内蒙古大兴安岭南段森林死亡对植物多样性的影响.pdf
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1、第 6 卷 第 2 期2023 年 6 月Vol.6,No.2Jun.,2023温带林业研究JournalofTemperateForestryResearch收稿日期:2023-02-17基金项目:内蒙古农业大学大学生科技创新项目(2020010);内蒙古自然科学基金面上项目(2020MS04011);中央引导地方科技发展项目(2020ZY0024);国家自然科学基金项目(41861005)。作者简介:郑佳棋(1999),女,在读硕士,主要研究方向:生物多样性调查。E-mail:。*通讯作者:赵鹏武(1981),男,硕士,高级实验师,主要研究方向:森林生态系统长期定位观测。E-mail:。D
2、OI:10.3969/j.issn.2096-4900.2023.02.001内蒙古大兴安岭南段森林死亡对植物多样性的影响郑佳棋,赵鹏武*,马英超,梅 花,管立娟,阿希达,车力格尔,张那日苏(内蒙古农业大学林学院,呼和浩特 010019;内蒙古赛罕乌拉森林生态系统国家定位观测研究站,赤峰 025150)摘 要:【目的】为了解内蒙古大兴安岭南段森林大面积非正常死亡对森林植物多样性的影响。【方法】以内蒙古大兴安岭南段赛罕乌拉保护区杨桦次生林为研究对象。通过调查森林死亡后不同死亡梯度的林下植被组成,用生物多样性指数和群落相似系数对林下物种组成及多样性的差异进行分析。【结果】研究发现:内蒙古赛罕乌拉保
3、护区森林死亡后样地内共调查发现植物物种 63 种,其中乔木 4 种、灌木 9 种、草本 50 种,对照样地物种最多,群落物种多样性与森林死亡后枯落物厚度、粗木质残体密度呈显著负相关;森林死亡后倒木样地对物种丰富度、Shannon-Wiener 指数、Simpson 指数的贡献最大。群落乔灌草不同层次物种多样性对森林死亡的响应差异明显。SI 指数在32%72.91%范围内,不同死亡梯度样地内共有种为 23 种,草本多样性导致不同死亡梯度样地 SI 指数差异变大。【结论】研究结果表明森林死亡对物种多样性瞬时影响较大,但随森林死亡时间的推移,乔木层多样性指数逐步增加,灌木层多样性指数先下降再升高,而
4、草本层却随着死亡梯度多样性指数下降,所以森林大量死亡抑制草本植物多样性的发展,但是对于乔木和灌木起到促进更新的作用。研究区山杨优势度出现衰退,林内更新的多样性能否形成混交林有待进一步研究,研究结论对退化生态系统及生物多样性的保护与恢复具有重要参考意义。关键词:大兴安岭南段;植物多样性;森林死亡;物种组成;重要值中图分类号:S718.5 文献标志码:A 文章编号:2096-4900(2023)02-0001-07 Effects of Forest Mortality on Plant Diversity in the Southern of Great Xingan Mountains,Inn
5、er MongoliaZHENG Jia-qi,ZHAO Peng-wu*,MA Ying-chao,MEI Hua,GUAN Li-juan,A Xi-da,CHE Li-geer,ZHANG Na-risu(Forest College of Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010019;National Positioning Observation and Research Station of Saihanwula Forest Ecosystem in Inner Mongolia,Chifeng 025150)Abstr
6、act:【Objective】This paper aims to understand the impact of large area abnormal forest death on forest plant diversity in the southern section of the Greater Xingan Mountains in Inner Mongolia.【Method】The poplar and birch secondary forests in the Saihanwula Nature Reserve in the southern section of t
7、he Great Xingan Mountains in Inner Mongolia were taken as the research object.Through investigating the composition of undergrowth vegetation composition with different death gradients after forest death,the differences in undergrowth species composition and diversity were analyzed by using biodiver
8、sity indices and community similarity coefficients.【Result】The results showed that 63 species of plants were found in the forest after forest death in Saihanwula Nature Reserve,including 4 species of trees,9 species of shrubs,and 50 species of herbs.The control forest had the most species.The commun
9、ity species diversity was significantly negatively correlated with the thickness of litter and the density of coarse wood residues after forest death.After forest death,fallen wood stands contributed the most to species richness,Shannon-Wiener index,and Simpson index.The response of tree,shrub,and h
10、erb species diversity at different levels to forest death was significantly different.The SI index ranges from 32%to 72.91%,and there are 23 species in different death gradient forests.Herbal diversity leads to greater differences in the SI index of different death gradient forests.【Conclusion】The r
