貴州珍稀植物扇脈杓蘭群落特征及多樣性研究

楊朔 何選澤 徐建 勾韋 李媛媛

(1.貴州省植物園，貴州 貴陽 550004；2.貴州大沙河國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，貴州 遵義 563500)

群落結(jié)構(gòu)特征反映了群落內(nèi)不同植物之間的相互作用關(guān)系,是了解群落維持機(jī)制和演替動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)[1]。群落物種組成是決定群落性質(zhì)最重要的因素,也是鑒別不同群落類型的基本依據(jù)[2]。種群的徑級(jí)結(jié)構(gòu)和高度級(jí)是群落結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo),對(duì)闡明群落的形成、穩(wěn)定性,乃至動(dòng)態(tài)變化與演替趨勢(shì)都有重要的意義[3]。重要值是物種在群落中的綜合數(shù)量指標(biāo),表征物種在群落中的地位和作用[4]。群落物種多樣性是用一定空間范圍物種數(shù)量和分布特征來衡量的,群落組織結(jié)構(gòu)的變化用多樣性指數(shù)變化來反映,是群落內(nèi)物種組成、多樣性和均勻度的綜合表現(xiàn),反映了群落各層特征、發(fā)展階段和生境[5]。

扇脈杓蘭是我國國家Ⅱ級(jí)保護(hù)植物,瀕危等級(jí)為EN(易危)。該植物葉片呈扇型,葉脈獨(dú)特明顯,花大色艷,多呈紫紅色,又名為扇子七,具活血調(diào)經(jīng)、祛風(fēng)止疼等藥理性質(zhì),主治勞傷腰痛,跌打損傷,風(fēng)濕痹痛,月經(jīng)不調(diào),間日瘧,無名腫毒,毒蛇咬傷,皮膚瘙癢等[6]。

具備較好的科研、觀賞和藥用價(jià)值。國外關(guān)于扇脈杓蘭的研究方向全且多,國內(nèi)研究方向多集中在分類學(xué)、繁育、生活史觀測(cè)等方面,對(duì)生境調(diào)查研究還不多見。

為了解其群落特點(diǎn)和更新特點(diǎn),更好地開展保育工作,以貴州省3個(gè)不同地點(diǎn)的扇脈杓蘭群落為研究對(duì)象,統(tǒng)計(jì)并分析物種組成,結(jié)構(gòu)特征,計(jì)算群落植物重要值和多樣性指標(biāo)并展開討論,以期為扇脈杓蘭保育工作提供相關(guān)數(shù)據(jù)參照和理論依據(jù)。

1 研究地點(diǎn)及其自然概況

調(diào)查地點(diǎn)為貴州省遵義市道真縣陽溪鎮(zhèn)和正安縣斑竹鎮(zhèn),于兩鎮(zhèn)之間選取3個(gè)具有代表性野生扇脈杓蘭群落進(jìn)行調(diào)查。道真縣內(nèi)進(jìn)入大沙河自然保護(hù)區(qū)中進(jìn)行土壤采樣,是一個(gè)以中山為主,山地坡度25°以上占80%的自然保護(hù)區(qū),屬北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)。正安縣斑竹鎮(zhèn)屬臺(tái)丘地貌、地勢(shì)較為平坦,在正安縣內(nèi)屬高寒山區(qū),氣候總特點(diǎn)是立體氣候明顯,水熱同季雨霧日較多,夏半年溫度高,冬半年溫度低,白晝溫差較大。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查方法

本研究樣地設(shè)置按照傳統(tǒng)樣地調(diào)查法,以代表性、典型性和可操作性為原則在保護(hù)區(qū)中設(shè)置3個(gè)20m×30m大樣地。其中各樣地內(nèi)設(shè)立6個(gè)10m×10m的喬木樣方,調(diào)查并記錄喬木物種名、冠幅、胸徑、樹高、數(shù)量等數(shù)據(jù)。于每個(gè)喬木層樣方左上角設(shè)立1個(gè)5m×5m的灌木樣方,調(diào)查并記錄群落灌木的物種名、數(shù)量、高度、冠幅等數(shù)據(jù)。于每個(gè)灌木層樣方左上角設(shè)立1個(gè)1m×1m的草本樣方,記錄物種名、蓋度、數(shù)量、均高等數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 重要值計(jì)算

