森林植物群落管理論文

時間:2022-07-17 01:13:00

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森林植物群落管理論文

摘要:本文較系統(tǒng)地分析了該地區(qū)典型森林植物群落物種多樣性、植物群落的分類與排序特征。提出了植物群落恢復(fù)的相應(yīng)對策。

關(guān)鍵詞:森林群落;物種多樣性;林業(yè)有害生物;生態(tài)恢復(fù)

1材料與方法

1.1研究地區(qū)與調(diào)查方法

選擇信豐縣主要林業(yè)有害生物為害的寄主林分馬尾松群落(主要是馬尾松毛蟲為害)面積1000公頃、濕地松群落(主要是蕭氏松莖象為害)2000公頃等二種類型,同時選擇屬于林業(yè)有害生物自控區(qū)的常綠闊葉林群落600公頃作為比較分析。在上述每種群落類型中,采用典型抽樣方法,分別抽取有代表性的區(qū)域樣地12塊、18塊和5塊。通過種-面積曲線法,確定群落(樣地)最小面積20M×20M。在每塊樣地內(nèi)對喬木進行每木檢尺,以統(tǒng)計種類和數(shù)量;在每塊樣地的相鄰兩邊和對角線采用樣線法測定灌木層的相對優(yōu)勢度(rd1)和草本層的相對優(yōu)勢度(rd2)。此外,計測每塊樣地的胸徑級數(shù)(d)(以10cm為1個徑級數(shù))和林分郁閉度(P)。

1.2研究內(nèi)容與方法

1.2.1群落多樣性指數(shù)

用喬、灌木豐富度指數(shù)R表示物種的多度,用Simpson指數(shù)計測生態(tài)優(yōu)勢度,用Shannon-Wienner指數(shù)計測不同群落的物種多樣性,用Hurlbert(1971)種間相遇機率計測群落的均勻性,用闊葉比例參數(shù)(K)計測人工增加的物種多樣性。

豐富度指數(shù)R=s;

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)HP=-Σ(Pi×lnPi);

Simpson多樣性指數(shù)(D),D=1-ΣNi(Ni-1)/[N(N-1)]。

Hurlbert(1971)種間相遇機率(PIE)PIE=-ΣNi(Ni-1)/[N(N-1)]

式中s為樣方中觀察的物種數(shù);Pi=Ni/N,N為樣方中各物種多度指標總和,Ni為第i個種的多度指標。

1.2.2植物群落的數(shù)量分類

采用聚類分析法[1]進行植物群落的數(shù)量分類。依據(jù)群落間的相似關(guān)系,把兩兩群落間性狀數(shù)據(jù)所反映的相似程度將群落分組,劃分為不同的數(shù)量等級系統(tǒng),以便于對生態(tài)系統(tǒng)進行合理經(jīng)營管理

1.2.3植物群落的排序

采用主成分分析法,運用應(yīng)用程序[1]揭示植物群落結(jié)構(gòu)的空間變化與環(huán)境因子空間的關(guān)系(Gauch,1982),從而揭示其中的規(guī)律。排序依據(jù)一個地區(qū)內(nèi)所調(diào)查的群落樣地,按照相似度來排定各樣地的位序,從而分析各樣地之間與生境之間的相互關(guān)系。

2結(jié)果與分析

2.1各群落多樣性指數(shù)表2

表2-1馬尾松群落

序號

R

HP

D

PIE

K

樣本數(shù)

1

13

0.95

0.53

0.53

0.29

3

2

11

0.27

0.12

0.12

0.06

3

3

14

0.21

0.09

0.09

0.05

3

4

6

3

表2-2濕地松群落

序號

R

HP

D

PIE

K

樣本數(shù)

1

14

0.88

0.48

0.48

0.07

3

2

8

0.51

0.26

0.26

3

3

13

3

4

6

1.09

0.57

0.57

0.09

9

表2-3常綠闊葉林群落

序號

R

HP

D

PIE

K

樣本數(shù)

1

31

1.6

0.72

0.72

1

2

2

34

1.66

0.79

0.79

1

2

3

34

1.49

0.69

0.69

1

2

4

30

2.59

0.92

0.92

1

2

由上表可知,喬木層多樣性HP、D、PIE指數(shù)總體趨勢為常綠闊葉林群落大于人工馬尾松和人工濕地松群落,人工馬尾松和人工濕地松林中的物種多樣性變化多樣,明顯低于常綠闊葉林,說明生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定,抵御自然生物災(zāi)害能力弱。從針葉林到常綠闊葉林,隨演替過程的進展,種群多樣性增加,抵御自然生物災(zāi)害能力強。

