全 文 ：多花木兰人工生态恢复群落多样性研究
廖秋林， 李永芳， 沈守云
（中南林业科技大学风景园林学院， 湖南 长沙 410004）
摘 要：为了解常吉高速公路边坡多花木兰人工生态恢复植物群落的物种多样性，设置 30个样方进行实地调查，计算物种出现
频率，对植物多度进行分级，并运用 Shannor-Wiener 指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数进行分析。 结果表明,群落中出现 17种植
物，隶属于 9科 17属；出现频率居于前 4位的是多花木兰、葫芦藓、白茅、刺槐，其频率分别为 1.0、0.9、0.8、0.67；植物多度等级最高的
为白茅、葫芦藓，其次为多花木兰、刺槐；草本层多样性指数最大，灌木层次之，乔木层最小，乔灌草各层物种多样性指数分别为 0.23、
0.66、1.4，均匀度指数分别为 0.08、0.23、0.50；样地原配植的植物除几个优势种外，大多已死亡，被当地的野草植物所取代，表明原配植
物不能适应高速公路边坡环境。 因此，为更好地实现边坡植物生态恢复，应考虑适地适树原则，选择适应当地环境的乡土植物种植。
关键词：生态恢复； 多样性； 多花木兰； 人工植物群落； 常吉高速
中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1004-874X（2013）05-0183-02
Study on the diversity of Magnolia multiflora manmade
plants community for ecological restoration
LIAO Qiu-lin, LI Yong-fang, SHEN Shou-yun
(College of Landscape Architecture, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)
Abstract: In order to understand the growth status of Magnolia multiflora manmade plants community for ecological restoration at the
slope engineering of the expressway from Changde to Jishou, we set 30 plots to investigate M. multiflora plants community, calculated
frequency of the speces and multiple degrees, and then used Shannor-Wiener index, Simpson index and Pielou index to analyze each layer.
The result were as following: There were 17 kinds of species, belonging to 9 branches 17 genuses. The four species with high frequency were
M.multiflora, Funaria hygrometrica, Imperata cylindrical and Robinia pscudoacacia, the frequency were 1.0, 0.9, 0.8, 0.67, respectively. The
species with higher multiple degrees were F. hygrometrica, I. cylindrical, the second was M. multiflora, the third was R. pscudoacacia. Herb
layer had the largest species diversity, the second was shrub layer, and then the tree layer. The Shannon-Wiener index of tree layer, shrub
layer, herb layer were 0.23, 0.66, 1.4, respectively; the Pielou index were 0.08, 0.23, 0.50 respectively. In addition to a few dominant species,
the other planted previously have been dead and replaced by wild herbs. This phenomenon indicated that the previous plants could ’t adapt
the envioronment of expressway. In order to restore the ecology better, designers need to consider plant native species.
