全 文 ：中国农学通报 2012,28(31):71-74
Chinese Agricultural Science Bulletin
基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目“人居环境适用的观赏植物评价及高功效绿化配置技术研究与示范”(2006BAD07B09)。
第一作者简介：廖秋林，男，1970年出生，副教授，硕士生导师，在读博士，研究方向：风景园林历史与理论、园林规划与设计、大地景观规划与生态恢
复。通信地址：410004湖南省长沙市韶山南路498号中南林业科技大学风景园林学院，E-mail：125008799@qq.com。
通讯作者：沈守云，男，1965年出生，教授，博士生导师，博士研究生，研究方向：大地景观规划与生态恢复、风景园林历史与理论、园林规划与设计。
通信地址：410004湖南省长沙市韶山南路498号中南林业科技大学风景园林学院，E-mail：Shenshouyun@sina.com。
收稿日期：2012-05-08，修回日期：2012-09-14。
多花木兰人工生态恢复植物群落种群竞争
及其生态位研究
廖秋林，沈守云，卜国华，王彦君，徐 丹，饶翔宇，李永芳
（中南林业科技大学风景园林学院，长沙 410004）
摘 要：为了掌握常吉高速公路边坡多花木兰人工生态恢复植物群落的种间竞争和生态位等生长状况，
运用Hegyi的单木竞争指数模型、Shannon-Wiener公式和Shoener公式对多花木兰人工植物群落的种内
与种间竞争强度、生态位宽度与生态位重叠进行研究。结果表明：多花木兰种内竞争能力与个体的地径
径级成正比，多花木兰竞争能力大于刺槐、小叶女贞，原有配置的马尾松等植物已经死亡；群落各种群生
态位宽度的大小顺序为：多花木兰>刺槐>小叶女贞，分别为2.271、2.147、2.088；群落各种群的生态位重
叠值较大，多花木兰和刺槐的生态位重叠值最大，为0.793，多花木兰和小叶女贞生态位重叠值最小，为
0.632。多花木兰能够很好地适应高速公路边坡环境，群落中已经被淘汰的其他竞争力太弱的树种不适
合与多花木兰混植。
关键词：生态恢复；种群竞争；生态位；多花木兰；人工植物群落；常吉高速
中图分类号：Q948.12 文献标志码：A 论文编号：2012-1758
Study on the Population Competition and Niche of Magnolia multiflora
Manmade Plants Community for Ecological Restoration
Liao Qiulin, Shen Shouyun, Bu Guohua, Wang Yanjun, Xu Dan, Rao Xiangyu, Li Yongfang
(College of Landscape Architecture, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410014)
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, based on the analysis
of Hegyi single tree competition index model, Shannon-Wiener and Shoener formula, the population
competition intensity and niche breadth and niche overlap of Magnolia multiflora manmade plants community
were calculated. The results indicated that: the competitiveness of Magnolia multiflora had a positive
correlation to DBH, and its competitive was bigger than Robinia pscudoacacia and Ligustrum quihoui. The
original Pinus massoniana had been dead. The value order of niche breadth was Magnolia multiflora>Robinia
pscudoacacia>Ligustrum quihoui, with the values of 2.271, 2.147, 2.088. The largest niche overlap was 0.793
between Magnolia multiflora and Robinia pscudoacacia; and the smallest was 0.632 between Magnolia
multiflora and Ligustrum quihoui. Magnolia multiflora could adapt to the slope environment, species being
eliminated because weak competitiveness could not be mixing planted with Magnolia multiflora.
