第46卷 第2期2022年3月
南京林业大学学报(自然科学版)
JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalSciencesEdition
Vol.46,No.2
Mar.,2022
DOI:10.12302/j.issn.1000-2006.202011007
 收稿日期Received:2020 11 04    修回日期Accepted:2020 12 31 基金项目:浙江省省属科研院所扶持专项(2019F1065-6);江苏省研究生科研创新计划(KYCX20_0853);江苏省高校优势学科建设
工程资助项目(PAPD)。
 第一作者:孙杰杰(164882506@qq.com),博士生。 通信作者:焦洁洁(jjjjust@163.com),助理研究员。 
引文格式:孙杰杰,李领寰,黄玉洁,等.浙江省公益林中杉阔混交林落组成与环境解释[J].南京林业大学学报(自然科学版),
2022,46(2):
179-186.SUNJJ,LILH,HUANGYJ,etal.CommunitycompositionsandenvironmentalinterpretationofmixedforestsofChinesefirandbroadleavedtreesinthenon commercialforestsofZhejiangProvince[J].JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalSciencesEdition),2022,46(2):
179-186.DOI:10.12302/j.issn.1000-2006.202011007.浙江省公益林中杉阔混交林落组成与环境解释
孙杰杰1,2
,李领寰3
,黄玉洁4
,金 超1,5
,袁位高1
,江 波1
,沈爱华4
,王维枫2
,焦洁洁
(1.浙江省林业科学研究院,浙江 杭州 310023;2.南京林业大学生物与环境学院,江苏 南京 210037;
3.国家林业和草原局华东调查规划设计院,浙江 杭州 311300;
4.浙江省林业技术推广总站,浙江 杭州 310012;5.浙江农林大学林业与生物技术学院,浙江 杭州 311300)
摘要:【目的】分析浙江省公益林中对杉阔混交林和阔杉混交林落组成及其分布影响最为显著的环境因子,为亚热带杉木人工林珍贵化改造和珍贵树种保护提供合理的科学依据。【方法】采用双向指示种分析(TWINSPAN)和典范对应分析(CCA)方法,针对分布于浙江省的427个杉阔混交林和阔杉混交林样地进行物种
组成及落结构分析。【结果】杉阔混交林可划分为5类丛,
阔杉混交林可划分为6类丛。在杉阔混交林的5类丛中与杉木伴生的树种主要为青冈(Quercusglauca)、木荷(Schimasuperba)、马尾松(Pinusmassoniana)和黄山松(Pinustaiwanensis)等;土壤厚度、坡向和坡度等是影响杉阔混交林丛分布的主要环境因子。在阔杉混
交林的6类丛中,与杉木伴生的树种分别为马尾松、板栗(Castaneamollissima)、青冈、木荷、毛竹(Phyllostachysedulis)
等;林龄、坡度和海拔等因素是影响阔杉混交林落分布的主要环境因子。在杉阔混交林中,小叶青冈(Cyclobalanopsismyrsinifolia)、红楠(Machilusthunbergii)、鹅掌楸(Liriodendronchinense)、甜槠(Castanopsiseyrei)和光皮桦(Betulaluminifera)等珍贵树种与杉木对生境的选择较为接近;在阔杉混交林中,甜槠、天竺桂
(Cinnamomumjaponicum)、
小叶青冈、柳杉(Cryptomeriajaponica)、苦槠(Castanopsissclerophylla)和青冈等珍贵阔叶树种与杉木对环境的选择较为接近。【结论】选择与杉木生境接近的伴生珍贵阔叶树种进行补植改造,可以有效提高造林成活率,有利于促进杉木人工林阔叶化进程。关键词:杉阔混交林;珍贵树种;典范对应分析;物种 环境关系
中图分类号:S718.5       文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:
1000-2006(2022)02-0179-08CommunitycompositionsandenvironmentalinterpretationofmixedforestsofChinesefirandbroadleavedtreesinthenon commercialforestsofZhejiangProvince
SUNJiejie1,2,
LILinghuan3,
HUANGYujie4,
JINChao1,5
,YUANWeigao1
JIANGBo1,
SHENAihua4,
WANGWeifeng2,
JIAOJiejie1
1.ZhejiangAcademyofForestry,Hangzhou310023,China;2.CollegeofBiologyandtheEnvironment,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China;3.EastChinaInventoryandPlanningInstitute,NationalForestryandGrasslandAdministration,