2.3植物群落的分類

表4植物群落的分類

序號

R(x1)

HP(x2)

D(x3)

PIE(x4)

K(x5)

d(x6)

P(x7)

rd1(x8)

rd2(x9)

1

13

0.95

0.53

0.53

0.29

3

0.7

27.2

15.7

2

11

0.27

0.12

0.12

0.06

2

0.6

15.1

30.4

3

14

0.21

0.09

0.09

0.05

2

0.5

18.5

20.7

4

6

2

0.3

8.9

21.4

5

14

0.88

0.48

0.48

0.07

4

0.5

18.4

33.7

6

8

0.51

0.26

0.26

2

0.4

2.8

47.3

7

13

2

0.5

9.7

53.2

8

24

1.09

0.57

0.57

0.09

3

0.6

12.8

68.5

9

31

1.6

0.72

0.72

1

4

0.6

44.1

37.2

10

34

1.66

0.79

0.79

1

4

0.6

44.7

34.3

1

34

1.4

069

0.69

1

4

0.6

52.8

38.0

12

30

2.59

0.92

0.92

1

6

0.8

34.9

17.1

利用模糊聚類分析結(jié)果如下:

計算參數(shù):去掉量綱方法:原始數(shù)據(jù)標準化;相似系數(shù)計算方法:夾角余弦法;拉姆塔值:0.800

相容關(guān)系矩陣

1.0000

0.5886

0.5521

0.4210

0.4951

0.3049

0.2946

0.2500

0.4924

0.5106

0.4755

0.6931

0.5886

1.0000

0.9496

0.8705

0.5187

0.8185

0.9034

0.4196

0.0509

0.0472

0.0794

0.1215

0.5521

0.9496

1.0000

0.9472

0.5438

0.7962

0.8479

0.2862

0.0813

0.0889

0.1209

0.1151

0.4210

0.8705

0.9472

1.0000

0.6697

0.8940

0.8553

0.3308

0.0810

0.0835

0.1021

0.0868

0.4951

0.5187

0.5438

0.6697

1.0000

0.6970

0.5485

0.5287

0.2905

0.3005

0.2646

0.4472

0.3049

0.8185

0.7962

0.8940

0.6970

1.0000

0.9169

0.6359

0.0814

0.0773

0.0764

0.0672

0.2946

0.9034

0.8479

0.8553

0.5485

0.9169

1.0000

0.6321

0.0878

0.0709

0.1208

0.0417

0.2500

0.4196

0.2862

0.3308

0.5287

0.6359

0.6321

1.0000

0.5055

0.4986

0.4890

0.4452

0.4924

0.0509

0.0813

0.0810

0.2905

0.0814

0.0878

0.5055

1.0000

0.9964

0.9907

0.8959

0.5106

0.0472

0.0889

0.0835

0.3005

0.0773

0.0709

0.4986

0.9964

1.0000

0.9853

0.9024

0.4755

0.0794

0.1209

0.1021

0.2646

0.0764

0.1208

0.4890

0.9907

0.9853

1.0000

0.8555

0.6931

0.1215

0.1151

0.0868

0.4472

0.0672

0.0417

0.4452

0.8959

0.9024

0.8555

1.0000

傳遞閉包:

