怀化地区美洲黑杨群落调查及生长规律研究

陈小平

(湖南省怀化市鹤城区林业局，湖南 怀化 418000)



怀化地区美洲黑杨群落调查及生长规律研究

陈小平

(湖南省怀化市鹤城区林业局，湖南 怀化 418000)

摘要：调查分析了怀化市鹤城区美洲黑杨分布及生长规律，结果显示：鹤城区美洲黑杨分布多位于溪河沿线，其中乔木层为优势层，植物分布为维管植物35科46属52种均为被子植物常见种；从总的植物区系组成看，本区系是典型的北温带、亚热带植物分布区，具备北温带常绿阔叶林的性质。以标准木法进行树干解析，获得胸径、株高和材积增长曲线，总结了美洲黑杨生长规律。

关键词：群落特征；美洲黑杨；鹤城区

1引言

人口基数增长导致自然资源消耗增加，环境严重恶化，温室效应、土壤金属富集、水体污染、雾霾等自然灾害层出不穷。因此在当前环境种植绿色植物，进行人工造林是一种很好的固碳、保持水土、调节微气候的方法。杨属植物因其繁殖成活率高，生长速度快，适应能力强、固碳量高而成为理想的造林树种[1]。全球杨树共有100多个品种，中国杨树品种共53种，其中特有种35种[2]，例如山杨和毛白杨。我国杨属植物的分布范围很广，从西部戈壁到东部沿海，从北部草原到南部热带。目前全国人工林面积约1/5为杨树，营造杨树人工林，可以很好地缓解环境恶化问题，具有极大的推广价值，为我国生态和经济建设发挥了重要作用。美洲黑杨(Populusdeltoides)生长速度快，是世界上的最快的品种。根据林业相关专家的测定，结果显示美洲黑杨的生长速度要比普通的杨树快20 %～30 %，而且其材质柔软、纤维性很好，是制作纸浆和制造人造板材的上好原料。本研究对美洲黑杨人工林展开研究，以期掌握美洲黑杨群落结构和物种分布，为美洲黑杨人工林抚育间伐和森林经营等提供参考依据和理论基础。

2研究地概况

鹤城区位于怀化市中部，属湖南省西部，在109°45′～110°29′E，27°16′～27°29′N之间，处于雪峰山脉和武陵山脉之间，区内地貌类型多样，但山地面积约占全区总面积的74 %；气候划分为中亚热带季风湿润气候，年均温度16.8 ℃，年降雨量1400～1700 mm，全年日照在1486 h，无霜期281 d，年平均相对湿度82 %，土壤类型主要为红壤，母岩多为板、页岩，土层深厚，矿质营养丰富。林业用地面积约为50776.2 hm2，森林覆盖率达63.96 % ，活立木总蓄积1098 km3，植物资源丰富，群落类型多样[3]。

3调查方法

3.1踏查和样方调查相结合，设立样地取样观测。

按照鹤城区美洲黑杨的实地分布情况，沿着溪流一侧设置样带，规格为10 m×100 m，每10 m×10 m设置一个小样方，统计乔木层数据，分别于样带每个10 m×10 m小样方的四个角和中间设置灌木样方，共计3 m×3 m设50个，同样的方法设置草本样方，1 m×1 m规格共设50个。调查记录内容包括：植被类型、海拔、坡度、坡向和坡位(表 1)等立地因子和土壤类型；乔木测定其郁闭度，树高<1.5 m的调查其地径，树高≥1.5 m的调查胸径、树高；灌木和草本调查样地内的种类、平均高度、盖度、多度等植被因子[4]。

表1　美洲黑杨人工林样地概况

3.2测定指标与方法

调查统计每个样方内乔木、灌木和草本的多度、频度、显著度等数据，观测样带内美洲黑杨形态指标，统计植物组成并进行地理成分分析等。

所有统计分析用Excel和PASW 18.0统计软件完成。群落多样性数据处理相关公式[5～9]。

相对多度：RD=某物种个体数/所有物种个体数×100 %。

相对频度：RF=某物种的频度/所有物种的频度之和×100 %。

相对显著度，某一乔木的胸高(1.3 m)断面积或灌木和草本的地径之和占样地面积的百分比：RC=某物种的显著度/所有物种显著度之和×100 %。

重要值计算：IV=(相对多度+相对频度+相对显著度)/3。

郁闭度：林地树冠垂直投影面积与林地面积之比，郁闭度=植被覆盖样地面积Si/样地面积S×100 %。

α多样性:

