望天鹅风景区钻天柳群落物种组成及多样性研究

李成宏，高 纯，王梅芳，周 波，周梅妹，孙 华，苑景淇，兰雪涵，杜凤国,3*

(1.北华大学 林学院，吉林 吉林132013； 2. 长白县林业局，吉林 白山 134400；3. 长白山特色森林资源保育与高效利用国家林业局重点实验室，吉林 吉林 132013)

钻天柳(Choseniaarbutifolia(Pall.) A.Skv.)又名朝鲜柳、顺河柳、红毛柳、红梢柳、化妆柳，为杨柳科(Salicaceae)、钻天柳属(ChoseniaNakai)的高大落叶乔木，树干通直，材质轻软，适合造纸、生产箱板等。主要分布于大小兴安岭、辽东山区和长白山林区海拔较高的河流两岸，在俄罗斯远东地区、朝鲜和日本亦有分布，是优良的护岸先锋树种，国家二级重点野生保护植物，吉林省一级保护植物，渐危种[1-2]。近年来，人类过度砍伐利用和生态环境变化，已使天然分布的钻天柳种群濒临灭绝。目前，关于钻天柳的研究主要集中在种群空间分布及竞争[2]、林木生长规律[3]、繁育与栽培技术[4-9]等方面，而对群落物种组成及多样性等方面的量化研究未见报道。基于此，本研究对长白朝鲜族自治县望天鹅风景区内天然分布的钻天柳群落进行了生态调查，并对群落物种组成及多样性进行了分析，以期为珍稀濒危物种的科学保育提供理论依据。

1 研究地自然概况

研究地位于吉林省白山市长白朝鲜族自治县十五道沟望天鹅风景区，钻天柳群落的地理位置为41°40′43″ N，127°54′33″ E。望天鹅风景区地处中纬度，地势偏高，属于温带大陆性季风气候，冬寒夏暖、四季分明，年平均气温3.1～3.7℃，年降水量600～700 mm，无霜期115～125 d[10]。钻天柳主要生长在河流两岸及山谷中，沿河流与春榆(Ulmusdavidianavar.japonica(Rehd.) Nakai)、红皮云杉(PiceakoraiensisNakai)和臭冷杉(Abiesnephrolepis(Trautv.) Maxim.)等形成带状分布的针阔混交林，或零星分布生长。同时该风景区内还分布生长着朝鲜崖柏(ThujakoraiensisNakai)、东北红豆杉(TaxuscuspidataSieb.et Zucc.)和刺参(OplopanaxelatusNakai)等珍稀濒危保护植物。

2 研究方法

2.1 野外调查方法

2019年8月对生长在河流两岸的钻天柳群落进行野外实地调查。样地设置采用典型取样法，在钻天柳分布较为集中的区域连续布设3块20 m×25 m样地，面积共计1500 m2。调查时在样地中每隔5 m拉线，将样地划分为20个整齐标准的25 m2小样方，共计60个。对样方内高度0.2 m以上的木本植物进行调查测量，主要包括植物种类、高度、胸径(胸径1 cm以下的木本植物测量其地径)、枝下高和冠幅，同时对其在样地内的相对位置坐标进行标注。草本植物的调查采用机械布点法布设6个1 m×1 m的样方，调查样方内植物种类、高度、数量和盖度等。

2.2 数据统计分析

2.2.1 植物种在群落中地位分析

重要值是用来表示某个物种在群落中的地位和作用的综合评价指标，计算公式为：重要值=(相对频度+相对多度+相对优势度)/3×100%。其中，相对频度是某一物种出现的样方数占总样方数的比值；相对多度是某一物种个体数量总和与所有物种个体数量总和的比值；木本植物的相对优势度为某物种所有个体胸高断面积之和与所有物种个体胸高断面积总和的比值；草本植物的相对优势度为某物种的盖度与所有物种盖度总和的比值[11]。

2.2.2 物种多样性分析

运用WPS 2019软件分别对钻天柳群落乔木层、灌木层和草本层的物种多样性进行计算，其中乔木层为高度3 m以上的木本植物，灌木层为高度0.2-3 m之间的木本植物。具体指标的选择与计算公式如下[12]：

(1)Margalef丰富度指数DM=(S-1)/lnN；

(2)Shannon-Wiener多样性指数H′=-∑PilnP；

(3)Pielou均匀度指数E=H′/lnS；

(4)Simpson优势度指数DS=1-∑Pi2.

