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酒鬼酒生态功能保护区典型样地植物群落特征

2015-12-21张鹤鹑袁志忠黎有有陈功锡

中南林业科技大学学报 2015年4期
关键词:草本酒鬼灌木

张鹤鹑 ,樊 林 ,袁志忠 ,余 斌 ,赵 湖 ,张 成 ,黎有有 ,陈功锡

(1.吉首大学 a.植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室;b生物资源与环境科学学院,湖南 吉首416000;2.酒鬼酒股份有限公司,湖南 吉首 416000)

酒鬼酒生态功能保护区典型样地植物群落特征

张鹤鹑1a,1b,樊 林2,袁志忠1b,余 斌2,赵 湖2,张 成1b,黎有有2,陈功锡1a

(1.吉首大学 a.植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室;b生物资源与环境科学学院,湖南 吉首416000;2.酒鬼酒股份有限公司,湖南 吉首 416000)

从3个分别为400 m2样地的调查资料对酒鬼酒生态功能保护区植物群落特征进行分析,结果表明:(1)保护区植物群落种类组成丰富,各样地乔木共有22种、灌木24种、草本34种,其中1号样地有乔木15种、灌木13种、草本16种。2号样地中共有乔木4种、灌木9种,草本13种。3号样地有乔木10种、灌木11种、草本8种。(2)各样地植物群落结构可分为乔木层、灌木层和草本层,乔木层平均高度为7.81 m,主要包括樟叶槭、板栗和猴樟等。灌木层平均高度为1.43 m,典型的有华南十大功劳、箬竹和紫金牛等。草本层平均高度为0.38 m,主要有麦冬、蝴蝶花和鸭儿芹等。(3)保护区各样地植物群落的Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数变化均较大,Shannon-Wiener指数H大小依次为样地2 > 样地3 > 样地1,Pielou均匀度指数J依次为样地 2 > 样地 3 > 样地 1。

酒鬼酒生态功能保护区;植物群落特征;物种多样性; 湖南吉首

植物是自然生态系统中的生产者,是人类赖以生存的物质基础,其他生物直接或间接地依赖于植物。植物群落是长期历史过程中发展而成的植物复合体,是由集合在一起的植物相互间以及与其他生物种间的作用,并经过长期的外界环境的作用而形成的[1]。植物群落结构特征取决于群落所在地的环境条件特征,种类组成是植物群落最重要最基本的特征之一,是群落结构形成及植物资源开发利用的基础[2]。

保护区是指对有代表性的生态系统、珍稀濒危野生动植物物种的天然集中分布、有特殊意义的自然遗迹等保护对象所在的陆地、陆地水域或海域,依法划出一定面积予以特殊保护和管理的区域。生态功能保护区是指在涵养水源、保持水土、调蓄洪水、防风固沙、维系生物多样性等方面具有重要作用的重要生态功能区内,有选择地划定一定面积予以重点保护和限制开发建设的区域。近年来,有关保护区植物群落特征的研究与保护问题,已逐渐成为生态学的一个热点[3-11],典型的如陈功锡等[12]对湘西北蜡梅群落特征的研究,李晓东[13]等对湖南小溪自然保护区巴东木莲群落结构的研究,聂文[14]等对湖南阳明山国家自然保护区南方红豆杉群落特征的研究,徐亮等[15]对湖南德夯河谷特殊生境典型植物群落特征的研究,等等。虽然目前对不同植物群落已开展大量研究工作,但有关酒类生态功能保护区植物群落特征方面的研究除了贵州茅台酒以外[16-19],尚未见其他报道。