喬木層重要值＝相對(duì)多度＋相對(duì)頻度＋相對(duì)顯著度

灌木層、草本層重要值＝相對(duì)多度＋相對(duì)頻度＋相對(duì)蓋度[7]

層間植物不進(jìn)行重要值計(jì)算。

2.2.2 物種多樣性的測(cè)定

采用Shannon-wiener多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(E)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)3指標(biāo)體現(xiàn)扇脈杓蘭群落物種多樣性。公式如下[8,9]。

Shannon-Wiener指數(shù):

Pielou群落均勻度指數(shù):

E＝H′/lnS

Simpson指數(shù):

式中,Pi＝ni/N；N為樣方內(nèi)部總的物種個(gè)體數(shù)量；ni為第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)量；Pi為第i物種的多度占所有物種多度之和的比例；S為物種數(shù)。

2.2.3 高度結(jié)構(gòu)及徑級(jí)分析

將扇脈杓蘭生存群落內(nèi)植物高度劃分為4個(gè)等級(jí),第1高度級(jí)為h≤5m,第2高度級(jí)為5m＜h≤10m,第3高度級(jí)為10m＜h≤15m,第4高度級(jí)為15m＜h。

在徑級(jí)結(jié)構(gòu)劃分時(shí),以立木徑級(jí)代替年齡進(jìn)行分析,劃分為8個(gè)等級(jí),每個(gè)徑級(jí)間隔5cm,即第Ⅰ徑級(jí)(DBH)≤5cm,第Ⅱ徑級(jí)為5cm＜DBH≤10cm,…,以此類推至第Ⅷ級(jí)35cm＜DBH≤40cm。

3 結(jié)果與分析

3.1 群落種類組成

采用群落喬木層優(yōu)勢(shì)種加灌木層優(yōu)勢(shì)種命名方式劃分研究區(qū)的典型植物群落類型,最終調(diào)查樣地劃分為杉木(Cunninghamia lanceolata)加箭竹(Fargesia spathacea)群落,化香樹(Platycarya strobilacea)加箭竹群落,山礬(Symplocos sumuntia)加箭竹群落。

3.1.1 調(diào)查樣地總植物組成

根據(jù)調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì),3樣地中共有維管束植物114種,隸屬于60科99屬,見表1,其中,雙子葉植物共有92種,單子葉植物17種,蕨類植物4種,裸子植物1種。所調(diào)查樣地喬木層23科38屬42種,灌木層17科21屬22種,草本層22科34屬37種,層間層8科10屬13種。經(jīng)過整理調(diào)查群落數(shù)據(jù)得出,調(diào)查群落中單科1屬1種的植物有35種植物,其中,薔薇科植物最豐富,有19種植物,隸屬于13屬。具體見表1。

表1 扇脈杓蘭調(diào)查生存群落維管束植物科屬種數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

3.1.2 各群落植物組成

據(jù)統(tǒng)計(jì),杉木加箭竹群落共有維管束植物29科44屬48種,其中,雙子葉植物37種,單子葉植物9種,蕨類植物1種,裸子植物1種；化香樹加箭竹群落共調(diào)查維管束植物44科62屬68種,其中,雙子葉植物51種,單子葉植物13種,蕨類植物3種,裸子植物1種；山礬加箭竹群落共有維管束植物35科45屬47種,其中,雙子葉植物39種,單子葉植物5種,蕨類植物3種。3個(gè)群落中植物分層物種數(shù)量統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 扇脈杓蘭3個(gè)群落分層物種數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

由表2得出,杉木加箭竹群落和山礬加箭竹群落物種組成均呈現(xiàn)喬木層≥草本層＞灌木層＞層間層規(guī)律,化香樹加箭竹群落呈現(xiàn)草本層＞喬木層＞灌木層＞層間層規(guī)律。

杉木加箭竹群落層間植物有7種,種名及其藤蔓長(zhǎng)為苦糖果(Lonicera fragrantissima)3m,中華獼猴桃(Actinidia chinensis)10m,中國旌節(jié)花(Stachyurus chinensis)4m,革葉獼猴桃(Actinidia rubricaulis)10m,川莓(Rubus setchuenensis)4m,三葉木通(Akebia trifoliata)5m,高粱藨(Rubus lambertianus)5m。