Key words: ecological restoration; diversity; Magnolia multiflora； manmade plants community; Changde to Jishou expressway
20世纪 90年代以来，我国高速公路建设进入快速发展
时期。 高速公路的建设虽然给社会经济带来很大的效益，但
同时也对生态环境产生了一定的影响。 因此，对高速公路实
现生态恢复成为重点工作之一。 尽管很多学者对生态恢复
做了大量的研究，但在植被恢复过程中，常常忽略了生物多
样性、生态适宜性、植物群落自然常规等生态学原理，栽植
的植物对高速公路边坡恶劣的环境条件很难适应[1]。
生物多样性是目前生态学中一个十分重要的研究内
容，随着高速公路的快速发展，形成了大量的裸露边坡，
植物作为生态系统的一个重要组成部分， 其多样性研究
备受关注 [2-4]。 本研究通过分析湖南常吉高速公路多花木
兰人工群落多样性， 揭示高速公路物种多样性的变化以
及群落的演化趋势，为边坡植物的选择、合理配置种苗比
例、促进植被生态恢复提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验时间与地点
2011 年 4 月对湖南常吉高速公路边坡的多花木兰人
工植物群落进行样地调查。 本试验所在的湖南常吉高速公
路建于 2007—2009 年，全线总长 233.7 km，起点位置为常
德斗姆湖，终址是吉首林木冲。沿线区域属亚热带向北亚热
带过渡的季风湿润气候，光照充足，雨量丰富。 主要地貌类
型有平原、垄岗、丘陵等，路侧边坡陡峭，最大坡度达 45°，
最小 20°。 沿线植被丰富，主要包括杉木、楠竹、马尾松、板
栗、柏木林、青稠、化香、枫香、栓皮栎、继木、芒基灌草丛等。
1.2 研究对象
研究对象为多花木兰人工群落，植物播种时采取的喷
播技术主要有客土喷播、cs 高次团粒、 厚层基材喷射放
等。在喷播时，每单位面积内的质量配比为多花木兰:刺槐:
马尾松:小叶女贞:盐肤木:波斯菊:百喜草:狗牙根=10.7:8:5:
8.5:8.3:8.64:1.5:0.35。
1.3 研究方法
1.3.1 样地设置与调查 本研究于 2012年在常吉高速公路
选取多花木兰人工群落类型为研究对象， 设置 30个样地，每
个样方面积为 2 m×2 m。记录每个样地的坡度、坡向，记载灌木
植物的种类、株数、高度、盖度、株（丛）幅等；草本植物种类、多
度、频度、株（丛）数等；记录生境因子如海拔、坡向、坡度、坡位
以及土壤类型。 其中将多度分为 8个等级[3]，具体见表 1。
1.3.2 群落物种多样性计算 以个体数测度物种多样性
指数往往会导致误差，而重要值则考虑了频度、盖度及生
物量等参数，因此许多学者建议采用重要值测度多样性指
收稿日期：2013-02-01
作者简介：廖秋林（1970-），男，在职博士生，副教授，E-mail：125
008799 @qq.com
广东农业科学 2013 年第 5 期 183
C M Y K
DOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2013.05.057
表 3 主要植物多度等级
植物种名
刺槐
多花木兰
小叶女贞
红叶石楠
早熟禾
白蒿
苣荬菜
井栏边草
白三叶
多度
Cop2
Cop3
So1
Un
Cop
Cop
Cop
Gr
Gr
植物种名
蒲公英
白茅
葫芦藓
迎春花
小飞蓬
猪殃殃
婆婆纳
千里光
多度
Un
SOC
SOC
So1
Cop
SP
SP
Gr
表 2 样地物种出现频率
植物名
刺槐
多花木兰
小叶女贞
红叶石楠
迎春花
蒲公英
白茅
葫芦藓
早熟禾
小飞蓬
白蒿
猪殃殃
苣荬菜
婆婆纳
千里光
白三叶
井栏边草
拉丁名
Robinia pscudoacacia
Magnolia multiflora
Ligustrum quihoui
Photinia serrulata
Jasminum nudiflorum
Herba taraxaci
Imperata cylindrica
Funaria hygrometrica