酒鬼酒生态功能保护区位于吉首市区北郊振武营,面积约10.19 km2,由地方政府批准设立。保护区处于“大湘西生态旅游长廊”中心地段,属典型的亚热带湿润季风气候,四季分明,年平均温度16.6 ℃,无极端高温和低温出现。年均降水日164 d,降水量1 375.5 mm。年均日照时数1 312.6 h,无霜期287 d[20]。保护区内呈三面环山(坡)状,空气湿润、风景优美,区内酒鬼工业园区已被国家旅游局列为全国首批工业旅游示范点。作为酒鬼酒生态环境保障以及维系酒鬼酒风味品质的重要支撑,保护区内的植物群落与环境间存在着密切关系,而调查研究则是了解这种关系及其功能不可或缺的重要和基础性环节。因此,调查分析酒鬼酒生态功能保护区内植物群落的种类组成,结构特征,并阐述其与环境之间的相互关系,对于深入了解酒鬼酒生态功能保护区植物群落结构与功能具有十分重要的意义。有鉴于此,本研究拟在前文[21]的基础上,通过对该生态功能保护区内3个典型样地植物群落特征分析,阐明酒鬼酒生态功能保护区内植物群落特征规律并提供相应基本资料,为该保护区植物多样性的进一步深入研究、资源保护以及保护区生态旅游开发提供重要科学依据。

1 研究方法

1.1 样地设置

对酒鬼酒生态功能保护区植物群落的样地调查在2013年11月间进行。在实地踏查的基础上,根据保护区的三面环坡的地貌以及植物多样性特点,在保护区内采用典型样地法共布置3个代表性乔木群落样地,对每个样地进行群落多样性调查,各样地情况详见表1。

表1 酒鬼酒生态功能保护区各样地群落基本概况Table 1 General information of sample communities in Jiugui Spirit Ecological Function Preservation Area

取样面积为:乔木样地为20 m×20 m。在乔木样地内四角设置4个2 m×2 m的灌木样方;在灌木样地内随机设置4个1 m×1 m的草本样方。各层调查的内容为:

(1)乔木层:对乔木进行每木检尺,记录各植物的种名、胸径、树高、物候特征以及生长状况;

(2)灌草层:记录灌木和更新层植物的种名、树高、盖度和株数以及生长状况;

(3)草本层:记录草本植物的种类和盖度。

在调查过程中,详细记录样地的地理位置、海拔高度、经纬度、坡度、坡向等环境数据。

1.2 数据处理

重要值是用来表示种在群落中地位和作用的综合数量指标。酒鬼酒生态功能保护区群落物种多样性统一应用各个物种在该层(乔)中的重要值(V)这一综合指标来表达。考虑到样地居村寨或者公路附近,存在一定的干扰,故树木高度与盖度显得更为重要,因此采用修正后的重要值计算公式:

乔木层:V乔=(相对多度+相对显著度+相对高度+相对盖度)/ 4。

采用Shannon-Wiener指数(H)及Pielou指数(J)[22]比较酒鬼酒生态功能保护区不同样地植物群落的物种丰富度及均匀度。具体计算公式如下:

Shannon-Wiener多样性指数:

式中:N为观察到的总个体数;S为群落中的总种数;Ni为第i种的个体总数。

2 结果与分析

2.1 植物群落的种类组成

2.1.1 乔木层植物种类组成

调查发现,酒鬼酒生态功能保护区1号样地共有乔木15种(占该样地总种数的44.21%),隶属14科15属,总计53株,主要是板粟Castanea mollissima、苦楝Melia azedarach、女贞Ligustrum lucidum和樟叶槭Acer cinnamomifolium等。保护区2号样地中共有乔木4种(占该样地总种数的15.38%),隶属3科3属,总计31株。值得一提的是,2号样地中猴樟Cinnamomum bodinieri最多(24株),此外还有樟Cinnamomum camphora、棕 榈Trachycarpus fortunei和 乌 桕Sapium sebiferum。保护区3号样地中共有乔木10种(占该样地总种数的34.48%),隶属8科10属,总计18株,主要有枫香树Liquidambar formosana、山胡椒Lindera glauca、梧桐Firmiana platanifolia和刺楸Kalopanax septemlobus等。酒鬼酒生态保护区所有样地乔木层植物群落物种组成见表2。

由表2可知,酒鬼酒生态功能保护区各样地乔木植物群落共有22个物种,隶属于18科21属,没有明显的优势现象。相对而言,樟科的植物种类略多,有3个植物种,其次为漆树科,有2植物种,其余科分别仅有1种植物。

