大石门沟森林公园群落结构与物种多样性特征

郭 阳，张立平，王洪俊，郭 明，张永祥，李绍敏

(1.北华大学林学院，吉林 吉林 132013；2.长春市绿化管理处，吉林 长春 130062；3.长春理工大学光电信息学院，吉林 长春 130012；4.安阳市殷都区绿化管理站，河南 安阳　455000)



大石门沟森林公园群落结构与物种多样性特征

郭 阳1，2，张立平1，王洪俊1，郭 明3，张永祥3，李绍敏4

(1.北华大学林学院，吉林 吉林 132013；2.长春市绿化管理处，吉林 长春 130062；3.长春理工大学光电信息学院，吉林 长春 130012；4.安阳市殷都区绿化管理站，河南 安阳455000)

采用典型样地法，利用物种多样性指数、均匀度指数、生态优势度指数分析大石门沟森林公园群落结构和物种多样性.结果表明：1)乔木和草本种类丰富，但灌木种类较少.调查区域内乔木共28种，灌木26种，草本91种，分属58科107属，各种类主要以阔叶落叶种为主；2)群落水平结构分布规律不明显，但在垂直结构上呈现出一定的规律性，可分为乔木层、草本层、灌木层.乔木层和草本层结构相对复杂稳定，灌木层结构单一；3)各群落乔木层优势种明显，群落Ⅰ、群落Ⅱ、群落Ⅲ都由3～4个优势种组成，群落Ⅳ乔木层只有1种优势种，如果不进行人工干预，短时间不会改变这种状况；4)群落间的物种多样性指数差异不显著，但各群落的灌木层多样性指数远小于乔木层和草本层，即草本层>乔木层>灌木层，物种多样性与物种丰富度和分布均匀度呈正相关.整体来看，大石门沟森林公园物种多样性指数整体趋势为群落Ⅱ>群落Ⅲ>群落Ⅰ>群落Ⅳ.

大石门沟森林公园；群落结构；物种多样性

【引用格式】郭阳，张立平，王洪俊，等.大石门沟森林公园群落结构与物种多样性特征[J].北华大学学报(自然科学版)，2016，17(5)：595-600.

森林群落结构是群落中各种植物之间、植物与环境之间相互作用的外在表现，同时也是群落其他特征的基础[1].由于环境条件的差异和植物种类适应性的不同，在一定地段的自然条件下，总是由一定的植物种群结合在一起，成为一个有规律的组合[2].合理的结构不但是群落稳定、高效、健康发展的前提，也是森林充分发挥其美学价值和游憩功能的基础[3]；物种多样性能够体现出群落的结构类型、组织水平、发展阶段、稳定程度和生境差异[4].因此，本次研究以大石门沟森林公园内的天然次生林为对象，通过分析森林群落结构和物种多样性，掌握林分的结构和演替状况，为森林公园内森林的抚育管理提供科学依据，以维持林分健康稳定地演替发展，同时提高林分的美学价值，增强林分的游憩功能.

1 研究区概况

大石门沟森林公园位于吉林市丰满区林业局江南林场施业区域，属北温带大陆性季风气候，四季分明，春季温暖宜人，夏季风清气爽，秋季天高云淡，冬季冰雪迷人.地理坐标为E 126°21′38"～126°56′22″，N 43°26′34″～43°51′42″.占地面积500 hm2，东西宽3.16 km，南北长15.8 km.区域内土壤主要有灰棕壤、白浆土、冲积土、水稻土4类，灰棕壤为区内主要土壤.区域内年平均气温4.3 ℃，年极端最高气温36.6 ℃，年极端最低气温-45 ℃.年平均日照时间2 454 h，年平均降水量705.33 mm，无霜期134 d，最大冻土深1.7 m.

2 研究方法

2.1 样地调查

调查方法采用样方法，样地选取采用典型取样法[5].按林分类型不同，分别在4种不同群落类型中设置100 m×100 m样地，再将样地分为25块20 m×20 m小样地[6].对乔木层树种(胸径大于5 cm)进行每木检尺，记录乔木的名称、胸径、冠幅、枝下高等.小样地内设置2 m×2 m样方，进行灌木层调查，再设置1 m×1 m样方，进行草本调查，记录灌木和草本的名称、平均高度、盖度、总盖度等[8-9].

