望天鵝風(fēng)景區(qū)鉆天柳群落物種組成及多樣性研究

李成宏，高 純，王梅芳，周 波，周梅妹，孫 華，苑景淇，蘭雪涵，杜鳳國(guó),3*

(1.北華大學(xué) 林學(xué)院，吉林 吉林132013； 2. 長(zhǎng)白縣林業(yè)局，吉林 白山 134400；3. 長(zhǎng)白山特色森林資源保育與高效利用國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 吉林 132013)

鉆天柳(Choseniaarbutifolia(Pall.) A.Skv.)又名朝鮮柳、順河柳、紅毛柳、紅梢柳、化妝柳，為楊柳科(Salicaceae)、鉆天柳屬(ChoseniaNakai)的高大落葉喬木，樹干通直，材質(zhì)輕軟，適合造紙、生產(chǎn)箱板等。主要分布于大小興安嶺、遼東山區(qū)和長(zhǎng)白山林區(qū)海拔較高的河流兩岸，在俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)、朝鮮和日本亦有分布，是優(yōu)良的護(hù)岸先鋒樹種，國(guó)家二級(jí)重點(diǎn)野生保護(hù)植物，吉林省一級(jí)保護(hù)植物，漸危種[1-2]。近年來(lái)，人類過(guò)度砍伐利用和生態(tài)環(huán)境變化，已使天然分布的鉆天柳種群瀕臨滅絕。目前，關(guān)于鉆天柳的研究主要集中在種群空間分布及競(jìng)爭(zhēng)[2]、林木生長(zhǎng)規(guī)律[3]、繁育與栽培技術(shù)[4-9]等方面，而對(duì)群落物種組成及多樣性等方面的量化研究未見報(bào)道。基于此，本研究對(duì)長(zhǎng)白朝鮮族自治縣望天鵝風(fēng)景區(qū)內(nèi)天然分布的鉆天柳群落進(jìn)行了生態(tài)調(diào)查，并對(duì)群落物種組成及多樣性進(jìn)行了分析，以期為珍稀瀕危物種的科學(xué)保育提供理論依據(jù)。

1 研究地自然概況

研究地位于吉林省白山市長(zhǎng)白朝鮮族自治縣十五道溝望天鵝風(fēng)景區(qū)，鉆天柳群落的地理位置為41°40′43″ N，127°54′33″ E。望天鵝風(fēng)景區(qū)地處中緯度，地勢(shì)偏高，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬寒夏暖、四季分明，年平均氣溫3.1～3.7℃，年降水量600～700 mm，無(wú)霜期115～125 d[10]。鉆天柳主要生長(zhǎng)在河流兩岸及山谷中，沿河流與春榆(Ulmusdavidianavar.japonica(Rehd.) Nakai)、紅皮云杉(PiceakoraiensisNakai)和臭冷杉(Abiesnephrolepis(Trautv.) Maxim.)等形成帶狀分布的針闊混交林，或零星分布生長(zhǎng)。同時(shí)該風(fēng)景區(qū)內(nèi)還分布生長(zhǎng)著朝鮮崖柏(ThujakoraiensisNakai)、東北紅豆杉(TaxuscuspidataSieb.et Zucc.)和刺參(OplopanaxelatusNakai)等珍稀瀕危保護(hù)植物。

2 研究方法

2.1 野外調(diào)查方法

2019年8月對(duì)生長(zhǎng)在河流兩岸的鉆天柳群落進(jìn)行野外實(shí)地調(diào)查。樣地設(shè)置采用典型取樣法，在鉆天柳分布較為集中的區(qū)域連續(xù)布設(shè)3塊20 m×25 m樣地，面積共計(jì)1500 m2。調(diào)查時(shí)在樣地中每隔5 m拉線，將樣地劃分為20個(gè)整齊標(biāo)準(zhǔn)的25 m2小樣方，共計(jì)60個(gè)。對(duì)樣方內(nèi)高度0.2 m以上的木本植物進(jìn)行調(diào)查測(cè)量，主要包括植物種類、高度、胸徑(胸徑1 cm以下的木本植物測(cè)量其地徑)、枝下高和冠幅，同時(shí)對(duì)其在樣地內(nèi)的相對(duì)位置坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)注。草本植物的調(diào)查采用機(jī)械布點(diǎn)法布設(shè)6個(gè)1 m×1 m的樣方，調(diào)查樣方內(nèi)植物種類、高度、數(shù)量和蓋度等。

2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2.2.1 植物種在群落中地位分析

重要值是用來(lái)表示某個(gè)物種在群落中的地位和作用的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算公式為：重要值=(相對(duì)頻度+相對(duì)多度+相對(duì)優(yōu)勢(shì)度)/3×100%。其中，相對(duì)頻度是某一物種出現(xiàn)的樣方數(shù)占總樣方數(shù)的比值；相對(duì)多度是某一物種個(gè)體數(shù)量總和與所有物種個(gè)體數(shù)量總和的比值；木本植物的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度為某物種所有個(gè)體胸高斷面積之和與所有物種個(gè)體胸高斷面積總和的比值；草本植物的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度為某物種的蓋度與所有物種蓋度總和的比值[11]。

