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森林植物群落管理論文

摘要:本文較系統地分析了該地區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的相應對策。

關鍵詞:森林群落;物種多樣性;林業有害生物;生態恢復

1材料與方法

1.1研究地區與調查方法

選擇信豐縣主要林業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,同時選擇屬于林業有害生物自控區的常綠闊葉林群落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。在每塊樣地內對喬木進行每木檢尺，以統計種類和數量；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勢度（rd1）和草本層的相對優勢度（rd2）。此外,計測每塊樣地的胸徑級數(d)(以10cm為1個徑級數)和林分郁閉度(P)。

1.2研究內容與方法

1.2.1群落多樣性指數

用喬、灌木豐富度指數R表示物種的多度，用Simpson指數計測生態優勢度，用Shannon-Wienner指數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（K）計測人工增加的物種多樣性。

豐富度指數R=s；

Shannon-Wiener多樣性指數HP=-Σ(Pi×lnPi)；

Simpson多樣性指數（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；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植物群落的數量分類

采用聚類分析法[1]進行植物群落的數量分類。依據群落間的相似關系，把兩兩群落間性狀數據所反映的相似程度將群落分組，劃分為不同的數量等級系統，以便于對生態系統進行合理經營管理。

1.2.3植物群落的排序

采用主成分分析法,運用應用程序[1]揭示植物群落結構的空間變化與環境因子空間的關系(Gauch,1982)，從而揭示其中的規律。排序依據一個地區內所調查的群落樣地，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系。

2結果與分析

2.1各群落多樣性指數表2

表2-1馬尾松群落

序號

PIE

樣本數

0.95

0.53

0.29

0.27

0.12

0.06

0.21

0.09

0.05

表2-2濕地松群落

序號

PIE

樣本數

0.88

0.48

0.07

0.51

0.26

1.09

0.57

0.09

表2-3常綠闊葉林群落

序號

PIE

樣本數

1.6

0.72

1.66

0.79

1.49

0.69

2.59

0.92

由上表可知，喬木層多樣性HP、D、PIE指數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,說明生態系統不穩定,抵御自然生物災害能力弱。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)

0.95

0.53

0.29

0.7

27.2

15.7

0.27

0.12

0.06

0.6

15.1

30.4

0.21

0.09

0.05

0.5

18.5

20.7

0.3

8.9

21.4

0.88

0.48

0.07

0.5

18.4

33.7

0.51

0.26

0.4

2.8

47.3

0.5

9.7

53.2

1.09

0.57

0.09

0.6

12.8

68.5

1.6

0.72

0.6

44.1

37.2

1.66

0.79

0.6

44.7

34.3

1.4

069

0.69

0.6

52.8

38.0

2.59

0.92

0.8

34.9

17.1

利用模糊聚類分析結果如下：

計算參數：去掉量綱方法：原始數據標準化;相似系數計算方法:夾角余弦法;拉姆塔值:0.800

相容關系矩陣

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

0.6931

0.5886

1.0000

0.9496

0.9472

0.6970

0.9034

0.6359

0.5886

0.9496

1.0000

0.9472

0.6970

0.9034

0.6359

0.5886

0.9472

1.0000

0.6970

0.9034

0.6359

0.5886

0.6970

1.0000

0.6970

0.6359

0.5886

0.9034

0.6970

1.0000

0.9169

0.6359

0.5886

0.9034

0.6970

0.9169

1.0000

0.6359

0.5886

0.6359

1.0000

0.5886

0.6931

0.5886

1.0000

0.9964

0.9907

0.9024

0.6931

0.5886

0.9964

1.0000

0.9907

0.9024

0.6931

0.5886

0.9907

1.0000

0.9024

0.6931

0.5886

0.9024

1.0000

得出拉姆達截集：122232245555

由此可知，上述研究區域應分成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，物種多樣性指數和灌木、草本層相對優勢度明顯高于第2、3、4類型。嘉定鎮的游州、馬鞍山，古陂鎮余村的馬尾松林為第2種類型，其特征是屬于松毛蟲常發區，物種多樣性指數和灌木、草本層相對優勢度等顯著下降。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區，物種多樣性指數和灌木、草本層相對優勢度較高。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區，其物種多樣性指數和灌木、草本層相對優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，其特征是屬于林業有害生物自控區，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：

內積矩陣：

Sij

X01

X02

X03

X04

X05

X06

X07

X08

X09

X01

1.0000

0.8466

0.8574

0.9152

0.7668

0.6245

0.8838

0.1073

X02

0.8466

1.0000

0.9707

0.8696

0.9515

0.7600

0.7522

-0.1318

X03

0.8574

0.9707

1.0000

0.8463

0.9060

0.7319

0.7772

-0.0478

X04

0.8574

0.9707

1.0000

0.8463

0.9060

0.7319

0.7772

-0.0478

X05

0.9152

0.8696

0.8463

1.0000

0.8036

0.6078

0.9405

-0.2005

X06

0.7668

0.9515

0.9060

0.8036

1.0000

0.7020

0.7083

-0.2192

X07

0.6245

0.7600

0.7319

0.6078

0.7020

1.0000

0.5891

-0.1874

X08

0.8838

0.7522

0.7772

0.9405

0.7083

0.5891

1.0000

-0.2489

X09

0.1073

-0.1318

-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

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X(2)，其次為生態優勢度X(3)和種間相遇機率X(4)。第二主成分為草本層相對優勢度，其次是物種豐富度。這些主成分共同構成群落的分類因子和林業有害生物數量變動的重要因子。

3結論與討論

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,說明生態系統不穩定，防御林業有害生物的能力差。

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

從群落特征分析生物災害為害的原因看,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境下生長不良，不符合生態位原理，最終可能導致造林失敗；此外，作為害蟲拒避作用的引入桉樹，因不符合植物生態型原理，所以生長不良。人工馬尾松林其多樣性與穩定性較差，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過長期“自然選擇”，森林早期演替階段結束，形成了次頂極群落，林分較穩定，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，類型復雜，對病蟲害的抵抗力強。

綜上所述，森林群落結構特征可以影響病蟲發生程度。穩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價值，以至影響到害蟲生活質量和壽命，使害蟲種群數量下降；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致有益昆蟲和有益生物的多樣化，從而使生態系統的生物鏈更趨合理，更加平衡穩定。

3.3受災生態系統的恢復

生態恢復包括把破壞或消失的生態系統重新再現的過程，以重建一個有生態學特色的或具有完整的生態功能的生態系統。生態恢復重點應考慮的是選擇適宜的植物種類，其次要恢復的地點生境是否適合所選擇的種類。要從生態位、生態型、多樣性、穩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變，防止有害生物的侵害，實現森林病蟲害的可持續控制。要根據生物多樣性的原理，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、相互促進的關系，科學地選擇好混交品種，避免相克植物種混交。因此,當前研究區域的人工生態恢復主要應考慮工作有：借助自然力繼續封山育林,以增加物種多樣性;適地適樹補充植物種類；加強撫育，及時補充土壤養分；增加元素循環，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.森林病蟲害監測預報方法及應用程序[M].東北林業大學出版社.2002,105-122.

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

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森林植物群落管理論文

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