全 文 ：第29卷第4期　　　　　　　　 　西南 大学学 报(自然科学版)　　　　　　　　　　　2007年 4月
Vo.29　No.4 Journal of Southw est Unive rsity (N atural Science Edi tion) Apr.　2007
文章编号:1000-2642(2007)04-0054-05
云阳人工柏木林的物种多样性
及其森林管护对策研究①
石胜璋1 , 　刘玉成1 , 2 , 　朱　韦2 , 3
1.重庆市林业规划设计院 , 重庆 400060;2.西南大学 生命科学学院 , 重庆 400715;
3.西南大学 三峡中区生态环境教育部重点实验室 , 重庆 400715
摘要:在云阳县人工柏木纯林的物种多样性调查研究中发现 , 其群落环境条件较差 , 物种较少 , 多样性指数低 , 柏
木叶蜂虫害严重 , 极需加强管理和改造.8 个样地 800 m2 的面积内有维管植物 31 科 52 属 54 种.Simpson 指数和
Shannon-Wiener 指数都很低 , 特别是乔木层 , 只有 0.113 和0.265 , 指数从高到低依次为灌木 、草木 、乔木 , 并提出
了经营管理对策.
关　键　词:三峡库区;柏木林;物种多样性
中图分类号:S76 文献标志码:A
云阳县柏木纯林源于 1958—1968年历时 11年的人工营造 , 是长江三峡库区核心地带重要的防护林 ,
现有林地 5 000 hm2 .柏木林位于 108°24′32″～ 109°14′51″E , 30°35′06″N , 地处云阳县东部的龙洞乡至西部
的九龙乡 , 长江沿岸地带 68 km , 海拔 900 m 以下 , 直至江边.
林区气候属亚热带湿润季风区 , 年均温 17.4 ℃, 极端高温 42.9 ℃, 极端低温-0.6 ℃, 年均日照
1 336.5 h , 大于 10 ℃积温 5 994 ℃, 无霜期 332 d , 年均降水量 1 100 mm , 相对温度 75%.地形为低山 ,
长江两岸山峦连绵起伏 , 坡度 25 ～ 60°, 多为陡坡.土壤主要由紫色页岩 、砂岩 、砂质页岩 、石灰岩 、泥质灰
岩 、白云质页岩等风化发育而成的紫色土 、黄壤和石灰土 , 不同土类比例分别为 60%,30%,10%, pH 值为
6.0 ～ 8.0.40年左右的柏木纯木 , 郁闭度最高的达 0.85 , 平均 0.6 , 平均树高 7.6 m , 平均胸径 8 cm .
受科学技术水平 、生态知识的限制 , 防护林带全部营造成柏木(Cupressus f unebris)纯林 , 树种单一 ,
物种多样性指数低 , 生态系统食物网简单 , 食物链短 , 加之长江两岸坡度大 、土层薄 , 森林生态系统发育不
良 , 系统抗逆能力较差 , 生态功能较弱 , 特别是 20世纪 90年代以来 , 连年发生严重的柏木叶蜂(Chinoly-
da f lagel licornis F.Smith), 又名鞭角华扁叶蜂虫害 , 造成柏林大量死亡 , 或生长发育减弱 , 生态防护功能
衰退.因此 , 调查研究柏木林物种多样性本底 , 为管理改造单一柏木针叶林提供科学依据 , 具有重要的实
际意义.
1　调查研究方法
1.1　样地调查
样地调查于 2004年 8月进行 , 由于环境比较一致 , 群落物种组成 、结构比较简单 , 所以采用典型取样
方法[ 1] , 在长江南北两岸分别设置乔木层 4个 10 m×10 m 样方 , 在乔木样方内设灌木层 5 m ×5 m , 草层
① 收稿日期:2006-03-23
基金项目:国家自然科学基金项目(30440035).
作者简介:石胜璋(1964-), 男, 重庆人 , 高级工程师 , 主要从事林业科学 、森林规划及保护生物学研究.
通讯作者:刘玉成 , 教授.
DOI :10.13718/j.cnki.xdzk.2007.04.013
2 m ×2 m 的样方.样方环境条件见表 1.