11、esults indicated that forest death has a significant instantaneous impact on species diversity,but with the passage of forest death time,the diversity index of tree layer gradually increases,while the diversity index of shrub layer first decreases and then 温 带 林 业 研 究第 6 卷2increases,while the divers
12、ity index of herb layer decreases with the death gradient.Therefore,a large number of forest deaths inhibit the development of herb plant diversity,but play a role in promoting the regeneration of trees and shrubs.The dominance of Populus davidiana in the study area has declined,and whether the dive
13、rsity of regeneration within the forest can form a mixed forest remains to be further studied.The research conclusions have important reference significance for the protection and restoration of degraded ecosystems and biodiversity.Key words:the southern of Greater Xingan Mountains;plant diversity;f
14、orest mortality;species composition;important value物种多样性研究早在 1943 年就被提出1,随后开始出现生物多样性测度方法的研究,直到 20 世纪 50 年代以来,其研究重点从梯度变化 规 律 逐 步 过 渡 到 形 成 机 制 2,Vazquez3和Currie4等探讨了植物物种丰富度随海拔和纬度梯度的动态变化及其形成机制。刘兵兵等对内蒙古大兴安岭南段杨桦次生林不同面积林窗对植物多样性的影响差异分析表明,林窗内物种数均高于林内,对草本和乔木更新层物种多样性影响显著,但是林下物种多样性的变化并非与林窗面积呈正相关5-7。总体而言,对植物多样
15、性的形成及其变化机制虽然有多种假说,但是还没有完善的理论体系。因此,植物多样性形成及其变化机制研究仍然是多样性研究的主要方向之一,着重从时间尺度、空间尺度、群落类型等来探究物种多样性的变化8-10,从环境因子、人类干扰、气候变化等方面探讨植物多样性形成机制11-14。本研究通过对内蒙古大兴安岭南段山杨(Populus davidiana)林死亡后林下植物多样性进行调查研究,探讨由于山杨林的非正常大面积死亡后林下物种多样性的变化,为研究区退化生态系统的恢复与重建、生物多样性的保护提供参考。1 试验材料与方法1.1 研究区概况研究区位于内蒙古赛罕乌拉森林生态系统国家定位观测研究站(以下简称:“赛罕
16、乌拉”)。研究区隶属内蒙古大兴安岭山脉南段,典型的森林草原过渡区,地貌类型属中山山 地,地 理 坐 标 为 441257N,118447E,海拔 1 220 m。研究区土壤类型主要有山地黑土、灰色森林土、棕壤土以及暗粟钙土;主要森林类 型 有 山 杨、白 桦(Betula platyphylla)、蒙 古栎(Quercus mongolica)纯 林 及 其 混 交 林,主要树种有白桦、山杨、蒙古栎、黑桦(Betula dahurica)、大 果 榆(Ulmus macrocarpa),林下以虎榛子(Ostryopsis davidiana)、兴安杜鹃(Rhododen drondahuric
17、um)、照山白(Rhododendron micranthum)和草本植物为主。1.2 研究方法1.2.1 试验样地设置研究区进行全面踏查的基础上,在林内分别设置对照样地(样地内树木基本正常生长,少量倒木和死树。“L”)、枯立木样地(样地中多以枯稍、将死或已死枯立的林分。“K”)与倒木样地(大部分树木已经死亡且形成大量倒木。“D”)3 个不同死亡梯度的实验地,样地规格为 20 m20 m,每个处理的样地各设置 3 个重复,共 9 个样地。在每个 20 m20 m 的样地四个角及中间位置分别设置 5 m5 m 的灌木样方和 1 m1 m 的草本样方,共 90 个。表 1 试验地基本信息Tab.1
18、 Basic information of test plots样地经度纬度海拔/m坡向坡度()L11184347.19E441259.36N1 217.2WN12L21184347.39E441258.30N1 227.6WN10L31184346.27E441256.90N1 237.2WN13K11184346.33E441337.00N1 212.8WN16K21184348.10E441257.74N1 231.8WN19K31184347.38E441257.20N1 234.0WN12D11184481.53E441256.46N1 227.0WN18D21184410.55E4
19、41256.65N1 232.9WN17D31184470.52E441255.62N1 239.0WN23注:“WN”表示西北方向。郑佳棋等:内蒙古大兴安岭南段森林死亡对植物多样性的影响第 2 期31.2.2 样地调查对设置好的样地进行每木检尺,调查样地内胸径 1 cm 以上的所有树木胸径、树高、冠幅、郁闭度和林下更新情况(胸径 1 cm 以下的乔木定为幼苗),利用抬头望法和冠层分析仪相结合调查森林郁闭度;灌木和草本分别调查高度、盖度、株丛数、多样性。1.2.3 数据处理本研究通过野外调查数据,采用 Margalef 物种丰富度指数(D)、Shannon-Wiener 物种多样性指数(H)、
20、Pielou 物种均匀度指数(J)和 Simpson物种优势度指数(H)4 类指标,重要值(IV)和Sorensen 群落相似系数(SI)来综合分析评价赛罕乌拉杨桦次生林林下不同植被的植物物种多样性及其差异。物种丰富度指数反映物种的丰富程度,用单位面积内的物种数量来表示;多样性指数代表群落复杂程度,群落包含的物种数量越多,其多样性指数越大;均匀度指数表示群落中不同物种分布的均匀程度;优势度指数反映的是群落内种群优势状况。(1)Margalef 物种丰富度指数(D)。(1)式中:S 为物种数目;N 为观察到的植物物种总个体数。(2)Shannon-Wiener 物种多样性指数(H)。(2)式中:
21、S 为物种数目;Pi为第 i 个种的个体数占所有种个体数的比例。(3)Pielou 物种均匀度指数(J)。(3)式中:J 为 Pielou 均匀度指数;H 为 Shannon-Wiener 指数;Hmax是 H 的最大值。(4)Simpson 指数(H)H。(4)式中:N i 为群落中第 i 个种的个体数,N 为群落中所有种的个体数。(5)Sorensen 群落相似系数(SI)?。(5)式中:SI 表示植物群落相似性系数;A、B 分别为样地A、B的物种数,C为样地A、B共有物种数。(6)重要值(IV)IV 是植物在森林群落中生态位的综合度量,是反映植物物种在群落中地位和作用的综合指标,IV 越
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