Simpson指数(优势度指数)：P=1-∑pi2，

Shannon-weiner指数：H’ =-∑pilnpi，

Pielou指数(均匀度指数)：E=H’/lnS。

式中：Pi为种i的重要值(IV)，S为样方中所有物种的个数。

3.3生长规律调查

对样地内的美洲黑杨每木检尺，选择标准木，将选定的标准木从根颈处伐倒，伐倒木采用莫西(Monsi)分段切割法，将树干区分成若干段(超过树高10 m按2 m每段划分，不足10 m按1 m每段划分)，各区分段分别取3～5 cm宽小圆盘，用塑料袋取回。进行树干解析，对生长过程进行分析，画出树干解析图。并用区分断面积求积法求得相应材积V。

4结果与分析

4.1群落植物组成

对样带的调查统计结果显示，美洲黑杨群落中共有维管植物35科46属52种，无裸子植物，蕨类植物3科3属3种。不同层植物的分布见下表2～表4。

表2　美洲黑杨群落乔木层群落特征值表

从表2中可以看出，乔木层共计22种，美洲黑杨、毛竹和板栗的在样地所在的群落中优势明显，相对多度分别为0.27、0.13、0.10，相对频度分别为0.15、0.11和0.09，相对显著度分别为0.44、0.05和0.11，均为数值最大的3个种。重要值是在计算、评估物种多样性时的重要指标，以综合数值表示植物物种在群落中的相对重要性。乔木层重要值最大为美洲黑杨，其数值为0.29，其次为板栗和毛竹，均为0.10，3个种加起来重要值0.49，几乎与其他19个种的重要值之和持平，这很好地说明了林分乔木层分布呈多态性排列，以美洲黑杨、板栗和毛竹等少数几个种处于优势种地位。同时看出群落内乔木层全部树种均为阔叶树，在怀化地区常见的马尾松和杉木等针叶树种均没有分布，这与美洲黑杨群落的起源有关，美洲黑杨为人工种植，并且生长速度比杉木和马尾松等速生树种更快，制约了针叶树的生长。即使其他阔叶树生长状况也不如美洲黑杨。

表3　美洲黑杨群落灌木层群落特征值

灌木层包括小灌木以及乔木的小苗，美洲黑杨群落灌木层植物共计9种，以小灌木为主，另有2种为乔木的实生苗，这表明群落亚层种类少，林分的灌木层群落指数低。人工林内灌木层以檵木和圆锥绣球居多，光叶菝葜其次。在实际调查中，设置的50个灌木小样方内，出现了灌木层植物的样方数为27，占总灌木样方数的54%，有46%比例的样方内没有灌木存在，同时，我们发现灌木层主要分布于林分的林窗位置。林分内部的样方内灌木极少，这与美洲黑杨冠幅大、生长快等因素的制约有关，但同时我们要注意到人为因素的干扰，造林前的林分清理，以及造林初期的林下抚育间伐，都是导致灌木层稀少的原因。

草本层种类共计23种，蛇莓和车前草分布较多，相对多度分别为0.17和0.13；1年蓬在50个草本小样方内出现的频度最高，相对频度为0.07，其次蛇莓、齿叶景天和铁芒萁，均为0.07；多花蔷薇的显著度最高，其次为车前草，相对显著度分别为0.13和0.12。从整体来看，样带内草本植物多为散生或低密度聚集，聚生度低，仅有骨碎补和半边旗聚生程度较高，这与种类以菊科、禾本科和蔷薇科植物为多，少见聚生植物有关。在实地考察过程中，发现地被层的覆盖度较高，样带内地表裸露部分很少，在50个草本小样方内草本多但种类不多，草本层且种类不及样带外草本种类多，联系到人工造林的炼山处理，以认为美洲黑杨人工林对草本层分布有负影响。