表 1　柏木林样方环境概况表
Tabel 1　Survey of Sampling Environment of Cupressus funebris Fore st
样方号 地　　　点 坡度/° 坡向 海拔/ m 母　岩 土壤类型
1 尼姑庙工队回头线 34 10EN 195 砂岩 黄壤
2 尼姑庙工队堰沟旁 25 30WN 230 紫色页岩 紫色土
3 尼姑庙工队老鹰包 42 15EN 265 砂岩 黄壤
4 尼姑庙工队部东侧 20 40WN 310 紫色页岩 紫色土
5 三坝溪工队公路上侧 30 20WN 260 紫色页岩 紫色土
6 三坝溪工队菜地旁 30 10ES 280 紫色页岩 紫色土
7 三坝溪工队耕地旁 20 30ES 270 紫色页岩 紫色土
8 三坝溪工队飞机梁 45 15WS 220 紫色页岩 紫色土
1.2　数据处理方法
1.2.1　物种丰富度(S)
物种丰富度是一个群落中的物种数目 , 是最简单 、最古老的物种多样性测度方法 , 直到目前 , 仍有许
多生态学家 , 特别是植物生态学家使用[ 1] .本文以样地中物种的数目表示物种丰富度[ 2] .
1.2.2　Simpson指数
该指数又称生态优势度指数 , 是 Simpson(1949)基于概率论提出的 , 是群落水平的综合数值 , 以表征
群落的组成综合特征 , 其公式为:
多样性指数:D =1 -∑s
i =1
ni(n i -1)
N(N -1)
生态优势度指数:D′=∑si =1 ni(n i -1)N(N -1)
1.2.3　Shannon-Wiener 指数
该指数是以信息论范畴的 Shannon-Wiene r函数为基础的多样性指数.指数已被证明较为有效[ 3 , 4] , 许
多研究人员曾利用此多样性指数来测定群落的多样性以表征群落的特征 , 其公式为:
H =3.321 9 lgN - 1
N ∑
s
i=1
ni lgni
1.2.4　Pielou均匀度指数
均匀度是指样方中各个物种的多度分布的均匀程度 , 其大小是通过样方所观察到的多样性与该样方的
种个体相同时最大指数值的比值来度量的 , 其公式如下:
J w s =∑
s
i=1
P i logP i
logS
上述各式中 , S 为样地中物种的总数;n i 为种 i的个体数;N 为样地中所有物种的个体数之和;P i 为种 i 的
相对值 , P i =ni/N;3.321 9是对数底 2转化为 10的转换系数[ 3-6] .
2　分析与结果
2.1　群落植物种类组成及其分布区类型
2.1.1　物种数较少
8个样地 800 m2 的面积有维管束植物31科52属54种 , 其中蕨类植物 7科 7属7种 , 裸子植物 2科2
属 2种 , 被子植物 23科 43属 45种.单种科 22科 , 2种科 6科 , 3种以上的科 4科.种类较多的科有豆科 、
禾本科 , 分别有 6种 , 菊科 5种.52属中只有 2个属含 2种 , 即胡枝子属(Lespedeza), 紫菀属(Aster).云
阳人工柏木林的 54种维管植物仅为三峡库区维管植物 6 088种的 0.89%, 为全国 29 274种的 0.185%[ 7] .
55第 4期　　　　　 　石胜璋 , 等:云阳人工柏木林的物种多样性及其森林管护对策研究
2.1.2　种子植物属的分布区类型
根据吴征镒的中国种子植物属的 15个分布区类型[ 8] , 柏木林中 45个属有 9个分布区类型 , 其中世界
分布 4属 , 泛热带分布 14属 , 旧世界热带分布 1个属 , 热带亚洲至热带大洋洲分布 1个属 , 热带亚洲至热
带非洲分布 4个属 , 北温带分布 11个属 , 东亚和北美间断分布 3个属 , 旧世界温带分布 2个属 , 东亚分布
5个属.除世界分布 4个属外 , 属热带性质的属有 20个属 , 属温带性质的属有 21属 , 热带 、温带几乎各占
一半 , 即分别占总属数的 48.78%、 51.22%.
其于上述物种数量统计和分布区类型中的世界分布型的属种类较多 , 可以看出人工柏木纯林植物种类
组成较少 , 具有强烈的亚热带植被的次生性质.森林生态系统物种少 , 说明系统食物网简单 , 食物链少而
短 , 系统的抗逆性能较差 , 生态功能较弱.
