庞泉沟国家级自然保护区八道沟植物群落结构分析

刘旭中，董锋霞，张先平，毛 斌，李秋玲

(太原学院，山西 太原 030012)

植物群落是生活在一定区域内的所有植物，经过长期生长发育形成的植物复合体，是植物个体之间、种群之间相互竞争、作用，最终形成的适应其生存环境的生态系统。海拔的变化是决定山地生境差异的主导因素，会引起温度、湿度、光照、风速、降水、土壤等多个生态因子发生相应改变，从而引起植物群落分布的垂直分布变化。大量研究表明植物群落结构随海拔梯度变化存在着较大的差异。为分析八道沟植物群落结构组成的特点和及其随海拔梯度的变化规律，笔者以庞泉沟八道沟森林群落为研究对象进行植物群落调查，以期为庞泉沟保护区的资源保护和建设工作提供参考。

1 研究地概况

庞泉沟国家级自然保护区位于山西省吕梁山中段交城和方山两县交界处，地理位置 111°25′35.46″ ～ 111°28′7.45″ E， 37°50′44.1″ ～ 37°50′52.81″ N. 山脉东西走向，长约 11 km. 气候属暖温带大陆性季风气候区的山地气候，年均温 4.3 ℃，全年无霜期 100 d ～ 125 d，年均降水量 800 mm 左右。该保护区域土壤的垂直分布带比较显明，植物群落分布区内自上而下土壤类型依次为山地草甸土、山地棕壤、山地淋溶褐土、山地褐土和黄绵土。

2 研究方法

野外调查时间为2019年7月至8月。从八道沟沟口海拔 1 800 m 开始，每上升 100 m 设置 1 块面积为 20 m × 20 m 的样地，共设置 7 块(其中，在海拔 2 300 m 处的阴坡和阳坡各设 1 块样地)。每个样地取 5 个1 m × 1 m 的草本层样方，5 个1 m × 1 m 的灌木层样方，4 个10 m × 10 m 的乔木层样方，每个样地总面积 400 m2. 7 个样地共包括 35 个草本样方、35 个灌木样方和 28 个乔木样方。调查记录内容：乔木层的树种、胸径、 乔木高度、活枝下高、冠幅和健康状况；灌木层的物种、基径、平均高度、株数、平均盖度；草本层的物种、盖度、平均高度、多度；群落综合特征和环境特征包括乔木、灌木、草本层的总盖度、海拔、坡度、坡向、优势种、枯落物厚度。

计算每个样方中的乔木、灌木和草本植物的丰富度，公式如下：

R=S.

式中：R——样方的丰富度；

S——样方中的物种数。

数据用 Excel 软件进行处理、统计分析用 Sigmspot(version 4.0)，Sigmastat(version2.03)和自编软件进行。按各树种胸径大小进行划分：幼苗(更新层)，树高 < 1.3 m，无胸径；幼树(演替层)，胸径 < 8 cm；大树(主林层)，胸径 ≥ 8 cm.

3 结果与分析

3.1 不同海拔植物群落总体结构特征

植物群落最重要的特征之一是物种的组成。八道沟 7 个样地的植物群落综合结构特征和环境特征见表1.

由表1可知，植物群落的郁闭度、盖度和优势种都随海拔梯度发生相应的改变。从植物群落来看，在海拔 1 780 m ～ 1 800 m 的山地主要分布着华北落叶松及草本层群落，该地段海拔低，受人为干扰较大。乔木层以华北落叶松为主，没有灌木层，草本层盖度相对较低，以披针苔草为主，该群落枯落物分解较慢，死地被物层相对较厚，达 4 cm. 在海拔 1 900 m 的山地主要分布着以华北落叶松、辽东栎为优势种的混交林，如，样地II. 在海拔 2 000 m ～ 2 200 m 植物群落中，乔木层以红桦、青杄、云杉为优势种，灌木层以金银忍冬、蒙古荚蒾、茶藨子为优势种，草本层以披针叶苔草和高乌头为优势种。该海拔梯度植物群落枯落物分解较快，死地被物层相对较薄，为 1 m ～ 3 m，如，样地 Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ. 在 2 280 m ～ 2 310 m的山地，乔木种类单一，为华北落叶松；灌木层优势种为刺果茶藨子；草本层盖度相对较高，以披针苔草为主。该群落枯落物分解较慢，死地被物层相对较厚，达 5 cm ～ 6 cm，如，样地 Ⅵ，Ⅶ. 该地段郁闭度变化不明显，在海拔较高、地势相对平坦处明显降低。