植物生长型(growthform)是表征群落外貌特征和垂直结构的重要指标[10]。美洲黑杨群落中乔木、灌木和草本3个层次的物种α多样性分析结果如下表5所示。

表4　美洲黑杨群落草本层群落特征值

表5　美洲黑杨群落多样性指数

由表可知：多样性指数P、H均为乔木层>草本层>灌木层，E为灌木层>草本层>乔木层。P表示随机取样的两个个体属于不同种的概率，受优势种相对多度的影响较大，对生境条件变化较为敏感，可以很大程度体现生境条件限制，可知乔木层结构最复杂，灌木层最结构最简单；H可以反映出群落中植物物种均匀度的时空变化和丰富度，可知群落内物种乔木层物种差异变化最大；E反映了植物分布的空间均匀度，可以看出种间相遇几率，是各个物种的多度和重要值的均匀程度的直观体现，反映了群落种数、群落观察多样性及总个体数相同时可能最大多样性之间的比率，表明灌木层多样性最小，乔木层最大，这与实地调查结果符合。综合分析表明：群落多样性小，物种数不多，美洲黑杨受环境条件限制小，生态适应性幅度相对较广，适合引种栽培区域较亦较大。

4.2群落的地理成分分析

鹤城区地理成分复杂，根据吴征镒所确定的中国种子植物科和属的15个分布类型[11～13]，美洲黑杨群落植物统计结果如下表6。

表6　群落植物群系科、属分布类型

注：世界分布不计百分率.

科的统计结果显示，北温带分布10个科，其次为世界广布科8个，热带、泛热带分布6个科，其他区系科分布分散且均较少，本区科的分布热带成分占比40.74 %，温带成分占比55.56 %，可知温带成分稍占优势；属的统计结果显示，群落所有属中北温带成分占优势(高达30.23 %)，热带、泛热带分布成分18.60 %，热带亚洲至热带大洋洲成分9.30 %。分布最多的区系为北温带(13属)，其次为热带亚洲至热带大洋洲(4属)，其他属分布区系分散，说明美洲黑杨植物群落以北温带和热带、泛热带分布占主体地位。把各种类统计到所在属，从种的统计结果来看，组成美洲黑杨群落的52种维管植物中，北温带分布种有18种，占种类总数的34.62 %，其次为热带亚洲分布及其变型最多(12种)、再次为热带、泛热带分布(11种)、除北温带外的温带成分6种，占比13.96 %。从总的植物区系组成看，科、属和种的区系组成均为温带成分最占优势，但与热带成分相比优势不明显，故认为本区系是热带和温带混合度高的植物分布区，主要具备北温带常绿阔叶林的性质。

4.3美洲黑杨生长规律分析

经过对伐倒木各圆盘年轮统计，可知所选标准木为18a成熟木，如表7所示，为求得的树干解析表，对解析木进行处理，得到不同龄阶美洲黑杨的生长情况，树干材积用下底断面和长度获得，如下表8所示。

3.2.1美洲黑杨胸径及树高生长分析

对美洲黑杨树干解析得到的胸径和树高的生长过程绘制折线图和材积增长趋势，拟合增长曲线，分别如图1、图2、图3所示。

图1　美洲黑杨胸径生长曲线

图2　树高年平均生长曲线

圆盘号断面高年轮数达各断面高A直径方向现年龄:18龄阶:15龄阶:10龄阶:5带皮去皮DVDVDVDVDV00180平均19.80.53519.430.50518.680.46515.230.2787.410.03311.3171平均19.520.48119.130.45218.320.41315.010.2477.220.02623.6144平均18.660.37618.250.35215.030.2377.130.04735.6135平均18.430.31417.890.28814.960.2007.060.03847.6135平均18.020.24917.60.23014.870.1636.860.02859.6126平均17.450.18617.120.17114.540.1226.610.019611.6117平均16.480.12316.060.11014.390.0876.590.013713.699平均13.450.05313.120.0477.180.014815.6711平均10.050.0149.910.0117.23梢底直径材积8.30.0027.10.001梢头长度1.340.3