2.2　群落的物种多样性指数
物种多样性是指群落中的物种数目 , 个体数及个体分配均匀度的综合 , 它能有效地表征植物群落和生
态系统结构的基本特征[ 9] .根据公式计算群落各样方物种多样性指数和平均值 , 得到群落各层次物种多样
性指数(表 2).
2.2.1　丰富度(S)
亚热带地区 , 一般生长发育正常的暖性针叶林群落物种丰富度(S), 多在50种左右.从表 2丰富度看 ,
人工柏木纯林 , 平均物种仅只有 18.5种;江南北坡(样地 1-4)的物种数比江北南坡(样地 5-8)的高 , 江
南北坡样地平均 22.5种 , 最高样地 2 , 有28种 , 最少的样地3 , 有 19种;江北南坡样地平均14.5种 , 最高
样地 7 , 有 22种 , 低的样地 8 , 只有 9种 , 样地 6 , 只有 10种.就其原因 , 根据现场情况分析 , 可能主要有
三点:一是南坡样地柏木叶蜂危害严重 , 没有喷药防虫;二是南坡土壤瘠薄干燥环境差 , 现有植物生长发
育不良 , 要有更多的植物生长比较困难;三是农村居民打柴强度大.
2.2.2　多样性指数
从表 2 Simpson 多样性指数和 Shannon-Wiener 多样性指数可以看出 , 无论从样地多样性指数 , 还是
多样性指数平均值来看 , 多样性指数都是很低的.特别是乔木层 , 指数D 和指数 H 样方5-8为 0 , 只有一
个物种 , 样方 1-4 , 两个指数也都在 1以下 , 从表2群落各个层次看 , 灌木层较高 , 乔木层特低 , 两个多样
性指数从高到低依次为灌木层 、草木层 、乔木层.亚热带森林生态系统 , 层次多样性规律从高到低为灌木
层 、乔木层 、草木层[ 1 , 10] , 所以 , 柏木纯林系统物种多样性的发育是不够正常的.
表 2　云阳柏木人工林物种多样性指数
Tabel 2　Specie s Diver sity Indice s o f Go t-up Cupressus Funebris Fo rest
多样性指数 层次 样　　　　地　　　　号
1 2 3 4 5 6 7 8
平均值
Sim pson
指数 D
乔木层 0.399 0.159 0.121 0.224 0 0 0 0 0.113
灌木层 0.832 0.805 0.82 0.701 0.766 0.833 0.825 0.5 0.760
草本层 0.444 0.584 0.504 0.589 0.526 0.253 0.603 0.38 0.485
Shannon-Wiene r
指数 H
乔木层 0.836 0.414 0.337 0.544 0 0 0 0 0.285
灌木层 2.812 2.699 2.87 2.096 2.042 1.5 2.584 1.14 2.218
草本层 1.478 1.807 1.264 1.758 1.44 0.785 1.877 1.117 1.448
均匀度 J
乔木层 0.826 0.414 0.337 0.544 0 0 0 0 0.265
灌木层 0.813 0.780 0.801 0.699 0.879 0.946 0.861 1.14 0.865
草本层 0.925 0.746 0.813 0.742 0.908 0.584 0.814 0.455 0.764
丰富度 S
乔木层 2 2 2 2 1 1 1 1 1.500
灌木层 11 11 12 8 5 3 8 2 7.500
草本层 10 15 5 10 11 6 13 6 9.500
∑ 23 28 19 20 17 10 22 9 18.5
2.2.3　均匀度
群落物种的均度是指群落中各个种群多度的均匀程度 , 它是生态优势度相反的概念 , 呈负相关关系 ,
56 西南大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　第 29卷
即均匀度低 , 说明物种种群个体优势明显.研究区南坡柏木林样地 5-8 , 乔木层均匀度指数为0 , 因为它只
有一个物种.在各个层次中 , 均匀度指数灌木层最高 , 平均 0.865 , 说明灌木种群个体分布较均匀 , 草木层
次之平均 0.746.
3　结　　论
3.1　结　　论
云阳人工柏木纯林环境坡度大 , 土壤贫瘠 , 受柏木叶蜂虫害的群落 , 生长发育很差 , 30 ～ 40多年的森
林 , 平均胸径才 8 cm , 平均树高只有 7.6 m.
