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板栗(Castanea mollissima BL)是壳斗科(Fagaceae)栗属(Castanea)植物,在中国已有 4000 多年的栽培历史,现广泛分布于 24 个省、市、自治区。板栗营养价值丰富,淀粉含量高达 70% 左右,富含多种维生素及矿质元素,素有 “木本粮食”“铁杆庄稼”“干果之王” 的美誉。据统计截至年底中国板栗收获面积达34.1×104hm2,产量196.5×104t,远远超其他国家和地区,是世界板栗第一大生产国。
板栗作为重要的经济林树种,兼具经济、生态和社会三大效益。相关研究主要聚焦于种质资源挖掘、营养评价、品种选育、栽培技术及加工利用等经济价值研究方面。近年来也有部分学者在板栗园的栽培系统景观特征、栽培系统生态补偿、生态适应性评价等有关生态效益方面开展了研究。板栗作为人工林生态系统,随着长期的除草、翻耕、施肥及打药等经营管理活动,林下植被稀少、林分垂直结构层次简单、植被覆盖度低,导致水土流失、地力退化、病虫害等发生。林下植被作为森林生态系统的重要组成部分,对维护森林多样性、生态系统功能稳定和立地持续生产力方面有重要作用。物种多样性又是衡量群落结构和功能复杂性的重要指标,能有效地反映植物群落演替方向和稳定程度。
人工林由于森林群落结构和生物种类相对简单,使得其生态系统较为脆弱,适应和维护地力的能力较弱,通过适当的栽培管理措施促进林下植被的发育对维持生态系统稳定性和多样性有重要意义。云南作为中国板栗的主产区之一,适宜板栗种植的范围广阔。近年来,随着板栗价格的提升,各地百姓种植板栗的积极性日益提高。如何维持板栗人工林生态系统多样性,同时提升林地生产能力显得尤为重要。因此,本研究通过调查云南省不同地区板栗人工林物种组成及多样性,以期为板栗人工林的合理经营管理,以及维持板栗林健康林地环境和生产力提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 调查区概况
调查区设于云南省板栗主产区的楚雄彝族自治州永仁县、玉溪市峨山彝族自治县、昆明市禄劝彝族苗族自治县及普洱市墨江哈尼族自治县计 4 个县(23°26′~26°07′N、101°37′~102°30′E),海拔 1240~2014m,土壤类型为红壤、黄红壤、黄壤。年均气温 15.6~18℃,最冷月平均气温 7.9~11.8℃,最热月平均气温 21.2~22.9℃,≥10℃的积温 4844.7~6263.6℃,年降雨量 839.8~1334.5mm,年蒸发量 1682.5~2689.4mm,年日照时数 2242.8~2803.7h。
1.2 调查方法
在踏查和访问基础上,对 4 个县内各选择板栗人工林分布相对典型地段进行抽样调查,每个县各调查 3 块样地,共调查 12 块样地。每个样地面积为 600m 2(20m×30m),每块样地分成 6 个 10m×10m 的小样方,对样方内出现的乔木进行每木调查,记录物种种类、胸径、树高;选择 2 个 10m×10m 的小样方,调查样方内出现的全部灌木种类及株(丛)数,并测定灌木高度、地径和覆盖度;在 6 个小样方内各设置 1 个 1m×1m 的草本样格,调查样格内出现的所有草本种类和株丛数,并测定平均高度及覆盖度。
1.3 数据处理
1.3.1 指数计算
对板栗林下草本植物的组成和多样性进行分析,计算重要值、Margalef 丰富度指数、Shannon-Wiener 多样性指数、Simpson 优势度指数和 Pielou 均匀性指数。
1.3.2 数据统计分析
采用 Excel 2010 软件进行数据处理,采用 SPSS 24.0 统计软件进行单因素方差分析、LSD 多重比较和相关性分析。
