西北中条山混沟地区的原始森林分布和物种多样性特征研究

1中条山混沟地区的原始森林分布和物种多样性特征研究李喆1上官铁梁1郭东罡1张红1张峰2张军3（1.山西大学环境与资源学院，太原030006）（2.山西大学生命科学与技术学院，太原030006)（3.山西省自然保护区管理站，太原030012）摘要采用样方法取样，依据重要值指标运用双向指示种分析(TWINSPAN)法，将位于山西中条山东段的混沟原始森林植被群系分成10个群丛。应用丰富度指数(N0)，Simpson指数(λ)，Shannon-Weiner指数(H’)，均匀度指数(E1、E5)和相似性系数(Ss)研究了10个群丛的植物种多样性。结果表明：1）混沟森林群落原始生态特征明显，群落相对稳定。2）由于受混沟原始林生境条件的变化，物种α多样性指数呈波动性。3）混沟原始林特殊的地貌类型对β多样性的影响比较明显，在不同的生境生长的植物物种差异较大。关键词中条山混沟，原始森林，物种多样性中图分类号Q948.5StudiesonPlantDistributionandSpeciesDiversityofprimaryForestinhungouofZhongtiaoMountainLIZhe1，SHANGGUANTie-liang1，GuoDong-gang1，ZHANGHong1，ZHANGFeng2，ZHANGJun3(1.CollegeofEnvironmentScienceandResource,ShanxiUniversity,Taiyuan030006)(2.CollegeofLifeScienceandTechnology,ShanxiUniversity,Taiyuan030006)(3.ManagementStationofNaturePreservationRegionofShanxiProvince,Taiyuan,030012)Abstract：Hungou,belongingtoZhongtiaoMountainsinthesouthernShanxi,islocatedinthecoreprotectiveareaofLishanNatureReseve.Itissituatedin111º54ˊ3〞－111º56ˊ29〞Eand35º20ˊ7〞－35º23ˊ10〞N.23samplescollectedinHungouofZhongtiaoMountainswereclassifiedinto10associationsbyTwo-wayIndicatorSpeciesAnalysis(TWINSPAN).Theplantspeciesdiversityof10associationswerestudiedbyusingofrichnessindices(N0),Simpson’sindices(λ),Shannon-Weiner’sindices(H'),evennessindices(E1、E5)andβdiversityindices.Theresultsindicatedthat:1）Thecharacteristicofthecommunityprimitiveecologyisobvious,andthecommunitystructureisrelatively基金项目：山西省自然科学基金项目（2006011095）作者简介：李喆（1981-），女，硕士研究生，从事山地生态学。Tel:[phone],E-mail：[e-mail]*通讯作者：上官铁梁，教授，Email:[e-mail]2stableintheHungouprimaryforest.2）αdiversitybetweendifferentassociationswaschangedandnonlinearlyincreasedwiththechangingofdifferenthabitat.3）Thespecialgeomorphyandterrainplaysimportantroleinthesuccessionofplantassociation,especiallytothevariationofβdiversity,andtherewasagreatervariationinspeciesgrowingamongdifferentassociationsintheHungouprimevalforest.Keywords:ZhongtiaoMountains,Hungou,VirginForest,Speciesdiversity,Similarity混沟地区是历山国家级自然保护区的核心区，位于中条山东段，四周尖峰耸立，深崖千仞，陡壁对峙，流水湍急，交通不便，人迹罕至。早在五十年代，就有人提出这里可能保存有原始森林。为了探明混沟的情况，山西省林业厅组织有关科技人员，曾先后于1983年10月、1984年5月和2004年9月，对混沟地区的地质、地貌、土壤、植被、植物、动物等方面进行了全面考察。考察证明，混沟地区确有以辽东栎（Quercusliaotungensis）、栓皮栎（Quercusvariabilis）、五角枫（Acermono）等为优势的呈块状分布的落叶阔叶原始森林[1]。其后，报道了混沟原始森林植物资源和地质资源方面的研究成果[2,3]。到目前为止，关于混沟地区原始森林群落物种多样性的研究尚属空白[4-6]。深入研究混沟地区原始森林群落物种多样性，可为进一步研究暖温带地区原始森林的结构特征和组织水平，揭示原始森林的形成和发展，预测原始森林的演替趋势，提供具有重要科学价值及实践意义的基础资料。1.研究地区自然概况混沟地区是历山国家级自然保护区核心区的组成部分，界于山西省垣曲县、翼城县和沁水县，其位置约在111º55ˊ3〞－111º56ˊ29〞E，35º22ˊ7〞－35º23ˊ10〞N之间，原始森林面积851.33hm2。