全 文 :Vol. 36 No. 8
Aug. 2016
第 36卷 第 8期
2016年 8月
中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
Journal of Central South University of Forestry & Technology
降香黄檀林下伴生种适应性评价
杨 权 a,b,刘君昂 a,b,吴 毅 a,b,何苑皞 a,b,董文统 a,b,苏圣淞 a,b,周国英 a,b
(中南林业科技大学 a. 经济林培育与保护教育部重点实验室;
b. 森林有害生物防控湖南省重点实验室,湖南 长沙 410004)
摘 要:林下伴生种是降香黄檀林分中特殊的组成部分,有利于增加林地生物学总生产量和维护林分系统稳定性。
应用灰色关联分析法构建了降香黄檀林下伴生种适应性评价指标体系,对 30种参评植物做了适应性评价。结果
表明:(1)30种参评植物适应性差异明显,其中 46%的植物关联度大于 0.8,适应性表现较好,40%的植物关
联度介于 0.6~ 0.7之间,适应性表现一般,其余 14%的植物关联度小于 0.6,适应性表现很差;(2)关联度在
0.9以上、属于优秀适应型的植物有 5种,即假地豆 Desmodium heterocarpon、三点金 Desmodium trifl orum、链
荚豆 Alysicarpus vaginalis、地不容 Stephania epigaea、黑麦草 Lolium perenne;(3)乡土植被的适应性表现要优
于外来引种植被;(4)在适应性评价中豆科植物表现最好,禾本科和大戟科植物次之。
关键词:降香黄檀;伴生植被;适应性评价;灰色关联分析;海南省
中图分类号:S792.28 文献标志码:A 文章编号:1673-923X(2016)08-0033-06
Dalbergia odorifera forest associated species adaptability evaluation
YANG Quana,b, LIU Jun-anga,b, WU Yia,b, HE Yuan-haoa,b, DONG Wen-tonga,b, SU Sheng-songa,b, ZHOU Guo-yinga,b
(a. Key Laboratory of Education for Non-timber Product Forest Silviculture and Protection; b. Hunan Provincial Key Laboratory for
Control of Forest Diseases and Pests, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)
Abstract: Understory companion is a special part of Dalbergia odorifera forest, it is significant that maintain forest system stability
and improve the site growth is of important significance. According to the grey relational analysis method to establish the adaptability
evaluation index system of associated vegetation of Dalbergia odorifera forest, making adaptability evaluation of 30 participating plants.
The results showed that the 30 participating plant adaptability difference, which 46% of the plants adaptability performance better,
and 13% of the participating plants performance is poor adaptability. Correlation degree in more than nine points belongs to excellent
adaptation of plants have five, namely Desmodium heterocarpon, Desmodium triflorum, Alysicarpus vaginalis, Stephania epigaea,
Lolium perenne; The adaptability of native vegetation is better than that of exotic plants. Adaptive evaluation results showed the best
families are Legume, Gramineae and Euphorbiaceae.
Key words: Dalbergia odorifera; associated vegetation; adaptability evaluation; grey relational analysis; Hainan province
收稿日期:2015-11-02
基金项目:国家林业公益性行业科研专项 (201304402)
作者简介:杨 权,硕士研究生 通讯作者:周国英,教授,博士;E-mail:zgyingqq@163.com
引文格式:杨 权,刘君昂,吴 毅,等 .降香黄檀林下伴生种适应性评价 [J].中南林业科技大学学报,2016, 36(8): 33-38.
