井陘縣大青山野皂莢群落植物組成及多樣性分析

于麗娜，張芹，鄭建偉，耿瑜欣，李佳秋，齊欽輝，朱文瑛，李保會

(1河北農業(yè)大學 林學院，河北 保定 071001;2河北農業(yè)大學 園林與旅游學院，河北 保定 071001)

野皂莢(Gleditsiamicrophylla)為豆科皂莢屬，為大灌木，是石灰?guī)r山地的指示植物之一。其根系發(fā)達，深根性，側根較多，萌蘗力強，是水土保持、防風固沙的優(yōu)良樹種；能很好的適應當地干旱、瘠薄富含鈣質的土壤環(huán)境，并形成較為穩(wěn)定的單優(yōu)群落，而且在與同一層的其他物種的競爭中占據絕對優(yōu)勢,因此表現出聚集分布格局[1]。連俊強關于太行山南部野皂莢群落的研究表明，野皂莢群落受到立地條件和土層結構的影響，干擾強烈的環(huán)境，野皂莢群落多樣性指數偏低；另外，野皂莢群落受草本層的影響，不同層次物種對多樣性指數的貢獻是不等價的[2]。

物種多樣性是生物多樣性研究中最基礎的部分，是群落功能復雜性與穩(wěn)定性的重要度量指標，不僅可以反映植物群落與環(huán)境之間的相互關系，還能揭示群落中物種的豐富度、優(yōu)勢度和均勻度，因此，物種多樣性研究一直是群落生態(tài)學研究的重點和熱點[3-7]。此前，關于太行山中部地區(qū)野皂莢群落多樣性研究鮮見報道。太行山中部是大面積野皂莢分布區(qū)域，而井陘縣又是太行山中部地區(qū)野皂莢面積最大的縣。因此，在統(tǒng)籌考察的基礎上，以井陘縣西南的大青山地區(qū)野皂莢群落為研究對象，對其喬灌草的種類組成、多樣性進行研究分析，旨在闡明野皂莢群落的基本特征，探討群落的物種組成和多樣性，為進一步探討野皂莢群落保護與可持續(xù)發(fā)展利用提供理論基礎和科學依據。

1 研究區(qū)概況

野皂莢群落位于河北省石家莊市井陘縣西南大青山境內，海拔660～800 m。屬暖溫帶大陸季風氣候，冬天寒冷，夏季炎熱，四季分明，季節(jié)性強，光照充足，夏暑冬寒，溫差較大，年平均氣溫11 ℃左右，全年無霜期210 d，年均降水量547.7 mm，成土母質主要是石灰?guī)r，主要土壤類型為山地褐壤、棕壤、褐土等。

2 研究方法

2.1 樣地設置

采用樣方法,于2021年7月和8月在野皂莢分布較為集中的井陘縣大青山設置4個樣地，樣地面積10 m × 40 m。調查指標包括喬木的種類、樹高、胸徑、株數，灌木的種類、高度、株(叢)數和蓋度，草本的種類、蓋度。同時記錄樣方所在地的海拔、坡向、坡度、坡位、土壤和人為干擾等生態(tài)因子。樣地Ⅰ(E 114°0′35″，N 37°49′34″)：海拔約745 m，坡度23°，面積10 m×10 m；樣地Ⅱ(E 114°0′44″，N 37°49′31″)：海拔約790 m，坡度32°，面積10 m×10 m；樣地Ⅲ(E 114°0′40″，N 37°49′32″)：海拔約799 m，坡度34°，面積10 m×10 m；樣地Ⅳ(E 114°104′923″ ，N 37°764′305″)：海拔約513.6 m，坡度25°，面積10 m×10 m。

2.2 數據處理

計算公式如下：

A=N/∑N

(1)

式中：A表示物種多度，N表示個體數。

F=∑Q/K

(2)

式中：F表示頻度，Q表示某種植物出現的樣地數，K表示全部樣地數。

IV=(RA%+RF%)/2

(3)

式中：IV表示重要值，RA%表示相對多度，RF%表示相對頻度。

RA%=A/∑A×100

(4)

式中：RA%表示相對多度，A表示某一個物種的多度。

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RM%=M/∑M×100

(5)

式中：RM表示相對頻度，M表示某一個物種的頻度。

R=S

(6)

式中：R表示物種豐富度指數，S表示樣地內的物種數。

H′= -∑(PilnPi)

(7)

式中：H′表示物種多樣性(Shannon-Wiener)指數，式中，Pi=IVi/IV，即第i個物種的重要值為IVi；IV為所在樣地內所有物種的重要值之和；Pi為i物種的相對重要值。

JSW=-∑(PilnPi)/lnS

(8)

C=∑(IVi/IV)2，即C=∑Pi2

(9)

式中：C表示生態(tài)優(yōu)勢度(Simpson指數)。

3 結果與分析

3.1 群落物種組成

通過調查統(tǒng)計，樣地內共記錄植物30種,分別隸屬于19科28屬，其中有草本植物14種，占植物種類46.67%；灌木11種,占植物種類36.67%；喬木5種,占植物種類16.67%。群落物種組成見表1。

