朝阳地区不同植被退化阶段划分及植物群落特征研究

林 阳

（辽宁省旱地农林研究所，辽宁 朝阳 122000）

以往的植被恢复措施在一定程度上存在“强调用材，忽视防护，重视乔木，忽视灌木，重视速生，忽视适生，重视外来树种，忽视乡土树种”的问题[1]，这与“尊重自然、师法自然”的现代生态修复理念相悖。为了切实贯彻习近平生态文明思想，力求在生态修复的过程中保持自然生态系统的完整性、原真性，急需对生态脆弱区现有的自然植被群落进行全面、系统的调查，并以此为依据，科学确定区域退化植被恢复的参照群落，进一步提出高质量的退化植被恢复措施。孔繁轼[2]对辽西地区主要植被类型及演替趋势进行了探讨，付英梅、魏金杰等专家学者对辽西地区主要植被类型，即紫椴Tilia murensis、山杨Populus davidiana、绣线菊Spiraea trilobata、侧柏Platycladus orientalis、小叶白蜡Fraxinus bungeana群落等的天然分布、群落特征、演替趋势等进行了研究[3-7]，但目前对朝阳地区不同植被退化阶段植物群落特征的研究较少。本文对朝阳县、建平县、喀左县、凌源市、北票市不同植被退化阶段的植物群落特征进行了调查研究，并划分出了不同的植被退化阶段，旨在为朝阳地区乃至整个辽西地区退化植被恢复及生态工程建设提供参考依据。

1 研究区概况

朝阳地区位于辽宁省西部，地理坐标118°50′～121°20′E，40°20′～42°20′N，海拔500～1 000 m，属于北温带大陆性季风气候区。雨热同季，日温差较大，降水偏少。年均气温5.4～8.7 ℃，年均日照时数2 850～2 950 h，年降水量450～580 mm，主要集中在7、8 月份，年均蒸发量1 861～2 085 mm，无霜期120～155 d，春秋两季多风易旱。植被类型属于华北植物区系向蒙古植物区系过渡地带，区域性植被为油松Pinus tabulaeformis、蒙古栎Quercus mon‐golica、山杏Prunus sibirica、刺槐Robinia pseudo‐acacia等，灌木以荆条Vitex negundo、酸枣Ziziphus spinosus、胡枝子Lespedeza davurica为主，代表性土壤为褐土、棕壤。

2 标准地设置及调查方法

在全面踏查的基础上，选择朝阳县东大道乡、王营子乡、清风岭镇、古山子镇，北票市小塔子乡，喀左县中三家镇、羊角沟镇，凌源市瓦房店镇，建平县榆树林子镇、三家蒙古族乡不同植被退化阶段的植物群落设置标准地，标准地面积20 m×20 m，具体情况见表1。在每块标准地内设置3 个5 m×5 m 的灌木样方，在灌木样方内设置5 个1 m×1 m 的草本样方。调查记录标准地内植被群落的各项生长指标，包括乔木树种的物种数、密度、郁闭度、平均高、平均胸径、多样性指数，灌木树种的物种数、密度、盖度、平均高、平均地径、多样性指数，草本的物种数、密度、盖度、平均高、多样性指数。采用系统聚类（平方欧式距离计算方法），分别对乔灌草类及灌草类植物群落的生长指标进行聚类分析，划分出4种植被退化阶段。乔木树种树高≥3 m 的划入乔木层，3 m 以下的划入灌木层。采用Excel 和SPSS 软件对数据进行统计分析。

表1 标准地基本情况

多样性指数计算公式：

式中：S为物种总数；N为所有种的个体总数；Pi为第i种个体数占总个体数的比例；H为Shannon-Wiener 多样性指数。

3 结果与分析

3.1 不同植被退化阶段的划分

在所有调查的标准地中，有17 块标准地有明显的乔木层、灌木层和草本层，其余20 块标准地无乔木层，只有灌木层和草本层。基于此，分别对这两类标准地的乔木、灌木、草本的物种数、密度、郁闭度/盖度、平均高、平均胸径/地径、Margalef 丰富度指数、Shannon-wiener 指数及Pielou 均匀度指数等进行了聚类分析，结果如图1、2 所示。