Doi:10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.08.007 http: //qks.csuft.edu.cn
林下伴生种作为森林生态系统的重要组成部
分,在提高森林植被覆盖度、增加森林植被资源
储量、改善表层土壤物化性质、拦蓄降水以及减
少水土流失等方面作用显著 [1]。林下伴生种通过
协调林分营养条件和环境条件,直接或间接地影
响林木生长发育 [2]。因此,正确认识林下伴生种
的作用和意义,有助于人们科学、有效地进行森
林经营管理,调整林分结构,提升林木产业效益。
降香黄檀 Dalbergia odorifera别名黄花梨,豆
科植物,为国家二级保护野生植物,海南特有种。
其心材呈红褐色,俗称“花梨木”,是制造名贵家具、
高档工艺品的上等用材。其根部心材名降香,心材
蒸馏所得降香油是香料中的上等定香剂;同时,降
香也具有活血散瘀、止血定痛降气的功效 [3]。由于
降香黄檀具有极高的经济价值和药用价值,市场
需求量大,而野生资源趋近枯竭 [4]。因此,近年
来人们对降香黄檀进行了大面积的人工栽培,但
人工林群落结构单一,林分抗逆抗灾能力比较差,
土壤条件改良作用也较弱,不利于降香黄檀林分
的健康经营 [5]。
杨 权,等:降香黄檀林下伴生种适应性评价34 第 8期
目前,对降香黄檀的研究主要集中在引种栽
培育苗、心材形成、药理药效以及生物学和生态
学特性等方面 [6],贾瑞丰等 [7]实验发现使用 B-4
处理以及严重水分胁迫能够促进降香黄檀形成较
高品质的心材;梁建平等 [8]发现降香黄檀树高的
连年生长量呈现明显的“高—低—高”规律,幼
苗期高增长较快,至 35年生之后树高生长较稳定。
然而国内外对降香黄檀林下伴生种栽培评价的研
究基本上处于空白。本研究应用灰色关联度分析
方法构建降香黄檀林下伴生种适应性评价指标体
系,对 30种参评植物栽培适应性进行了评价排序,
筛选出优秀的林下伴生种,以期为降香黄檀的健
康经营提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区位于海南省澄迈国营林场(县境内东南
面的太平乡),地处 19°11′17″N,111°01′54″E,
海拔 118 m,属热带季风气候类型,年平均光照
时数 2 060 h,年平均温度 23.7 ℃,年均降水量
1 749 mm,相对湿度 84%,全年基本无霜冻期。
试验区面积 2 hm2,地貌属于低丘陵和缓坡地区,
土壤主要为砂壤。当地降香黄檀群落中裸子植物
种类、数量都不占优势;蕨类植物种类少、数量多;
被子植物种类、数量都占优势地位;优势科明显,
有大型科,种数居前 5位的科分别为大戟科、豆科、
茜草科、禾本科和菊科;从优势属来看,单种属
以及寡种属占优势 [9]。
1.2 研究方法
2013年 5月和 10月,课题组在海南岛境内分
布有海南黄花梨的 17个县市展开了热带乡土树种
健康状况普查,对降香黄檀林分林下的植物群落
及伴生种进行了实地调查、采集。结合普查资料,
本研究优先考虑降香黄檀林下常见种和优势种,
选择三点金、黑麦草等 30种植物拟作为降香黄檀
林下伴生种于国营澄迈林场进行栽培试验,构建
降香黄檀林下伴生种适应性评价指标体系并采集
参评植物相应指标数据,并运用灰色关联分析法
对参评植物进行了适应性评价。
2 降香黄檀林下伴生种适应性评价指标
体系的构建
2.1 评价指标因子的选择
评价体系从林下伴生种的生长发育及其与自
然环境因素的相互关系出发,构建了以生长属性
指标、系统结构指标以及功能效益指标为准则层,
选取盖度、成活率、结构稳定性、相对湿度增幅
等 16个二级指标因子,构建出降香黄檀林下伴生
种适应性评价体系(见图 1)[10-15]。
图 1 降香黄檀林下伴生种适应性评价体系
Fig. 1 Companion species adaptability evaluation system of Dalbergia odorifera forest