2.2.2 物種多樣性分析

運(yùn)用WPS 2019軟件分別對(duì)鉆天柳群落喬木層、灌木層和草本層的物種多樣性進(jìn)行計(jì)算，其中喬木層為高度3 m以上的木本植物，灌木層為高度0.2-3 m之間的木本植物。具體指標(biāo)的選擇與計(jì)算公式如下[12]：

(1)Margalef豐富度指數(shù)DM=(S-1)/lnN；

(2)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H′=-∑PilnP；

(3)Pielou均勻度指數(shù)E=H′/lnS；

(4)Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)DS=1-∑Pi2.

上述公式中S為物種豐富度；N為個(gè)體數(shù)；Pi為每個(gè)物種所占的比例。

3 結(jié)果與分析

3.1 鉆天柳群落物種組成

種類組成是植物群落最基本的特征之一，是群落組成的基礎(chǔ)[13]。通過(guò)野外調(diào)查可知，鉆天柳群落共有維管束植物28科44屬50種。其中有蕨類植物1科1屬2種；裸子植物1科2屬2種；被子植物26科41屬46種。

從科、屬所含物種數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析可知(表1)，望天鵝風(fēng)景區(qū)鉆天柳群落中物種數(shù)超過(guò)2種的優(yōu)勢(shì)科有6個(gè)，占總科數(shù)的21.43%；含單種的科共有16個(gè)，占總科數(shù)的57.14%。物種數(shù)多于1種的屬有5個(gè)，占總屬數(shù)的11.36%；含單種的屬共有39個(gè)，占總屬數(shù)的88.64%。

3.2 鉆天柳群落物種重要值

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可知，喬木層共有植物6種，占總物種數(shù)的12%，其中鉆天柳為建群種，重要值為47.20%(見表2)。灌木層共有植物4種，占總物種數(shù)的8%，其中主要的優(yōu)勢(shì)種為臭冷杉和紅皮云杉，重要值分別為50.98%和23.49%(見表3)。草本層物種較為豐富，共有植物42種，占總物種數(shù)的84%(見表4)。鉆天柳群落草本層物種較為豐富，喬木層和灌木層物種較稀少，群落物種組成總體較為單一。

表2 鉆天柳群落喬木層植物重要值

表3 鉆天柳群落灌木層植物重要值

表4 鉆天柳群落草本層植物重要值

續(xù)表4 鉆天柳群落草本層植物重要值

3.3 鉆天柳群落物種多樣性

物種多樣性是生物多樣性的重要組成部分[14]。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可知(見表5)，鉆天柳群落中各層次物種Margalef豐富度指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)均表現(xiàn)為草本層>喬木層>灌木層；Pielou均勻度指數(shù)為喬木層>灌木層>草本層；Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)為喬木層>草本層>灌木層。表明鉆天柳群落中草本層植物種類最多，較為豐富多樣，生長(zhǎng)較為聚集；喬木層植物種類次之，灌木層植物種類最為稀少；喬木層植物分布更加均勻；群落物種組成總體較為單一。

表5 鉆天柳群落喬木、灌木和草本層物種多樣性

4 結(jié)論與討論

通過(guò)野外生態(tài)調(diào)查，鉆天柳群落共有維管束植物28科44屬50種。其中有蕨類植物1科1屬2種，裸子植物1科2屬2種，被子植物26科41屬46種。鉆天柳在喬木層中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，是群落的建群種；灌木層中臭冷杉和紅皮云杉幼樹數(shù)量較多，分布較廣，屬于優(yōu)勢(shì)種；草本層優(yōu)勢(shì)種是透莖冷水花，其次為東北羊角芹、蕁麻葉龍頭草、鵝腸菜和短柄野芝麻，其它草本植物數(shù)量和分布均較少。草本植物樣方調(diào)查中僅有1株鉆天柳幼苗，灌木層未有鉆天柳幼樹，表明此群落中鉆天柳更新困難，屬于衰退型種群。

鉆天柳群落中喬木層樹種共有6種，灌木層4種，草本層42種。Margalef豐富度指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)均表現(xiàn)為草本層>喬木層>灌木層；Pielou均勻度指數(shù)為喬木層>灌木層>草本層；Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)為喬木層>草本層>灌木層。表明鉆天柳群落中草本層植物種類最多，喬木層次之，灌木層最為稀少；但喬木層植物分布更加均勻，草本層較為聚集。群落中沒(méi)有層間植物，物種組成總體較為單一，抵抗外來(lái)干擾能力弱，群落穩(wěn)定性較差。建議在鉆天柳集中分布地建立“瀕危植物鉆天柳原地保護(hù)示范區(qū)”，嚴(yán)禁亂砍濫伐，減少人為干擾，同時(shí)進(jìn)一步開展鉆天柳瀕危機(jī)制及保育對(duì)策的研究。