吴家山黄山松人工林植物群落结构特征分析

摘要 [目的]研究湖北英山吴家山黄山松人工林植物群落结构特征，预测黄山松种群发展趋势及对当地生态系统的影响。[方法]采用样方法调查黄山松人工林物种种类、个体数目、高度、盖度、胸径等，分析各层物种重要值、径级结构、空间分布格局。[结果]黄山松人工林共有维管植物53科85属97种，具有明显分层结构。其中63个物种重要值≥1.00%，包括乔木12种、灌木26种、草本25种。其中黄山松的多度、频度均为最高，为乔木层建群种。毛竹为乔木层的第2优势种，黄檀为灌木层的优势种，沿阶草、蕨以及蓬蘽为草本层的优势种。黄山松的径级分布呈双峰型，在11～12和15～16 cm出现2个明显的峰，且出现断层，即5 cm以下个体数为0。第2优势种毛竹的径级结构在5～15 cm呈近正态分布，有98.85%的个体集中于该区段。灌木层优势种黄檀82.59%的个体胸径集中在1～2 cm。黄山松的空间分布格局具有尺度依赖性特征，具体呈现小尺度上成群分布，大尺度上呈现随机分布。[结论]黄山松在吴家山人工林占据绝对优势地位，但径级结构分析显示，其种群随时间推移而呈现衰落，失去优势地位。

关键词 吴家山;黄山松;人工林;群落结构特征

中图分类号 S 718.54  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）18-0099-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.18.025

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Community Structure Characteristics of Pinus taiwanensis Plantation in Wujiashan

YANG Jie， YANG Han， FENG Chang-chun et al

（Huanggang Normal University， Huanggang， Hubei  438000）

Abstract [Objective]To predict the development trend of Pinus taiwanensis population and its impact on the local ecosystem， and study the plant community structure characteristics of Pinus taiwanensis plantation in Wujiashan， Yingshan， Hubei Province. [Method] We investigated the species， quantity， height， coverage， and DBH in Pinus taiwanensis plantation， and analyzed the importance value， diameter structure and spatial distribution pattern of species at each layer. [Result] There were 97 vascular plants belonging to 85 genera and 53 families， which had obvious hierarchical structure. The important value of 63 species was above 1.00%， including 12 trees， 26 shrubs and 25 herbs. Phyllostachys edulis was the second dominant species in the tree layer. Dalbergia hupeana was the dominant species in the shrub layer， and three dominant species in the herb layer were Ophiopogon bodinier， Pteridium aquilinum var. latiusculum and Rubus hirsutus. The diameter distribution of Pinus taiwanensis showed a bimodal pattern， with two obvious peaked at 11-12 cm and 15-16 cm， and a gap below 5 cm without any individuals. The second dominant species of Phyllostachys edulis had a nearly normal distribution in diameter class structure from 5-15 cm， and 98.85% of individuals concentrated in this section. 82.59% of the individuals of Dalbergia hupeana were concentrated in 1-2 cm. The spatial distribution pattern of Pinus taiwanensis was scale dependent， which showed group distribution pattern at small scale and random distribution pattern at large scale. [Conclusion]Pinus taiwanensis occupies an absolute dominant position in Wujiashan Plantation， but its population would decline and lose its dominant position at future.

Key words Wujiashan;Pinus taiwanensis;Plantation;Community structure characteristics

黄山松（Pinus taiwanensis）是我国特有种，又称台湾松，常绿乔木，高可达30 m，胸径可达80 cm，为喜光、深根性树种，其抗逆性强，材质好，但生长迟缓，持续时间长。主要分布于浙江、台湾、福建、江西、安徽等省的山地。因黄山松具有诸多优点，在高海拔荒山国土绿化方面具有不可替代的作用，是亚热带中山地造林的重要树种之一[1-2]。目前，有关黄山松人工林的研究主要集中在生态位特点、植物功能性状、群落特征、碳储存量、分布格局、物种多样性、优势物种的径级结构、间伐对黄山松人工林生长的影响以及对气候变化的响应等方面[3-6]。

植物群落结构是植物种群在群落空间和时间上的配置状况，反映出植物与植物之间、植物与环境之间的相互关系，是研究生态系统过程和功能的基础。研究植物群落组成、区系特征和群落结构对揭示植群落演替规律具有重要意义[7-8]。近几年，我国人工林总体上存在结构不合理、针叶纯林比重大、质量不高、生态稳定性差、经济和生态效益较低、病虫害频发、抵御气候灾害能力弱、生态系统服务功能较差等问题[9-13]。因此，以湖北省大别山国家级自然保护区的英山县吴家山黄山松人工林为研究对象，通过研究吴家山黄山松人工恢复林植物群落结构特征，预测黄山松种群变化趋势及森林发展趋势，为吴家山黄山松人工林群落维系和管理提供科学依据。