2 结果与分析
2.1 板栗人工林物种组成及垂直结构
云南省所调查的 4 个县板栗人工林样地内共记录到维管束植物 143 种,隶属 54 科 124 属,包括种子植物 52 科 122 属 140 种,以及蕨类植物 2 科 2 属 3 种。种子植物中,被子植物 51 科 121 属 139 种,裸子植物仅松科(Pinaceae)松属(Pinus)云南松(P. yunnanensis)1 种。被子植物中,以菊科(Asteraceae)、禾本科(Gramineae)、蔷薇科(Rosaceae)、豆科(Fabaceae)、唇形科(Lamiaceae)和十字花科(Brassicaceae)物种数居多,占调查被子植物属、种总数的 52.1% 和 53.2%;其余科大多含 1~3 个属、1~3 个种,以单属、单种植物最多,有 107 种,占被子植物调查总数的 77%。物种呈现 “多数种归属于少数科,而少数种属于多数科,大多种为单属种” 的物种构成特性。
据调查统计,板栗人工林多种植在阳坡、半阳坡,由于长期人工经营管理,林下虽有灌木、草本分布,但盖度低、林相垂直层次不明显。乔木层以板栗为单一优势种,色泽翠绿,平均高度 5m,最大树高可达 12.5m,林中偶尔与川梨(Pyrus pashia)、柑橘(Citrus reticulata)、桃(Prunus persica)、深纹核桃(Juglans sigillata)等经济林果混栽,树高在 2.0~8.0m 之间。灌木层稀疏,大部分样方无灌木,少数有 1~2 种,物种有茶(Camellia sinensis)、厚皮香(Ternstroemia gymnanthera)、拔毒散(Sida szechuensis)、茅莓(Rubus parvifolius)、密蒙花(Buddleja officinalis)等,高度在 10~100cm 之间,盖度在 5% 以下。其中,在墨江县多为板栗人工林下种植茶的模式,此模式下灌木层仅茶 1 个物种,盖度在 25% 以上,高度在 80~100cm 之间。草本层相对丰富,主要由多年生根茎类、直立杂类,和一年生的短生和非短生草本以及蕨类组成,高度多在 10~30cm 之间,盖度在 5%~10% 之间,分布较多的草本有鬼针草(Bidens pilosa)、小蓬草(Erigeron canadensis)、鼠曲草(Pseudognaphalium affine)、紫茎泽兰(Ageratina adenophora)、翼齿六棱菊(Laggera crispata)、酢浆草(Oxalis corniculata)、龙葵(Solanum nigrum)、白茅(Imperata cylindrica)、藿香蓟(Ageratum conyzoides)等,多为该地域常见植物。
2.2 板栗人工林植物生活型
对照《中国植被》生活型划分系统,统计植物生活型组成,并计算生活型谱。板栗人工林的植被以陆生草本为主,占 70.6%,木本植物占 29.4%。木本植物中以灌木为主,占 17.5%,其次是乔木,占 9.8%,半灌木、藤本和竹类分别占 0.7%;陆生草本中,以多年生草本比重最大,占 41.2%,其次是一年生草本,占 27.3%,蕨类占 2.1%。
2.3 不同县份板栗林下草本重要值
在所调查的云南省 4 个县(永仁、禄劝县、峨山县、墨江县)板栗林下草本物种重要值 > 5% 的较少,共有酢浆草、鬼针草、紫茎泽兰、翼齿六棱菊、龙葵、小蓬草、葛、鼠曲草和鱼眼草 9 个物种。其中,永仁县以酢浆草物种重要值最大,为 44.44%,占绝对优势;禄劝县鬼针草重要值最大,为 18.31%;峨山县和墨江县重要值最大的均为紫茎泽兰,分别为 56.62% 和 34.80%,占绝对优势。
