我国乡土树种的自然更新构树Pra -Anum森林保护区的入侵点

摘要

构树入侵对加纳本土树种造成了严重威胁。因此，许多保护科学家强调需要控制、管理，甚至可能根除该物种。然而，控制和管理的努力需要充分了解其生态和对入侵生态系统的影响。本研究采用完全随机设计，共24(24)个20 m × 20 m的样地，分别在入侵地和未入侵地各12个样地，评估了入侵地的本地物种更新潜力构树-侵入的Pra-Anum森林保护区。该研究提供了布鲁松属植物对保护区再生能力的负面影响的证据，每4800米335苗²在未被入侵的地点有超过43种的分布，而每4800米有156棵幼苗²在入侵地分布31种以上。然而，该研究观察到榆科和石竹科的物种在一定程度上的恢复能力，因为它们在被入侵的地点出现了相当多的代表性。植物区系多样性也受到了负面影响堡垒Shannon和Simpson指数分别为2.39±0.71和0.89±0.08,1.39±0.24和0.64±0.08。此外,堡垒入侵损害了森林生态系统的生产力，如4.9所示 ± 1.61平均每400棵经济树种 M²在入侵地点记录了样点，为13.8±1.28 / 400 m²在未被入侵的地方。因此，该研究得出结论堡垒入侵对Pra-Anum森林储备的完整性和生产力构成严重威胁。因此，该研究建议控制物种的蔓延，以保护Pra-Anum森林储备的完整性。此外，储备入侵地区的恢复努力可以考虑使用属于Ulmaceae和lecythidiceae家族的本土物种，因为它们似乎是有弹性的堡垒入侵。

1.介绍

构树是一种速生阔叶多年生木本植物，属于桑科。它原产于日本、台湾和中国，在那里被用于食品、纤维、医药、土壤稳定、控制侵蚀和造纸[1- - - - - -3.]．物种在热带地区，亚热带和温带地区茁壮成长的能力导致其超出其原生范围的展差[1]．因此，目前临时占据印度，日本，欧洲，美国和非洲某些地区的农场和退化森林的一部分[4]．虽然蝙蝠、鸟类和其他以其果实为食的野生动物促使种子扩散到其本土范围之外，但它们的扩散在很大程度上受到政府为扩大其自然资源基础而有意引入的影响。它目前在全球最严重的入侵植物中排名第六[5]．

在加纳，该物种由政府于1969年介绍，探讨其商业造纸生产潜力[1，3.]．加纳林业研究所(FORIG)对该物种进行了实地试验，分别在加纳干燥和潮湿的半落叶林带的Afram Headwaters和Pra-Anum森林保护区建立了示范区。然而，该物种已经超越了其引入的起源，并入侵了大约8.1万公里的农田²加纳阿散蒂、东部、波诺和阿哈福地区的封闭森林覆盖[1，3.]．它已经成为加纳最严重的入侵植物物种之一。

自引进以来，观察到该物种对加纳林业和农业部门产生了积极和消极的影响[6]以及Obour等人[3.，被入侵社区的农民利用植物的不同部位来制作死亡的农产品、薪柴、饲料、药物和围栏。作者还报道了它在控制侵蚀和改善土壤养分方面的潜力。另一方面，据报道，该物种对农业和生物多样性保护构成严重威胁[4，7]．构树入侵严重增加了农场维护成本，对加纳一些农业社区的农业活动产生了负面影响[8].作者还报告说构树入侵严重影响全国各地支离破碎的森林生态系统的植被特征。

与此相关的挑战构树加纳入侵已获得国家和全球认可，许多强调需要控制，管理和可能根除物种。加纳的林业委员会是2006年的管理尝试的一部分，获得了非洲开发银行的资助，以进行农场研究，旨在建议处理物种的管理策略[9].被入侵社区的农民也大多采取了诸如刀耕火种、施用除草剂和环剥等措施来控制该物种[1]．然而，这些尝试收效甚微，因为目前的实地证据表明，该物种继续入侵这些地区的农场和森林。

