龐泉溝國家級自然保護區(qū)八道溝植物群落結(jié)構(gòu)分析

劉旭中，董鋒霞，張先平，毛 斌，李秋玲

(太原學(xué)院，山西 太原 030012)

植物群落是生活在一定區(qū)域內(nèi)的所有植物，經(jīng)過長期生長發(fā)育形成的植物復(fù)合體，是植物個體之間、種群之間相互競爭、作用，最終形成的適應(yīng)其生存環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)。海拔的變化是決定山地生境差異的主導(dǎo)因素，會引起溫度、濕度、光照、風(fēng)速、降水、土壤等多個生態(tài)因子發(fā)生相應(yīng)改變，從而引起植物群落分布的垂直分布變化。大量研究表明植物群落結(jié)構(gòu)隨海拔梯度變化存在著較大的差異。為分析八道溝植物群落結(jié)構(gòu)組成的特點和及其隨海拔梯度的變化規(guī)律，筆者以龐泉溝八道溝森林群落為研究對象進(jìn)行植物群落調(diào)查，以期為龐泉溝保護區(qū)的資源保護和建設(shè)工作提供參考。

1 研究地概況

龐泉溝國家級自然保護區(qū)位于山西省呂梁山中段交城和方山兩縣交界處，地理位置 111°25′35.46″ ～ 111°28′7.45″ E， 37°50′44.1″ ～ 37°50′52.81″ N. 山脈東西走向，長約 11 km. 氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)的山地氣候，年均溫 4.3 ℃，全年無霜期 100 d ～ 125 d，年均降水量 800 mm 左右。該保護區(qū)域土壤的垂直分布帶比較顯明，植物群落分布區(qū)內(nèi)自上而下土壤類型依次為山地草甸土、山地棕壤、山地淋溶褐土、山地褐土和黃綿土。

2 研究方法

野外調(diào)查時間為2019年7月至8月。從八道溝溝口海拔 1 800 m 開始，每上升 100 m 設(shè)置 1 塊面積為 20 m × 20 m 的樣地，共設(shè)置 7 塊(其中，在海拔 2 300 m 處的陰坡和陽坡各設(shè) 1 塊樣地)。每個樣地取 5 個1 m × 1 m 的草本層樣方，5 個1 m × 1 m 的灌木層樣方，4 個10 m × 10 m 的喬木層樣方，每個樣地總面積 400 m2. 7 個樣地共包括 35 個草本樣方、35 個灌木樣方和 28 個喬木樣方。調(diào)查記錄內(nèi)容：喬木層的樹種、胸徑、 喬木高度、活枝下高、冠幅和健康狀況；灌木層的物種、基徑、平均高度、株數(shù)、平均蓋度；草本層的物種、蓋度、平均高度、多度；群落綜合特征和環(huán)境特征包括喬木、灌木、草本層的總蓋度、海拔、坡度、坡向、優(yōu)勢種、枯落物厚度。

計算每個樣方中的喬木、灌木和草本植物的豐富度，公式如下：

R=S.

式中：R——樣方的豐富度；

S——樣方中的物種數(shù)。

數(shù)據(jù)用 Excel 軟件進(jìn)行處理、統(tǒng)計分析用 Sigmspot(version 4.0)，Sigmastat(version2.03)和自編軟件進(jìn)行。按各樹種胸徑大小進(jìn)行劃分：幼苗(更新層)，樹高 < 1.3 m，無胸徑；幼樹(演替層)，胸徑 < 8 cm；大樹(主林層)，胸徑 ≥ 8 cm.

3 結(jié)果與分析

3.1 不同海拔植物群落總體結(jié)構(gòu)特征

植物群落最重要的特征之一是物種的組成。八道溝 7 個樣地的植物群落綜合結(jié)構(gòu)特征和環(huán)境特征見表1.