上述公式中S为物种丰富度；N为个体数；Pi为每个物种所占的比例。

3 结果与分析

3.1 钻天柳群落物种组成

种类组成是植物群落最基本的特征之一，是群落组成的基础[13]。通过野外调查可知，钻天柳群落共有维管束植物28科44属50种。其中有蕨类植物1科1属2种；裸子植物1科2属2种；被子植物26科41属46种。

从科、属所含物种数的统计分析可知(表1)，望天鹅风景区钻天柳群落中物种数超过2种的优势科有6个，占总科数的21.43%；含单种的科共有16个，占总科数的57.14%。物种数多于1种的属有5个，占总属数的11.36%；含单种的属共有39个，占总属数的88.64%。

3.2 钻天柳群落物种重要值

通过统计分析可知，乔木层共有植物6种，占总物种数的12%，其中钻天柳为建群种，重要值为47.20%(见表2)。灌木层共有植物4种，占总物种数的8%，其中主要的优势种为臭冷杉和红皮云杉，重要值分别为50.98%和23.49%(见表3)。草本层物种较为丰富，共有植物42种，占总物种数的84%(见表4)。钻天柳群落草本层物种较为丰富，乔木层和灌木层物种较稀少，群落物种组成总体较为单一。

表2 钻天柳群落乔木层植物重要值

表3 钻天柳群落灌木层植物重要值

表4 钻天柳群落草本层植物重要值

续表4 钻天柳群落草本层植物重要值

3.3 钻天柳群落物种多样性

物种多样性是生物多样性的重要组成部分[14]。通过统计分析可知(见表5)，钻天柳群落中各层次物种Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数均表现为草本层>乔木层>灌木层；Pielou均匀度指数为乔木层>灌木层>草本层；Simpson优势度指数为乔木层>草本层>灌木层。表明钻天柳群落中草本层植物种类最多，较为丰富多样，生长较为聚集；乔木层植物种类次之，灌木层植物种类最为稀少；乔木层植物分布更加均匀；群落物种组成总体较为单一。

表5 钻天柳群落乔木、灌木和草本层物种多样性

4 结论与讨论

通过野外生态调查，钻天柳群落共有维管束植物28科44属50种。其中有蕨类植物1科1属2种，裸子植物1科2属2种，被子植物26科41属46种。钻天柳在乔木层中占据优势地位，是群落的建群种；灌木层中臭冷杉和红皮云杉幼树数量较多，分布较广，属于优势种；草本层优势种是透茎冷水花，其次为东北羊角芹、荨麻叶龙头草、鹅肠菜和短柄野芝麻，其它草本植物数量和分布均较少。草本植物样方调查中仅有1株钻天柳幼苗，灌木层未有钻天柳幼树，表明此群落中钻天柳更新困难，属于衰退型种群。

钻天柳群落中乔木层树种共有6种，灌木层4种，草本层42种。Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数均表现为草本层>乔木层>灌木层；Pielou均匀度指数为乔木层>灌木层>草本层；Simpson优势度指数为乔木层>草本层>灌木层。表明钻天柳群落中草本层植物种类最多，乔木层次之，灌木层最为稀少；但乔木层植物分布更加均匀，草本层较为聚集。群落中没有层间植物，物种组成总体较为单一，抵抗外来干扰能力弱，群落稳定性较差。建议在钻天柳集中分布地建立“濒危植物钻天柳原地保护示范区”，严禁乱砍滥伐，减少人为干扰，同时进一步开展钻天柳濒危机制及保育对策的研究。