2.1.2 灌木层植物种类组成

调查发现酒鬼酒生态功能保护区1号样地共有灌木13个种(占该样地总种数的38.23%),隶属13科13属,总计55株,主要包括朴树Celtis sinensis、 梾 木Swida macrophylla、 箬 竹Indocalamus tessellatus和乌桕等植物,这些灌木中有些是乔木的幼苗。2号样地共有灌木9种(占该样地总种数的34.62%),隶属8科9属,总计56株,主要包括华南十大功劳Mahonia japonica、地枇杷Ficus tikoua、苎麻Boehmeria nivea.和绒毛山胡椒Lindera nacusua.等。3号样地中共有灌木11种(占该样地总种数的37.93%),隶属10科11属,总计169株,除箬竹外,样地中出现的山麻杆Alchornea davidii、紫金牛Ardisia japonica、六月雪Serissa japonica和华南十大功劳等也占很大优势。酒鬼酒生态功能保护区所有样地灌木层植物群落物种组成见表3。

由表3可以看出,酒鬼酒生态功能保护区各样地灌木植物群落共有24个物种,隶属于22科23属。其中种类最多的为大戟科(3种),其次为茜草科、蔷薇科、桑科和樟科,均为2个种,其余科分别仅有1种植物。

表2 酒鬼酒生态功能保护区乔木层植物种类组成Table 2 Tree layer species composition in Jiugui Spirit Ecological Function Preservation Area

2.1.3 草本层植物种类组成

调查发现酒鬼酒生态功能保护区1号样地中共有草本植物16种(占该样地总种数的47.06%),隶属11科14属,共计86株,典型的有三穗苔草Carex tristachya、商陆Phytolacca acinosa、黄花蒿Artemisia annua和一年蓬Erigeron annuus等。2号样地共有草本植物13种(占该样地总种数的50.00%),隶属12科13属,共计960株,典型的有麦冬Ophiopogon japonicus、中日金星蕨Parathelypteris nipponica、鸭儿芹Cryptotaenia japonica和过路黄Lysimachia christinae等,其中麦冬数量相当丰富,共有770株,其次是芒萁Dicranopteris dichotoma, 共 有 117株。3号样地中共有草本植物8种(占该样地总种数的27.59%),隶属7科8属,共有197株,除蝴蝶花Iris japonica以外,样地中出现的筋骨草Ajuga ciliata、千里光Senecio scandens、三脉紫菀Aster ageratoides和油菜Brassica campestris等草本植物也较为丰富。酒鬼酒生态功能保护区所有样地草本层植物群落物种组成见表4。

由表4可知,酒鬼酒生态功能保护区各样地草本植物共有34种,隶属于25科32属。其中,草本植物种最多的是菊科(共8种),位居第二的为唇形科和莎草科,均为2个物种,其余科分别仅有1种植物。

表3 酒鬼酒生态功能保护区灌木层植物种类组成Table 3 Shrub layer species composition in Jiugui Spirit Ecological Function Preservation Area

2.2 群落的结构特征

2.2.1 各垂直层的高度与植株密度

酒鬼酒生态功能保护区植物群落结构在垂直结构上主要分为乔木层、灌木层和草本层,各样地植物群落中各层次平均高度及密度比较分析见表5。

表5 酒鬼酒生态功能保护区植物群落中各层次平均高度及密度比较Table 5 Comparison of average height and density in community various levels in Jiugui Spirit Ecological Function Preservation Area

调查结果显示,样地1乔木层从群落外观上可以分为两层:第一层高8~16 m,主要有樟叶槭、梾木、椤木石楠Photinia davidsoniae、朴树Celtis sinensis和板栗等;第二层高3~7 m,以女贞Ligustrum lucidum、算盘竹Indosasa glabrata、枳椇Hovenia dulcis和黄檀Dalbergia hupeana等为优势。该样地乔木层平均高度为7.81 m,密度为0.13株/m2。灌木层平均高度为1.43 m,密度为13.75株/m2。草本层平均高度为0.38 m,密度为21.50株/m2;样地2乔木层平均高度为9.35 m,密度为0.08株/m2。灌木层平均高度为0.97 m,密度为14.00株/m2。草本层平均高度为0.26 m,密度为240.00株/m2。样地3因受人为干扰较多,该样地乔木层平均高度达16.61 m,是所有样地中最高的,密度为0.05株/m2。灌木层平均高度达16.61 m,密度为42.25株/m2。草本层平均高度为0.31 m,密度为49.25株/m2。保护区样地1以草本层的密度最大,为21.50株/m2。样地2同样以草本层的密度最大,为240.00株/m2,该样地草本植物植株比较矮小,有利于更多的个体植物同时生存。样地3还是以草本层的密度最大,为49.25株/m2,通过比较可以发现保护区样地2草本层密度远远大于样地3和样地1草本层密度,这主要是由于该样地土壤比较肥沃,生境异质性高,阳光较为充足,适合草本植物的定居。