2.2 指 标

利用Excel及R软件进行数据统计与计算，指标[3，7-8]见下.

1)重要值：表示种在群落中地位和作用的综合数量指标.重要值IV乔=[(相对密度+相对显著度+相对频度)/300]×100%； 重要值IV灌草=[(相对密度+相对盖度+相对频度)/300]×100%.

2)物种多样性指数：反映群落结构和功能复杂性以及组织水平，能比较系统和清晰地表现各群落的一些生态习性[3].Pielou均匀度指数(J)，用以反映物种的均匀程度；物种多样性Simpson指数计测生态优势度，用Shannon-Wienner指数计测不同群落的物种多样性(H)[5，9-10].

丰富度(Patrick指数)：S，出现在样方的物种数量；

式中：N为取样中所有种类的重要值总和；Pi为第i种的相对重要值.

3 结果及分析

3.1 森林植物群落组成及主要特征

通过样地实地调查发现，大石门沟森林公园的森林植被在水平分布上规律不显著，这是由地势、水分和温度等条件造成的，但是森林植被在垂直分布上呈现出一定的规律性.森林公园森林群落结构一般分为3层，即乔木层、灌木层、草本层[11].乔木层主要有松科、胡桃科、榆科、木犀科、壳斗科、槭树科、桦木科等的28个种；灌木层主要是忍冬科、卫矛科、蔷薇科、桦木科等的26个种；草本层主要是鳞毛蕨科、唇形科、伞形科、莎草科、菊科等的91个种.

大石门沟森林公园群落可分为4个主要类型：

1)群落Ⅰ(短叶松+金银忍冬+粗茎鳞毛蕨群落).该群落外部形态茂盛葱绿.乔木层主要以短叶松(Pinusstrobus)、胡桃楸(Juglansmandshurica)、春榆(Ulmuspropinqua)等为主，其他乔木树种有朝鲜柳(Salixkoreensis)、山楂(Crataeguspinnatifida)、暴马丁香(Syringareticulate)、红松(Pinuskoraiensis)、黄檗(Phellodendronamurense)等，林冠郁闭度为0.6；灌木层种类较少，有金银忍冬(Loniceramaackii)、卫矛(Euonymusalatus)、珍珠梅(Sorbariasorbifolia)、茶条槭(Acerginnaka)等；草本层植物种类丰富，有粗茎鳞毛蕨(Dryopteriscrassirhizoma)、大叶芹(Spuriopimpinellabrachycarpa)、和尚菜(Adenocaulonhimalaicum)、尖嘴薹草(Carexleiorhyncha)、美汉草(Meehaniaurticifolia)、两型豆(Amphicarpaeatrisperma)、透茎冷水花(Pileamongolica)等.

2)群落Ⅱ(胡桃楸+东北山梅花+羊胡子薹草群落).该群落外部形态夏季浓绿，秋季金黄.乔木层以胡桃楸、花曲柳(Fraxinusrhynchophlla)、蒙古栎(Quercusmongolica)、色木槭(Acermono)为主，其他树种有红松、紫椴(Tiliaamuesis)、白桦(Betulaplatyphylla)、春榆等，林冠郁闭度为0.7；灌木层有东北山梅花(Philadelphusschrenkii)、毛榛(Corylusmandshurica)、卫矛、金银忍冬、鸡树条荚蒾(Viburnumsargentii)等；草本层有羊胡子薹草(Carexcallitrichos)、粗茎鳞毛蕨、莫石竹(Moehringialateriflora)、美汉草、尖嘴薹草等.

3)群落Ⅲ(色木槭+珍珠梅+美汉草群落).群落外部形态夏季浓绿，秋季金黄.乔木层以色木槭、春榆、花曲柳、胡桃楸为主，其他树种有暴马丁香、水榆花楸(Sorbusalnifolia)、蒙古栎等，林冠郁闭度0.5；灌木层种类少，结构简单，有珍珠梅、毛榛、金银忍冬、东北山梅花等；草本层种类丰富，有美汉草、羊胡子薹草、粗茎鳞毛蕨、蚊子草(Filipendulapalmata)、荨麻(Urticaangustifolia)、林茜草(Rubiacordifolia)、木贼(Equisetumhyemale)等.