植物种类组成较少 , 8个样地800 m 2的维管植物只有 31科 52属 54种.单个样地 , 最多的样方中只有
29种 , 少的在20种以下 , 因此 , 生态系统食物网单简 , 食物链少而短 , 系统抗逆能力较弱 , 生态功能较差.
生物多样性指数较低 , 无论是 Simpson指数 , 还是 Shannon-Wener指数 , 比一般生长发育良好的亚热
带森林多样性指数低很多 , 特别是乔木层两个多样性指数都很低 , 平均为0.113和 0.265 , 南坡的 4个样
方均为 0 , 各层次比较从高到低依次为灌木层 、草本层 、乔木层 , 生态优势度与均匀度相反 , 乔木层优势
种突出 , 样方 1-4 号有 2个种 , 但柏木明显占优势 , 马尾松个体较少 , 且都是针叶树 , 样地 5-8 , 为绝
对的柏木纯林.灌木层 、草木层种类稍多 , 平均 7.5 、 9.5种 , 个体均匀度灌木层 0.865 比草本层 0.764
均度指数高.
3.2　经营管护对策
云阳柏木长江防护林是云阳县人民沿长江两岸裸露荒坡上 , 经过近 50 年来的努力 , 建设成的长
68 km , 面积 5 000 hm2 , 被誉为长江三峡的“绿色长廊” .但是由于当时的科学技术 、生态知识的缺乏 ,
营造的是柏木纯林 , 现可能被小小的虫害柏木叶蜂和竹节虫毁灭.因此 , 必须在近期采取强有力的措施 ,
进行科学管理和经营.
1)加强对柏木叶蜂害虫的监测 、研究和治理.近几年重庆市森林病虫防治站对柏木叶蜂有所调查 , 对
其生活史有一定的了解 , 政府投入一定资金治理 , 但还不够 , 虫害仍很严重.所以 , 除了严密监测外 , 更需
要专题深入研究 、加强治理.研究内容:一是巡找柏木叶蜂天敌 , 控制虫害的大规模发生;二是深入了解害
虫生长发育周期 , 想法阻断发育过程的生活史中的某一环节 , 使其生育受阻 , 减少或消灭害虫.防治办法:
建议采取综合防治 , 即化学药物防治 、机械物理消灭 , 生物天敌防治一起上.防治要猛 、准 、狠 , 不要蜻蜓
点水 , 年年防一点 , 结果虫害年年发生 , 越防越多.
2)封山育林 , 严禁打柴 , 补植阔叶树.采取如此措施 , 是为增加物种多样性 , 改善群落结构 , 使其森林
生态系统食物网复杂化 , 增加和加长食物链.如果这样 , 森林环境条件会得到改善 , 系统抗逆能力得到加
强 , 生态功能得到提高.在调查时发现当地居民打柴 , 砍的都是阔叶树或阔叶灌木 , 如此破坏 , 森林怎能顺
问演替.森林不能顺问演替 , 物种多样性就难以增加 , 群落结构就难以改善 , 生态功能就难以提高.在林冠
郁闭度较小 , 或在林沿补植一定阔叶树小苗 , 或播撒一定种子 , 促进物种多样性的增加.
3)改造柏木纯林为针阔混交林 , 办法是除适当补植或播种外 , 进行块状或条状砍去生长差 、虫害严重
的柏木栽植阔叶树.生态移民后的丢荒地营造阔叶林.树种的选择 , 根据适地适树 , 乡土树种 , 种间竞争 ,
生物生态特性 、生态功能等原则 , 可考虑选择的乔木树种有:麻栎 、白栎 、木荷 、香樟 、利川润楠 、木姜子 、
山胡椒 、白毛新木姜子 、羽叶山黄麻 、银叶山黄麻 、朴树 、秋风 、苦楝 、桤木 、栾树 、刺槐 、喜树 、野桐 、血
桐 、黄葛树等 , 灌木中选择黄荆 、马桑 、大醉鱼草 、黄栌 、细齿柃 、细枝柃 、构树 、山麻杆 、石岩枫 、盐肤
木 、八角枫 、展毛野牡丹 、杜鹃 、山黄皮 、荚蒾 、异叶榕等.