35第 36卷 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
2.2 指标层分级标准
二级指标分级标准参照表 1,其中结构完整性
用群落相似性指数来指示;结构稳定性选择了更
新能力来表示;区域防风效应用风速降低百分比
来指示;植物持水能力用干鲜重比率来表示。
表 1 指标层分级标准
Table 1 Classification criteria of the index layer
准则层 指标层
指标分级
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
生长属性
植株高度 C1 /cm > 150 <30 50~ 90 90~ 150 30~ 50
盖度 C2 <25% 25%~ 45% 45%~ 65% 65%~ 85% > 85%
成活率 C3 <50% 50%~ 60% 60%~ 70% 70%~ 80% > 80%
重要值 C4 <100 100~ 150 150~ 250 200~ 50 > 250
凋落物总量变化率 C5 <100% 100%~ 129% 130%~ 159% 160%~ 189% > 189%
地上部分单位面积生物量 C6 /(g.m-2) <100 100~ 200 200~ 300 300~ 400 > 400
系统结构
结构完整性 C7 20% 40% 60% 80% 100%
结构稳定性 C8 基本不能 较差 一般 良好 优秀
功能效应
平均气温减幅 C9 <0.2% 0.2%~ 0.3% 0.3%~ 0.4% 0.4%~ 0.5% > 0.5%
地表温度日较差 C10 /℃ <1.5 1.5~ 2.5 2.5~ 3.5 3.5~ 4.5 > 4.5
相对湿度增幅 C11 <2% 2%~ 3% 3%~ 4% 4%~ 5% > 5%
区域防风效能 C12 <15% 15%~ 25% 25%~ 35% 35%~ 45% > 45%
土壤体积含水量增幅 tC13 <0.5% 0.5%~ 1.5% 1.5%~ 2.5% 2.5%~ 3.5% > 3.5%
植物持水能力 C14 <10% 10%~ 15% 15%~ 20% 20%~ 25% > 25%
病虫害发生情况 C15 +++ ++ + - --
表 2 林下伴生种评价标准
Table 2 Evaluation criteria of associated species in forest
指 标 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15
满分数值 5 10 10 8 8 8 5 5 8 5 5 5 8 5 5
权 重 0.047 0.110 0.107 0.079 0.072 0.078 0.057 0.049 0.075 0.047 0.046 0.054 0.078 0.053 0.048
将这个参考序列作为灰度分析评价标准,用
于参评植物的定量评价 [16-19]。
3.2 评价指标无量纲化处理
由于各指标的计量单位不一致,因此,在进
行灰色关联分析时需对原始数据作无量纲化处理。
本研究按下列公式 [20]进行:
Xi(k)= si
XkX ii )( 。 (2)
式(2)中:Xi(k) 表示原始数据;Xi(k) 表示原始
数据无量纲处理后的结果; iX 和 si分别表示同一
指标平均值和标准差。
3.3 关联系数的计算
遵照灰色关联理论的 4条公理即整体性、规
范性、偶对称性、接近性,根据公式(3)[21]计算
关联系数:
)()(pmiaximaxk)()(
)()(pmiaximaxk)()(minimink
)(
00
00
kxkxkxkx
kxkxkxkx
k
ii
ii
i
。 (3)
式(3)中:ξi(k)是第 k个比较序列 Zi与参考序列
3 评价方法
3.1 构建伴生种评价标准
由于参与评价的指标的取值标准不同,依照
灰色系统理论,分析评价前用每个评价指标中的
最优指标(见表 2),构建了一个参考序列 Z0(k),
如下:
