不同杉木林經(jīng)營模式植物物種多樣性特征的比較研究.pdf

1、人工林的生物多樣性問題一直以來都是國內(nèi)外林學(xué)專家和學(xué)者的重點(diǎn)研究內(nèi)容和問題。而杉木在我國南方是重要的速生用材樹種之一，長期以來由于經(jīng)營模式的不合理，如針葉化，純林化和多代連載現(xiàn)象，已經(jīng)帶來了一系列的生態(tài)問題。這一方面破壞了人工林的生物多樣性，造成土壤地力衰退、病蟲害泛濫和水土流失等問題，另一方面，也制約了杉木人工林的可持續(xù)發(fā)展和南方用材林的建設(shè)。
　　有鑒于此，本課題組多年來針對杉木人工林生物多樣性下降，林下植被破壞嚴(yán)重等現(xiàn)象，對

2、杉木人工林群落進(jìn)行模擬自然、接近自然的改造和調(diào)控，在福建農(nóng)林大學(xué)西芹教學(xué)林場內(nèi)建立了4種不同杉木林經(jīng)營模式和天然常綠闊葉林（對照）本研究試圖在5個群落內(nèi)采用實(shí)地野外定位調(diào)查研究方法，著重對不同杉木林經(jīng)營模式的物種多樣性、結(jié)構(gòu)多樣性、功能多樣性等問題進(jìn)行全面深入地研究，并對不同模式植物多樣性進(jìn)行全面綜合評價，篩選出具有較高物種多樣性的經(jīng)營模式，為杉木人工林的物種多樣性恢復(fù)和重建以及杉木人工林的可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。主要研

3、究如下：
　?。?）在草本層中，二代杉木人工林1和二代杉木人工林2的物種多樣性較高，老齡林、萌芽林和天然林的物種多樣性較低；在灌木層中，天然林和老齡林的物種多樣性較高，而萌芽林、二代杉木人工林1和二代杉木人工林2的物種多樣性較低；從喬木層來看，萌芽林、天然林和老齡林的物種多樣性較高，二代杉木人工林1和二代杉木人工林2的物種多樣性指數(shù)較低；而從整體群落上看，天然林、老齡林和萌芽林的物種多樣性較高，二代杉木人工林1和二代杉木人工林2則

4、較低。
　　（2）總體上看，老齡林和天然林?多樣性指數(shù)的值高于萌芽林與天然林，而二代杉木人工林1和二代杉木人工林2與天然林的差異性則較高，且天然林和二代杉木人工林1的差異性高于天然林和二代杉木人工林2。
　?。?）從整體群落和喬木層上看，杉木老齡林，萌芽林和天然林的功能多樣性指數(shù)高于二代杉木人工林1和二代杉木人工林2；在草本層中，二代杉木人工林1和二代杉木人工林2的功能多樣性指數(shù)均高于杉木老齡林、萌芽林和天然林；但在灌木層中

5、，不同的功能多樣性指數(shù)的變化規(guī)律則均不一致，即FDQ指數(shù)從高到低依次為二代杉木人工林2、天然林、萌芽林、老齡林和二代杉木人工林1，而FAD指數(shù)和MFAD指數(shù)從高到低則依次為老齡林、二代杉木人工林1、二代杉木人工林2、天然林和萌芽林。
　?。?）5種物種多樣性指數(shù)和3種功能多樣性指數(shù)之間回歸分析和相關(guān)分析的結(jié)果表明：各物種多樣性指數(shù)與功能多樣性指數(shù)回歸分析的擬合度均達(dá)到極顯著水平。除了Pielou均勻度指數(shù)和MFAD指數(shù)間的相關(guān)性未

6、達(dá)顯著水平外，其余各功能多樣性指數(shù)與豐富度指數(shù)、Shannon-Winer指數(shù)、Simpson指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)間的相關(guān)分析均達(dá)極顯著的正相關(guān)，與生態(tài)優(yōu)勢度間的相關(guān)性呈極顯著負(fù)相關(guān)。這說明功能多樣性和物種多樣性間的相關(guān)關(guān)系總體上而言較為密切。
　?。?）在垂直方向上，老齡林的群落結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，其次為天然林、萌芽林、二代杉木人工林1和二代杉木人工林2；但從水平異質(zhì)性指數(shù)來看，從高到低依次為天然林＞萌芽林＞老齡林＞二代杉木人