Poa annua
Conyza canadensis
Arteimiaisia sieuersiana
Galium aparine var. tenerun
Sonchus brachyotus
Veronica polita var. lilacina
Senecio scandens
Trifolium repens
Pieris multifida
出现次数
20
30
9
2
3
9
24
27
11
10
11
7
13
8
4
1
2
出现频率
0.67
1.00
0.30
0.07
0.10
0.30
0.80
0.90
0.37
0.33
0.37
0.23
0.43
0.27
0.13
0.03
0.07
表 1 植物多度分级
多度
SOC
Cop3
Cop2
Cop
特征描述
植物极多，互相靠紧
植物的数量很多
植物的数量多
植物的数量尚多
多度
SP
So1
Un
Gr
特征描述
植物的数量不多
植物的数量很少
植物的数量只有个别单株
成丛
数[5-9]。 本研究以重要值测度多样性指数，采用以下几种常
用测度方法：
物种丰富度指数（S）=出现在样方的物种数
香农-维纳（Shannon-Wiener）物种多样性指数 [10-11]：
H=－∑PilnPi
Simpson 生态优势度指数[12-13]：D=∑Pi2
Pielou均匀度指数[14-15]：JSW=H/lnS=(－∑PilnPi)/lnS
式中，Pi=Ni/N，为第 i 个物种的相对重要值；N 为群落中所
有物种的重要值之和；Ni 为第 i 个物种的重要值；S 为出
现在样地的物种数之和， 即物种丰富度； 重要值使用高
度、频度与盖度 3 个指标，重要值(%)=(相对多度+相对频
度+相对盖度)/3。
2 结果与分析
2.1 群落的物种组成及丰富度
据 30个样地调查统计， 常吉高速公路生态恢复人工
群落现有 17种植物，隶属于 17属 9科。 其中木本植物共
5 种，分属 3 科 5 属，占植物种数的 29%；草本植物共 12
种，分属 6科 12属，占植物种数的 71%。 木本植物中种数
最多的科为豆科，包括多花木兰与刺槐两个种，且生长良
好，具有明显的优势地位；草本植物种数最多的为菊科，
有蒲公英、小飞蓬、白蒿、苣荬菜、千里光 5种植物，形成了
以灌木为优势的灌草植物群落。
2.2 植物物种出现频率
对样方内的植物出现频率进行统计，结果见表 2。 在所
调查的 30个样地中，各种植物出现的频率存在较大的差异。
其中多花木兰的频率最大，在每个样地中均有分布，刺槐、白
茅、葫芦藓出现频率仅次于多花木兰，表明此 4种植物分布
较均匀且具有较强的适应性；而处于群落最底层的草本植物
如白三叶、井栏边草、千里光等在样地中出现频率较低。
2.3 植物多度等级
对 30个样地内的植物按多度进行统计分析， 从结果
（表 3）可以看出，植物多度较高的有多花木兰、刺槐、白
茅、葫芦藓。 植物群落中灌木长势良好，但由于上层灌木
群密度较大，占据大量的资源环境与生长空间，造成底层
植物生长受阻，仅灌木生长稀疏地块供草本植物生存，或
者喜阴湿环境植物如葫芦藓可生长良好。 因此底层草本
植物分布较少，较稀疏。
2.4 群落的物种多样性
Shannon-Wiener 指数反映植物群落的复杂程度，数
值越大代表群落中生物种类越多，群落越复杂。 调查结果
显示，群落中草本层 Shannon-Wiener 指数最大、为 1.4，其
次为灌木层，最小的是乔木层。 草本层植物种类最多，总
计 12 种，因此物种较丰富，多样性最高；灌木层有 4 种植
物，Shannon-Wiener 指数值为 0.66； 而乔木层组成植物种
类最少，仅有刺槐 1种植物，多样性最低（0.23）。 这与群落
结构越复杂，物种多样性指数越大；群落结构越简单，特种
多样性指数越小的结论一致。
由 Simpson 生态优势度指数可以看出，灌木层最具生
态优势，其值为 0.11，而乔木层与草本层生态优势度都较
低，其值分别为 0.01、0.03。 Simpson 指数大小与物种丰富
度以及分布的均匀度有关。 乔木层的多样性指数仅为
0.01，主要是由于植物种类单一引起的；草本层虽具有相