Z0(k)={z0(1),z0(2),⋯ ,z0(9)} 。 (1)
Z0的相对差值; minimink|z0(k)-zi(k)|为两级最小差;
杨 权,等:降香黄檀林下伴生种适应性评价36 第 8期
maximaxk|z0(k)-zi(k)|为两级最大差;ρ为分辨系数,
0 <ρ <1,取 ρ= 0.5[22]。
3.4 关联度计算
通过加权关联度大小的比较,可对降香黄檀
人工林林下引种植物的适应性进行量化的综合评
判,关联度越大,所选目标越优。加权关联度 [23]
其一般表达式为:
γj=∑ξj(k)Wk, j= 1,2,⋯,n。 (4)
式(4)中:Wk为指标权重,ξj(k)为指标序列 xj与
参考序列 x0的关联系数。
4 结果与分析
4.1 适应性评价结果分级
根据建立的降香黄檀林下伴生种适应性评价
指标体系,运用 SPSS 20.0软件对计算所得参评植
物关联序进行分析,得到参评植物关联度排序,依
照该关联度 γ排序将 30种伴生植物分为 5个评价等
级(见表 3):等级 1(γ > 0.9)为适应性强;等级
2(0.8 < γ < 0.9)为适应性良好;等级 3(0.7 <
γ < 0.8)为适应性一般;等级 4(0.6 < γ < 0.7)
适应性较差;等级 5(γ < 0.6)为适应性很差。
4.2 参评植物的生长状况
由表 3可知,不同科的植物生长状况差异较大,
豆科植物比其他科的植物适应性表现更好;同一科
不同属的植物生长情况差异也较大,例如同属于豆
科的小冠花和蔓花生,蔓花生的地上单位面积生物
量远远大于小冠花,蔓花生对于林下有限资源的利
用率更高。本地植物适应性表现比外源植物更为突
出,引种植物除黑麦草之外其他几种的关联度排序
都靠后,这可能与引种植物的成活难易度较高或迁
地栽培环境与原产地生境差异较大有关。
表 3 降香黄檀林下伴生种适应性排序†
Table 3 Forest associated species of Dalbergia odorifera adaptive sort
序号 植物学名 科名 关联度 评价等级 序号 植物学名 科名 关联度 评价等级
1 假地豆 豆 科 0.972 3 1 16 地毯草 禾本科 0.763 4 3
2 三点金 豆 科 0.961 9 1 17 白车轴草 * 豆 科 0.742 9 3
3 链荚豆 豆 科 0.961 4 1 18 球果猪屎豆 豆 科 0.741 6 3
4 地不容 防己科 0.956 8 1 19 灰毛豆 豆 科 0.732 8 3
5 黑麦草 * 禾本科 0.940 2 1 20 龙 葵 茄 科 0.661 4 4
6 龙血树 百合科 0.873 2 2 21 硬毛木蓝 豆 科 0.634 6 4
7 牛大力 豆 科 0.869 7 2 22 野茼蒿 菊 科 0.632 8 4
8 假 蒟 胡椒科 0.855 3 2 23 酢浆草 酢浆草科 0.629 7 4
9 蔓花生 豆 科 0.851 9 2 24 红马蹄草 伞形科 0.623 5 4
10 木 薯 大戟科 0.849 6 2 25 马鞭草 马鞭草科 0.610 8 4
11 藿香蓟 菊 科 0.841 2 2 26 野甘草 玄参科 0.600 9 4
12 落花生 豆 科 0.832 4 2 27 狸尾豆 豆 科 0.585 3 5
13 墨苜蓿 茜草科 0.826 3 2 28 紫苜蓿 * 豆 科 0.567 2 5
14 丰花草 茜草科 0.816 2 2 29 绣球小冠花 * 豆 科 0.536 1 5
15 番 薯 旋花科 0.786 7 3 30 马蹄金 * 旋花科 0.513 8 5
† 带*的为外来引种植物,不带*的为乡土植物。
4.3 适应性评价
根据灰度分析原则,参评植物的关联度值
越大说明其与理想种越接近,适应性也越高。结
合关联度排序将 30种伴生种分为适应性强、适
应性良好、适应性一般、适应性较差和适应性差
5种类型。其中,假地豆、三点金、链荚豆、地
不容、黑麦草与理想伴生种的关联度最高,关联
度 分 别 为 0.972 3、0.961 9、0.961 4、0.956 8、
