较丰富的区域之一，然而，由于原始森林的破坏，木兰科植物的种群急剧缩小，面临绝灭。目前，有关这一区域木兰科植物种群的研究尚缺。本文通过调查车八岭国家级自然保护区木兰科植物所在群落的特征、种群结构及空间分布格局，为车八岭及其邻近地区观光木和深山含笑等木兰科种群的保护和管理提出了合理的建议。1 研究地点的自然条件车八岭国家级自然保护区介于南亚热带向中亚热带过渡地带。全区气候暖和，日照充足，雨量充沛。年平均气温19.6C，极端最高气温38.4C，极端最低气温-5.5C。年平均降水量1468.1mm。区内土地肥沃，动植物资源十分丰富，堪称“物种宝库，南岭明珠”（徐燕千，1992）。2 研究方法2.1 调查时间及地点1999年12月和2000年7月分别赴车八岭开展野外调查，在保护区内木兰科植物种群比较丰富的三角塘设置了7个400m2的样方作群落调查和1个1600m2（即4个400m2的小样方）的样方作群落和木兰科植物种群的调查，同时在都坑宰相岩设置了2个400m2的样地作群落调查。前者在保护区内，受人为干扰少，是目前保护较好的天然林群落；后者则处在保护区外，受人为干扰较为严重。样地概况见表1：表1 木兰科植物群落天然分布区概况样方号地点森林类型海拔坡向坡度郁闭度1三角塘原生性林地450mNW300.82三角塘原生性林地550m0300.83三角塘原生性林地550m0300.84三角塘原生性林地350mSE200.85三角塘原生性林地350mSE200.86三角塘原生性林地350mNW100.87三角塘原生性林地350mNW100.88都亨残林310mE550.59都亨次生林220mNW400.62.2 调查方法群落和种群结构调查：在400m2的样方内，划分成4个10m10m小样方；在每个小样方内，测量并记录了所有胸径(ddbh)大于2.0cm的植株种类及数量。记录了所有观光木苗木的数量，对其ddbh2.5cm的植株的分三级（I级苗木：树高h100cm）；对ddbh2.5cm的植株的分二级(IV级苗木,2.5cmdbh7.5cm；V级苗木,7.5cmdbh12.5)。种群分布格局调查：应用相邻格子样方，在调查地段上设置了64个面积为25m2的样方，在每个小样方内，记录和测量所有胸径（Ddbh）大于2.0cm的植株的种类、数量与胸围大小。2.3 物种多样性指数2.3.1 物种丰富度(S) 等于物种数2.3.2 Shannon指数(H)(Pielou 1966) H= -PilnPi Pi指与第i种的相对多度2.3.3 Simpson指数（Simpson 1949） SP=N(N-1)/ ni(ni-1) (S=种数，N=个体数，ni =第i种的相对多度，i=1，2，3s) 2.3.4 均匀度指数 E=Hln(S)2.4木兰科观光木和深山含笑种群与优势乔木种间联结测定2.4.1 22联列表应用运用于统计2个种在每个样方中出现的情况。n为总取样数64，a为两个种均出现的样方数，b、c分别为仅有种2或种1出现的样方数，d为两个种均不出现的样方数（表2）。表 222联列表种1种2+aba+b_cdc+da+cb+dN2.4.2 联结系数AC=100（ad-bc）/(a+b)(c+d) （adbc）AC=100（ad-bc）/(a+b)(a+c) （adbc;da）AC=100（ad-bc）/(d+b)(d+c) （adbc;da）2.4.3 共同出现百分率PC=100a/(a+b+c)2.5种群空间分布格局理论拟合及聚集强度各指数计算法2.5.1 负二项分布用于描述种群的集群分布，其概率计算式为：PX=(K+x-1)pxq-k-x/X!(K-1)各项频数递推公式为：C0=NP0=Nq-k x=0Cx=NPx=(K+x-1)*p*Cx-1/x/q x1K=U/P,P=S2/U-1,q=1+p式中：S2方差；u样本平均数2.5.1 聚集强度各指数(1)负二项参数（K）K=u2/S2-u，K值越小，聚集度越大；K如果趋向于无穷大（8）,则逼近于泊松分布，即种群为随机分布。(2)扩散系数（C）C= S2/u，有时与种群密度有关，需K值的补充。