Key words: ecological restoration; population competition; niche; Magnolia multiflora; manmade plants
community; Changde-Jishou expressway
中国农学通报 http://www.casb.org.cn
0 引言
从20世纪90年代以来，高速公路的建设进入高速
发展时期。高速公路的建设尽管带来很大的经济社会
意义，但也对生态环境产生一定的影响。因此，高速公
路的生态恢复成为重点工作之一。尽管很多学者做了
大量的生态恢复研究，但由于生态恢复的地域性、气候
性跨度较大，相对研究难以满足高速建设的发展速
度。另外，高速公路建设周期短、任务重，而植物选择、
配置方面的生态恢复试验研究又需要一定的周期，因
此很多项目的生态植被恢复方案的选择都是根据种苗
市场和高速公路情况来确定，缺乏相应的科学依据，造
成部分生态恢复植物群落产生种间竞争现象[1-2]。竞
争，是相同个体或不同个体在共同需要的资源不足时
产生的相互斗争 [3-4]。无论是种内还是种间均存在竞
争，因此竞争可分为种类竞争与种间竞争 2种类型。
竞争产生的结果是一个有机生物阻碍另一有机生物正
常生长发育[5-6]。生态位，是自然生态系统中一个种群
在时空上的位置、地位、作用等[7]。生态位决定了人工
生态恢复植物群落的种间竞争，20世纪 90年代以来，
生态位的研究也受到了广泛关注。对高速公路人工生
态恢复植物群落的种群竞争及其生态位进行研究，有
助于了解植物的生长状况，为高速公路边坡植物选择
与配置提供参考。
常吉高速公路是湖南省从常德到吉首的重要高速
公路，建于 2007—2009年。为了做好边坡生态恢复，
分别进行了关于植物选择、恢复技术等方面的研究。
在边坡的生态恢复建设中，主要选择多花木兰植物群
落作为主要的生态恢复模式。由于施工条件和技术等
因素，常采用喷播技术进行施工。因此，常按一定比例
把多花木兰与其他植物种子，如女贞、马尾松等一起混
播。当这些植物生长到一定程度时，产生了群落内的
种间竞争和演替现象。开展多花木兰人工植物群落的
种间竞争和生态位的研究，可以弄清人工植物群落的
种间竞争情况，以期为合理配置种苗比例奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点
多花木兰人工群落主要种植在湖南常吉高速公路
沿线边坡。该高速公路始于常德市斗姆湖，经桃源县、
沅陵县、泸溪县，终于吉首市林木冲，主线全长
223.7 km，连接线13.7 km。沿线主要有平原、垄岗、丘
陵等地貌，地面黄海高程为 110~710 m，冲沟发育，路
侧边坡陡峭。沿线的岩石类型主要有：白坚系砂岩、震
旦系砂岩、板溪群板岩、泥质灰岩及冰碳砾泥岩等地
质。边坡岩土地质主要有：种植土、淤泥质亚粘土、亚
粘土、粘土碎石土，岩土结构主要为砂质板岩、夹泥质
板岩、砾岩、砂岩、硅质岩、泥岩、钙泥质砂岩夹泥质砂
岩等。沿线主要植被有马尾松、杉木、楠竹、板栗、青
稠、化香、柏木林、枫香、栓皮栎、檵木、芒基灌草丛等群
落。于 2008年运用多花木兰人工群落对上边坡植被
进行生态恢复，边坡坡度为1:1~1:1.25，根据边坡坡度、
土质情况分别采用客土喷播、厚层基材喷射放、cs高次
团粒等技术进行施工。于2011年4月进行样地调查。
1.2 试验材料
多花木兰人工群落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 试验方法
1.3.1 样地设置与调查 选取多花木兰人工群落类型为
研究对象。因为人工群落的异质性较小，设立2 m×2 m
的样地，共30个样地。对每个样地记录坡度、坡向、坡
位，并进行检尺，记录编号、植物名称，高度、地径、冠
幅、多度、盖度、植物空间位置等。另外，采用中点四分
法调查植物距离，记录植物所在象限、地径和距离。
1.3.2 种内种间竞争指数的计算 数据处理时，采用中
点四分法，在每象限内选择靠近中心点长势较好的多
花木兰为对象木，而后以该对象木为中心，将半径为
2 m范围内的所有植物视为竞争木，测量对象木与竞
争木的地径或胸径，计算竞争木到对象木的距离。利
用测出的胸径与距离计算竞争指数，确定种内种间的
竞争关系。当前有较多用于研究单木竞争指数的模