Hangzhou311300,China;4.ZhejiangForestryTechnologyExtensionStation,Hangzhou310012,China;5.SchoolofForestryandBiotechnology,ZhejiangA&FUniversity,Hangzhou311300,China)Abstract:【Objective】ThisstudyanalyzedthecompositionanddistributionpatternofthemainenvironmentalfactorsaffectingChinesefir(Cunninghamialanceolata)broad
leavedmixedforestsandbroad leavedChinesefirmixedforests
inthenon commercialforestsofZhejiangProvince.OurresultscouldprovideapracticalscientificbasisforthetransformationofChinesefirbroad leavedmixedforestsandtheprotectionofrarespeciesinsubtropicalareas.Thisstudyisofgreatsignificanceforimprovingthequalityofnon commercialecologicalforestsofZhejiangProvince.
【Method】Inthisstudy,two wayindicatorspeciesanalysis(TWINSPAN)andcanonicalcorrespondenceanalysis(CCA)wereused
南京林业大学学报(自然科学版)第46卷toanalyzethespeciescompositionandcommunitystructureof427plotsofZhejiangProvince.【Result】TheChinesefirbroad leavedmixe
dforestcouldbedividedintofiveclusters,andthebroad leavedChinesefirmixedforestcouldbedividedintosixclusters.AmongthefiveclustersofChinesefirbroad leavedmixedforests,thetreespeciesassociatedwithChinesefirweremainlyQuercusglauca,Schimasuperba,Pinusmassoniana,andPinustaiwaneasis,andthemainenvironmentalfactorsweresoilthickness,slopeaspects,andslopeswhichaffectedthedistributionofthemixedforestofChinesefirbroad leavedforests.Amongthesixtypesofcommunitiesinthebroad leavedChinesefirforests,thetreespeciesassociatedwithChinesefirwereP.massoniana,Castaneamollissima,Q.glauca,S.superba,andP.edulis,andthemainenvironmentalfactorswereforestage,slopes,andaltitudeswhichaffectedthedistributionofthebroad leavedChinesefirmixedforestcommunities.InthemixedChinesefirbroad leavedforest
s,rarespeciessuchasCyclobalanopsismyrsinifolia,Machilusthunbergii,Liriodendronchinense,Castanopsiseyrei,andBetulaluminiferatendedtooccurinthehabitatsmoresuitedtoChinesefir.Inaddition,theenvironmentalselectioncharacteristicsofrarebroad leavedspeciessuchasCryptomeria;aponica,Castanopsissclerophylla,andQ.glaucaareclosetothatofChinesefir.【Conclusion】Selectingtheassociatedrarebroad leavedtreespecieswhosehabitatwasclosetothatofChinesefirforreplanting,mayeffectivelyimprovethesurvivalrateofafforestationandpromotetheprocessofsuccessionofChinesefirplantations.