对丰富的植物种类， 但每种植物的分布密度以及多度皆
太小，相对重要值也相应较小，从而 Simpson 生态优势度
指数也很小。 灌木层植物种类虽不多，但植物在数量以及
分布密度、出现频率上均占优势，相对重要值较大，因此
生态优势度指数相比之下大些，这与实际情况相符。
由 Pielou均匀度指数可以看出，草本层均匀度指数最
大（0.50），其次为灌木层（0.23），最后为乔木层（0.08）。 这与
Shannon-Wiener物种多样性指数一致，说明物种多样性不
仅与物种丰富度有关，同时与均匀度也有密切的关联。
3 结语
常吉高速公路生态恢复人工群落中出现植物共 17种，隶
属于 9科 17属，其中木本植物 5种，草本植物 12种。 群落结
构组成较为单一，仅为乔灌草的简单结合。样方中出现频率最
（下转第 188页）
184
C M Y K
高的是多花木兰，其次为葫芦藓、白茅、刺槐，且此 4种植物在
多度上占有绝对优势，对样地环境具有较强的适应性。
总体来看，样地中长势最好的树种为多花木兰，其优
势表现在数量多，频率大，密度与盖度也较大。 从群落垂
直结构来看， 草本层物种多样性相对较好， 而灌木层次
之， 多样性最差的为乔木层， 其主要原因在于物种数太
少，仅有刺槐 1种植物。
样地中原有栽植的许多乔木树种如马尾松、红翅槭，
灌木树种如紫金牛、蔷薇、胡枝子，草本植物如高羊茅、狗
牙根、莎草等皆已死亡，剩下的只有多花木兰、刺槐与小
叶女贞长势较好，而迎春花、红叶石楠、白三叶所剩无己，
相反一些乡土野生草本植物如蒲公英、白茅、葫芦藓、早
熟禾、小飞蓬、白蒿、猪殃殃、苣荬菜、婆婆纳、千里光、白三
叶、井栏边草等在群落底层有大量分布，增加了群落多样
性。 这种现象说明人工配置的植物对高速公路边坡环境
适应力很差，为了更好地实现生态恢复，在配植植物时应
考虑适地适树的原则，增加适合当地环境的乡土植物，适
当增加植物种类，以丰富物种多样性，保持群落稳定性。
参考文献：
[1] 苏东凯,周永斌,代力民.高速公路边坡植被恢复过程中植物群落
特征[J].辽宁工程技术大学学报,2009,28(3):498-501.
[2] 林丽平,田大伦,闫文德,等.喀斯特城市 3 种森林类型物种多样
性研究[J].中南林业科技大学学报,2011,31(5):127-134.
[3] 许小娟,朱凯华,尹金珠,等.海岛矿山生态修复边坡植物多样性
分析[J].北方园艺,2011(7):106-109.
[4] 胡正华,于明坚,丁炳扬,等.古田山国家级自然保护区黄山松群
落特征及物种多样性研究[J].生态环境,2003,12(4):436-439.
[5] 赵艳云,田家怡,胡相明,等.无棣贝沙堤植物多样性分析[J].安徽
农业科学,2010,38(3):1343-1346.
[6] 于景金,谷建才,李校,等.塞罕坝落叶松人工林下植物多样性研
究[J].林业资源管理,2008(5):90-94.
[7] 左利萍 ,焦健 .兰州市高校校园绿地群落物种组成及多样性分
析[J].广东园林,2007(5):44-47.
[8] 熊凌.昆明市盘龙区城市道路绿化植物多样性分析[J].云南农业
科技,2011(5):16-18.
[9] 伍少云,张宗文,Bhuwon R S,等.昆明市双哨乡户级庭园植物多
样性分析[J].农村生态环境,2004,20(1):16-19.
[10] 马克平,黄建辉,于顺利,等.北京东灵山地区植物群落多样性的
研究[J].生态学报,1995,15(3):268-277.
[11] Wei X H, Yang P, Li S, et al. Changes in plant species
composition and diversity of alpine Kobresia (Kobresia pygmaea)
steppe meadow at different stages of desertification in the North
Tibetan plateau[J]. Sciences in Cold and Arid Regions, 2009, 1
(1):71-79.