4)群落Ⅳ(花曲柳+毛榛+羊胡子薹草群落).群落外部形态夏季绿色，秋季黄色.乔木层以花曲柳为主，其他乔木种类有蒙古栎、白桦、色木槭、春榆、水榆花楸等，林冠郁闭度0.6；灌木层植物种类丰富，有毛榛、卫矛、东北山梅花等；草本层有羊胡子薹草、粗茎鳞毛蕨、美汉草、柔薹草(Carexbostrichostigma)、峨参(Anthriscusaemula)、类叶升麻(Actaeaspicata)等.

3.2 群落结构重要值分析

不同植物群落组成结构之间的差异可以从组成群落的植物种类及种的重要值表现出来[13].由表1可知：各群落乔木层均由2～4种优势种组成.其中，群落Ⅰ优势树种为短叶松(27.47)、胡桃楸(25.13)和春榆(18.12)，其重要值之和为70.72.各优势种平均胸径无明显差异，它们在整个群落中具有明显的控制作用；群落Ⅱ中，重要值较大的树种为胡桃楸(21.82)、花曲柳(17.09)、蒙古栎(14.66)和色木槭(9.18)，其重要值之和为62.75，为优势种；群落Ⅲ中的优势树种为色木槭(27.32)、春榆(18.02)、花曲柳(13.66)和胡桃楸(12.41)，重要值之和为71.41，且各优势种的平均胸径无明显差异；群落Ⅳ中，重要值较大的树种为花曲柳(38.7)和蒙古栎(12.25)，其和为50.95.实地调查发现，花曲柳在该群落中分布广泛，作用明显，为主要优势树种.

群落Ⅰ、群落Ⅱ和群落Ⅲ优势种的重要值和平均胸径差异不大，种间竞争较激烈，各树种在群落中都占有一定优势，在短时间内都不会被淘汰，但是也都很难再扩大这种优势，这种群落结构相对稳定，群落发展良好；群落Ⅳ中的乔木层结构简单，优势种主要由花曲柳1种组成，并伴生少量蒙古栎.由于优势种在群落中起控制性作用，会阻碍其他树种生长，短期内其他树种不会取代现有优势树种，如果不进行人工干预，这种群落结构短期内不会改变.

表1 各群落乔木层主要树种重要值

由表2可知：群落结构中各灌木层结构简单，物种种类较少.群落Ⅰ中，金银忍冬(54.85)和卫矛(24.62)的重要值之和高达79.47，结合实地调查发现，整个群落中的灌木层几乎被金银忍冬所主导；群落Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ灌木层中东北山梅花+毛榛(55.17)、珍珠梅+毛榛(60.91)、毛榛+卫矛(53.06)重要值之和在各自群落中所占比例都超过50%，严重干扰了其他种类生长，如果不进行人工干预，灌木层群落结构状况将持续恶化；群落Ⅱ和群落Ⅳ灌木层植株平均高度较低，这是由于群落Ⅱ和群落Ⅳ林冠郁闭度较好，导致林内光照不充足，影响了灌木生长.

表2 各群落灌木层主要树种重要值

由表3可知：草本层群落结构较复杂，物种丰富，各个群落草本层都有3～4种优势种，且各优势种在各自群落中所占比例相对均衡，优势种间竞争激烈，群落结构稳定.粗茎鳞毛蕨和薹草类植物在4个种群中均占有重要比例，也在4种群落中起主导作用.草本层群落结构如不被人为破坏，将长期处于稳定状态.

表3 各群落草本层主要物种重要值

3.3 大石门沟森林公园的物种多样性

物种多样性指数、生态优势度和群落均匀度是反映群落组成结构特征的定量指标，一般来说物种多样性与物种丰富度、均匀度呈正相关[14-15].本文对大石门沟森林公园4个不同类型森林群落乔木层、灌木层和草本层的丰富度、多样性、均匀度进行了比较，结果见表4.