Keywords:mixedforestsofChinesefirandbroadleavedtrees;precioustreespecies;canonicalcorrespondenceanalysis(CCA);vegetationenvironment relationship
  杉木(Cunninghamialanceolata)主要分布在
101°30′~121°53′E,19°30′~34°03′N区域[1]。杉木人工林的种植不仅可以提高当地农民的收入,对
于原本是荒山的区域,种植速生的杉木还能起到水土保持、改善小气候等生态功能[1]。但随着种植面积的不断扩大,杉木人工林已经在一定程度上威胁到了部分阔叶林的生境。大面积种植杉木给亚热带原生的阔叶树种带来了较大的破坏和生存空间的挤压,目前阔叶树种种有明显的缩小趋势,大量砍伐阔叶树并栽植杉木,使越来越多的阔叶树种成为濒危物种[2]。从20世纪90年代末开始,浙江省将大面积的杉木人工林划入公益林范围,这些杉木人工林在20余年封山育林政策下的自然演替进程较慢[3]。帮助这类杉木人工林加速演替已经成为亚热带地区森林管理的一项重大挑战。
在浙江省公益林中,已有部分杉木人工纯林演替为杉阔混交林或阔杉混交林[4],探明这部分演替进程较快的杉木林所在的环境特征及其演替后的落组成,将对杉木人工林阔叶化改造和此类森林的可持续经营管理具有重要意义。在这些演替后的杉阔混交林或阔杉混交林落中,出现了部分自然更新的珍贵树种,这使得珍贵树种在杉木人工林中补植推广成为可能。以往已有较多对珍贵树种适生环境的探索[2,5],然而珍稀植物通常对生境条件具有较高的需求[6],主要体现在生物因素(落类型、落组成)[2]和非生物因素(海拔、坡度、土壤等环境因子)[7-8]两方面。因此,要在杉阔
混交林和阔杉混交林中发展珍贵树种,需要探明珍贵树种在杉阔混交林中天然分布的生物和非生物因素特征。双向指示种分析(TWINSPAN)及典范对应分析(CCA)能有效地对杉木和杉木混交林落的组成和环境特点进行分析解读,通过分析珍贵树种在杉木林中的天然分布特点提出杉木林阔叶化改造的措施。
本研究采用双向指示种分析法研究杉阔混交林落和阔杉混交落的组成和结构,利用典范对应分析法分析影响杉阔混交林和阔杉混交林的主要环境因子,以期为亚热带珍贵树种保护和发展提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
浙江省地处亚热带中部(118°01′~123°10′E,
27°02′~31°11′N),陆域面积10.18万km2,属于典型的亚热带季风性湿润气候。浙江省年均气温
15~18℃,因受海洋气候影响,温、湿条件比同纬度的内陆季风区优越,是我国自然条件较优越的地
区之一[9]。浙江省地形复杂多样,湖泊和河流占
6.4%,盆地和平原占23.2%,山地和丘陵占70.4%,因此具有非常多样性的生境[9]。浙江省自中生代
晚期以来,气候一直相对稳定,孕育繁衍了多种多样的森林植物种类,且引种树种日益增多,区系内容更趋丰富。目前,全省拥有木本植物1300余种,隶于109科423属,其中裸子植物8科25属约
45种,木本被子植物101科398属1260余种,其中有不少属于我国特有种[10-12]。
1.2 数据处理与分析
1.2.1 样地设置与数据采集
数据来源于浙江省2014—2019年公益林典型
081
第2期
孙杰杰,等:浙江省公益林中杉阔混交林落组成与环境解释
样地调查数据库。通过检索,从淳安县、常山县、龙
游县、永康市、江山市、长兴县、德清县、富阳区、建德市、景宁县、江山市、柯城区、开化县、莲都区、龙泉市、磐安县、衢江区、庆元县、遂昌县、松阳县、温岭市、武义县、仙居县和义乌市等杉阔混交林和阔杉混交林分布较多的县市内,选择205个杉阔混交林和222个阔杉混交林样地数据用于分析。每个样地面积为20m×20m,运用森林罗盘仪确定样地
4个定位点,闭合差≤5%,对样地内所有胸径(DBH)≥5cm的乔木标记编号,记录树种名、胸径、树高、枝下高,利用手持GPS仪采集样地的经纬度坐标,并记录下样地所在的地形地貌、海拔、坡度、坡位、坡向、土壤质地、土壤类型、土层厚度和凋落物厚度等生境因子[13
]。研究样地均分布于浙江省公益林范围内,从2000年左右划定公益林以来均处于封山育林的纯自然生长和演替状态[2