表1 八道沟植物群落的特征及其环境特征

3.2 不同海拔植物群落的树种组成

不同海拔梯度八道沟植物群落主林层的基本特征见第7页表 2.

由表 2 可知，植物群落主林层的胸高断面积、平均胸径、最大胸径等均随海拔梯度的上升有明显的变化趋势。胸径 ≥ 8 cm 的立木株数在 1 793 m～ 2 192 m 随海拔梯度上升没有较大变化，但在 2 280 m～2 310 m 明显增多。胸径 ≥ 20 cm 的立木株数，在 1 793 m ～ 2 310 m 随海拔梯度的上升数量明显增多。大多数样地植物群落属于成熟林，且乔木胸径平均在 20 cm 以上，立木密度较大。植物群落主林层胸径 ≥ 8 cm 的立木株数的密度与胸高断面积呈正相关，植物群落的胸高断面积及平均胸径最大值出现于海拔 2 192 m.

表2 各样地主林层基本特征

3.3 不同海拔植物群落物种丰富度

各样地群落的物种丰富度见表 3.

表3 各样地群落的物种丰富度

从表 3 可看出，海拔 1 793 m，2 192 m，2 280 m，2 310 m 的样地，乔木层的丰富度指数均为 1，以针叶树为主，样地Ⅰ，Ⅵ，Ⅶ 中全部为华北落叶松，样地 Ⅴ 中全部为云杉。海拔 1 914 m，2 022 m，2 103 m 的样地，乔木层丰富度指数均较大，以针阔叶树混交为主；在 Ⅱ 号样地中乔木层有红桦、辽东栎、花楸、华北落叶松、皂柳、油松，在 Ⅲ 号样地中乔木层有红桦、白桦、油松、云杉、花楸、青杄，在 Ⅳ 号样地中乔木层有青杄、白桦、花楸、红桦、华北落叶松。多数阔叶树的株数和频度随海拔升高而降低，且演替层和更新层物种组成较简单；针叶树的株数和多度随海拔升高而增加，表明植物群落里树种有良好的更新，最终表现出多种群落共存的群落特点。随着海拔梯度的升高，灌木组成逐步单一化，进入主林层的树种越来越少。在海拔 2 192 m ～ 2 310 m 的样地中，主林层都以针叶树为主，更新层和演替层的树种组成基本和主林层相同。说明树种更新良好，基本为单优势种群落。草本层的丰富度指数没有随着海拔梯度的升高呈现出明显的变化，如，披针叶苔草 + 东方草莓 + 首阳变豆菜等草本植物在不同海拔都有出现。

4 结论

海拔梯度空间的变化导致生境因子的变化，故形成植物群落的组成结构也不相同。随海拔梯度的上升，样地里乔木层和灌木层的组成从质到量都发生了改变。不同海拔植物群落的树种组成变化规律为主林层胸高断面积、平均胸径、最大胸径等随海拔梯度的上升明显增大。植物群落中的乔木和灌木丰富度随着海拔梯度的升高均呈现逐步减少、单一化的趋势，而草本层的丰富度指数随着海拔梯度的升高变化趋势不明显。八道沟植物群落受人为因素干扰较小，主要受自然演替和自然更新的影响，所以其种类呈现出由多样性到单一性的明显变化趋势。