型，但预测效果最好的模型为Hegyi的单木竞争指数
模型[8-11]，见公式(1)。
CI =∑
j = 1
N æ
èç
ö
ø÷
D j
Di
× 1
Lij
…………………………… (1)
式中：CI表示竞争指数，其值的大小决定了竞争
的激烈程度；Dj表示竞争木的胸径；Di表示对象木的胸
径；Lij表示对象木 i到竞争木 j的距离；N表示竞争木的
多度。计算方法：首先通过公式(1)求出每个竞争木对
对象木的竞争指数，然后将N个单木间的竞争指数相
加，再取其平均值就可以得到多花木兰种内以及各个
伴生树种对对象木的竞争强度。
1.3.3 生态位宽度和生态位重叠计算 重要值采用相对
盖度和相对密度计测各样地植物种的重要值，见公
式(2)。
IV=(相对密度+相对盖度)/2 ………………… (2)
有很多公式用于生态位宽度的计算，但相对重要值
更能充分体现树种对环境资源的利用率，故本研究采用
Shannon-Wiener公式计算生态位宽度[12-13]，见公式(3)。
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廖秋林等：多花木兰人工生态恢复植物群落种群竞争及其生态位研究
B = -∑
I = 1
S ( )Pi ln Pi ……………………………… (3)
式中：B表示物种生态位宽度；Pi表示物种在第 i
个样地中的重要值占该种重要值总数的比例；S表示
样地数。其中，重要值Pi的计算见公式(4)。
重要值 Pi=[(相对高度 +相对频度 +相对盖
度)/3]×100% ……………………………………… (4)
生态位重叠采用Shoener公式[14-15]，见公式(5)。
Oij = 1 -
1
2∑k = 1
S |Pik - |P jk ………………………… (5)
式中：Oij表示物种 i对物种 j的生态位重叠值；Pik
表示物种 i在第 k个样地的重要值占该种重要值总数
的比例；Pjk表示物种 j第k个样地中的重要值占该种重
要值总数的比例；S为样地总数。
1.3.4 统计分析 所有相关数据都为现场记录，并采用
Excel软件进行数据处理与分析。
2 结果与分析
2.1 种内种间竞争分析
2.1.1 种内竞争强度分析 多花木兰在生长发育过程中
始终会受到同种植物之间的相互竞争，即种内竞争。
从对象木种内竞争指数统计（见表 1）看出，地径为
0.6~1 cm的多花木兰受到的种内平均竞争指数为
2.22，地径为 1~2 cm的多花木兰受到的种内平均竞争
指数为2.17，而地径为2~3 cm的多花木兰受到的种内
平均竞争指数 1.43。随着地径的增大，种内平均竞争
指数有减小的趋势，即受到的竞争强度减小，地径最小
的多花木兰受到的竞争强度最大。多花木兰在生长发
育初期，由于胸径较小而处于被压的状态，四周的竞争
木挤占了它的生长空间，抢取了养料物质。随着个体
的成长发育，多花木兰个体竞争能力渐渐加强，特别是
到了成熟阶段，经过竞争淘汰生存下来的个体处于优
势地位，逐渐拥有了适合自身生存的资源环境空间，因
而种间竞争关系开始减弱。地径在0.6~1 cm和1~2 cm
之间的的多花木兰平均种内竞争指数相差不大，说明
这 2种径级的树种受到的竞争强度相似，对于自身所
在环境具有相似的适应性，地径2~3 cm的多花木兰平
均种内竞争指数与前两者相比变化较大，说明该径级
的树种种内竞争力最强，属于整个种群的优势层。
2.1.2 种间竞争强度分析 群落主要由多花木兰与刺槐
组成，经过竞争木的种类组成和竞争指数统计分析（见
表 2），小叶女贞受到的竞争强度最大，平均竞争指数
为 5.41；刺槐受到的竞争强度次之，平均竞争指数为
3.48；多花木兰受到的平均竞争指数最低，为 3.36，竞
争能力最大，符合实际情况。多花木兰是落叶灌木植
物，不择土壤，抗逆性强，再生力强，茎干和根茎着生大
量休眠芽，冬季呈休眠状态，夏季其强大的根系吸收深
层土壤水分，渡过伏旱、秋旱。刺槐虽然对高速公路环
境适应能力较强，具有一定的抗旱能力，但由于高速公
路边坡干旱情况时有发生，刺槐根系吸水能力弱于多
地径DBH/cm
0.6~1
1~2
2~3
株数
14
11
6
种内竞争指数
53.28
67.27
14.3
平均种内竞争指数
2.22
2.17
1.43
表1 对象木（多花木兰）种内竞争指数统计
