森林植物群落管理论文

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森林植物群落管理论文

摘要:本文较系统地分析了该地区典型森林植物群落物种多样性、植物群落的分类与排序特征。提出了植物群落恢复的相应对策。

关键词:森林群落;物种多样性;林业有害生物;生态恢复

1材料与方法

1.1研究地区与调查方法

选择信丰县主要林业有害生物为害的寄主林分马尾松群落(主要是马尾松毛虫为害)面积1000公顷、湿地松群落(主要是萧氏松茎象为害)2000公顷等二种类型,同时选择属于林业有害生物自控区的常绿阔叶林群落600公顷作为比较分析。在上述每种群落类型中，采用典型抽样方法,分别抽取有代表性的区域样地12块、18块和5块。通过种-面积曲线法，确定群落（样地）最小面积20M×20M。在每块样地内对乔木进行每木检尺，以统计种类和数量；在每块样地的相邻两边和对角线采用样线法测定灌木层的相对优势度（rd1）和草本层的相对优势度（rd2）。此外,计测每块样地的胸径级数(d)(以10cm为1个径级数)和林分郁闭度(P)。

1.2研究内容与方法

1.2.1群落多样性指数

用乔、灌木丰富度指数R表示物种的多度，用Simpson指数计测生态优势度，用Shannon-Wienner指数计测不同群落的物种多样性，用Hurlbert(1971)种间相遇机率计测群落的均匀性，用阔叶比例参数（K）计测人工增加的物种多样性。

丰富度指数R=s；

Shannon-Wiener多样性指数HP=-Σ(Pi×lnPi)；

Simpson多样性指数（D），D=1-ΣNi(Ni-1)/［N(N-1)］。

Hurlbert(1971)种间相遇机率（PIE）PIE=-ΣNi(Ni-1)/［N(N-1)］

式中s为样方中观察的物种数；Pi=Ni/N，N为样方中各物种多度指标总和，Ni为第i个种的多度指标。

1.2.2植物群落的数量分类

采用聚类分析法[1]进行植物群落的数量分类。依据群落间的相似关系，把两两群落间性状数据所反映的相似程度将群落分组，划分为不同的数量等级系统，以便于对生态系统进行合理经营管理。

1.2.3植物群落的排序

采用主成分分析法,运用应用程序[1]揭示植物群落结构的空间变化与环境因子空间的关系(Gauch,1982)，从而揭示其中的规律。排序依据一个地区内所调查的群落样地，按照相似度来排定各样地的位序，从而分析各样地之间与生境之间的相互关系。

2结果与分析

2.1各群落多样性指数表2

表2-1马尾松群落

序号

PIE

样本数

0.95

0.53

0.29

0.27

0.12

0.06

0.21

0.09

0.05

表2-2湿地松群落

序号

PIE

样本数

0.88

0.48

0.07

0.51

0.26

1.09

0.57

0.09

表2-3常绿阔叶林群落

序号

PIE

样本数

1.6

0.72

1.66

0.79

1.49

0.69

2.59

0.92

由上表可知，乔木层多样性HP、D、PIE指数总体趋势为常绿阔叶林群落大于人工马尾松和人工湿地松群落，人工马尾松和人工湿地松林中的物种多样性变化多样,明显低于常绿阔叶林,说明生态系统不稳定,抵御自然生物灾害能力弱。从针叶林到常绿阔叶林,随演替过程的进展,种群多样性增加,抵御自然生物灾害能力强。

