上海不同龄林水杉人工林径级结构及林下植被多样性研究

摘要 采用典型样方法，以上海地区的水杉（ Metasequoia glyptostroboides  Hu & W.C.Cheng）人工林为研究对象，对中龄林、近熟林、成熟林和过熟林的径级结构、林下植被组成以及物种多样性变化进行调查和分析。结果表明：不同龄林杉木人工林的径级结构均呈正态分布，中龄林、近熟林和过熟林呈单峰型结构，成熟林呈多峰型结构。水杉人工林下共出现36科58属61种植物，其中，灌木层12种，草本层49种，物种较丰富，但不同龄林林分内各种类的重要值差异较大，不同龄林林下植被优势种不同。随着林龄的增加，林下的物种组成、丰富度指数、Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均有明显变化，且随着林龄的增加，多样性指数呈下降—上升—下降的波动趋势；Pielou均匀度指数表现为近熟林＞成熟林＞中龄林＞过熟林。建议在水杉人工林的经营过程中，对中龄林和近熟林进行合理抚育间伐，对过熟林进行人工促进更新。

关键词 水杉人工林；林龄；径级结构；多样性；上海

中图分类号 S 791.35  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2025）01-0128-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.01.026

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Diameter Class Structure and Understory Species Diversity of Artificial  Metasequoia glyptostroboides  Forest with Different Ages in Shanghai

PENG Zhi

（Shanghai Foresty Station， Shanghai 200072）

Abstract Diameter class structure， vegetation composition of understory and species diversity of artificial  Metasequoia glyptostroboides  forest with different ages （middle-aged forest， near-mature forest， mature forest， overripe forest） in Shanghai were determined based on the field investigations of typical sample plots. The results show that diameter class structure of artificial  Metasequoia glyptostroboides  forest with different ages all appears the normal distribution， with single-peak structure at middle-aged forest， near-mature forest， overripe forest and multi-peak structure at mature forest. There are 61 species in 58 genera of 36 families in understory of artificial  Metasequoia glyptostroboides  forest， in which， there are 12 species in shrub layer and 49 species in herb layer．Species is abundant， while difference in important value of each species among stands with different forest ages is larger， and dominant species among stands with different forest ages are obviously various. There are obvious changes in species composition， richness index， Simpson diversity index， Shannon-Wiener diversity index， and Pielou evenness index of understory vegetation with increasing of forest age. The diversity index of understory vegetation appear the trend of “decreasing－increasing－decreasing” with increasing of forest age. Pielou evenness index of different developmental stages forest were： near-mature forest > mature forest > young-middle aged forest > overripe forest. During the process of management of artificial  Metasequoia glyptostroboides  forest， it is suggested that intermediate cutting for middle-aged forest and near-mature forest， and artificial promoted natural regeneration for overripe forest.

Key words Artificial  Metasequoia glyptostroboides  forest;Forest ages;Diameter class structure;Diversity;Shanghai

作者简介 彭志（1982—），男，广西柳州人，高级工程师，从事森林培育和森林经营研究。

径级结构是指林木株数按径级大小的分配状况^［1］，一定程度上反映了林分的胸径、干形、材积等基本状况，是林分结构的重要基本特征之一，也是植物生长与环境关系的综合反映^［2］。林下植被是森林生态系统的重要组成部分，通过对林下植被生长状态的研究，能从侧面反映森林生长环境的变化，从而能预测森林生态系统的健康状况和发展趋势^［3］。水杉人工林是上海地区面积最大的针叶林之一，也是上海最具代表性的森林类型之一。笔者通过对上海水杉人工林径级结构的研究，深入了解水杉森林群落结构，以期为水杉人工林营林造林和森林经营提供理论依据。

1 研究区概况

上海地处北亚热带的南缘（120°51′～122°12′E，30°40′～31°53′N），位于长江入海口，东临东海，北、西与江苏、浙江两省相接。属亚热带季风气候，四季分明，日照充分，雨量充沛。天然的森林植被仅分布于大金山岛和佘山等局部地区，地带性森林植被遭到很大程度的破坏，残存的植被呈孤立的岛状分布^［4-5］。上海现有的绝大部分森林为建国至今营造的人工林，水杉人工林是上海地区面积最大的针叶林，是森林资源的重要组成部分。据上海市森林资源年度监测数据显示，截至2021年底，全市森林面积123 134 hm 森林覆盖率为19.42%。其中，水杉林面积5 188 hm 占全市森林面积的4.21%。