]。1.2.2 落树种重要值计算
重要值常被用作衡量某个树种优势程度大小的重要指标[14
]。一般认为杉木重要值大于70%,即为杉木纯林。本研究主要选取了杉木重要值为30%~70%的样地,将杉木重要值大于阔叶树种重要值之和的落定义为杉阔混交林落,将阔叶树种重要值大于
杉木重要值的定义为阔杉混交林落。运用Excel对427个样地的相对多度、相对显著度、相对频度和重要值等4个指标进行计算。计算公式[14
]为:
相对多度(AR
)=某一植物种类株数/所有植物种类株数×100%;
相对显著度(
PR)=某一树种的胸径断面积之和/所有树种的胸径断面积之和×100%;相对频度(FR
)=某一树种的频度/所有树种的频度总和×100%;
重要值(IV,记为IV
),IV
AR
+PR
+F
。1.2.3 双向指示种分析与典范对应分析
双向指示种分析(TWINSPAN)能够较好地对落进行数量分类,从而对落的组成进行很好的解读[14
]。利用TWINSPAN将杉阔混交林、阔杉混交林的落类型划分成不同的丛[15
],将各层片的优势种或共优势种相同的植物落归为一类丛。典范对应分析(CCA)能够对落物种组成数据和环境因子进行综合分析,从而解读落在环境梯度上的分异规律[2
]。
利用Excel汇总每个样地所有物种重要值的
数据,以横坐标为各个物种重要值,纵坐标为样地号组成数据矩阵,运用TWINSPANforWindowsV2.3中二元指示种分析法对该数据矩阵进行排序[14
],根据输出的矩阵结果进行落分类。海拔、坡度、枯落物厚度、土壤厚度、腐殖质厚度、植被盖度均直接利用实测值运算,坡位、坡向采用数字等级表示[14
]。坡位分为4个等级:上坡位为1级,中坡位为2级,下坡位为3级,全坡为4级;坡向以数字等级表示:北为1,东北、西北分别为2、3,东、西分别为4、5,东南、西南分别为6、7,南为8。
将427个样地的乔木层物种重要值(IV)数据矩阵和用海拔、坡度、坡位、坡向、土壤类型、土层厚度、腐殖质厚度及凋落物厚度这8个生境条件建立的环境因子数据矩阵导入CanocoforWindowsV4.5软件中,应用CCA对其进行落排序分析。CCA各排序轴在物种 样方矩阵、环境 样方矩阵中所涵盖的信息量大小可以通过各轴特征值体现。
2 
结果与分析
2.1 
杉阔混交林、阔杉混交林落类型划分采用TWINSPAN方法,基于427个样地(杉阔
混交林205个,
阔杉混交林222个)的所有物种重要值矩阵数据,将杉阔混交林和阔杉混交林落分别划分为5类(Ⅰ—Ⅴ)和6类(Ⅰ—Ⅵ)丛(图1)。其中杉阔混交林落的5类丛总体上以杉木、青冈(Quercusglauca)、木荷(Schimasuperba)、
马尾松(Pinusmassoniana)
、黄山松(Pinustaiwan easis)
等植物种为主;阔杉混交林落的6类丛总体上以杉木、马尾松、板栗(Castanea
mollissima)、青冈、木荷、毛竹(Phyllostachysedulis)等植物种为主。
杉阔混交林TWINSPAN划分5类丛的具体结果如下:丛Ⅰ,杉木 青冈 毛竹 厚朴(Magnoliaoffici nalis)
苦槠(Castanopsissclerophylla) 枫香(Liquid ambarformosana) 檫木(Sassafrastzumu) 豹皮樟(Litseacoreanava
r.sinensis) 柏木(Cupressusfune bris) 板栗丛。丛Ⅱ,杉木 木荷 青冈 马尾松 甜槠(Castan opsiseyrei) 拟赤杨(Alniphyllumfortunei) 麻栎(Quercusacutissima) 石栎(Lithocarpusglaber) 木蜡树(Toxicodendronsylvestre) 苦槠 化香(Platycaryastrobilacea) 红楠(Machilusthunbergii)
丛。1
81
南京林业大学学报(自然科学版)第46
CA1313Thelettersinthefigurerepresenttheabbreviationsofcountiesandcitiesinthestudyarea,andtheserialnumberisthecodeofthesamplesite.Forexample,CA13isthesamplesiteNo.13inChun anCounty.
