井陉县大青山野皂荚群落植物组成及多样性分析

于丽娜，张芹，郑建伟，耿瑜欣，李佳秋，齐钦辉，朱文瑛，李保会

(1河北农业大学 林学院，河北 保定 071001;2河北农业大学 园林与旅游学院，河北 保定 071001)

野皂荚(Gleditsiamicrophylla)为豆科皂荚属，为大灌木，是石灰岩山地的指示植物之一。其根系发达，深根性，侧根较多，萌蘖力强，是水土保持、防风固沙的优良树种；能很好的适应当地干旱、瘠薄富含钙质的土壤环境，并形成较为稳定的单优群落，而且在与同一层的其他物种的竞争中占据绝对优势,因此表现出聚集分布格局[1]。连俊强关于太行山南部野皂荚群落的研究表明，野皂荚群落受到立地条件和土层结构的影响，干扰强烈的环境，野皂荚群落多样性指数偏低；另外，野皂荚群落受草本层的影响，不同层次物种对多样性指数的贡献是不等价的[2]。

物种多样性是生物多样性研究中最基础的部分，是群落功能复杂性与稳定性的重要度量指标，不仅可以反映植物群落与环境之间的相互关系，还能揭示群落中物种的丰富度、优势度和均匀度，因此，物种多样性研究一直是群落生态学研究的重点和热点[3-7]。此前，关于太行山中部地区野皂荚群落多样性研究鲜见报道。太行山中部是大面积野皂荚分布区域，而井陉县又是太行山中部地区野皂荚面积最大的县。因此，在统筹考察的基础上，以井陉县西南的大青山地区野皂荚群落为研究对象，对其乔灌草的种类组成、多样性进行研究分析，旨在阐明野皂荚群落的基本特征，探讨群落的物种组成和多样性，为进一步探讨野皂荚群落保护与可持续发展利用提供理论基础和科学依据。

1 研究区概况

野皂荚群落位于河北省石家庄市井陉县西南大青山境内，海拔660～800 m。属暖温带大陆季风气候，冬天寒冷，夏季炎热，四季分明，季节性强，光照充足，夏暑冬寒，温差较大，年平均气温11 ℃左右，全年无霜期210 d，年均降水量547.7 mm，成土母质主要是石灰岩，主要土壤类型为山地褐壤、棕壤、褐土等。

2 研究方法

2.1 样地设置

采用样方法,于2021年7月和8月在野皂荚分布较为集中的井陉县大青山设置4个样地，样地面积10 m × 40 m。调查指标包括乔木的种类、树高、胸径、株数，灌木的种类、高度、株(丛)数和盖度，草本的种类、盖度。同时记录样方所在地的海拔、坡向、坡度、坡位、土壤和人为干扰等生态因子。样地Ⅰ(E 114°0′35″，N 37°49′34″)：海拔约745 m，坡度23°，面积10 m×10 m；样地Ⅱ(E 114°0′44″，N 37°49′31″)：海拔约790 m，坡度32°，面积10 m×10 m；样地Ⅲ(E 114°0′40″，N 37°49′32″)：海拔约799 m，坡度34°，面积10 m×10 m；样地Ⅳ(E 114°104′923″ ，N 37°764′305″)：海拔约513.6 m，坡度25°，面积10 m×10 m。

2.2 数据处理

计算公式如下：

A=N/∑N

(1)

式中：A表示物种多度，N表示个体数。

F=∑Q/K

(2)

式中：F表示频度，Q表示某种植物出现的样地数，K表示全部样地数。

IV=(RA%+RF%)/2

(3)

式中：IV表示重要值，RA%表示相对多度，RF%表示相对频度。

RA%=A/∑A×100

(4)

式中：RA%表示相对多度，A表示某一个物种的多度。

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RM%=M/∑M×100

(5)

式中：RM表示相对频度，M表示某一个物种的频度。

R=S

(6)

式中：R表示物种丰富度指数，S表示样地内的物种数。

H′= -∑(PilnPi)

(7)

式中：H′表示物种多样性(Shannon-Wiener)指数，式中，Pi=IVi/IV，即第i个物种的重要值为IVi；IV为所在样地内所有物种的重要值之和；Pi为i物种的相对重要值。

JSW=-∑(PilnPi)/lnS

(8)

C=∑(IVi/IV)2，即C=∑Pi2

(9)

式中：C表示生态优势度(Simpson指数)。

3 结果与分析

3.1 群落物种组成

通过调查统计，样地内共记录植物30种,分别隶属于19科28属，其中有草本植物14种，占植物种类46.67%；灌木11种,占植物种类36.67%；乔木5种,占植物种类16.67%。群落物种组成见表1。