寻求适当的控制和管理措施构树在加纳在森林经理之间产生了提高的辩论。这引起了研究人员的关注和兴趣，需要对物种进行广泛的研究。这些研究主要集中在增强其入侵的生态特征（Kyereh等）[4]，化学成分及营养价值[3.]和发生和控制[1].然而，根据阿佩托格博和博苏的说法[1]，任何控制和管理入侵物种的尝试都必须基于对生态学的充分理解、对入侵生态系统的影响以及入侵生态系统的恢复策略。尽管有一些研究试图评估物种对本地植被的影响，但仍存在不同的争议自然学家已经报道了该物种对本地植被的不同影响[10]报告了物种对本地物种更新的积极影响，Apetorgbor和Bosu [1]报道，物种对土着物种丰富的影响。因此，需要对物种进行更广泛的研究，以确定其对天然植被的影响。Pra-Anum森林储备，作为加纳的实地试验的网站之一，为评估物种对本地植被的影响提供了良好机会;因此，选择作为研究区域。预计这项研究有助于对当前的学术辩论有关构树侵袭土着树种。进一步预计将塑造对控制和管理的政策决策堡垒在加纳，入侵的森林生态系统和最终的森林生物多样性保护。

2.材料和方法

2．1．研究区域描述

Pra-Anum森林保护区位于北纬6°20 ' 6°11 '和西经1°7 ' 1°16 ' [11]．它属于Asante Akim South市政议会的管辖范围，但由Akim- oda林区管理。它的西面以Anum河为界，南面和东面以Pra河为界(图)1)．保护区总面积约132.87公里²其中3.10 公里²被录取的农场占据[11]．Pra-Anum森林储备落在潮湿的半成植被区内，约230种树种，其中67种是木材物种[11]．植被以木材种类为主，例如Chrysophllum subnum，大叶紫荆、甘冬、非洲紫荆、非洲紫荆、硬木耳和木棉．其他物种，如合欢草，米德布氏celtis mildbraedii, celtis Zenkeri, Nesogordonia papyrierii，和Hannoa Klaineana该保护区位于热带湿润气候区，年平均降雨量和最高温度介于1250℃之间 毫米和1500毫米 分别为27°C和35°C[11]．地质上，该地区为Brimian岩层和花岗岩、片麻岩侵入层。此外，保护区内亦有数不清的小溪流及河流，在雨季时会变成沼泽。[11]．

2．2.抽样设计

研究区域特意分为两层，以捕捉不同的种植组合，这是本研究的主要重点;也就是说,构树-侵入部位和未侵入部位。在两（2）个部位中，随机选择六（6）个隔室，包括侵入部位的三（3）个隔室和未侵入部位的三（3）个隔室。在六（6）个选择的隔室中，每一个隔室中有50个隔室 M × 50 m个采样区随机布设，其中有四（4）个子地块，每个地块大小为20 M × 20 m被随机放置用于幼树取样。此外，三（3）个大小为5的象限 M × 5. 每20个样本中随机放置m个样本 M × 20 m小批，用于苗木取样。总共二十四（24）20 M × 20 m子地块，包括入侵和未入侵场地各十二（12）个地块，用于评估Pra Anum森林保护区的幼苗和幼树再生。

２．３．数据收集

在20个 M × 20 m子地块和5 M × 5. m象限，所有幼苗（<2 cm·胸径）和树苗(≥2. 厘米·胸径<10 在加纳森林研究所的植物学家和加纳森林树木图片指南的帮助下，对cm·dbh）进行了计数和物种级鉴定[12]．用数字卡尺和直径尺分别测量了幼苗和幼树的胸径。来自两个研究地点的数据被记录在单独的数据表上，以防止数据混淆。

２.４.数据分析

使用MS Excel 2013和SPSS version 20对各样地收集的数据进行分析。使用SPSS软件对每个抽样地块进行描述性统计。香农指数(H)、Simpson索引(1−.D)、香农·伊万尼斯(E）和Sorenson的相似性系数（SC）估计使用MS Excel版本2013的各种采样的图。该研究中使用的各种分集索引的公式如下： 在哪里P_我为每个样地的个别物种比率(n)到地块中的物种总数(N）;也就是说,P_我 = (n/N)： 在哪里H_最大值= ln (N） 和N=物种数量或物种丰富度， 在哪里年代 = 索伦森相似性指数，C = 檐篷共有的物种数量，年代1 =未被入侵地点的物种总数年代2 =入侵点物种总数。