CA.淳安Chun an;CS.常山Changshan;FY.富阳Fuyang;JD.建德Jiande;JN.景宁Jingning;KC.柯城Kecheng;KH.开化Kaihua;LD.莲都Liandu;LQ.龙泉Longquan;LY.龙游Longyou;PA.磐安Pan an;QJ.衢江Qujiang;QY.庆元Qingyuan;SC.遂昌Suicang;SY.松阳Songyang;WY.武义Wuyi;
CX.长兴Changxing;XJ.仙居Xianju;YK.永康Yongkang;YW.义乌Yiwu;WL.温岭Wenling;JS.江山Jiangshan;DQ.德清Deqing。
图1 研究区205个杉阔混交林和222个阔杉混交林落TWINSPAN分类图
Fig.1 Two wayindicatorspeciesanalysis(TWINSPAN)classificationresultsof205Chinesefirbroad leavedmixedforestscommunitiesand222broad leavedChinesefirmixedforestcommunitiesinthestudyarea
  丛Ⅲ,杉木 马尾松 枫香 苦槠 甜槠 青冈 柳杉(Cryptomeriajaponica) 木荷 白栎(Quercusfabri) 盐肤
木(Rhuschinensis) 迎春樱(Prunusdiscoidea)丛。丛Ⅳ,杉木 马尾松 青冈 木荷 苦槠 白栎 石栎 麻栎 枫香丛。
丛Ⅴ,杉木 黄山松 柳杉 木荷 甜槠 毛竹 麻栎 扁柏(Platycladusorientalis) 青冈 马尾松丛。阔杉混交林TWINSPAN划分6类丛的具体
281
 第2期孙杰杰,等:浙江省公益林中杉阔混交林落组成与环境解释结果如下:
丛Ⅰ,杉木 马尾松 枫香 香樟(Cinnamomum
camphora) 白栎 苦槠  木(Loropetalumchinense)
石栎 青冈 黄檀(Dalbergiahupeana)丛。
丛Ⅱ,杉木 板栗 山鸡椒(Litseacubeba) 迎
春樱 青冈 野桐(Mallotustenuifolius) 油茶
(Camelliaoleifera)  木 柳杉 盐肤木丛。
丛Ⅲ,杉木 青冈 木荷 麻栎 甜槠 马尾松 石
栎 苦槠 漆树(Toxicodendrovernicifluum)  木
丛。
丛Ⅳ,杉木 木荷 青冈 黄山松 马尾松 石栎
甜槠 柳杉 白栎 麻栎 乌冈栎(Quercus
phillyraeoides)丛。
丛Ⅴ,青冈 杉木 麻栎 木荷 马尾松 化香 苦
槠 甜槠  木 迎春樱 光皮桦(Betulaluminifera)
乌冈栎丛。
丛Ⅵ,毛竹 杉木 马尾松 枫香 柳杉 杨梅
(Myricarubra)  木 迎春樱 木荷 青冈 麻栎丛。
2.2 杉阔混交林、阔杉混交林中的物种与环境关系
  杉阔混交林和阔杉混交林落的CCA结果显
示其各轴的物种 环境相关性分别为0.503~0.530
和0.503~0.559(表1),说明在两类森林类型中
落分布与环境因子之间具较高的相关性。在这两
类森林中,CCA结果显示前2轴的物种与环境关
系累计方差百分比分别达到37 0%和38.3%,因此
前2轴可用于解释该落与环境的关系。研究区
杉阔混交林落分布总体上受坡度(P<0.05)、土
壤厚度、腐殖质厚度等因素影响较大。而在阔杉混
交林中,林龄(P<0.05)、坡位、林冠密度和海拔等
因素对落分布影响较大(表2)。
表1 各排序轴的特征值及对物种与环境关系
解释的累计方差百分比
Table1 Eigenvaluesandthecumulativepercentage
variancesofspecies environmentrelation
explainedbyordinationaxes
CCA各轴特征值CCAordinationaxes相关系数
correlation
累计方差百分比/%
cumulativevariance
percentage
排序轴1a
ordinationaxis1a0.50319.5
排序轴2a
ordinationaxis2a0.53037.0
排序轴1b
ordinationaxis1b0.55923.0
排序轴2b
ordinationaxis2b
0.50338.3
  注:a.杉阔混交林Chinesefirandbroad leavedmixedforest;b.阔杉混交林broad leavedandChinesefirmixedforests。下同。Thesamebelow.