2.4 不同县份板栗人工林下草本植物多样性
物种丰富度指数是反映群落多样性的一个重要指标,从图 1a 中可看出,峨山县的物种丰富度指数最高,其次是禄劝县和墨江县,永仁县较低,但 4 个县之间无显著差异。图 1b 和图 1d 中 Shannon-Wiener 和 Simpson 多样性指数显示相同的规律,以峨山县最高,其次是永仁县、墨江县,禄劝县最低,且峨山县与禄劝县之间差异显著。图 1c 中 Margalef 丰富度指数峨山县最高,其次是永仁县、禄劝县和墨江县,但不同县份之间无显著差异。图 1e 中 Pielou 均匀度指数永仁县和峨山县最高,之后是墨江县和禄劝县,且永仁县、峨山县、墨江县之间,以及墨江县与禄劝县之间无显著差异,但永仁县、峨山县与禄劝县之间均差异显著。综上所述,峨山县的板栗人工林下草本的物种多样性要高于其他县份。
3 讨论与结论
云南板栗主产区 4 个县(永仁县、峨山县、禄劝县及墨江县)板栗人工林中共记录到高等植物 143 种,隶属 54 科 124 属,其中被子植物 51 科 121 属 139 种。据报道云南有被子植物 244 科 2367 属 15951 种,是中国生物多样性最丰富的省份之一。与之相比,所调查板栗人工林中植物种类较少、物种多样性不高,可能由于特殊的地貌、降雨、干旱等自然因素,或人工纯林栽植、除灌、除草等因素导致物种稀疏、植被覆盖度低,也可能与紫茎泽兰入侵林地后,排斥林下灌木和草本生长有关。
相关研究认为某一区域内植物每个科所含的属越多,且每个属含有的种越多,认为植物种系分化程度越大。本研究板栗人工林被子植物中单属、单种植物最多,占调查总数的 77%,表现为 “多数种属于少数科、少数种属于多数科、很多种为单属种及科属组成较分散” 的特点,体现了该植物组成的多样性和复杂性,也说明植物区系有一定的分化潜能。
对植物生活型进行分析,能进一步了解该群落的生物类型及环境适应特征。板栗人工林的植被以陆生草本为主(占 70.6%),其中多年生草本比重最大(占 41.2%),其次是一年生草本,占 27.3%,蕨类占 2.1%。可见在板栗人工林内,草本植物占优势,研究结果表明:草本种类对板栗人工林林下环境的适应能力较强。
4 个县板栗人工林下草本物种重要值 > 5% 的较少,仅有 9 个种。其中,永仁县以酢浆草物种重要值最大,为 44.44%,占绝对优势;禄劝县鬼针草重要值最大,为 18.31%;峨山县和墨江县重要值最大的均为紫茎泽兰,分别为 56.62% 和 34.80%,占绝对优势。丰富度与多样性指数是群落稳定性的重要指标,群落结构越复杂则群落越稳定,抵御不良环境或外部干扰的能力愈强。4 个县的物种丰富度指数、Margalef 丰富度指数、Shannon-Wiener 多样性指数、Simpson 多样性指数和 Pielou 均匀度指数,均以峨山县最高,说明相较其余县份群落结构稳定。
本研究中不同县的板栗林下物种调查时间为春季,忽略了季节因素对林内植被特别是林下草本的影响,且本次调查仅涉及 4 个县,云南板栗分布广泛,后续研究应综合考虑季节变化因素,扩大调查范围。此外,在墨江县板栗林下种植茶叶的模式与其余县份未套作模式相比,物种多样性并未有显著差异,便每公顷经济效益较未间作提高 30000 元左右。云南板栗主产区林内植物物种相对较少、多样性不高,长期人工经营管理导致地表裸露等,均容易造成水土流失、地力退化、病虫害发生等自然灾害。在今后的板栗人工林经营管理过程中,应积极探索多种生态经营管理模式,如混交其他树种、林下套间矮杆作物、种植绿肥等,以提高物种多样性,增加土壤肥力。
王高升;宁德鲁;马婷;吴涛;潘莉;肖良俊;刘娇,云南省林业和草原科学院;云南省木本油料技术创新中心,202406