1 研究区概况

调查区域为湖北大别山国家级自然保护区英山县境内吴家山森林公园（115°48′E，31°05′N），海拔828～837 m，坡度16°～31°，年降水量1 450 mm，年均温12.6 ℃。气候湿润，雨量充沛，温光同步，四季分明，呈现优越的山地气候和森林小气候特征。吴家山山地地质构造基础是古生代华力西中期的秦岭大别山褶皱带。主要由前震旦纪地层和侵入岩构成，以花岗岩、片麻岩等为主。调查地点人工种植针叶林主要为黄山松（Pinus taiwanensis），混有毛竹（Phyllostachys edulis）及少量杉木（Cunninghamia lanceolata），林下层以黄檀（Dalbergia hupeana）为主，有楤木（Aralia elata）、青榨槭（Acer davidii）、茅栗（Castanea seguinii）、鹅耳枥（Carpinus turczaninowii）、沿阶草（Ophiopogon bodinieri）等。

2 研究方法

2.1 样方的设置与群落调查

2021年7月，在抽样调查的基础上选择以黄山松（Pinus taiwanensis）为主的人工林作为研究对象。在石头咀镇吴家山森林公园设3个面积为 20 m×20 m 的标准样方，运用相邻格子法把典型样方划分成16个5 m×5 m的小样方。记录每个标准样方的海拔、坡度、坡向等地形参数（表1）。

在各调查样方进行植被调查，记录乔木、灌木物种名称和株数，测量每株植物的盖度、胸径（灌木为基径）。在每个标准样方中，随机布置5个2 m×2 m的草本样方，记录草本植物名称和株数，并测量每株植物的高度、盖度、基径。

在各样方内去除枯枝落叶层，在淋溶层使用梅花五点法（4个10 m×10 m的中心和1个20 m×20 m的中心）取5个直径4 cm、深度为 20 cm的土样后混合。土样自然风干后，测定土壤 pH、有机质、全氮、全磷、水解氮、有效磷含量。同样的地点使用光照计、温度计、风速仪、湿度计等测量光照强度、空气温度、风速、土壤温度、土壤干湿度等因子数据（表2）。2号样方有效磷含量、全磷含量、pH显著高于其他2个样方，其余指标也有显著差异，但差异程度不大。

2.2 数据分析方法

2.2.1 群落特征值。通过计算植物重要值（IV），来描述乔木层、灌木层、草本层的植物种群优势度。Ⅳ=（相对多度+相对频度+相对优势度）/3×100%，其中，相对多度=某个种的株数/所有种的总株数×100%;相对频度=该种频度/所有种的频度总和×100%;相对优势度=某个种的平均胸高断面积/所有种的胸高断面积之和×100%（草本为某个种的平均盖度/所有种的平均盖度之和×100%）。

2.2.2 径级结构。

径级结构能够为群落演替阶段及发展趋势预测提供重要信息[14]。以样方每木测量数据为基础（DBH≥1 cm），采用1 cm大小的径级间隔，以径级为横坐标，以不同优势种植物各径级的数量为纵坐标，绘制黄山松人工林优势种径级结构图[15]。

2.2.3 空间分布格局。

物种分布格局是群落的重要结构特征之一，是物种本身的生物学特性长期对温度、降水等环境因子以及种内竞争、扩散限制等生态过程影响所表现出来的综合特征[4]。主要乔木树种黄山松的空间分布格局类型采用最常用的方差均值比法。将20 m × 20 m样方按5、10 m划分为若干个小样方，即均分成16个5 m×5 m的小方格（5尺度）和4个10 m × 10 m的小方格（10尺度）。统计2种尺度下小样方内的生物学参数并进行分析。

方差均值比，即S2/m，其中，

m=fxn

S2=（fx）2-[（fx）2/n]n-1

式中，x为样方中某种个体数;f为含x个体样方的出现频率;n为样本总数。用t检验进行显著性检测，当t>t0.05（n-1）时，为显著成群分布;t>t0.01（n-1）时，为极显著成群分布，当t<t0.05（n-1）时，为随机分布[16]。

所有数据分析及作图均采用Microsoft Office Excel 2019软件、IBM SPSS Statistics 21软件完成。