1.0000

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.6931

0.6931

0.6931

0.6931

0.5886

1.0000

0.9496

0.9472

0.6970

0.9034

0.9034

0.6359

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.9496

1.0000

0.9472

0.6970

0.9034

0.9034

0.6359

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

,

0.9472

0.9472

1.0000

0.6970

0.9034

0.9034

0.6359

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.6970

0.6970

0.6970

1.0000

0.6970

0.6970

0.6359

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.9034

0.9034

0.9034

0.6970

1.0000

0.9169

0.6359

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.9034

0.9034

0.9034

0.6970

0.9169

1.0000

0.6359

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.6359

0.6359

0.6359

0.6359

0.6359

0.6359

1.0000

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.6931

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

1.0000

0.9964

0.9907

0.9024

0.6931

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.9964

1.0000

0.9907

0.9024

0.6931

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.9907

0.9907

1.0000

0.9024

0.6931

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.5886

0.9024

0.9024

0.9024

1.0000

得出拉姆達截集:122232245555

由此可知,上述研究區(qū)域應(yīng)分成5種森林群落類型,其中谷山山脈谷山村馬尾松林為第1種類型。其特征是屬于松毛蟲自控區(qū),物種多樣性指數(shù)和灌木、草本層相對優(yōu)勢度明顯高于第2、3、4類型。嘉定鎮(zhèn)的游州、馬鞍山,古陂鎮(zhèn)余村的馬尾松林為第2種類型,其特征是屬于松毛蟲常發(fā)區(qū),物種多樣性指數(shù)和灌木、草本層相對優(yōu)勢度等顯著下降。大橋八角村的濕地松林為第2、3種類型共存,其特征是屬于蕭氏松莖象常發(fā)區(qū),物種多樣性指數(shù)和灌木、草本層相對優(yōu)勢度較高。余村林場石陂的濕地松林為第4種類型,其特征是屬于蕭氏松莖象重災(zāi)區(qū),其物種多樣性指數(shù)和灌木、草本層相對優(yōu)勢度是濕地松群落中最高的。金盆山的上陂、甲水口的常綠闊葉林為第5種類型,其特征是屬于林業(yè)有害生物自控區(qū),物種多樣性等9個指標顯著高于1、2、3、4種類型。

2.4植物群落的排序

主成分分析過程如下:

內(nèi)積矩陣:

Sij

X01

X02

X03

X04

X05

X06

X07

X08

X09

X01

1.0000

0.8466

0.8574

0.8574

0.9152

0.7668

0.6245

0.8838

0.1073

X02

0.8466

1.0000

0.9707

0.9707

0.8696

0.9515

0.7600

0.7522

-0.1318

X03

0.8574

0.9707

1.0000

1.0000

0.8463

0.9060

0.7319

0.7772

-0.0478

X04

0.8574

0.9707

1.0000

1.0000

0.8463

0.9060

0.7319

0.7772

-0.0478

X05

0.9152

0.8696

0.8463

0.8463

1.0000

0.8036

0.6078

0.9405

-0.2005

X06

0.7668

0.9515

0.9060

0.9060

0.8036

1.0000

0.7020

0.7083

-0.2192

X07

0.6245

0.7600

0.7319

0.7319

0.6078

0.7020

1.0000

0.5891

-0.1874

X08

0.8838

0.7522

0.7772

0.7772

0.9405

0.7083

0.5891

1.0000

-0.2489

X09

0.1073

-0.1318

-0.0478

-0.0478

-0.2005

-0.2192

-0.1874

-0.2489

1.0000

特征值表:

λi

特征值

信息百分比(%)

累計率(%)

λ01

6.7736

75.26

75.26

λ02

1.0939

12.15

87.42

λ03

0.5999

6.67

94.08

λ04

0.3463

3.85

97.93

λ05

0.1024

1.14

99.07

λ06

0.0548

0.61

99.68

λ07

0.0270

0.30

99.98

λ08

0.0021

0.02

100.00

λ09

0.0000

0.00

100.00

特征向量:

Ci(01)

Ci(02)

Ci(03)

Ci(04)

Ci(05)

Ci(06)

Ci(07)

Ci(08)

Ci(09)

X01

0.3519

0.2456

0.3189

0.1799

-0.2663

-0.0214

-0.7637

0.1649

0.0000

X02

0.3735

0.0179

-0.1996

-0.2318

-0.1004

0.4176

-0.1001

-0.7564

0.0000

X03

0.3714

0.1023

-0.1551

-0.2107

0.4879

-0.0504

-0.0352

0.2034

-0.7071

X04

0.3714

0.1023

-0.1551

-0.2107

0.4879

-0.0504

-0.0352

0.2034

0.7071

X05

0.3587

-0.0507

0.4028

0.0289

-0.1755

0.5936

0.4448

0.3530

-0.0000

X06

0.3547

-0.0786

-0.2346

-0.4088

-0.6037

-0.4649

0.2014

0.1573

-0.0000

X07

0.2986

-0.1052

-0.5552

0.7568

-0.0748

0.0199

0.0905

0.0685

-0.0000

X08

0.3374

-0.1088

0.5319

0.2773

0.1884

-0.4983

0.2703

-0.3971

-0.0000

X09

-0.0583

0.9417

-0.0441

0.0873

-0.0810

-0.0536

0.2909

-0.0789

-0.0000

主成分:Z(1)=0.3519X(1)+0.3735X(2)+0.3714X(3)+0.3714X(4)+0.3587X(5)+0.3547X(6)+0.2986X(7)+0.3374X(8)-0.0583X(9)

