浙江百山祖自然保护区中亚热带常绿阔叶林群落结构及物种多样性研究

浙江百山祖自然保护区中亚热带常绿阔叶林群落结构及物种多样性研究

浙江百山祖自然保护区位于苏库区域的交汇处。植物多样性高，独特的稀有物种多。这是中国17个重要的生物多样性保护区域之一（浙、福建和江西交界处山区）。过去对该保护区的植物群落特征研究多集中在以百山祖为中心,海拔1100m以上区域,而关于低山常绿阔叶林群落生态学方面的研究很少。2002-2003年,在百山祖主峰北坡常绿阔叶林内建立5hm2(海拔约1450~1600m)生态监测样地并完成首次调查,分别于2008年、2013年进行了复查。保护区内的五岭坑区块海拔560~1300m,海拔跨度较大,该山地常绿阔叶林长久未受较明显的人为干扰,是目前我国亚热带地区罕见的保存完好的中亚热带天然植被,并且在浙江省所有森林类型自然保护区中,五岭坑是位于最南端的区域,具有重要的保护和研究价值。2012年8月至10月,在五岭坑建立3个1hm2样地并对其中部分样方进行了调查,以了解低山常绿阔叶林的群落特征、生物量等情况。1材料和方法1.1百山祖-五岭坑组合结构浙江百山祖国家级自然保护区位于浙江省庆元县境内,地处我国东南沿海的闽、浙丘陵中山区,以侵蚀地貌为主,山地坡度大多在30°以上,总面积10880.1hm2,它由两部分组成,一是以百山祖为中心的主要部分,面积10440.8hm2;另一块位于庆元县安南乡五岭坑,面积仅有439.3hm2。五岭坑区块地理位置处于119°3′10″-119°4′38″E,27°32′26″-27°34′1″N,基岩为侏罗纪火成岩,海拔800m以下为红壤,800m以上以黄壤为主。为亚热带湿润季风气候,属“南岭闽瓯中亚热带”气候区,但由于区内相对较高的海拔与茂密的森林,加上独特的地形和水文地理环境,气候有其特殊性,主要特点是气候温暖湿润、雨量充沛、温度低、雾日多、相对湿度大。1.2学习方法1.2.1样本测量1.3统计分析1.3.1计算个体数d物种多样性指数(Simpson指数D)其中,Pi=ni/N,ni为第i种个体数,N为总个体数;群落均匀度式中S为样方中物种总数;2结果与分析2.1u3000群落特征6个样地的群落特征见表2,6个样地胸径≥1cm的木本植物共3086株,共计33科58属124种,其中冬青科(Aquifoliace-ae)1属19种,樟科(Lauraceae)6属14种,壳斗科(Fagaceae)4属14种,山茶科(Theaceae)5属12种,蔷薇科(Rosaceae)3属8种,山矾科(Symplo-caceae)1属8种,杜鹃花科(Ericaceae)3属7种,木兰科(Magnoliaceae)5属5种,杜英科(Elaeocar-paceae)2属4种,这些科是中亚热带东部亚型常绿阔叶林的重要组成科,其它24科28属33种。从生活型看,常绿阔叶树种104种3040株,分别占种数和总株数的83.87%、98.51%,落叶阔叶树种19种45株,分别占15.32%、1.46%,针叶树种1株,分别占0.81%、0.03%,使群落保持真正“终年常绿”的外貌。群落样地的种类组成反映了中亚热带常绿阔叶林典型的植被特征。将6个样地所有个体的胸径值按2cm径阶进行整化,并绘制胸径-株数直方图(图1)。胸径1.0~2.9cm株数占绝大多数,最少的是102样地,占样地总株数的41.78%,最多的是202样地,占53.95%,说明群落幼树量大,自然更新良好。幼树库存丰富,若有大树死亡而产生林窗,幼树能够迅速补位,所以整个群落的郁闭度总是处于较高水平;然而,幼树的大量存在会造成激烈的种内种间竞争,随着径级的增大,个体数量快速减少,这也表明群落内有很强的自疏和它疏作用。3.0~4.9cm的株数明显开始减少,随着胸径的增大,株数越来越少,各样地群落的乔木径级呈倒“J”型分布,表示群落稳定与正常生长状态。将6个样地的同径级株数相加,对立木株数(N)和径级(DBH:cm)的关系做回归,结果立木株数的自然对数与径级呈线数关系,经F检验和相关系数检验,线性回归关系均极显著,其关系式可表示为:Schulz对美国的阔叶林研究分析认为一般同龄林乔木径级呈正态分布,而异龄林遵从指数分布。有研究指出我国各气候区成熟阶段的森林径级结构也基本呈指数分布,这在一定程度上说明五岭坑常绿阔叶林群落处于成熟阶段。另外,这种关系说明立木在径级大小分布上是连续的。6个样地的平均胸径分别为7.1、10.5、6.8、6.8、7.5cm和9.0cm。102样地的株数最少(304株),林木之间的竞争相对不激烈,因而平均胸径最大。平均胸径与样地株数之间存在一定的负相关性。