表8　树干生长过程

从图1可以看出，美洲黑杨人工林胸径的增长随着年龄的增大而单调增加。不同年龄的生长速度差异较大，具体表现为造林后的前5年生长较慢，胸径增粗不明显，经过缓慢生长阶段，5年后进入速生期，数据显示，6～10年速度增长最快，增粗迅速，在此时期，年平均生长量达1.56 cm，10年生往后直至18年生美洲黑杨胸径生长速度变缓，年平均生长量分别为0.69 cm和0.15 cm。从美洲黑杨树高生长曲线图(图2)可以看出：0到10年间，美洲黑杨生长迅速，树高增长明显，连年增长量分别为1.51 m、1.54 m，其中6～10年间为生长最快，为明显的增长高峰，10年后的增长速度有所下降，直至18年都以较平稳的速度增长，年平均增长量在此期间趋于稳定，树高连年增长量为0.336 m、0.016 m。综合胸径和树高增长曲线可以看出，树高增长前期幅度远大于胸径，并更早达到稳定期。

3.2.2美洲黑杨材积生长

植物的材积指的是全株的体积，包括主干、枝桠和伐根等在内的整体，对美洲黑杨人工林来说，通过材积可以计算得到人工林的蓄积量，材积和蓄积量是森林经营利用的基本经济指标，美洲黑杨人工林的材积量越大，该林分的木材经济价值就越高。从图3可以分析得出：材积生长随年龄的增长而表现出单调增加的趋势。造林后5年的材积量很小，几乎没有，经过5年的缓慢生长阶段，第6年增长速度开始加快，7年生后进入迅速积累期，到15年积累速度趋缓。可以看出彩叶杨生长高峰期在7～15年之间，不适宜采伐，预计在18年左右已经达到成熟林。可以进行轮伐。

图3　材积生长曲线

5结论与讨论

(1)据共计1000m2面积的样地调查统计发现，鹤城区美洲黑杨生境土壤类型为红壤，而洞庭湖地区美洲黑杨生境土壤以黄棕壤为主，这与洞庭湖区杨属植物生境有很大差异[14]，作为一种速生树种，18 a左右已经达到了采伐期，材积量可达0.064m3，与一些以果实采收为目的的资源植物(如乌桕)相比，生长速度明显快[15]。

(2)美洲黑杨群落植物物种类少，共有35科46属52种，其中人为因素是群落植物种类较少，及与周围环境相比部分植物缺失的原因之一。从群落特征来看，美洲黑杨是鹤城区适合的引种对象，但具体引种效果和生态适应性还不得而知，需要进行更深层次的调查研究。

(3)美洲黑杨群落内不同植物相关性和相互影响作用还不明确，前人对美洲黑杨植物不同居群的物候期与形态多样性[16]、果实形态发育过程特性研究[17]也没有定论，故美洲黑杨植物群落内部构建和分布还有待更进一步的研究。

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收稿日期：2016-04-15

作者简介：陈小平(1970—)，男，湖南省怀化市人，工程师，主要从事林业调查规划设计。

中图分类号：S792.11

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2016)12-0032-05

Analysis of Characteristics ofPopulusDeltoidesCommunities in Huaihua County

Chen Xiaoping

(ForestryBureauofHechengDistrict,Huaihua418000,China)

Abstract:Investigation and analysis on species and their distribution of Populus deltoides in Huaihua county were conducted. The results showed that Results show that Populus deltoides distribution of Hecheng District multisite along the river, the tree layer was the dominant layer, vascular plant distribution for 35 families,46 genera and 52 species, all are angiosperm common species; according to the components of the total flora, This flora is typical north temperate and subtropical flora, with the nature of the evergreen broad-leaved forest of north temperate zone. Stem analysis with standard trees, DBH, height and volume for the growth curve, summed up the growth pattern of Populus deltoides.

Key words:community characteristics; habitat; Populus deltoides