Z(2)=0.2456X(1)+0.0179X(2)+0.1023X(3)+0.1023X(4)-0.0507X(5)-0.0786X(6)-0.1052X(7)-0.1088X(8)+0.9417X(9)

由主成分分析可知,該地區(qū)植物群落按主成分排序特征是第一主成分為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)X(2),其次為生態(tài)優(yōu)勢度X(3)和種間相遇機率X(4)。第二主成分為草本層相對優(yōu)勢度,其次是物種豐富度。這些主成分共同構(gòu)成群落的分類因子和林業(yè)有害生物數(shù)量變動的重要因子。

3結(jié)論與討論

3.1群落特征

從人工馬尾松林和濕地松林到常綠闊葉林,隨演替過程的進展,物種多樣性增加。人工馬尾松林和濕地松林,物種多樣性變化多樣,明顯低于對照的常綠闊葉林,說明生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定,防御林業(yè)有害生物的能力差。

研究地區(qū)按數(shù)量分類可分為5種類型,其群落主要按Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、生態(tài)優(yōu)勢度、種間相遇機率排序,其次是草本層相對優(yōu)勢度,其次是物種豐富度。這些指標與馬尾松毛蟲、蕭氏松莖象等發(fā)生類型的劃分標準密切相關(guān)。

從群落特征分析生物災(zāi)害為害的原因看,人工栽種的濕地松林群落因其在本土有害生物蕭氏松莖象嚴重為害的環(huán)境下生長不良,不符合生態(tài)位原理,最終可能導(dǎo)致造林失敗;此外,作為害蟲拒避作用的引入桉樹,因不符合植物生態(tài)型原理,所以生長不良。人工馬尾松林其多樣性與穩(wěn)定性較差,樹種單一,多為同齡林,有利于松毛蟲繁衍。而對照的常綠闊葉林經(jīng)過長期“自然選擇”,森林早期演替階段結(jié)束,形成了次頂極群落,林分較穩(wěn)定,即使在自然條件極其惡劣的情況下,也能生存。同時植物多樣,年齡不一,類型復(fù)雜,對病蟲害的抵抗力強。

綜上所述,森林群落結(jié)構(gòu)特征可以影響病蟲發(fā)生程度。穩(wěn)定的森林群落其物種多樣性可以起到對害蟲隔離作用,阻隔害蟲尋找食物和擴散遷移;影響害蟲嗜食性和營養(yǎng)價值,以至影響到害蟲生活質(zhì)量和壽命,使害蟲種群數(shù)量下降;同時由于樹種多樣性,保護和提高了生物多樣性,昆蟲種類的多樣性又導(dǎo)致有益昆蟲和有益生物的多樣化,從而使生態(tài)系統(tǒng)的生物鏈更趨合理,更加平衡穩(wěn)定。

3.3受災(zāi)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)

生態(tài)恢復(fù)包括把破壞或消失的生態(tài)系統(tǒng)重新再現(xiàn)的過程,以重建一個有生態(tài)學(xué)特色的或具有完整的生態(tài)功能的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)恢復(fù)重點應(yīng)考慮的是選擇適宜的植物種類,其次要恢復(fù)的地點生境是否適合所選擇的種類。要從生態(tài)位、生態(tài)型、多樣性、穩(wěn)定性等多方面考慮植物種的選擇、配置和采取合理的栽培措施,只有這樣才能從治標向治本轉(zhuǎn)變,防止有害生物的侵害,實現(xiàn)森林病蟲害的可持續(xù)控制。要根據(jù)生物多樣性的原理,提倡種植混交林,堅持植物種配置多樣化。要利用生物種間的相互依存、相互促進的關(guān)系,科學(xué)地選擇好混交品種,避免相克植物種混交。因此,當(dāng)前研究區(qū)域的人工生態(tài)恢復(fù)主要應(yīng)考慮工作有:借助自然力繼續(xù)封山育林,以增加物種多樣性;適地適樹補充植物種類;加強撫育,及時補充土壤養(yǎng)分;增加元素循環(huán),改善土壤肥力,可進行人工引入土蚯蚓、螞蟻等,以促進植物群落特征的形成;重視種間相互關(guān)系,不盲目引入外來樹種等。

參考文獻

[1]趙青山,潘宏陽.等.森林病蟲害監(jiān)測預(yù)報方法及應(yīng)用程序[M].東北林業(yè)大學(xué)出版社.2002,105-122.

[2]GauchHG.1982.Multivariateanalysisincommunityecology.CambridgeUniversityPress,London.