化香樹加箭竹群落層間植物有4種,種名及其藤蔓長(zhǎng)為菝葜(Smilax china)4.5m,肖菝葜(Heterosmilax japonica)1.5m,南五味子(Kadsura japonica)5m,忍冬(Lonicera japonica)3m。

山礬加箭竹群落層間植物有4種,種名及其藤蔓長(zhǎng)為棣棠(Kerria japonica)6m、宜昌懸鉤子(Rubus ichangensis)3m、菝葜2m、中華獼猴桃10m。

3.2 不同群落的垂直結(jié)構(gòu)和徑級(jí)結(jié)構(gòu)特征

3.2.1 不同群落垂直結(jié)構(gòu)特征

由分析得出,3個(gè)群落喬木高度均集中在5m＜h≤10m。具體見圖1。

圖1 扇脈杓蘭調(diào)查群落喬木層高度結(jié)構(gòu)分析圖

3.2.2 不同群落喬木層組成種徑級(jí)結(jié)構(gòu)特征

分析得出,杉木加箭竹群落、化香樹加箭竹群落、山礬加箭竹群落3個(gè)群落徑級(jí)頻率均主要集中在第Ⅰ級(jí)和第Ⅱ級(jí),兩級(jí)之和占比分別為65.17%、87.10%、77.88%。具體見圖2。

圖2 扇脈杓蘭調(diào)查群落喬木層徑級(jí)結(jié)構(gòu)分析圖

3.3 群落重要值分析

對(duì)所調(diào)查扇脈杓蘭3個(gè)群落植物按照喬灌草分類進(jìn)行重要值計(jì)算,具體見表3～5。

表3 扇脈杓蘭各調(diào)查群落喬木層重要值統(tǒng)計(jì)表

按重要值數(shù)值大小進(jìn)行排列得出,杉木加箭竹群落喬木層中重要值排前3的為杉木、算盤子、鹽膚木,分別占總數(shù)36.25%、12.35%、12.22%?；銟浼蛹袢郝鋯棠緦又兄匾蹬徘?的為化香樹、香椿、響 葉 楊,分 別 占 總 數(shù) 的14.27%、12.93%、10.42%。山礬加箭竹群落喬木層中重要值排前3的為山礬、四照花、算盤子,分別占總數(shù)的16.62%、10.75%、9.09%。調(diào)查3群落中灌木層均以箭竹為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種,占比分別為35.76%、40.68%、61.69%。杉木加箭竹群落草本層優(yōu)勢(shì)種為絲葉苔草、球穗藨草、求 米 草,分 別 占 重 要 值25.26%、19.42%、13.03%,化香樹加箭竹群落中草本層優(yōu)勢(shì)種為扇脈杓蘭、絲葉苔草、蒲兒根,分別占重要值15.14%、12.85%、10.92%。山礬加箭竹群落草本層以蒲兒根為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種。扇脈杓蘭位于群落草本層,所調(diào)查群落草本層中僅在化香樹加箭竹群落中為優(yōu)勢(shì)種,調(diào)查3個(gè)群落中扇脈杓蘭占比分別為6.84%、15.14%、6.03%。

3.4 群落多樣性分析

對(duì)扇脈杓蘭調(diào)查3個(gè)群落中喬木、灌木、草本分層群落多樣性分析,具體見表6。

表6 扇脈杓蘭生存群落多樣性指數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表4 扇脈杓蘭各調(diào)查群落灌木層重要值統(tǒng)計(jì)表

表5 扇脈杓蘭各調(diào)查群落草本層重要值統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表 扇脈杓蘭各調(diào)查群落草本層重要值統(tǒng)計(jì)表

分析得出:喬木層、灌木層、草本層多樣性指數(shù)最高的群落分別為山礬加箭竹群落、杉木加箭竹群落、化香樹加箭竹群落；喬木層、灌木層、草本層均勻度指數(shù)最高的群落分別為山礬加箭竹群落、杉木加箭竹群落、山礬加箭竹群落；喬木層、灌木層、草本層優(yōu)勢(shì)度指數(shù)最高的群落分別為山礬加箭竹群落、杉木加箭竹群落、化香樹加箭竹群落。