表2 典范对应分析(CCA)排序轴与环境因子相关系数及蒙特卡罗检验结果
Table2 Resultsbycanonicalcorrespondenceanalysis
(CCA)ordinationaxeswithenvironmental
factorsandMonteCarlopermutationtests
变量
variable
CCA各轴与环境因子相关性
correlationswithCCA
ordinationaxes
排序
轴1a
排序
轴2a
排序
轴1b
排序
轴2b坡位slopeposition(SP)-0.190.080.300.31坡度slop
e(SL)-0.33 0.02-0.120.08坡向aspect(ASP)-0.070.30-0.080.09海拔elevation(ELE)0.190.02-0.180.18土壤厚度soilthickness(SOITHIC)0.010.310.050.13腐殖质厚度humusthickness(HUMTHIC)0.250.010.070.04凋落物厚度litterlayerthickness(LLT)0.110.140.070.16林龄forestage(AGE)0.210.080.41
孙扬杰林冠密度canopydensity(CANDEN)-0.010.22-0.080.22  注: P<0.05。
2.2.1 样方CCA排序
在杉阔混交林中,影响其分布的主要环境因子为土壤厚度、坡向和坡度等(图2A)。第1轴(横轴)与坡度和腐殖质厚度相关性较高(夹角较大),坡度在该轴内的作用最大,说明这两个环境因子对杉阔混交林的分布格局起到重要影响作用。第2轴(纵轴)与土壤厚度、坡向相关性较高(夹角较大)。在阔杉混交林中,林龄、坡度和海拔等因素对落分布影响最大(图2B)。第1轴与林龄相关性较高,第2轴与坡度、冠层盖度和凋落物厚度相关性较大。
根据TWINSPAN分类得到的杉阔混交林5类丛和阔杉混交林6类丛,在CCA排序图中将其
分成5种和6种图例代表样地在排序图的分布(图2)。在杉阔混交林中5类丛中,丛Ⅲ在第
1轴上方分布明显多于第1轴下方,可见这类丛与土壤厚度相关性较大,且对阳坡环境具有一定的
偏好。丛Ⅳ在第2轴右方分布多于在左方分布,可见这类丛喜好分布于腐殖质厚度较大、海拔较高,坡度较小的环境。丛Ⅴ在第1轴下方分布多于上方,可见这类丛能够在阴坡、土壤厚度较小的立地条件中较好地分布。在阔杉混交林的排序图中,6类丛总体上呈现出了较为明显的分异规律。其中丛Ⅰ和Ⅱ主要分布于第2轴左侧区域,且在第2轴左侧呈现出一定的聚集分布。丛Ⅲ和Ⅳ在第2轴左侧呈现聚集分布,在第2轴右侧则分布较为分散。丛Ⅳ和丛Ⅴ则主要分布在第
381