[12] 伊贤贵,张金鹤,王贤荣,等.安徽马鞍山城市园林植物群落物种
多样性调查[J].安徽农业科学,2010,38(1):451-454.
[13] 吴晓菊,王宏宇,曹昀,等.甘肃崆峒山种子植物多样性分析[J].西
北师范大学学报（自然科学版）,2003,39(2):66-70.
[14] 李霞,黄河,彭映辉,等.湖南长沙高校校园绿化及植物多样性现
状调查与分析[J].安徽农业科学，2009,37(27):13067-13078.
[15] Fisher R A, Steven Corbet A, Williams C B. The relation
between the number of species and the number of individuals
in a random sample of an animal population [J].The Journal of
Animal Ecology,1943,12(1):42-58.
节点均布于各区域中， 采集节点采样时间间隔设为 10
min，采集信息传送至汇聚节点，再经网关传送至远程主
机，远程主机距离温室 1 km。 对 1 h内采集节点上传的数
据进行了统计，结果表明，系统整体运行情况良好，工作
性能稳定，具有较强的可靠性，在 1 km 以内数据发送成
功率高于 98%。
4 结语
本系统采用 Zigbee 技术实现传感器无线网络的搭建，
传感器采集土壤水分等信息，通过无线网络进行信息传递，
远程监测温室土壤水肥缺失情况，实现精准灌溉。 实际使用
时，可将多个温室组成网络，实现大区域的远程监测。 试验
证明，系统整体运行情况良好，工作性能稳定，具有较强的
可靠性，在 1 km以内数据发送成功率高于 98%。 相对于有
线通信技术，本系统开发周期短、成本低，并且系统中各种
节点包括终端采集节点、汇聚节点、网关，都是相对独立的
设备，使系统易于升级、重组和维护。 另外，通过可切换电源
的设计，使系统具有更长的使用周期。
参考文献：
[1] 孙忠富,曹洪太,李洪亮,等.基于 GPRS 和 WEB 的温室环境信息
采集系统的实现[J]农业工程学报,2006,22(6):131-134.
[2] 李晓维 .无线传感器网络技术 [M].北京 :北京理工大学出版社 ,
2007:8.
[3] 杨玮,李民赞,王秀 .农田信息传输方式现状及研究进展 [J].农业
工程学报,2008,24(5):297-301.
[4] 高峰,俞立,张文安,等.基于无线传感器网络的作物水分状况监
测系统研究与设计[J].农业工程学报,2009,25(2):107-112.
[5] 谢洁锐,刘才兴,胡月明,等.无线传感器网络的部署[J].传感器与
微系统,2007,26(1):4-7.
[6] ITU Strategy and Policy Unit (SPU), ITU Internet Reports
2005. The Internet of Things [R].Geneva International Tele -
communication Union(ITU),2005.
[7] Wand F H, Zhang S J. Research progress of the farming
information collections key technologies on precision agriculture
[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural
Machinery, 2008, 39(5):112-119.
[8] 聂晶,岑红蕾.精准滴灌施肥自动控制系统的研究与实现[J].节水
灌溉,2011(1):57-61.
[9] Sebastia Galmes. Lifetime Issues in Wireless Sensor Networks
for Vineyard Monitoring[A]//2006 IEEE International Conference:
Mobile Adhoc and Sensor Systems (MASS) [C].Washington DC,
USA,2006-10-01.
[10] 张伟,何勇,裘正军,等.基于无线传感网络与模糊控制的精细灌
溉系统设计[J].农业工程学报,2009,25(S2):7-12.
[11] 刘卉,汪懋华,王跃宣,等.基于无线传感器网络的农田土壤温湿
度监测系统的设计与开发[J].吉林大学学报,2008,38(3):604-608.
[12] Raul M, Valente A, Serodio C. A wireless sensor network for
smart irrigation and environmental monitoring [A]/ /World
Congress on Computers in Agriculture[C].2005:845-850.
（上接第 184页）
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
188
C M Y K