根据表5统计,酒鬼酒生态功能保护区所有样地共有乔木102株,乔木层植物数量最多的为猴樟,共有25株,其次为板栗、乌桕、梾木和女贞等;所有样地共有灌木280株,数量最多的植物为箬竹,共有74株,其次为紫金牛和华南十大功劳,分别有40株和36株;所有样地共有草本植物1 243株,草本层植物数量最多的为麦冬,共有770株,其次为蝴蝶花、芒萁和鸭儿芹,分别有155株、117株和30株。

就各样地具体来看,其数量各有差异。样地1共有乔木53株(占该样地总株数的27.31%),灌木55株(占该样地总株数的28.35%),草本86株(占该样地总株数的44.32%);样地2共有乔木31株(占该样地总株数的2.96%),灌木56株(占该样地总株数的5.35%),草本960株(占该样地总株数的91.69%);样地3共有乔木18株(占该样地总株数的4.69%),灌木169株(占该样地总株数的44.01%),草本197株(占该样地总株数的51.30%)。酒鬼酒生态功能保护区典型群落的结构配置一定程度上决定了保护区群落动态的趋势,也将对该区生态功能产生重要影响。

2.2.2 乔木层物种的重要程度

为进一步了解各样地物种的重要程度,对酒鬼酒生态功能保护区3个典型样地的乔木层物种重要值进行了计算,结果见表6。

由表6可知,酒鬼酒生态功能保护区2号样地(龙泉附近)群落乔木物种的重要值在3.40%~72.34%之间,其中最高的是猴樟(72.34%),其 次 是 乌 桕(18.33%) 和 樟(5.93%)。3号样地(振武营村寨风水林)群落乔木重要值在3.12%~32.39%之间,最高的为刺楸Kalopanax septemlobus(32.39%),其次是枫香树(18.73%)和板栗(13.92%)。1号样地(保护区公路旁边)群落乔木重要值在0.96%~16.69%之间,最高的为樟叶槭(16.69%),其次是梾木(13.73%)和野漆树Toxicodendron sylvestre(10.50%)。反映出酒鬼酒生态功能保护区3个典型样地群落乔木优势种为樟叶槭、猴樟和刺楸,因此我们分别称之为樟叶槭林、猴樟林和刺楸林,它们共同构成了酒鬼酒生态功能保护区主要的森林群落体系。

2.3 群落物种多样性指数

酒鬼酒生态功能保护区各样地乔木、灌木和草本植物的Shannon-Wiener指数及其均匀度见表7。

从表7可以看出,酒鬼酒生态功能保护区各样地植物群落的Shannon-Wiener指数变化较大,保护区样地2(H,7.63)> 样地3(H,4.65)>样地1(H,1.35)。不同层次间的物种多样性在各类型群落中存在较为显著差异,比如样地3群落的物种多样性为:草本层 > 灌木层 > 乔木层,样地2群落的物种多样性为:草本层 > 乔木层 >灌木层,样地1群落的物种多样性为:灌木层 >草本层 > 乔木层。各样地群落的Pielou均匀度指数变化也比较大,样地2(J,4.07)> 样地3(J,2.16)> 样地1(J,0.50)。不同层次间的物种均匀度在各类型群落中也存比较显著差异,样地1群落的均匀度表现为:灌木层 > 草本层 = 乔木层,样地2群落的均匀度表现为:乔木层 > 草本层 >灌木层,样地3群落的均匀度表现为:草本层 >灌木层 > 乔木层。