采用5%概率水平的单因素方差分析(ANOVA)检验各样地的平均物种频率和多样性指数，以确定两个研究点之间的差异。为便于解释，结果以表格形式列出。

3.结果和讨论

３．１．研究地点自然更新树种组成

研究结果表明，两个研究地点的物种组成存在差异。两个地点共鉴定出47种植物，属于21个不同科。在这一数字中，有十六（16）个物种是非入侵地点特有的，而四（4）个物种是入侵地点特有的。其余二十七（27）种为两个地点共有的物种（表1）1)。在物种数量方面，未入侵的地点记录的土著树苗和树苗数量较高（335棵/4800） M²而在被入侵的地方，每4800米只有156人²．两个研究地点的物种间比较也显示，除了Alstonia Boneiii，Celtis Adolfi-Friderici，Cola Gigantean，Glyphaea Brevis，Kigelia Africana，Napoleonaea Vogelii，Pterygota Macrocarpa，和Microdesmis puberula，当受侵点的物种组成高于未受侵点时，未受侵点的物种组成普遍较高。未被入侵地的优势种为金针菊、薯蓣、犀梧桐、非洲土曲柳、白屈菜、，和Celtis zenkeri物种组成分别为13.1%、11.6%、6.9%、6.9%、6.3%和6.3%Aidia Genipiflora，抗心虫毒蕈，Berlinia confusa，柏林富丽洲，Funtumia Elastica，Kigelia Africana，和有翅亚纲macrocarpa每个物种的组成为0.3%。而入侵地的优势种为Celtis adolfi-friderici, Napoleonaea vogelii, Celtis mildbraedii, Alstonia booneii，和Diospyros sanza-minika物种组成分别为15.4、13.5、9.6、8.3和7.7%。蜈蚣两栖类、Bombax buonopozense、Duguetia staudtii、Nesogordonia papaverifera和Piptadeniastrum africanum的优势度最低，各占0.6%(表2)．对研究地点平均物种组成进行的单向方差分析检验显示， ）未被入侵的地点物种组成较高(27.9±2.4)/ 400米²与受侵部位(9.4±2.7)比较。两个研究地点物种组成的差异可能是由几个因素造成的。迅速繁殖、生长、扩散和再生潜力构树,同时也影响了它的生存，因为大多数本土物种无法适应[1，13，14]．在研究区域的测井条件下，构树作为一个先锋和高度竞争的物种，垄断了森林冠层的开口，取代了本地植被。即使在与本地植物物种竞争的条件下，其化感作用和高蒸发蒸腾能力构树有助于改变现场条件，使其不适合本地植被的生长[13，15]．另外，事实是构树一年结两次果实，在相对较小的尺寸下达到生殖成熟，并且能够从种子、根吸盘和树桩再生，使其比其他本地物种更具竞争力[13]。这解释了与入侵地点相比，未入侵地点的物种组成较高。因此，这些物种对森林生态系统构成严重威胁。我们的结果与Apetorgbor和Bosu的研究结果一致[1是谁报告的构树入侵有能力通过抑制某些本地物种的再生来减少它们的组成[4]还报告说构树入侵是加纳森林生态系统本地物种更新和生态演替的主要威胁。然而，高丰度的物种如booneiii, Celtis adolfi-friderici, Cola gigantean，和Napoleonaea vogelii.与未剥夺的网站相比，入侵网站揭示了构树入侵并不能抑制所有的本土物种。这也与Agyeman等人的发现一致[10和Abugre等人[16他们已经报告过了构树不抑制一些耐肤种的再生。