图1 乔灌草类标准地聚类分析树状图

图2 灌草类标准地聚类分析树状图

依据聚类分析结果及不同类别植被生长指标差异，将调查的所有植被类型划分为4 个植被退化阶段，分别为未退化阶段（L1）、轻微退化阶段（L2）、轻度退化阶段（L3）和中度退化阶段（L4）。17 块乔灌草类标准地基本处于未退化和轻微退化阶段，植被群落中乔木、灌木、草本层次分明，乔木物种数、密度、郁闭度等有所区别。处于未退化阶段（L1）的有11 种植被类型，包括8 种天然次生混交林及3种油松人工林。因为选取的是朝阳市的5 个县市区，所以每个县市区存在一定的环境差异，受局部小地形、小气候等微环境的影响，以上植被群落虽然彼此间存在差异，但在各自的小区域、微环境背景下，都是层次结构丰富、稳定健康的植被群落，也是区域退化植被恢复的参照群落。处于轻微退化阶段（L2）的有6 种植被类型，均是天然次生混交林，该阶段植被群落也存在明显的乔木层，但乔木层树种种类、密度、郁闭度以及整个乔木层的生长状况均较未退化阶段的植物群落存在明显偏差。

20 块灌草类标准地基本处于轻度退化和中度退化阶段，植物群落以灌木层和草本层为主，乔木更新幼树混生在灌木层中。处于轻度退化阶段（L3）的有7 种植被类型，均是天然次生混交灌丛，灌木种类较多，灌木层的冠幅发育较好，盖度较大，且乔木更新幼树的种类和数量也较多，林下更新良好。处于中度退化阶段（L4）的有13 种植被类型，也均是天然次生混交灌丛，植被群落的灌木平均高、平均地径、密度及盖度要明显低于轻度退化阶段的植被群落，尤其是灌木盖度，约占后者的一半。

3.2 不同植被退化阶段植物群落组成特点

处于未退化阶段（L1）的11 种植被类型包括：以小叶白蜡、落叶松Larix gmelinii、蒙椴Tilia mon‐golia、柞树Quercus mongolica、暴马丁香Syringa re‐ticulatavar.mandshurica、山杨Populus davidiana、油松为主要组成树种的天然次生混交林，油松黄榆人工混交林、油松山杏人工混交林及油松人工纯林。从树种组成看，立地条件较好的植被群落中会出现山杨、白桦Betula platyphylla、椴树、落叶松、暴马丁香等树种，稍差些的主要以柞树、小叶白蜡、黄榆Ulmus macrocarpa、油松、山杏、花曲柳Fraxinus rhynchophylla等树种为主。

轻微退化阶段（L2）的6 种植被类型包括油松－花曲柳－柞树混交林、油松－黄榆混交林、暴马丁香－山杏－花曲柳混交林、油松－山杏－刺槐混交林、花曲柳－油松混交林和黄榆－山杏混交林。以上植被类型均是天然次生混交林，树种组成主要以油松、黄榆、花曲柳、柞树、暴马丁香、山杏、刺槐为主，对于立地条件要求较高的树种很少出现在此阶段。即便是上述树种，整体的生长状态也会较未退化阶段差一些，林木枝下高较低，贴近基径处即出现了分株，单株胸径、树高等都明显偏小。