由于这些样地群落都是受人为干扰较小的天然成熟林,且海拔高度相差不大,故近似地认为它们之间不存在环境异质性,将样地株数与平均胸径(D)进行回归分析,得出:lnD=5.925223-0.621723lnN或D*N0.621u3000723=374.361909(∣R∣=0.9140,p<0.05)。经F检验和相关系数检验,线性回归关系均显著。2.2甜和木荷、厚皮香群落组成各样方的物种多样性(表3)可以看出,五岭坑6个样地的木本植物种类较多,最多的达81种,最少的有52种,且个体数量较大,最多的达618株,最少的有304株。该群落物种多样性较高,Simpson指数、Gini均匀度指数、Pielou均匀度指数平均分别为0.9532、0.9686、0.8449,说明群落物种较丰富,分布较均匀,奇异度高,没有较大优势度的物种,群落比较稳定。虽然甜槠等树种的重要值较大(表2),这是由于它们的胸径相对较大,相对优势度就大,从而重要值大,但其株数并不多,说明甜槠、木荷、厚皮香作为建群种具有一定的优势,但优势度不大。6个样地中,Simpson指数、Gini均匀度指数、Pielou均匀度指数最低的为202样地,这是因为虽然该样地有53种532株,但其中赤楠、具毛常绿荚蒾、杨梅叶蚊母树、厚皮香、甜槠等5个树种的株数和占总样地株数的55.26%,所以导致上述3个指数有所减小。3群落结构及群落均匀度五岭坑常绿阔叶林保存较好,种类较多,密度较大。在所调查的0.54hm2区域中胸径≥1cm的木本植物共3086株,计33科56属124种。种类组成以冬青科、樟科、壳斗科、山茶科、蔷薇科、山矾科、杜鹃花科、木兰科、杜英科等为主,常绿阔叶树种104种3040株,分别占种数和总株数的83.87%、98.51%,群落的种类组成反映了中亚热带常绿阔叶林典型的植被特征。胸径1~3cm株数占绝大多数,平均占样地总株数的68.82%,说明群落幼树储备量大,自然更新良好。从径阶分布看,随着胸径的增大,株数越来越少,径阶与株数之间服从指数分布。平均胸径与样地株数之间也存在一定的负相关性。植物多样性是植被结构因子之一,同时又显著影响着植物群落覆盖度、枯落物凋落量、个体密度和高度等群落结构形成。物种多样性指数、群落的均匀度从两方面表示群落的组成结构水平、群落的种数、个体总数以及种群个体的均匀度。群落多样性指数无论以何种形式表达,它们都是把群落物种丰富度和均匀度结合起来的一个单一的统计量。一般而言,生境条件越适宜,多样性就越高,群落稳定性大,稳定性的大小反映了多样性的大小;均匀度可以反映出群落中不同物种分布的均匀程度。通常认为,具有单优和寡优势种的群落其均匀度较低,而多优或优势不明显的群落均匀度较大。样地的Simpson指数、Gini均匀度指数、Pielou均匀度指数均较高,说明物种丰富,分布均匀,群落比较稳定,但优势种不明显。生物多样性沿海拔梯度的变化趋势是生态学家的重要研究对象;α多样性沿海拔梯度在不同生活型的物种之间差异很大,但对于木本植物,虽然还存在其它格局,α多样性随海拔升高而降低是被广泛接受的一种格局。生物多样性分布格局主要受物种进化、地理差异及环境因子的控制,而巨大的环境差异使得每个山体都有其特有的植物多样性垂直格局。五岭坑样地之间海拔相差250m,看不出物种多样性随海拔高度的变化趋势。但与百山祖中山常绿阔叶林(相同的调查方法)相比,五岭坑低山常绿阔叶林胸径≥1cm的木本植物种类较百山祖(158种,其中,常绿阔叶树种90种,落叶阔叶树种64种,针叶树种4种)少34种,虽然常绿阔叶树种多14种,但落叶阔叶树种少了35种,针叶树种少3种。这说明在中亚热带常绿阔叶林中,α多样性并不一定随着海拔升高而降低。百山祖与五岭坑相比,随着海拔升高树种种类反而增加,其原因是落叶树种增加的量远大于常绿树种减少的量。在五岭坑样地的最高海拔近1000m与百山祖5hm2固定样地最低海拔1450m之间存在着较大的海拔差,百山祖区域常绿阔叶林生物多样性沿海拔梯度的变化是哪种格局,需要在此中间区域设置若干调查样地进一步研究。在五岭坑常绿阔叶林选取靠近保护站、中间样地和近山顶样地3个样地,分别依次命名为1、2、3号样地,每个固定样地的面积为1hm2,呈正方形,利用全站仪,以正南正北方向为准,首先做100m×100m的1hm2边框,然后在每个1hm2样地选取西南角和东北角,分别做30m×30m的样方,西南角编号为01,东北角为02(表1)。然后再分成36个5m×5m的小样方进行调查。1.2.2海拔高度测量先调查记录样地的自然概况,用罗盘仪测量坡向、坡度,用鱼眼相机法测得平均郁闭度。在样方中心用GPS进