表6 酒鬼酒生态功能保护区三个样地群落乔木层物种的重要值Table 6 Important values of three samples from tree layer species in Jiugui Spirit Ecological Function Preservation Area

表7 酒鬼酒生态功能保护区各样地乔木、灌木和草本植物的信息指数及其均匀度Table 7 Comparison of tree, bush and herbaceous Information index and Pielou in each of communities in Jiugui Spirit Ecological Function Preservation Area

通过上述群落多样性指数和均匀度指数的比较可以看出,保护区样地2的多样性指数和均匀度均远高于样地1和样地3,主要原因是由于该样地群落中形成了以猴樟和麦冬为主的优势物种,由于猴樟和麦冬的数量多且分布较为均匀从而导致了该样地群落的Shannon-Wiener指数增高。样地1的多样性指数和均匀度指数均远低于样地2和样地3,虽然该样地物种丰富度比较高,但由于单一的用材树种占据了该样地群落中的主导地位,从而导致了其群落多样性指数和均匀度指数较小。

3 结论与讨论

3.1 保护区各样地群落物种组成及结构特征

群落种类组成和结构上的多样性是认识群落组织水平和功能状态的基础[23]。调查显示,酒鬼酒生态功能保护区各样地群落乔木层共有22个物种,隶属于18科21属。群落灌木层共有24个物种,隶属于22科23属。群落草本层共有34个物种,隶属于25科32属。群落物种多样性是生境中物种丰富度及分布均匀性的一个量度,它受生境中生物和非生物多种因素的综合影响[24]。酒鬼酒生态功能保护区属典型的亚热带湿润季风气候,加上地处低海拔谷地,缺乏极端高温和低温,四季分明,因此气候条件不是造成植被类型分化的主要因素。人类干扰可以在一定程度上影响植被分布,它不仅直接影响群落内物种组成和结构,同时也会影响群落的立地环境[25]。遭受干扰后形成的退化群落,其植物密度随干扰增强而增大[26]。保护区2号样地和3号样地受人类活动干扰相对较少,其植株密度也较小,分别为0.08株/m2和0.05株/m2,而受干扰较大的1号样地,其植株密度也相对较大,密度为0.13株/m2。3个样地均以草本层的密度最大,但各有一定的差异:样地1草本层的密度为21.50株/m2,样地2草本层的密度为240.00株/m2,样地3草本层的密度为49.25株/m2。样地2草本层密度远远大于样地3和样地1,主要是由于样地2靠近保护区龙泉,水湿条件相比样地1和样地3较好,同时该样地草本植物植株比较矮小,有利于更多的个体植物同时生存,所以草本植物更为丰富。

重要值是植物群落种的数量指标,也是用来表示某个种在群落种的地位和作用的综合指标[27],该指标是对群落外面特征的反映,是决定群落性质的关键因素。酒鬼酒生态功能护区2号样地乔木群落重要值在3.40%~72.34%之间,重要值最高的是猴樟(72.34%);3号样地乔木群落重要值在3.12%~32.39%之间,重要值最高的为刺楸(32.39%);1号样地乔木群落重要值在0.96%~16.69%之间,重要值最高的为樟叶槭(16.69%),表明酒鬼酒生态功能保护区3个典型样地乔木群落优势种为樟叶槭、猴樟和刺楸。保护区1号样地以地带性常绿树种占优势,层次较为复杂,结构比较稳定;2号样地为次生性半人工群落,物种单调、层次简单,处于快速发展演替阶段;虽然3号样地的层次也比较复杂,但占据优势的是落叶阔叶树,除了与它们所处的石灰岩生境有关以外,也表示它们离稳定的地带性常绿阔叶群落还有一定差距。