4)培养人才 , 提高经营管理人员现代科学技术水平 、生态知识水平.三峡库区柏木防护林 , 虽然是一
片难能可贵的绿色长廊 , 但近几年来出现的虫害 , 使柏木林芨芨可危 , 就其根本原因 , 是开初的造林 , 后续
的管理缺乏科学知识 , 否则近 50年的森林生长发育 , 是不会出现这样情况的.所以建议选拔人员进行必要
的可行的培养 , 以提高经营管护质量.
致谢:对参加野外调查的杨德敏 、牟文彬 、李强军 、向国成 、孙毅 、李良俊表示感谢.
57第 4期　　　　　 　石胜璋 , 等:云阳人工柏木林的物种多样性及其森林管护对策研究
参考文献:
[ 1] 马克平.生物多样性的测度方法 [ J] .生物多样性 , 1994 , 2(4):231-239.
[ 2] 　王伯荪 , 植物群落学 [ M] .北京:高等教育出版社 , 1987:50-76.
[ 3] 　A.拉德维格 , F.蓝诺兹.统计生态学———方法和计算入门 [ M] .李育中 , 等译.呼和浩特:内蒙古大学出版社 ,
1990:80-93.
[ 4] 　张金屯.植被数量生态学方法 [ M] .北京:中国科学技术出版社 , 1995:44-58.
[ 5] 　Cox G W.普通生态学实验手册 [ M] .蒋有绪 , 译.北京:科学出版社 , 1979:124-128.
[ 6] 　彭少麟.热带人工林生态系统重建过程物种多样性的发展 [ J] .生态学报 , 1995 , 15(1):18-29.
[ 7] 　肖文发 , 李建文 , 于长青.长江三峡库区陆生动植物生态 [ M] .重庆:西南师范大学出版社 , 2000:13-14.
[ 8] 　吴征镒.中国种子植物属的分布区类型 [ J] .云南植物研究 , 1991 , 增刊Ⅳ, 1-139.
[ 9] 　Kershaw K A.Qmantitative and Dynamic Ecolog y [ M] .London:Edw ard A rnold , 1993:72-74.
[ 10] 洪　伟, 林成来 , 吴承桢.福建建溪流域常绿阔叶防护林物种多样性特征研究 [ J] .生物多样性 , 1999 , 7(3):208-213.
A Study on the Species Diversity of Cupressus f unebris
forest in Yunyang and the Strategies of Forest Management
SHI Sheng-zhang1 , 　LIU Yu-cheng2 , 3 , 　ZH U　Wei2 , 3
1.Chongqing Institute of Forestry Planning and Designing , Chongqing 400060 , China;
2.School of Life Sciences , Southwest University , Chongqing 400715 , China;
3.Key Laboratory of Eco-environments in Three Gorges Reservoir Region(Ministry of Education),
　 Southwest Universi ty , Chongqing 400715 , China
Abstract:Based on fo rest invento ry no rmal scientific sampling of vegetation , the autho rs invest igated the
species dive rsity o f Cupressus f unebris forest planted in Yunyang county.The results of the study are as
fo llow s:poor environmental condit ions o f the community , sparse species low index of dive rsity , serious
damage of Cupressus f unebris leaves by bees and insects , an urgent need for reinforcing management and
reconstruction.In the 8 sample areas of 800 m2 , there are 31 families , 52 genera and 54 species o f vascular
plants.Simpson index and Shannon-Wiener index are very low , only 0.113 and 0.265 fo r the arbor laye r ,
respectively shrub layer of the forest has the largest Simpson index and Shannon-w iener index than under-
sory herb lay er , t ree layer of the fo rest has the low est values of Simpson , index and Shannon-w iener in-
dex.Four strategies for management of such a kind fo rest are propo sed:① to reinforce forest investig a-
tion , and monitoring and pe st cont rol;② to prohibi t disturbance so as to increase the species dive rsity and
optimize the community st ructures;③ to change Cupressus f unebris fo rest into mixed broadleaved-conifer-
ous forest;and ④ to t rain professionalism forest management.
Key words:Three Go rges Reservoir Region(Ministry of Education);Cupressus f unebris forest;Species
dive rsity
责任编辑　胡　杨　　　　
58 西南大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　第 29卷