4 討論

4.1 生境基本情況

在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)扇脈杓蘭分布多呈現(xiàn)聚集狀態(tài)分布于保護(hù)區(qū)中,偶有零星植株或群體分布于向陽草坪、喬灌草少且郁閉度低群落、竹林下、道路旁等區(qū)域。整個(gè)保護(hù)區(qū)內(nèi)箭竹分布極高。所調(diào)查3個(gè)樣地中杉木加箭竹群落林下環(huán)境較為空曠,灌木較少,扇脈杓蘭20株；化香樹加箭竹群落林下扇脈杓蘭有31株,呈聚集狀分布,多集中于相對(duì)空曠喬木層小樣地中,草本植物過高過密偶見幾株分布于草本邊緣；山礬加箭竹群落內(nèi)扇脈杓蘭有4株,該群落內(nèi)箭竹在6個(gè)灌木層樣方中出現(xiàn)概率為100%,林下空間較為緊湊,低矮植物容易被遮擋。

4.2 群落特征討論

扇脈杓蘭調(diào)查3群落喬木層高度多集中在5～10m,徑級(jí)頻率均主要集中在第Ⅰ級(jí)和第Ⅱ級(jí),說明喬木中幼苗較多,反映出3個(gè)群落均呈現(xiàn)更新能力強(qiáng)的現(xiàn)象,屬于增長(zhǎng)型群落。

喬木層,杉木加箭竹群落中杉木占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),居主導(dǎo)地位；化香樹加箭竹群落中喬木層優(yōu)勢(shì)種為化香樹、香椿、響葉楊,3個(gè)優(yōu)勢(shì)種之間重要值差異不大,說明層間具有較強(qiáng)層間競(jìng)爭(zhēng)；山礬加箭竹群落喬木層優(yōu)勢(shì)種為山礬和四照花之間存在較強(qiáng)種間競(jìng)爭(zhēng)。灌木層,調(diào)查3群落均以箭竹為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種,箭竹長(zhǎng)勢(shì)旺盛,對(duì)低矮草本植物和喬木灌木幼苗接受光照、養(yǎng)分吸取、生長(zhǎng)空間大小影響較大；扇脈杓蘭植株生長(zhǎng)開花前具有向光性特點(diǎn),箭竹對(duì)其生長(zhǎng)存在一定影響。草本層,杉木加箭竹群落和化香樹加箭竹群落草本層中優(yōu)勢(shì)種多種,存在較強(qiáng)層間競(jìng)爭(zhēng)；山礬加箭竹群落草本層以蒲兒根為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種。

多樣性指數(shù)越高代表植物越豐富,均勻度指數(shù)代表物種在群落中分布的均勻度,優(yōu)勢(shì)度指數(shù)代表優(yōu)勢(shì)種在群落中占優(yōu)勢(shì)程度。分析得出調(diào)查3群落中,多樣性分析,山礬加箭竹群落喬木層較其他2群落豐富,杉木加箭竹群落灌木層較其他2個(gè)群落豐富,化香樹加箭竹群落草本層較其他2群落豐富；物種分布均勻度分析,山礬加箭竹群落喬木層和草本層較其他2群落物種分布均勻,杉木加箭竹群落較其他2群落灌木層物種分布均勻；優(yōu)勢(shì)種優(yōu)勢(shì)度分析,山礬加箭竹群落喬木層較其他2群落優(yōu)勢(shì)種在該層優(yōu)勢(shì)程度大,杉木加箭竹群落灌木層較其他2群落優(yōu)勢(shì)種在該層優(yōu)勢(shì)程度大,化香樹加箭竹群落草本層較其他2群落優(yōu)勢(shì)種在該層優(yōu)勢(shì)程度大。

4.3 保育對(duì)策及建議

扇脈杓蘭花大而艷麗,是良好的觀賞植物,同時(shí)具備較好的藥用及科學(xué)研究?jī)r(jià)值。在樣地中,喬木層優(yōu)勢(shì)種與箭竹占據(jù)了喬灌層的主導(dǎo),二者皆有較強(qiáng)的化感作用,對(duì)扇脈杓蘭的生長(zhǎng)造成一定程度的威脅,應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)管護(hù),如對(duì)扇脈杓蘭生境1～2m范圍內(nèi)的箭竹每2a進(jìn)行1次間伐,降低其對(duì)扇脈杓蘭的競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí)應(yīng)該多嘗試多種保育方法,如進(jìn)行原始生境恢復(fù)、人工仿生境打造、利用人工繁殖技術(shù)擴(kuò)大群體量等。