2.3植物群落的分类

表4植物群落的分类

序号

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

利用模糊聚类分析结果如下：

计算参数：去掉量纲方法：原始数据标准化;相似系数计算方法:夹角余弦法;拉姆塔值:0.800

相容关系矩阵

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

传递闭包：

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

得出拉姆达截集：122232245555

由此可知，上述研究区域应分成5种森林群落类型，其中谷山山脉谷山村马尾松林为第1种类型。其特征是属于松毛虫自控区，物种多样性指数和灌木、草本层相对优势度明显高于第2、3、4类型。嘉定镇的游州、马鞍山，古陂镇余村的马尾松林为第2种类型，其特征是属于松毛虫常发区，物种多样性指数和灌木、草本层相对优势度等显著下降。大桥八角村的湿地松林为第2、3种类型共存，其特征是属于萧氏松茎象常发区，物种多样性指数和灌木、草本层相对优势度较高。余村林场石陂的湿地松林为第4种类型，其特征是属于萧氏松茎象重灾区，其物种多样性指数和灌木、草本层相对优势度是湿地松群落中最高的。金盆山的上陂、甲水口的常绿阔叶林为第5种类型，其特征是属于林业有害生物自控区，物种多样性等9个指标显著高于1、2、3、4种类型。

2.4植物群落的排序

主成分分析过程如下：

内积矩阵：

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（%）

累计率（%）

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，该地区植物群落按主成分排序特征是第一主成分为Shannon-Wiener多样性指数X(2)，其次为生态优势度X(3)和种间相遇机率X(4)。第二主成分为草本层相对优势度，其次是物种丰富度。这些主成分共同构成群落的分类因子和林业有害生物数量变动的重要因子。

3结论与讨论

3.1群落特征

从人工马尾松林和湿地松林到常绿阔叶林,随演替过程的进展,物种多样性增加。人工马尾松林和湿地松林，物种多样性变化多样,明显低于对照的常绿阔叶林,说明生态系统不稳定，防御林业有害生物的能力差。

研究地区按数量分类可分为5种类型，其群落主要按Shannon-Wiener多样性指数、生态优势度、种间相遇机率排序，其次是草本层相对优势度，其次是物种丰富度。这些指标与马尾松毛虫、萧氏松茎象等发生类型的划分标准密切相关。

从群落特征分析生物灾害为害的原因看,人工栽种的湿地松林群落因其在本土有害生物萧氏松茎象严重为害的环境下生长不良，不符合生态位原理，最终可能导致造林失败；此外，作为害虫拒避作用的引入桉树，因不符合植物生态型原理，所以生长不良。人工马尾松林其多样性与稳定性较差，树种单一，多为同龄林，有利于松毛虫繁衍。而对照的常绿阔叶林经过长期“自然选择”，森林早期演替阶段结束，形成了次顶极群落，林分较稳定，即使在自然条件极其恶劣的情况下，也能生存。同时植物多样，年龄不一，类型复杂，对病虫害的抵抗力强。

综上所述，森林群落结构特征可以影响病虫发生程度。稳定的森林群落其物种多样性可以起到对害虫隔离作用，阻隔害虫寻找食物和扩散迁移；影响害虫嗜食性和营养价值，以至影响到害虫生活质量和寿命，使害虫种群数量下降；同时由于树种多样性，保护和提高了生物多样性，昆虫种类的多样性又导致有益昆虫和有益生物的多样化，从而使生态系统的生物链更趋合理，更加平衡稳定。

3.3受灾生态系统的恢复

生态恢复包括把破坏或消失的生态系统重新再现的过程，以重建一个有生态学特色的或具有完整的生态功能的生态系统。生态恢复重点应考虑的是选择适宜的植物种类，其次要恢复的地点生境是否适合所选择的种类。要从生态位、生态型、多样性、稳定性等多方面考虑植物种的选择、配置和采取合理的栽培措施，只有这样才能从治标向治本转变，防止有害生物的侵害，实现森林病虫害的可持续控制。要根据生物多样性的原理，提倡种植混交林，坚持植物种配置多样化。要利用生物种间的相互依存、相互促进的关系，科学地选择好混交品种，避免相克植物种混交。因此,当前研究区域的人工生态恢复主要应考虑工作有：借助自然力继续封山育林,以增加物种多样性;适地适树补充植物种类；加强抚育，及时补充土壤养分；增加元素循环，改善土壤肥力，可进行人工引入土蚯蚓、蚂蚁等，以促进植物群落特征的形成；重视种间相互关系，不盲目引入外来树种等。

参考文献

[1]赵青山，潘宏阳.等.森林病虫害监测预报方法及应用程序[M].东北林业大学出版社.2002,105-122.

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

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