３.２．研究地点自然再生树种的科分布

未受侵遗址记录20科，受侵遗址记录16科。在两个地点记录的总科数中，5(5)是未入侵地点特有的，而只有1(1)是入侵地点特有的。剩下的15个家庭在两个地点都有。未被入侵地区的优势科为豆科、锦葵科和楝科，每4800 m分别有9种(20.9%)、8种(18.6)和6种(14.0%)²优势种最少的科为苦苣苔科、大叶苣苔科、苇荠科、Pandaceae和椴树科，各贡献1种(2.3%)。入侵地优势科为锦葵科和豆科，分别为6种(19.4%)和5种(16.1%)/ 4800 m²ana心科、combretacaceae、茜草科和椴树科各有1种(3.2%)。从丰度来看，豆科(69)、楝科(Meliaceae)、锦葵科(Malvaceae)、榆科(Ulmaceae)和Ebenaceae (Ebenaceae)在未入侵地区的优势科分别为69(20.6%)、55(16.4%)、51(14.9%)、49(14.6%)和39(11.6%)。各科优势种为白刺蕨、非洲turraeanus、白刺蕨、Celtis mildbraedii、和Celtis zenkeri分别有39株（11.6%）、23株（6.9%）、23株（6.9%）、21株（6.3%）和21株（6.3%）。该地点最不占优势的科是大果菊科、桑科、茜草科和椴树科，每科记录1株（0.3%）。另一方面，入侵地上最主要的科是榆科、锦葵科、葡萄科、夹竹桃科和豆科，分别有43（27.6%）、25（16%）、21（13.5%）、14（9%）和12（7.7%）株。在该地点这些科下占优势的物种为Celtis adolfi-friderici, Napoleonaea vogelii，米氏塞尔蒂斯，波奈阿尔斯通，和可乐巨大的分别为24株(15.4%)、21株(13.5%)、15株(9.6)、13株(8.3%)和11株(7.1%)。夹竹桃科、菊苣科和茜草科各记录了1株(0.6%)植物3.)．我们的结果在某种程度上与Addo-Fordjour等人的其他研究一致[13他们报告说榆木科是在构树在加纳潮湿的半落叶林区入侵的地点。作者还报道了Celtis种是该地区的优势种之一构树这些结果也与本研究的结果一致4)．

３．３．研究地点自然再生经济用材树种

研究进一步揭示，在两个地点鉴定的47(47)种中，27(27)种是高经济价值的木材种。除了Alstonia Bonai，Anigeria Robusta，Nauclea Diderrichii，和榄仁树属ivorensis,当被入侵地的树种数量高于未被入侵地时，未被入侵地的经济树种数量普遍高于未被入侵地。未入侵点共记录166种经济用材，分布24种以上，而入侵点仅记录60种幼苗，分布16种以上5)．未被入侵点和被入侵点平均经济树种数分别为13.8±1.28和4.9±1.61种/ 400 m²情节。对两个研究地点的经济树种均值进行方差检验，结果显示差异显著( ）在两个研究地点之间的经济树种中。这一结果表明堡垒入侵是土着树种自然再生的限制因素，特别是经济树种物种[13]．这些本地植物大多具有较高的经济价值;因此通过抑制它们的再生和生长，堡垒减少森林的一般生产能力。这一发现与其他研究报告一致构树入侵不仅损害了物种多样性，也损害了森林生态系统的生产力[14]．

3.4.研究地点自然再生树种的保护星级

保护星级评价是生态学研究的重要组成部分，因为它能够根据物种的分布和脆弱性来评价物种，从而引起人们对保护的关注。根据Hawthorne等人[17]，加纳的植物种类可按优先保护的递增顺序分为绿色、粉红色、红色、猩红色、蓝色和金色或黑色星形。因此，森林中高评级星种的存在表明该森林的生态价值和保护的必要性[18]。在两个研究地点确定的物种分布在五个不同的保护星级中，即黑色、绿色、粉色、红色和猩红色。在未侵入的地点，自然再生植物物种中的大多数22（51%）属于绿星。其次是粉色、红色、猩红色和黑色，记录为8每4800个物种中分别有6（14%）、5（12%）和2（5%）种 M²。蓝星和金星在该地点没有记录物种。同样，在入侵地点，大多数植物物种（50%）属于绿星。其次是粉红色、猩红和红星，分别为6（20%）、5（17%）和4（13%）然而，在这个网站上没有记录到属于黑星、蓝星和金星的物种（表1）6)．在两项研究网站下的绿色和红星物种的高组成可能归因于加纳森林生态系统中这些物种的主导地位[12]。两个研究地点的蓝星和金星物种稀少（高度的保护问题）表明研究区域的退化程度很高。我们的结果与Adusei的研究结果一致[19他在加纳潮湿的半落叶林区进行的一项研究中报告了蓝星和黑星物种的稀少。在未被入侵的遗址上有少量黑星物种的记录，而在被入侵的遗址上没有记录堡垒入侵还可能抑制具有高保护价值物种的再生。因此，加纳的保护行动必须优先控制和管理入侵物种堡垒保护本国的生物资源。