(3)扩散型指数（I）I=Nm*/（N-1）m(4)Cassie指标（CA）CA =1/K(5)丛生指标（I） I= S2/ u 1(6)平均拥挤度（m*）和聚块性指标（m*/m）m* =u/n； m*/m=1+1/k3 结果3.1群落组成和结构在调查样方中，共记录了Ddbh2cm的植株876株，属于34科48属，以壳斗科、樟科、茶科、木兰科为优势科（表2），表3 车八岭木兰科所在群落的主要科属种及其重要值科名属数种数重要值（IV）壳斗科Fagaceae39442.11樟科Lauraceae712385.94茶科Theaceae57330.16木兰科Magnoliaceae23187.69杜英科Elaeocarpaceae15177.20冬青科Aquifoliaceae16149.13杜鹃花科Eriaceae13113.44山矾科Symplocaceae1293.32茜草科Rubiaceae1192.73大戟科Euphorbiaceae2290.74紫金牛科Myrsinaceae1180.28安息香科Styraceae2379.35柿科Ebenaceae1176.76清风藤科Sabinaceae1159.20越桔科Vacciniaceae1158.65桃金娘科Myrtaceae1157.19其他18科省去其中壳斗科植物在样方中的重要值（IV）值最大，种数较丰富，有3属9种，以锥木属的米锥、红锥、狗牙锥占优势，为该群落的建群类群。樟科的重要值（IV）次于壳斗科，其株数最多，属种数最多，共7属12种，但大都是第二层林冠植物，以鸭公树和长叶木姜较为常见。茶科也是重要值较高，物种较丰富的植物科之一，共5属7种，以碎齿柃和黑柃等林下小乔木为主。木兰科包括3个植物种观光木、深山含笑和深叶含笑。深山含笑株数较多，有一些大树；观光木的大树较少，以中小植物为主。杜鹃花科以羊角杜鹃为主；清风藤科由以泡花树为主；此外，山黄皮、小叶五月茶、赤楠为主等植物也比较常见。林下的灌木和草本植物也很丰富，灌木层以九节、亮叶冬青、柏拉木和大叶紫珠等植物占优势；草本层则以狗脊(Woodwardia japonica)、鳞毛蕨(Dryopteris sp)和莎草(Cyperus sp)等较为常见。不同样方的群落多样性指数有差异，ShannonWiener指数H=2.81，Simpson指数SP=14.69，均匀度指数E=0.87。表明该群落物种多样低，但总体保持着自然繁衍的特性及明显的中亚热带森林特征，优势科、属、种明显。表4 不同样方的物种多样性比较样方号种数株数BA(cm2/m2)HSPE1289610106.122.8313.730.8523011324319.442.9115.070.8633011315829.732.9916.740.884269211281.182.8311.890.8752910929225.272.914.180.866341097786.863.1418.390.8973416312246.863.0617.440.87882213081.121.654.620.91927634599.63320.130.873.2 木兰科观光木种群的组成结构在车八岭调查的3600m2样地内，木兰科植物主要集中在深山含笑、观光木、金叶含笑三种，共记录了101株植物。其中ddbh2.5cm的植株胸径面积7436.07cm/cm2，占整个群落胸径面积的6.25%，重要值(IV)为187.69.其中深山含笑共61株，重要值(IV)为87.32,ddbh2.5cm的植株共47株，ddbh2.5cm的植株14株，共分8级。其级数与株数关系如图1： 图一 深山含笑级数与株数关系图（1）结果表明：IV（2.5cm ddbh7.5cm）级苗最丰富，占木兰科总株数的31.68；V（7.5cm ddbh12.5cm）级次之，占木兰科总株数的11.88；I至III级幼苗较少。深山含笑具有较大的种群，年龄结构呈稳定型：观光木共记录了35株，种群较小，成年植株数量少，呈零星分布。胸径面积占群落总胸径面积1.10%，重要值（IV）为77.40，其级数与株数关系如图2： 图二 观光木级数与株数关系图（2）结果表明：观光木II、III级苗相对丰富，大树较少，种群结构呈稳定型。金叶含笑的种群最小，重要值(IV)为22.97,主要集中在3个样地内，长成植株只有5株，母树均为多分枝大树，小树及幼苗均极少。3.3木兰科种群空间分布格局从表5可见，两种木兰科植物-观光木和深山含笑种群的空间分布格局稍有差异。所有参数结果显示深山含笑种群的集群分布格局较强，而聚块性指标、扩散系数和扩散型指数和平均拥挤度显示观光木的分布格局呈聚集分布，但K值、Cassie指数和丛生指数显示观光木趋向于随机分布。