东面的皇姑曼海拔最高为2143m，山顶保留五台期剥蚀面；南面因山峰似锯齿，称为锯齿山，其海拔高度为1833m；北面的南天门海拔1692m；混沟为东、南、北三面环山的闭塞性地貌，深崖峡谷，岔支纷繁，水流湍急，是原始森林的集中分布区。混沟地区属暖温带大陆性季风气候。据垣曲县华峰气象站（海拔500m）资料，这里年平均气温13.3℃，1月为－1—2℃，7月为27－28℃，极端最高温度达38.8℃，无霜期228天。年平均降雨量667mm，最高达1200mm。降雨多集中在7－9月，占全年降雨量70%左右。混沟地区是典型的褐色土地带,由于受到地形、气候、海拔高度的不同和植物群落的差异，呈现出垂直分布特征,从高海拔至低海拔依次为山地草甸土、山地棕壤土和山地褐土。在中国植被区划上属暖温带落叶阔叶林地带[7,8]，以辽东栎、栓皮栎为主的落叶阔叶林是本区的地带性原生植被类型。组成森林植被的主要种类有侧柏（Platycladusorientalis）、华山松（Pinusarmandii）、栓皮栎、辽东栎、鹅耳栎（Carpinusturczaninowii）、漆树（Toxicodendronvernicifluum）、五角枫、脱皮榆（Ulmuslamellosa）、黄栌（Cotinuscoggygriavar.pubescons）、连翘(Forsythiasuspensa)、胡枝子(Lespedeza3bicolor)、披针叶苔草（Carexlanceolata）、糙苏（Phlomisumbrosa）等。2研究方法2.1样地的选择与调查2004年9月对混沟原始森林进行野外考察，在考察区域的不同植物群落中分别取样，共取样方23个，每个样方面积为10×10m2，并在每个样方分别设置2－3个4×4m2的小样方对灌木层进行调查；分别设置2－3个1×1m2的小样方对草本层调查。调查记录内容包括：1）乔木层每个种的高度、盖度、胸径和株数；2）灌木层每个种的高度、盖度和株（丛）数；3）草本层每个种的盖度和高度；4）群落综合特征和生境特征，包括群落总盖、层盖度、海拔、坡度、坡向、枯枝落叶层厚度、活地被层厚度等。2.2数据处理2.2.1重要值计算分别计算乔木层、灌木层和草本层的重要值，计算公式如下：3HiCoAbAI（1）2HiCoSH（2）2HiCoHE（3）式中AI＝乔木重要值，SH＝灌木重要值，HE＝草本重要值，Ab＝相对多度，Co＝相对盖度，Hi＝相对高度。2.2.2群落数量分类采用VESPAN软件包中Hill（1979）设计的TWINSPAN进行群落分类。2.2.3物种α多样性的测度依马克平等[9]的方法，用重要值作为数量指标。参考Ludwig等[10]和目前国内外植物群落物种多样性研究中常用的指数[11-15]。用如下指数度量植被类型的α多样性：（1）丰富度指数：SN0(Patrick,1949)（4）（2）物种多样性指数：Simpson指数)]1(/[)1(1NNNNsiii(Pielou,1975)（5）Shannon-wiener指数siiiNNNNH1')ln((Pielou,1975)（6）HillM.O..TWINSPAN＿afortranprogramforarrangingmultivariatedatainanorderedtwo＿waytablebyclassificationoftheindividualsandattribute.EcologyandSysematics[M].IthacaCornellUniversity.NewYork,19794(3)均匀度指数SHEln'1(Pielou,1975)（7）)1()11('5HeE(Alatalo,1981)（8）式中：S为每个群落中的物种数，N为每个群落中全部物种的重要值之和，Ni为第i个种的重要值。2.2.4群落多样性的测度1）群落总体多样性是所有乔、灌、草各物种一起直接参与多样性的计算。2）群落分层多样性测度法，是将群落中的乔、灌、草各层的多样性指数分别计算后，直接相加产生。3）群落总体多样性测度：321DDDD（9）其中，D：群落总体多样性指数；D1、D2、D3分别为乔木层、灌木层、草本层的多样性指数。2.2.5群落物种β多样性测度:采用Sprenson指数[16]的公式测定群落β多样性。)/(2BACSs（10）其中，A为群落a的全部种数，B为群落b的全部种数，C为群落a和群落b共有的种数。3结果与分析3.1群落类型及其分布特征采用双向指示种分析法（TWINSPAN），将混沟原始森林植被划分为10种群丛类型，各群丛的基本特征见表1混沟植物群落主要分布在U型谷地及其两侧的陡坡地段，受海拔、地形、气候、土壤等多种生态因素的综合作用，群落垂直分布表现出一定的规律。在沟谷宽敞，坡度平缓，光照充分，水份充足的地段，以落叶阔叶杂木树种组成的原始林林为主，建群树种有青檀、五角枫、小叶鹅耳栎、白蜡树（Fraxinusbungeana）等，灌木有卫矛(Euonymusalatus)等；在沟深谷狭、光照差湿度大的地段，分布有我国华北地区珍稀的山白树原始林，群落覆盖度高，林下阴暗潮湿，灌、草层种类贫乏，优势建群种单一；在山谷两侧的阳坡和阳坡，分布的群落迥然不同，阳坡、半阳坡以黄栌林、栓皮栎林、辽东栎林占优势，阴坡、半阴坡以鹅耳枥林、元宝槭林等占优势；辽东栎林主要分布在海拔较高的阴坡。5表1混沟10个群丛的基本特征Table1Thebasicplotfeaturesofthecommunitiesinhungou序号No群丛类型Community海拔Altitude(m)坡度Slopegradient坡向Exposure坡位土壤深度(cm)枯枝落叶层Groundlitter（cm）枯倒（立）木(株数／hm2)活地被层(覆盖度％)乔/灌/草种数Numberoftrees/shrubs/grass1青檀林Assoc.Pteroceltistatarin