轻度退化阶段（L3）的7 种植被类型包括黄榆－山杏－绣线菊灌丛、黄榆－小叶白蜡－绣线菊灌丛、暴马丁香－荆条灌丛、荆条－绣线菊灌丛、虎榛子Ostryopsis davidiana－黄榆－绣线菊灌丛、荆条－花曲柳灌丛和黄榆－小叶白蜡－绣线菊灌丛。以上植被类型均是天然次生混交灌丛，树种组成灌木主要以绣线菊、荆条、虎榛子、胡枝子为主，乔木更新幼树主要以黄榆、山杏、小叶白蜡、暴马丁香、花曲柳为主，其中黄榆和山杏的更新幼树出现频率相当高，即便是在L1 和L2 阶段中更新也非常好，与其强大的环境适应能力和繁殖能力有关。此阶段植物群落中生长的乔木树种有明显主干的生长较慢，或者是以灌丛的形态生长，能够较快地占据林地的水平空间，表现出一定的生长优势。

中度退化阶段（L4）的13 种植被类型包括小叶白蜡－荆条－绣线菊灌丛、荆条－小叶白蜡灌丛、绣线菊－山杏－黄榆灌丛、荆条－绣线菊－黄榆－山杏灌丛、小叶白蜡－黄榆－紫丁香Syringa vul‐garis灌丛、荆条灌丛、紫丁香灌丛、荆条－山杏灌丛、荆条－绣线菊灌丛、荆条－山杏灌丛、绣线菊－紫穗槐Amorpha fruticosa灌丛、荆条－绣线菊－山杏灌丛和荆条－绣线菊－黄榆灌丛。以上植被类型也均是天然次生混交灌丛，树种组成，除小叶白蜡、黄榆、山杏以外，基本以灌木树种为主，出现频率最多的是荆条、绣线菊、紫丁香，该阶段榛子灌丛很少见。其中紫穗槐很少自然萌生，初步分析认为这与标准地周围的荒山绿化造林有关，有了种子的侵入，才有了萌发生长的机会。

3.3 不同植被退化阶段植物群落生长指标的差异及划分标准

从表2 可以看出，4 种退化阶段植物群落的灌木物种数、平均高、平均地径、多样性指数及草本物种数、密度、盖度、多样性指数之间无显著差异，说明对处于不同植被退化阶段的植物群落而言，灌木和草本的生长差异不明显，尤其是草本层。究其原因，灌木和草本植被对环境的要求不严，只要存在一定厚度的土层和较充足的光照，就可以正常的生长发育。灌木密度，L1、L2 差异不显著，L3、L4 差异不显著，L1 灌木密度最大，约5 株·m-2，L4 灌木密度最小，约1 株·m-2。L3 的灌木盖度最大，约84%，L4的灌木盖度最小，约46%，L2 和L3 差异不显著，L1和L4 差异不显著。未退化区植物群落的灌木密度较大，个体较多，但是单株冠幅较小，盖度较低，究其原因，是乔木层下光照不充足致使灌木层冠幅发育受到负面影响。中度退化区植物群落灌木盖度低是因为密度过小，约占L1 植被群落的20%。由于乔木层郁闭度较低，甚至没有乔木层，轻微退化区灌木个体较多，轻度退化区灌木盖度较大，二者的灌木层均得到了充足的光照，发育较好。轻度退化区和中度退化区植被群落没有乔木层，只有乔木更新幼树混生于灌木层中。除乔木多样性指数外，未退化区和轻微退化区乔木物种数、密度、郁闭度、平均高、平均胸径、丰富度指数、均匀度指数均存在显著差异。未退化区的乔木物种数比轻微退化区平均多2 种左右，密度多2.7 倍，郁闭度大2 倍，平均高多2.4 m，平均胸径多约4.5 cm，未退化区乔木层的生长状态要明显优于轻微退化区。未退化区的乔木丰富度较大，轻微退化区的乔木均匀度指数较高。综上所述，未退化区和轻微退化区植物群落的显著差异在于乔木层整体的生长状态，最直观的区别在于乔木的密度和郁闭度，轻度退化区和中度退化区植物群落的显著差异在于灌木层的生长状态，最直观的区别在于灌木的盖度。因此，可将乔木的密度、郁闭度以及灌木的盖度作为评价植被退化程度的有效指标。基于生长指标的差异，取相邻两个退化阶段乔木密度、郁闭度及灌木盖度的均值作为不同植被退化阶段的划分标准，见表3。