7、工林2＞二代杉木人工林1。
　　（6）巢式樣方法與組合樣方法繪出的群落木本植物的種-面積曲線變化趨勢較為一致，其物種數(shù)目均隨樣地面積的增大而增加。在取樣面積增加初期，物種數(shù)目均呈快速或較快增長趨勢，隨后呈較為緩慢的增長，最后趨于穩(wěn)定。此外，從兩種方法的種-面積曲線來看，1000-1200m2的范圍可作為老齡杉木林群落的最小取樣面積。
　?。?）本文選擇的S=b+alnA、S=aAb和S=aA/(1+bA)這三個數(shù)學(xué)模型對杉木

8、老齡林群落的種-面積曲線的擬合度較高，可用于描述杉木老齡林群落的種-面積關(guān)系。
　　（8）在取樣面積增加初期，喬木層及灌木層物種數(shù)目均呈快速或較快增長，隨后進(jìn)入較為緩慢的增長階段，最后趨于穩(wěn)定，但喬木層與灌木層的種-面積曲線變化趨勢存在一定差異。此外，700-900m2可作為喬木層的最小取樣面積，1200-1300m2可作為灌木層的最小取樣面積。從不同數(shù)學(xué)模型的擬合結(jié)果而言，模型S=b+aA、對喬木層種-面積曲線的擬合度較高（R2

9、＞0.87），模型S=b+alnA和S=aAb則對灌木層的種-面積曲線擬合度較高（R2＞0.81）。
　?。?）組合樣方法和巢式樣方法增加尺度的方式對杉木老齡林灌木層、喬木層和群落的影響基本一致，均為在尺度增大的初期，尺度變化對Shannon-Winer指數(shù)、生態(tài)優(yōu)勢度和Simpson指數(shù)的影響較大，而對Pielou均勻度指數(shù)的影響較小，隨著取樣尺度的不斷增大，4種物種多樣性指標(biāo)均趨于穩(wěn)定。其中，Shannon-Winer指數(shù)的最

10、小取樣尺度為625-900m2之間，生態(tài)優(yōu)勢度和Simpson指數(shù)的最小取樣尺度在200-400m2之間，而Pielou均勻度指數(shù)的最小取樣尺度在1200-1400m2之間。而從不同層次植物物種多樣性的尺度效應(yīng)來看，灌木層、喬木層和群落的Shannon-Winer指數(shù)的最小取樣尺度為700-900m2之間，灌木層、喬木層、群落的生態(tài)優(yōu)勢度和Simpson指數(shù)的最小取樣尺度在200-400m2之間，而灌木層、喬木層和群落 Pielou均勻

11、度指數(shù)的最小取樣尺度在1200-1500m2之間。
　　（10）當(dāng)尺度為15m×15m時，灌木層和群落Shannon-wiener指數(shù)、生態(tài)優(yōu)勢度、Simpson指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)的均值同其它尺度并未有明顯差異且變異系數(shù)較小，說明在該尺度條件時，這4個指數(shù)能夠很好的描述灌木層和群落的多樣性；從喬木層來看，當(dāng)尺度為30m×30m時，Shannon-wiener指數(shù)、生態(tài)優(yōu)勢度、Simpson指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)的變

12、異系數(shù)最小，說明在這一尺度上物種多樣性指數(shù)的估計較為準(zhǔn)確。
　?。?1）灌木層的豐富度指數(shù)與土壤自然含水率、有機(jī)質(zhì)和全磷間呈極顯著相關(guān)性，與全氮含量呈顯著相關(guān)性；Shannon-Winer指數(shù)與土壤自然含水率、有機(jī)質(zhì)和全氮間的相關(guān)性呈極顯著正相關(guān)，與土壤全磷呈極顯著負(fù)相關(guān)；喬木層的豐富度指數(shù)、Shannon-Winer指數(shù)和Pielou均勻度均與土壤速效鉀間呈顯著正相關(guān)性；群落的豐富度指數(shù)與與土壤自然含水率、有機(jī)質(zhì)和全磷間呈極顯著

13、相關(guān)性，與全氮含量呈顯著相關(guān)性；Shannon-Winer指數(shù)與土壤自然含水率、有機(jī)質(zhì)、全氮和速效鉀間的相關(guān)性呈極顯著正相關(guān)，而與全磷間的相關(guān)性分析則表現(xiàn)為極顯著負(fù)相關(guān)。
　　（12）采用主成分分析法，選擇各群落不同層次的物種多樣性、功能多樣性和結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)，對不同杉木林經(jīng)營模式群落和天然林進(jìn)行綜合評價。結(jié)果表明老齡林的植物多樣性綜合評價最高， 其次依次為天然林、萌芽林、二代杉木人工林2和二代杉木人工林1。這說明兩種模