由表1可知，植物群落的郁閉度、蓋度和優(yōu)勢種都隨海拔梯度發(fā)生相應(yīng)的改變。從植物群落來看，在海拔 1 780 m ～ 1 800 m 的山地主要分布著華北落葉松及草本層群落，該地段海拔低，受人為干擾較大。喬木層以華北落葉松為主，沒有灌木層，草本層蓋度相對較低，以披針苔草為主，該群落枯落物分解較慢，死地被物層相對較厚，達(dá) 4 cm. 在海拔 1 900 m 的山地主要分布著以華北落葉松、遼東櫟為優(yōu)勢種的混交林，如，樣地II. 在海拔 2 000 m ～ 2 200 m 植物群落中，喬木層以紅樺、青杄、云杉為優(yōu)勢種，灌木層以金銀忍冬、蒙古莢蒾、茶藨子為優(yōu)勢種，草本層以披針葉苔草和高烏頭為優(yōu)勢種。該海拔梯度植物群落枯落物分解較快，死地被物層相對較薄，為 1 m ～ 3 m，如，樣地 Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ. 在 2 280 m ～ 2 310 m的山地，喬木種類單一，為華北落葉松；灌木層優(yōu)勢種為刺果茶藨子；草本層蓋度相對較高，以披針苔草為主。該群落枯落物分解較慢，死地被物層相對較厚，達(dá) 5 cm ～ 6 cm，如，樣地 Ⅵ，Ⅶ. 該地段郁閉度變化不明顯，在海拔較高、地勢相對平坦處明顯降低。

表1 八道溝植物群落的特征及其環(huán)境特征

3.2 不同海拔植物群落的樹種組成

不同海拔梯度八道溝植物群落主林層的基本特征見第7頁表 2.

由表 2 可知，植物群落主林層的胸高斷面積、平均胸徑、最大胸徑等均隨海拔梯度的上升有明顯的變化趨勢。胸徑 ≥ 8 cm 的立木株數(shù)在 1 793 m～ 2 192 m 隨海拔梯度上升沒有較大變化，但在 2 280 m～2 310 m 明顯增多。胸徑 ≥ 20 cm 的立木株數(shù)，在 1 793 m ～ 2 310 m 隨海拔梯度的上升數(shù)量明顯增多。大多數(shù)樣地植物群落屬于成熟林，且喬木胸徑平均在 20 cm 以上，立木密度較大。植物群落主林層胸徑 ≥ 8 cm 的立木株數(shù)的密度與胸高斷面積呈正相關(guān)，植物群落的胸高斷面積及平均胸徑最大值出現(xiàn)于海拔 2 192 m.

表2 各樣地主林層基本特征

3.3 不同海拔植物群落物種豐富度

各樣地群落的物種豐富度見表 3.

表3 各樣地群落的物種豐富度

從表 3 可看出，海拔 1 793 m，2 192 m，2 280 m，2 310 m 的樣地，喬木層的豐富度指數(shù)均為 1，以針葉樹為主，樣地Ⅰ，Ⅵ，Ⅶ 中全部為華北落葉松，樣地 Ⅴ 中全部為云杉。海拔 1 914 m，2 022 m，2 103 m 的樣地，喬木層豐富度指數(shù)均較大，以針闊葉樹混交為主；在 Ⅱ 號樣地中喬木層有紅樺、遼東櫟、花楸、華北落葉松、皂柳、油松，在 Ⅲ 號樣地中喬木層有紅樺、白樺、油松、云杉、花楸、青杄，在 Ⅳ 號樣地中喬木層有青杄、白樺、花楸、紅樺、華北落葉松。多數(shù)闊葉樹的株數(shù)和頻度隨海拔升高而降低，且演替層和更新層物種組成較簡單；針葉樹的株數(shù)和多度隨海拔升高而增加，表明植物群落里樹種有良好的更新，最終表現(xiàn)出多種群落共存的群落特點。隨著海拔梯度的升高，灌木組成逐步單一化，進(jìn)入主林層的樹種越來越少。在海拔 2 192 m ～ 2 310 m 的樣地中，主林層都以針葉樹為主，更新層和演替層的樹種組成基本和主林層相同。說明樹種更新良好，基本為單優(yōu)勢種群落。草本層的豐富度指數(shù)沒有隨著海拔梯度的升高呈現(xiàn)出明顯的變化，如，披針葉苔草 + 東方草莓 + 首陽變豆菜等草本植物在不同海拔都有出現(xiàn)。

4 結(jié)論

海拔梯度空間的變化導(dǎo)致生境因子的變化，故形成植物群落的組成結(jié)構(gòu)也不相同。隨海拔梯度的上升，樣地里喬木層和灌木層的組成從質(zhì)到量都發(fā)生了改變。不同海拔植物群落的樹種組成變化規(guī)律為主林層胸高斷面積、平均胸徑、最大胸徑等隨海拔梯度的上升明顯增大。植物群落中的喬木和灌木豐富度隨著海拔梯度的升高均呈現(xiàn)逐步減少、單一化的趨勢，而草本層的豐富度指數(shù)隨著海拔梯度的升高變化趨勢不明顯。八道溝植物群落受人為因素干擾較小，主要受自然演替和自然更新的影響，所以其種類呈現(xiàn)出由多樣性到單一性的明顯變化趨勢。