3.5.研究地点的物种多样性

多样性指数的结果估计揭示了未丧失的网站上普遍较高的物种多样性相比构树入侵的网站。未被入侵和被入侵的Shannon指数分别为2.39±0.71和1.39±0.24。未受侵点Simpson指数均值为0.89±0.08，受侵点Simpson指数均值为0.64±0.087)．对两个研究点的指数均值进行方差分析检验，结果显示有显著差异( ）在两个研究地点之间。这表明构树入侵破坏了森林生态系统内本地植物物种的多样性。因此，有必要控制物种以保护森林的完整性。根据Addo-Fordjour等人[13]，受干扰森林的环境条件有利于入侵物种的生长，如构树并对本地植物造成负面影响。马利克和侯赛因[5]也报道了其旺盛而粗放的生长，以及栖息地退化的特性构树，使得当地环境不适合其他本地植物的生长。因此，它已被广泛报道对本地植物区系多样性保护构成严重威胁[5，13，20.]．在一项对巴基斯坦喜马拉雅山麓灌木丛的研究中，马利克和侯赛因[5]观察到物种多样性随着优势度的增加而减少B．纸莎草饼。类似地，在一项关于疟疾发生和控制的研究中构树在加纳潮湿的半落叶森林区，阿佩托尔博和博苏[1]还观察到，与未入侵的森林部分相比，入侵区域的物种多样性较低。然而，在未输入数据（0.93）上记录的高平均Shannon均匀度值 ± 0.01）和侵入（0.84 ± 0.08）和Sorenson系数（SC）值0.73表明，尽管在两个地点观察到的物种多样性存在差异，但研究地点的物种之间存在高度相似性（表1）7和8).据克雷布说[21]， SC值小于0.5表示两站点物种组成不相同，SC值大于0.5表示两站点物种组成相似。这一结果与Apetorgbor和Bosu的研究结果一致[1]世卫组织还观察到了地球上物种的相似性构树- 在加纳南部的一项研究中丧生和未丧建的地块。

4.结论

构树入侵对Pra-Anum森林保护区的再生能力产生了负面影响。这一点从未被入侵地的335株幼苗和幼树分布在43(43)种以上，而入侵地的156株幼苗和幼树分布在31(31)种以上。然而，这项研究揭示了这一点堡垒入侵并不会抑制所有本地物种的再生，因为它们的数量更多booneiii, Celtis adolfi-friderici, Cola gigantean和Napoleonaea vogelii与未被入侵的地点相比，被入侵地点的记录。未入侵地的Shannon和Simpson指数分别为2.39±0.71和0.89±0.08，未入侵地的Shannon和Simpson指数分别为1.39±0.24和0.64±0.08。堡垒入侵不仅影响了物种多样性，还影响了森林生态系统的生产力，被入侵和未被入侵生境的平均经济树种分别为4.9±1.61和13.8±1.28。因此，该研究建议控制物种，以保护Pra-Anum森林保护区的未被入侵部分免受迫在眉睫的危险构树入侵。在入侵部分的恢复努力可以考虑使用属于榆科和莱科科的本地物种，因为它们似乎具有弹性。堡垒入侵。

数据可用性

本研究使用的数据可根据要求提供。

的利益冲突

作者声明论文内容中没有利益冲突。

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