0.940 2,表现出很强的适应性;龙血树 Dracaena
angustifolia、牛大力 Millettia speciosa、假蒟 Piper
sarmentosum、 蔓 花 生 Desmodium reticulatum、
木 薯 Manihot esculenta、 藿 香 蓟 Ageratum
conyzoides、 落 花 生 Arachis hypogaea、 墨 苜 蓿
Richardia scabra、丰花草 Borreria stricta与理想
伴生种的关联度得分均超过 0.8,表明它们对降香
黄檀林下生境适应良好;番薯 Ipomoea batatas、
地毯草 Axonopus compressus、白车轴草 Trifolium
repens、球果猪屎豆 Crotalaria uncinella、灰毛豆
Tephrosia purpurea,它们与理想种的关联度得分分
别为 0.786 7、0.763 4、0.742 9、0.741 6、0.732 8,
37第 36卷 中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
这可能与这几种植物生存能力较弱或研究区环境
条件限制有关。
其他植物的关联度都在 0.7以下,尤以狸尾豆
raria lagopodioides、紫苜蓿 Medicago sativa、绣球
小冠花 Coronilla varia、马蹄金 Dichondra repens
的适应性最差,这与其成活难易度以及生长状况
评分较低有关。
5 结论与讨论
(1)降香黄檀林下伴生种适应性评价体系是
典型的非线性多因素复杂系统。数理统计中的主
成分分析 [24]、方差分析 [25]和回归分析 [26]都是系
统分析的有效方法,这些方法往往要求大量数据
样本且样本最好服从某典型分布,但是灰色关联
度分析方法对样本量的大小没有严格要求,且对
样本数据是否服从某典型分布也没有特殊限制,
能够避免因个别因素影响造成的误判,在进行系
统分析时具有操作便捷、局限性小的特点,更适
用于的小样本分析 [21]。目前灰色关联分析法已在
多个领域得到广泛的应用。李禄军等人 [27]运用灰
色关联分析对红柳、侧柏和合头草这 3个树种的
抗旱性与 9个抗旱指标的相关性进行了分析。李
秀玲等人 [28]采用灰色关联分析方法对 13种野生
兜兰的迁地保护适应性进行了综合评价。林下伴
生种适应性是自身生物学特性和对所处生境的适
应能力的综合体现。本研究从林下伴生种的生长
发育及其与自然环境因素的相互关系出发,运用
灰色关联分析方法建立降香黄檀林下伴生种适应
性评价指标体系。
(2)对降香黄檀林下伴生种适应性评价进行
了研究,将计算所得关联度进行排序。结果表明,
本地乡土植被的适应性表现要优于外来引种植被,
外来引种植物除黑麦草表现优秀之外,其他几种
植物的关联度都在 0.7以下;栽培试验时豆科植物
的适应性表现最突出,其次是禾本科植物和大戟
科植物;参评植物中灌木的适应性要高于草本和
藤本,这可能与林分内部种间竞争有关。因此,
在不影响林木生长的前提下,建议降香黄檀林下
伴生种优先选择豆科的灌木,豆科的草本、藤本
次之,此外可以考虑禾本科、大戟科的植物;而
在林分垂直空间上进行多层次复合搭配林下伴生
种、构建丰富的林相是降香黄檀人工林近自然健
康经营的关键所在。
(3)考虑到降香黄檀人工林伴生种营建还处
于初级阶段,自然生长状态下的林分林下植被物
种多样性比较丰富,参评候选的植被数量基数大,
而我们没能一一涉及,因此,有些植物的数据没
有收集进来,颇为遗憾。今后在实验条件允许的
情况下,要考虑将更多的本地优秀植被纳入林下
伴生种营建的考虑中,以期能为热带乡土树种人
工林健康经营提供参考。
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[本文编校:文凤鸣 ]
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