表5 木兰科观光木和深山含笑种群聚集分布指数项目种群负二项分布KCassie指标CA聚块性指标m*/m扩散系数C丛生指标I平均拥挤度m*扩散型指数I观光木6.3560.1572.0591.0590.0590.7722.092深山含笑0.9631.0382.4621.4620.4621.6152.5013.4木兰科种群与优势乔木种间联结从AC值的结果表明（表6）：观光木与狗牙锥表现出紧密的正联结，与甜锥、羊角杜鹃有较强的负联结；深山含笑与甜锥和狗牙锥、黧蒴有紧密的负联结。总的说来，负联结的树种对比例远大于正联结的树种对。从PC值看来（表6），观光木与山杜英和鸭公树种间共同出现的频率较高，与甜锥种群间的PC值为0；深山含笑则与米锥、鸭公树、荷树、羊角杜鹃和山杜英等到种群共同出现的频率较高，与甜锥和狗牙锥种群的PC值为0。表6 木兰科种群与优势乔木种间联结AC值、PC值比较联结参数种名米锥红锥罗浮柿鸭公树荷 树羊角杜鹃甜锥山杜英狗牙锥黧蒴AC观光木-51.9-15.8-32.618.3-12.1-60.9-10015.0100-51.9深山含笑-2.517.9-18.1-0.9-0.1-2.5-100-9.6-100-63.4PC观光木8.14.512.828.216.711.1023.310.54.0深山含笑21.17.419.027.323.121.1021.403.24 讨论本调查结果显示，调查群落的木兰科三种植物种群结构特点各异，观光木种群较小，成年植株数量少，苗木较少，呈零星分布，种群结构呈稳定型，分布趋向于随机分布格局；深山含笑具有较大的种群，年龄结构也呈稳定型，分布更趋向于聚集分布格局。金叶含笑的种群最小，母树均为多分枝大树，小树及幼苗均极少，反映了该种群在该群落更新不良。种间联结有正负之分，正联结意味着这些种群的出现对观光木和深山含种群直接有利，或这些种群为后者提供了较有利的环境,或意味着这些建群种与观光木和深山含笑种群对特定生境的要求重合。相反，负相关则意味着这些种群的生存起着竞争关系和排斥作用,或与其它种群的形成的范围内的小环境差异起着不同的反应。从调查的两个种群的AC值和PC值看来：观光木与狗牙锥表现出紧密的正联结，与甜锥、羊角杜鹃有较强的负联结；深山含笑与甜锥、狗牙锥和黧蒴有紧密的负联结。反映了这些木兰科植物对生境的要求与这些建群树种不一致。41 主要原因4.1.1 人为干扰活动的影响：在保护区内的种群保护较好；保护区外沿都亨宰相岩溪流而下的木兰科观光木群落据正面临严重破坏。在我们最近1次的调查中发现，我们所调查的观光木林已受到严重干扰；农民正砍伐这片林子种植经济作物，在林缘有2棵长成植株被伐倒，另2棵被环割树皮，将被砍伐。4.1.2 观光木繁殖能力不高：在保护区内的观光木结实较少；而在都坑亨溪边的观光木结果较多，是观光木的主要采种源，但也有一些植株有隔年结果现象，甚至不结果。据观察，聚合蓇葖果内含种子多，最多可达100多粒。我们在调查时看见树上悬挂着一些去年成熟的果实，但其种子均已丧失生命力；而我们在林下极少看到观光木之幼苗，说明其自然繁殖能力低。金叶含笑的母树稀少，深山含笑的幼苗有下降趋势，反映了这些树种在原产地均已呈现自然更新不良的现象。4.1.3 病虫害的侵袭：我们发现观光木苗木的叶片常有病斑或虫口，特别是在都有亨观光木林缘的虫害尤为严重，所有砍伐后新枝的幼叶都长满了叶甲类昆虫，但有关害虫对观光木种群生长的影响，还有待于进一步的研究。4.2保护对策积极进行自然保护的宣传力度和加强有关的监督管理工作，提高广大基层干部群众的环保意识，保护观光木及其森林群落。观光木我国特有种,属国家二级保护植物，为我国渐危保护植物。其应用广泛，材质呈灰黄色，轻软，细纹可供家具及细木工用；花色素雅、芳香、是优良的庭园树种。结合就地保护和迁地保护措施，可促进木兰科植物资源的恢复和发展，保护自然种群及其所在群落是木兰科植物资源发展的重要基础。同时，由于木兰科树种在林中更新不良，因此积极开展迁地保护有助于木兰科植物资源可持续开发利用；在保护区邻近的都亨宰相岩观光木种群已受到较严重的破坏，进一步调查周围木兰科植物资源分布情况，把这些观光木林纳入车八岭自然保护区范围，尽量保护观光木群落主要分布区的生长，并防止再遭砍伐，是一个必要措施。此外，积极开展有关的科学研究，如定点监测观光木的生长趋势，并结合遗传学、生物学和生态学等学科，研究木兰科植物，特别是观光木的生殖生长机理，提高观光木自然繁殖能力；目前观光木苗木正应用于庭园绿化，加强木兰科植物的保育研究