表4 大石门沟森林公园不同群落物种多样性

由表4可知：4种群落类型的物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数、Simpson指数均为草本层>乔木层>灌木层，这是由于群落整体郁闭度相对较低，且林地内有多块样地为无林地，林内光照充足，有利于草本生长.由于灌木层优势种相对较少，各个种比例不均衡，且灌木层有人为破坏，因此，灌木层多样性指数最低.

各群落乔木层Shannon-Wiener指数为2.00～2.15，差异不显著，主要是由于各个群落海拔梯度差异不大，导致乔木层的物种丰富度指数(19～21)差异不明显，但群落Ⅱ相对其他群落较高，这是由于群落Ⅱ的物种丰富度和分布均匀度较高.各乔木层的多样性指数为群落Ⅱ>群落Ⅲ>群落Ⅰ>群落Ⅳ；各群落灌木层的Shannon-Wiener指数为1.52～2.09，群落Ⅰ、群落Ⅲ与群落Ⅱ、群落Ⅳ的差异较大，这主要是受到物种丰富度的影响，也可能是受到人为破坏.各灌木层多样性指数为群落Ⅱ>群落Ⅳ>群落Ⅰ>群落Ⅲ；在各群落草本层中的Shannon-Wiener指数为2.63～3.07，群落Ⅳ小于群落Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，主要原因一方面是群落Ⅳ的物种丰富度低，另一方面是受到分布均匀度的影响.草本层的多样性指数为群落Ⅲ>群落Ⅰ>群落Ⅱ>群落Ⅳ.

总体来看，群落Ⅱ在乔木层和灌木层的物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数、Simpson指数均最高，这是由于该群落物种丰富，植株胸径和密度较大，群落结构较复杂，林下有许多藤本植物攀缘生长；但是该群落草本层多样性指数相对较低，是由于该群落相对其他群落郁闭度较好.群落Ⅳ乔木层和草本层的物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数、Simpson指数均最低，是由于群落Ⅳ乔木层只由优势种组成，优势种在群落中所占比例大，植株数量较小，林分密度小，且草本层物种丰富度最低.通过分析可知：大石门沟森林公园物种多样性指数整体趋势为群落Ⅱ>群落Ⅲ>群落Ⅰ>群落Ⅳ.

4 结 论

1)大石门沟森林公园乔木和草本种类丰富，但灌木种类较少.科属种统计表明：各层种类主要以阔叶落叶种为主，应通过林分改造，增加灌木种类，也要通过人工抚育平衡针叶树种和阔叶树种之间的比例.

2)大石门沟森林公园水平分布规律不明显，但在垂直结构上呈现出一定的规律性，可分为乔木层、草本层、灌木层.各个群落乔木层优势种明显，群落Ⅰ、群落Ⅱ、群落Ⅲ都由2～4种优势种组成，乔木层种间竞争激烈，结构相对稳定；群落Ⅳ乔木层只有1种优势种，如果不进行人工干预，短时间内不会改变这种现状.灌木层中物种种类较少，很大原因是人为破坏所致，所以应加强园区保护，也应加强灌木抚育；草本层物种种类丰富，结构稳定.

3)各群落间的物种丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数、Simpson指数差异不显著，这主要是由于各群落的乔木层、灌木层、草本层的物种丰富度差别不是很大.但各群落的灌木层指数远小于乔木层和草本层，草本层>乔木层>灌木层，物种多样性与物种丰富度和分布均匀度呈正相关，物种多样性指数整体趋势为群落Ⅱ>群落Ⅲ>群落Ⅰ>群落Ⅳ.

[1] 茹文明，张金屯，张峰，等.历山森林群落物种多样性与群落结构研究[J].应用生态学报，2006，17(4)：561-566.

[2] 黄忠良，孔国辉，何道泉.鼎湖山植物群落多样性的研究[J].生态学报，2000，20(2)：193-198.

[3] 徐少亭，吴云霄，李志强，等.延安市公园树种结构分析[J].安徽农业科学，2009，37(7)：2958-2960，2967.

[4] 李凤英，纪桂琴，石福臣.凉水国家级自然保护区森林群落结构及物种多样性分析[J].南开大学学报(自然科学版)，2009，42(3)：38-45.