3.2 保护区群落物种多样性变化

Connell根据其在热带雨林的工作提出了“中度干扰假说” (intermediate disturbance hypothesis),认为当植物群落受到频繁的或较少的轻度干扰的情况下,其物种多样性最高[28]。研究结果显示,酒鬼酒生态功能保护区各样地植物群落的Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数总体程度较低,与我国中部亚热带常绿落叶林相比还有较大差距[29],且不同群落之间的差异较大。Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数按从大到小排序分别为:样地2(H,7.63)> 样地3(H,4.65)> 样地1(H,1.35),样地2(J,4.07)> 样地 3(J,2.16)> 样地 1(J,0.50)。不同层次间的物种多样性在各类型群落中也存在显著差异,样地1群落的物种多样性为:灌木层 > 草本层 > 乔木层,样地3群落的物种多样性为:草本层 > 灌木层 > 乔木层。保护区不同层次间的物种均匀度在各类型群落中也存比较显著差异,样地1群落的均匀度表现为:灌木层 > 草本层 =乔木层,样地2群落的均匀度表现为:乔木层 >草本层 > 灌木层,样地3群落的均匀度表现为:草本层 > 灌木层 > 乔木层。多样性指数和均匀度指数的这种差异性是保护区群落与环境之间生态关系的综合体现,样地1位于公路旁边,受人为干扰较大,该样地个别树种已遭到砍伐,造成物种单一,由于该样地石头众多,导致部分草本植物根系固土能力差,群落物种多样性大幅度下降。样地3由于乔木层分布较为分散,使得林分变得稀疏,林下光照条件较为充裕,从而丰富了林下植物的生长环境,所以该样地草本植物群落的多样性指数和均匀度指数均比较大。

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Plant community characteristics of typical sample plots of Jiugui Spirit Ecological Function Preservation Area

ZHANG He-chun1a,1b, FAN Lin2, YUAN Zhi-zhong1b, YU Bin2, ZHAO Hu2, ZHANG Cheng1b, LI You-you2, CHEN Gong-xi1a
(1a. Key Lab. of Plant Resources Conservation and Utilization, 1b.College of Hunan Province, Jishou University, Jishou 416000, Hunan,China; 2. College of Biology and Environmental Sciences, Jishou University, Jishou, 416000, Hunan, China; 3. Jiugui Liquor CO. LTD.,Jishou, 416000, Hunan, China)

Based on survey data of three 400 m2sample plots from Jiugui Spirit Ecological Function Preservation Area in Jishao city of Hunan province, the plant community characters of the preservation area were analyzed. The results show that(1)The plant community species composition is rich, there totally were 22 species of arbor, which belong to 18 families and 21 genera, in which there were 15 species of arbors, 13 species of shrubs and 16 species of herbages in sample No,1, 4 species of arbors, 9 species of shrubs and 13 species of herbages in sample NO.2, 10 species of arbors, 11 species of shrubs and 8 species of herbages in sample No.3.(2)Community structure can be divided into arbor layer, shrub layer and herbage layer in preservation area, the average height of arbor layer was 7.81 meters, mainly includingAcer cinnamomifolium,Castanea mollissimaandCinnamomum bodinieri, etc.; the average height of shrub layer was 1.43 meters, the typical shrub species were such asMahonia japonica,Indocalamus tessellatusandArdisia japonica, etc; the average height of herbage layer was 0.38 meters, the main herbage species wereOphiopogon japonicus,Iris japonicaandCryptotaenia japonica,etc..(3)The change ranges of plant community’s Shannon-Wiener index and Pielou evenness index were larger, Shannon-Wiener index(H) ranked from big to small as follows: sample No.2 > sample No.3 > sample No.1, Pielou Uniformity Index (J) ranked from big to small: Sample No.2 > sample No.3 > sample No.1.

Jiugui Spirit Ecological Function Preservation Area; plant community characters; species diversity; Jishou city of Hunan province

S718.54+2

A

1673-923X(2015)04-0089-08

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.04.016

2014-01-15

国家自然科学基金项目(30770157);酒鬼酒股份公司科研委托项目(JGKJ2012)

张鹤鹑,硕士研究生 通讯作者:陈功锡,教授;E-mail:chengongxi 2011@163.com

张鹤鹑,樊 林,袁志忠,等.酒鬼酒生态功能保护区典型样地植物群落特征[J].中南林业科技大学学报,2015,35(4):89-96.

[本文编校:文凤鸣]

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