表1 群落物種組成Table 1 Species composition of plant community

由表1可知，從植物組成層次來看，調查樣地禾本科(Gramineae)、豆科(Leguminosae)和菊科(Compositae)3個科的植物種類較多，主要有羊毛草、野皂莢、艾蒿等。樣地內植物種類以灌草植物為主，數量相對較多。

3.2 植物數量特征及重要值分析

重要值可以綜合反映某種植物的重要程度，是評定優(yōu)勢種的重要依據。調查地喬木層主要植物的重要值，見表2。

表2 調查地喬木層主要植物的重要值Table 2 Important values of main plants in the arborous layer of investigation site

由表2可知，就喬木層的重要值來說，樣地中最多的的植物分別是鵝耳櫪、臭椿、欒樹，高于平均值的只有鵝耳櫪和臭椿，分別為3.02和2.55。通過計算喬木的多度、頻度、相對多度、相對頻度和重要值 5項指標的平均值，發(fā)現都高于這5項指標平均值的喬木只有鵝耳櫪。

調查地灌木層主要植物的重要值，見表3。

表3 調查地灌木層主要植物的重要值Table 3 Important values of main plants in the shurb layer of investigation site

由表3可知，就灌木層的重要值來說，4個樣地內植物最多的植物分別是野皂莢、荊條、黃櫨，高于平均值的有野皂莢和荊條，分別為22.49、8.15。灌木層中只有野皂莢和荊條各項指標高于相對應的平均值。

調查地草本層主要植物的重要值，見表4。

表4 調查地草本層主要植物的重要值Table 4 Important values of main plants in the field layer of investigation site

由表4可知，就草本層的重要值來說，4個樣地內植物最多且高于平均值的分別是中華卷柏、藎草、中亞苔草，分別為11.02、5.87、5.05，草本層中有中華卷柏、藎草、中亞苔草和艾蒿各項指標均高于相對應的平均值。

3.3 植物多樣性分析

調查地植物多樣性數值，見表5。

表5 植物多樣性Table 5 Values of plant diversity in the investigated area

由表5可知，就各層次的物種豐富度來說，4個樣地內植物，草本層的物種豐富度最高，其次是灌木層，最低是喬木層。物種多樣性Shannon-Wiener指數灌木層最高，其次是草本層，最低是喬木層。物種均勻度喬木層最高，其次是灌木層，最低是草本層。優(yōu)勢度Simpson指數喬木層最高，其次是草本層，最低是灌木層。

4 討論與結論

4.1 討論

通過對植物數量特征和多樣性分析，樣地內物種種類較多的是豆科、菊科和禾本科，主要有野皂莢、艾蒿、羊毛草等。通過重要值及多樣性統(tǒng)計分析得出，此群落優(yōu)勢種：喬木類有鵝耳櫪，灌木類有野皂莢和荊條，草本類有中亞苔草、藎草和中華卷柏。與尉伯瀚的太行山南端野皂莢群落調查相似，都是野皂莢、黃櫨、藎草、中亞苔草、中華卷柏為優(yōu)勢種[8]。在多樣性方面，植物群落多樣性能夠反映植物群落中物種的豐富和均衡程度，調查地多樣性指數最高的灌木層，其次是草本層、喬木層[9]。均勻度指數是喬木層最高，灌木層和草本層均勻度指數相差不多，物種相對較均勻。優(yōu)勢度指數為喬木層最高，灌木次之，草本最低，但是由于灌木數量多、種類多，喬木數量少、種類少，尤其野皂莢數量最多，形成了較為穩(wěn)定的野皂莢群落。這與程紅梅對大蜀山馬尾松天然林、針闊混交天然林和短毛椴林以及駱丹等人對云南德宏州西南樺天然林研究結果相似，灌木層多樣性指數及均勻度指數均最高，草本層多樣性最低，最主要的原因是喬木和灌木層的遮擋，林分密集程度偏高，林下光照不足，而灌木層多樣性較高或與光照條件稍優(yōu)、喬木種更新良好幼樹較多有關[10-11]。

4.2 結論

本研究通過對井陘縣大青山地區(qū)野皂莢群落物種組成調查及植物多樣性分析，結果表明，井陘縣野皂莢群落共有植物30種，隸屬于19科28屬，從植物層次來看,調查樣地植物種類較多的是禾本科、豆科和菊科，主要植物有野皂莢、羊毛草、艾蒿；通過重要值及多樣性統(tǒng)計分析得出，此群落優(yōu)勢種為鵝耳櫪、野皂莢、荊條、中亞苔草和中華卷柏；從多樣性指數來看，喬灌草各層群落多樣性指數差異不顯著，野皂莢群落喬木稀疏，灌草豐富。綜上所述，本研究僅調查井陘縣大青山地區(qū)野皂莢群落物種組成及多樣性，今后將長期調查此樣地，分析林分物種組成及多樣性變化規(guī)律，揭示其演替規(guī)律，為太行山南端野皂莢群落的保護、開發(fā)和利用提供科學依據。