表2 不同植被退化阶段植物群落生长指标对比

表3 不同植被退化阶段划分标准

续表2 不同植被退化阶段植物群落生长指标对比

4 讨 论

植被退化评价主要以单项因子评价（指示种或标志种、生物量等）及多项因子评价（植被层的多个数量指标、土壤理化性质、土壤微生物、土壤种子库等）为主[8-9]。杜晓军等[10]对辽西低山丘陵区退化生态系统的不同植被群落的生态因子（土层厚度、土壤有机质、全氮、土壤旱季含水率及土壤微生物总量）进行了聚类分析，确定了不同退化生态系统的退化程度。本文同样采用聚类分析法，在对朝阳市5 个县市区不同植被退化阶段的植被群落特征调查研究的基础上，依据植被生长指标及退化程度划分出4 种植被退化阶段，分别为未退化阶段（L1）、轻微退化阶段（L2）、轻度退化阶段（L3）和中度退化阶段（L4）。未退化阶段和轻微退化阶段的植被群落具有明显的乔木层，植被类型以天然次生混交林为主，立地条件较好的植物群落中会出现山杨、白桦、椴树、落叶松、暴马丁香等树种，稍差些的主要以柞树、小叶白蜡、黄榆、油松、山杏、花曲柳等树种为主。未退化阶段的植被群落层次结构丰富、健康稳定，是小区域、微环境背景下现阶段的顶极群落，也是区域退化植被恢复的参照群落。处于轻微退化阶段的植物群落整个乔木层的生长状况均较未退化阶段的植物群落明显偏差，林木枝下高较低，贴近基径处即出现了分株，单株胸径、树高等都明显偏小。处于轻度退化阶段和中度退化阶段的植物群落无明显的乔木层，植被类型以天然次生混交灌丛为主，乔木更新幼树混生于灌木层中。树种组成灌木主要以绣线菊、荆条、榛子、胡枝子为主，乔木更新幼树主要以黄榆、山杏、小叶白蜡、暴马丁香、花曲柳为主，此阶段植物群落中生长的乔木树种有明显主干的生长较慢，或者是以灌丛形态生长。处于轻度退化阶段的植物群落灌木盖度较大，乔木更新幼树的种类和数量较多，处于中度退化阶段的植物群落灌木平均高、平均地径、密度及盖度要明显低于轻度退化阶段的植物群落，尤其是灌木盖度。

对处于不同植被退化阶段的植物群落而言，灌木和草本的生长差异不明显，尤其是草本层。未退化区植物群落的灌木密度虽大，但是单株冠幅较小，中度退化区植物群落灌木密度过小，所以两者的灌木盖度均较低。未退化区乔木层的生长状态要明显优于轻微退化区，未退化区的乔木丰富度较大，轻微退化区的乔木均匀度较高。未退化区和轻微退化区植物群落的显著差异在于乔木层整体的生长状态，最直观的区别在于乔木的密度和郁闭度；轻度退化区和中度退化区植物群落的显著差异在于灌木层的生长状态，最直观的区别在于灌木的盖度。因此，可将乔木的密度、郁闭度以及灌木的盖度作为评价植被退化程度的有效指标。

整体上看，处于自然演替中的植物群落基本上都是多个植物种类的混交状态，很少出现纯林（乔木林或灌木林）的形式，且以区域为单位，对环境占有率、覆盖度高、生长状态好的也是较常见的有限的一些树种。造林绿化项目的实施对提高区域植物多样性有积极的促进作用，不只是提高了植被覆盖率，改善了环境条件，还在于给了更多新树种加入到植物群落中的机会，有利于多样性的提高。