表1 群落物种组成Table 1 Species composition of plant community

由表1可知，从植物组成层次来看，调查样地禾本科(Gramineae)、豆科(Leguminosae)和菊科(Compositae)3个科的植物种类较多，主要有羊毛草、野皂荚、艾蒿等。样地内植物种类以灌草植物为主，数量相对较多。

3.2 植物数量特征及重要值分析

重要值可以综合反映某种植物的重要程度，是评定优势种的重要依据。调查地乔木层主要植物的重要值，见表2。

表2 调查地乔木层主要植物的重要值Table 2 Important values of main plants in the arborous layer of investigation site

由表2可知，就乔木层的重要值来说，样地中最多的的植物分别是鹅耳枥、臭椿、栾树，高于平均值的只有鹅耳枥和臭椿，分别为3.02和2.55。通过计算乔木的多度、频度、相对多度、相对频度和重要值 5项指标的平均值，发现都高于这5项指标平均值的乔木只有鹅耳枥。

调查地灌木层主要植物的重要值，见表3。

表3 调查地灌木层主要植物的重要值Table 3 Important values of main plants in the shurb layer of investigation site

由表3可知，就灌木层的重要值来说，4个样地内植物最多的植物分别是野皂荚、荆条、黄栌，高于平均值的有野皂荚和荆条，分别为22.49、8.15。灌木层中只有野皂荚和荆条各项指标高于相对应的平均值。

调查地草本层主要植物的重要值，见表4。

表4 调查地草本层主要植物的重要值Table 4 Important values of main plants in the field layer of investigation site

由表4可知，就草本层的重要值来说，4个样地内植物最多且高于平均值的分别是中华卷柏、荩草、中亚苔草，分别为11.02、5.87、5.05，草本层中有中华卷柏、荩草、中亚苔草和艾蒿各项指标均高于相对应的平均值。

3.3 植物多样性分析

调查地植物多样性数值，见表5。

表5 植物多样性Table 5 Values of plant diversity in the investigated area

由表5可知，就各层次的物种丰富度来说，4个样地内植物，草本层的物种丰富度最高，其次是灌木层，最低是乔木层。物种多样性Shannon-Wiener指数灌木层最高，其次是草本层，最低是乔木层。物种均匀度乔木层最高，其次是灌木层，最低是草本层。优势度Simpson指数乔木层最高，其次是草本层，最低是灌木层。

4 讨论与结论

4.1 讨论

通过对植物数量特征和多样性分析，样地内物种种类较多的是豆科、菊科和禾本科，主要有野皂荚、艾蒿、羊毛草等。通过重要值及多样性统计分析得出，此群落优势种：乔木类有鹅耳枥，灌木类有野皂荚和荆条，草本类有中亚苔草、荩草和中华卷柏。与尉伯瀚的太行山南端野皂荚群落调查相似，都是野皂荚、黄栌、荩草、中亚苔草、中华卷柏为优势种[8]。在多样性方面，植物群落多样性能够反映植物群落中物种的丰富和均衡程度，调查地多样性指数最高的灌木层，其次是草本层、乔木层[9]。均匀度指数是乔木层最高，灌木层和草本层均匀度指数相差不多，物种相对较均匀。优势度指数为乔木层最高，灌木次之，草本最低，但是由于灌木数量多、种类多，乔木数量少、种类少，尤其野皂荚数量最多，形成了较为稳定的野皂荚群落。这与程红梅对大蜀山马尾松天然林、针阔混交天然林和短毛椴林以及骆丹等人对云南德宏州西南桦天然林研究结果相似，灌木层多样性指数及均匀度指数均最高，草本层多样性最低，最主要的原因是乔木和灌木层的遮挡，林分密集程度偏高，林下光照不足，而灌木层多样性较高或与光照条件稍优、乔木种更新良好幼树较多有关[10-11]。

4.2 结论

本研究通过对井陉县大青山地区野皂荚群落物种组成调查及植物多样性分析，结果表明，井陉县野皂荚群落共有植物30种，隶属于19科28属，从植物层次来看,调查样地植物种类较多的是禾本科、豆科和菊科，主要植物有野皂荚、羊毛草、艾蒿；通过重要值及多样性统计分析得出，此群落优势种为鹅耳枥、野皂荚、荆条、中亚苔草和中华卷柏；从多样性指数来看，乔灌草各层群落多样性指数差异不显著，野皂荚群落乔木稀疏，灌草丰富。综上所述，本研究仅调查井陉县大青山地区野皂荚群落物种组成及多样性，今后将长期调查此样地，分析林分物种组成及多样性变化规律，揭示其演替规律，为太行山南端野皂荚群落的保护、开发和利用提供科学依据。