2 研究方法

2.1 样地设置与调查

选择上海城市森林生态系统国家定位观测研究站95个固定监测样地中的水杉林分，采用典型样方法，在杨浦、崇明、松江、奉贤等区不同龄林的水杉林分中，设置20 m×20 m的林分样方共18个（表1），每个样方内各设置3个2 m×2 m灌木层（含更新层）和草本层小样方。对每木检测直径≥5 cm的乔木，实测胸径、树高，统计每样方中乔木各树种的株数，调查灌木（包括直径＜5 cm的小乔木或幼苗）和草本植物的种类、数量、盖度、高度及生长状况。

2.2 径级结构划分^［6］

根据水杉的生长特点及调查资料，以2 cm为1个径阶，根据胸径（DBH）将水杉植株划分为18个径级，其中，0 cm≤DBH＜2 cm为第1径级，2 cm≤DBH＜4 cm为第2径级，依此类推，划分至第18径级（34 cm≤DBH＜36 cm）；按林龄分别统计各样地不同径级的水杉株数，然后以径级为横坐标，以不同林龄各径级的水杉密度为纵坐标，绘制不同林龄水杉人工林径级结构图。

2.3 林下植被多样性分析^［7］

2.3.1 重要值的计算。

灌木层和草本层重要值=（相对密度+相对盖度+相对频度）/3

2.3.2 物种多样性的测定。

物种丰富度（ S ）=样地内所有物种数目

Simpson指数（ D ）=1-∑ P i2

Shannon-Wiener指数（ H ）=-∑ P i ln P i

Pielou均匀度指数（ J ）=（-∑ P i ln P i ）/ln S

式中，P i为第i个种的个体的相对重要值。

3 结果与分析

3.1 径级结构

从径级结构分析可知（图1），不同龄林水杉人工林径级结构存在一定差异，各龄林径级结构均呈正态分布。中龄林、近熟林和过熟林呈单峰型结构，成熟林呈多峰型结构。中龄林林分密度峰值出现在第5径级，达742株/hm2；近熟林林分密度峰值出现在第7径级，密度为467株/hm2；成熟林林分密度峰值在第12径级，密度为91株/hm2；过熟林林分密度峰值出现在第15径级，植株密度为70株/hm2。可见，水杉人工林随着林龄的增加，小径级水杉密度减小，大径级水杉密度逐渐增大。各龄林林分中均无第1径级（0 cm≤DBH＜2 cm），说明各龄林水杉林中均无水杉幼苗更新。过熟林中缺少第1～7径级的植株，说明林分处于逆演替的状态。

3.2 林下物种

3.2.1 物种组成。

根据样方调查统计，上海市水杉人工林中共调查到维管束植物61种，隶属于36科58属。其中，灌木层共统计到12种植物（12科12属），属于其他乔木树种更新幼苗的有7种，灌木植物只有海州常山、火棘、八角金盘、珊瑚树和石楠5种，基本为人工种植；草本层共统计24科46属49种植物。属种数量占优势的科为禾本科（Gramineae，8属8种）、菊科（Compositae，8属8种）、豆科（Leguminosae，3属3种）、石竹科（Caryophyllaceae，3属3种）、玄参科（Scrophulariaceae，3属3种），水杉林下灌木植物种类较少，草本层植物种类较为丰富，以禾本科和菊科植物占有优势，主要来源于野外的杂草。

3.2.2 重要值。

3.2.2.1 灌木层。

不同龄林水杉林灌木层植物组成不尽相同，中龄林种类最多，过熟林最少。从优势种重要值来看（表2），各龄林林分灌木层其他优势种均为乔木树种的更新幼苗，女贞更新幼苗在各龄林林分中均占有明显优势，在过熟林灌木层中仅调查到女贞1种，重要值为100%。香樟在中龄林优势明显，重要值18.95%；棕榈和石楠在近熟林中占有优势，重要值分别为38.33%和35.83%；成熟林中以构树和海州常山占优势，重要值分别为22.06%和1113%。但所有样方调查中均未出现水杉更新幼苗和幼树，说明上海地区水杉人工林更新很难，在群落演替过程中有被其他树种取代的趋势，女贞容易在水杉人工林中自然更新，且数量较多，重要值占比较高。灌木植物仅存在于中龄林和成熟林中，除海州常山外，其他灌木植物重要值均小于10%，说明灌木植物在水杉林灌木层中种类稀少，且生长发育不良。