种名
多花木兰(Magnolia multiflora)
刺槐(Robinia pscudoacacia)
小叶女贞(Ligustrum quihoui)
株数
32
15
8
平均地径/cm
1.65
2.5
0.7
竞争指数
107.5
52.2
43.3
平均竞争指数
3.36
3.48
5.41
表2 竞争木的种类组成和竞争指数统计
种名
多花木兰(Magnolia multiflora)
刺槐(Robinia pscudoacacia)
小叶女贞(Ligustrum quihoui)
生态位宽度
2.271
2.147
2.088
表3 生态位宽度统计花木兰，因而刺槐竞争能力小于多花木兰。小叶女贞
地径比多花木兰和刺槐都小，平均竞争能力不如两者，
这与种内竞争中的地径和和竞争能力成正比是相吻合
的。另外，喷播时，刺槐和小叶女贞的配比明显小于多
花木兰，这可能也是刺槐和小叶女贞竞争能力不如多
花木兰的一个人为因素。
2.2 生态位宽度分析
由生态位宽度统计表（见表 3）可知，多花木兰的
生态位宽度最大为2.271，其次是刺槐、小叶女贞，生态
位宽度分别为 2.147、2.088。多花木兰的生态位宽度
相对较大，说明这该种群对于湖南常吉高速公路边坡
环境有较强的适应性，即具有较大的生态适应范围。
在对高速公路边坡进行绿化时，为了改善恶劣的环境，
可以选择一些像多花木兰这样生态位较宽的种群，而
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为了加快植被的演替或丰富种群多样性，则应引入小
叶女贞这样生态位相对较窄的种群。
2.3 生态位重叠分析
应用Shoener公式计算结果见表4。由表4可知，3
个主要树种之间的生态位重叠值较大，说明这 3种植
物有相近的资源利用能力，对需要的环境因子相似，相
互间对资源环境的竞争较为强烈。其中多花木兰和刺
槐的生态位重叠值最大，为 0.793，说明这 2个树种对
资源的利用能力最相近，对生存环境的需求最相似，这
与它们生态位宽度相近是相吻合的。多花木兰和小叶
女贞的生态位重叠值最小，为 0.632，说明这 2种植物
对生境的要求具有较大的差别，这也是物种长期适应
环境表现出的差异。刺槐与多花木兰、小叶女贞的生
态位重叠值相差不大，说明其对于生境的要求居中，这
表4 3个主要种群位生态位重叠值
种名
多花木兰(Magnolia multiflora)
刺槐(Robinia pscudoacacia)
小叶女贞(Ligustrum quihoui)
多花木兰(Magnolia multiflora)
1.000
0.793
0.632
刺槐(Robinia pscudoacacia)
1.000
0.741
小叶女贞(Ligustrum quihoui)
1.000
与样地实际情况是相符合的。
3 结论与讨论
（1）多花木兰种内竞争能力与个体的地径径级成
正比，地径2~3 cm的多花木兰为整个多花木兰群落的
优势层。种间竞争方面，多花木兰的受到的平均竞争
强度小于刺槐。
（2）生态位宽度的大小顺序为：多花木兰>刺槐>
小叶女贞，说明多花木兰对于湖南常吉高速公路边坡
环境有更强的适应性。
（3）多花木兰、刺槐、小叶女贞相互之间生态位重
叠值都在0.6以上，相对较大，说明三者对生境要求大
体相似，都对常吉高速公路边坡环境具有相对较好的
适应性，这和与整个群落中基本没有发现其他树种的
现状也是相符合的。
（4）在整个植物群落中，除了多花木兰、刺槐、小叶
女贞外，基本上没有发现其他树种，说明这3个树种对
常吉高速公路边坡环境适应力较好，竞争力强，逐渐排
挤其他树种。生长初期，多花木兰地径较小，竞争养分
的能力较弱，但随着地径的增大，竞争资源能力加强，
逐渐排挤其他树种，说明能够很好地用于高速公路。
群落中已经消亡的马尾松等其他原配植物竞争能力相
对太弱，不宜与多花木兰混播。
本研究的多花木兰群落现存的植物种较少，除了
多花木兰、刺槐与小叶女贞外，其他树种数量相当少。
因此，在计算时将数量极少的植物忽略不计，可能会使
计算结果出现稍微偏差，但不影响整体竞争趋势；所采
取的竞争模型对于草本植物不太合适，因此还有待改
善。
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