[5] 解文杰，张彦广，史田田.安国市城区绿化植物的群落结构与多样性分析[J].河北林果研究，2013，28(3)：323-327.

[6] 郭峰，陈丽华，汲文宪，等.北沟林场天然次生林植物群落结构及物种多样性研究[J].水土保持通报，2013，33(2)：124-129，134.

[7] 曾绮微，陈桂珠，黄超弘.香港郊野公园森林群落结构和物种多样性[J].中国城市林业，2008，6(3)：20-23.

[8] 王健敏，刘娟，陈晓鸣，等.云南松天然林及人工林群落结构和物种多样性比较[J].林业科学研究，2010，23(4)：515-522.[9] 王刚，周本智，李正才，等.幕阜山森林群落结构与物种多样性研究[J].生态科学，2010，29(4)：332-338.

[10] 徐高福，洪利兴，柏明娥，等.杭州城市住宅区绿化植物的群落结构与多样性分析[J].林业调查规划，2008，33(2)：5-10.[11] 邓送求，关庆伟，闫家锋，等.南京无想寺国家森林公园群落结构特征及林分结构调整[J].中国城市林业，2009，7(1)：50-53.

[12] 陈伟.光皮桦天然林群落结构及物种多样性分析[J].植物资源与环境学报，2006，15(4)：57-61.

[13] 岳永杰，余新晓，牛丽丽，等.北京雾灵山植物群落结构及物种多样性特征[J].北京林业大学学报，2008，30(Supp.2)：165-170.

[14] 何友均，崔国发，邹大林，等.三江源自然保护区主要森林群落物种多样性研究[J].林业科学研究，2007，20(2)：241-245.

[15] 傅德平，吕光辉，杨建军.克拉玛依植物群落结构和物种多样性研究[J].干旱区资源与环境，2008，22(6)：152-155.

【责任编辑：郭 伟】

Structure Characteristics of Plant Communities and Species Diversity in Dashimengou Forest Park

Guo Yang1，2，Zhang Liping1，Wang Hongjun1，Guo Ming3，Zhang Yongxiang3，Li Shaomin4

(1.Forestry College of Beihua University，Jilin 132013，China ；2.LandscapingManagementOfficeofChangchun，Changchun130062，China；3.CollegeofOpticalandElectronicalInformation，ChangchunUniversityofScienceandTechnology，Changchun130012，China；4.YinduUrbanGreeningAdministrationStationofAnyangCity,Anyang455000,China)

The community structure and species diversity in Dashimengou Forest Park were analyzed by using the method of typical sample area，the species diversity index，evenness index and ecological dominance index.The results are as follows：1) The trees and herbaceous species are rich，but shrub species are few，there are 28 kinds of trees in the survey area and 26 species of shrubs and 91 species of herbs，they belong to 58 families 107 genera.2)The community structure in horizontal distribution is not obvious，but the vertical structure presents a certain regularity，they can be divided into tree layer，herb layer and shrub layer.The tree layer and herb layer structure are relatively complex，shrub layer structure is simple.3)Each community tree layer is of obvious advantages，community Ⅰ，community Ⅱ，community Ⅲ consist of 3～4 dominant species，community Ⅳ tree layer is only one dominant species，we can not change it in a short time without human intervention.4) The community species diversity index between the difference was not significant，but each community diversity index of the shrub layer is far less than tree layer and herb layer，herb layer > tree layer > shrub layer.Species richness and species diversity and distribution uniformity were positively correlated.Overall，species diversity index of the overall trend is community Ⅱ> community Ⅲ> community Ⅰ> community Ⅳ.

Dashimengou Forest Park；community structure；species diversity

1009-4822(2016)05-0595-06

10.11713/j.issn.1009-4822.2016.05.008

2016-03-10

吉林省科技发展计划项目(2013206058NY)；国家林业公益性行业科研专项项目(2011140051).

郭 阳 (1989-)，男，硕士，主要从事园林植物应用研究，E-mail：784703169@qq.com；通信作者：王洪俊(1969-)，男，博士，副教授，主要从事园林植物应用与生态效益研究，E-mail：jllxywhj@163.com.

S731.2

A