全 文 ：B U L L E T IN O F B O T AN IC A L R E S EA R C H
第 巧 卷 第 3 期
V o l
.
15 N o
.
3
19 5年 7 月
J u l y
,
199 5
山西蟒河自然保护区栓皮栋林的聚类和排序 *
米湘成 张金屯 张 峰 上官铁梁
T H E C L U S T E R I N G A N D O R D I N A T I O N O F
Q U E R C U S V A R I A B I L I S F O R E S T IN
M A N G H E N A T U R A L C O N S E R V A T I O N
,
S H A N X I
M i iX an g 一 e h e n g Z h a n g Jin 一 t u n Z h a n g F e n g S h a n g一 g u a n T i e 一 l i a n g
〔摘 要〕 本文用等级聚类 、 极点排序 、 主成分分析和对应分析等多元分析
法 , 对沸河自然保护区的栓皮标 ( uQ er cu : v ar iab il s) 林进行了聚类和排序 。 等级涯法将蟒河自然保护区的检皮栋林划分为五个群丛 , 极点排序 、 主成分分析和对
应分析三种方法得出一致的结论 , 并较好地反映 了环境变化的梯度及植被变化的连
续性 . 综合分析表明栓皮栋林是保护区内稳定的群落类型 。
关键词 检皮栋林 ; 聚类分析 ; 排序
栓皮栋林 ( uQ e cur : 1’a r ia b ilI’ s) 广泛分布在我国 N 25 -0 40 笼围内的冀 、 辽 、 鲁 、豫 、 晋 、 陕 、 甘 、 鄂 、 湘 、 川 、 云 、 贵等省 , 其中以暖温带阔叶林区域分布为多 , 在亚热
带北部 、 中部也有较大面积的分布 。 从栓皮栋林分布区的水热条件看 , 其年平均气温约
10 一 16 ℃ , 年平均降雨量 50 一 1加Om m 。 栓皮栋林主要见于海拔 70 m 左右的低山丘陵
阳坡 , 林下多为山地褐土 , 砂壤质 , 土壤发育不好 , 土层内多砾石 。
近年来 , 关于北京 〔 6 〕 、 山东 〔 7 〕 等地的栓皮栋林研究已有专门报道 , 但对山西栓皮
栋林除了王孟本做过山西高原栓皮栋林的初步研究以外 , 象中条山东段等地 , 至今尚未有专
门的报道 。 本文利用数量生态方法对山西蟒河自然保护区内的栓皮栋林进行了分类和排序 。
一 、 群落生态地理特点
栓皮栋林在山西主要分布在中条山南坡 , 吕梁山南段海拔 10 0 m 左右的山地 , 在太行
本文作者单位 : 山西 , 太原 , 山西大学 ( S h a n x i U n iv e r s i ty , aT i即 a n 0 3000 6 S h a n x i
. 本文系山西省自然科学基金和留学基金资助项目 .
本系 89 级李保文等同学参加了野外工作 . 特此致谢 .
19 9 5 年 l 月收到本文 .
9 3 8植 物 研 究 5 1卷
山南段的陵川和中部西麓的平定盆地 , 以及太岳山主峰霍山西麓亦有分布 。
蟒河 自然保护区属 于山西省最 南部的中条山东段 , 位于山西省阳城县境内 , E l l Z 。
22 匕 112 0 3 1 , N 35 0 02 七 35 “ 17 ,. 最高峰指柱 ILJ海拔 1, 572m , 山势险峻 。 蟒河自然保
护区位于暖温带季风气侯区内 , 年平均气温 9 . 0 一 12 . 。 ℃ 。 七 月平均气温 24 . 0一 25 . 0 ℃ ,
一月平均气温 一 4 . 5一 一 3 . 0 ℃ , 极端最低气温 一 24 . 0 ℃一 18 ℃ , > 10 ℃积温 340 一
390 0 ℃ , 年降水量 600一 6 50m m 。
蟒河自然保护区温暖湿润 , 雨量充沛 , 植物种类丰富 , 并有少量亚热带植物 , 如三叶木
通 ( 月k e b i a t r lfo l i a ra) , 南蛇藤 ( eC l a s r ru s a r r ic u al r u s) 等 , 稀有保护植物南方红豆杉
( 丁a xu : 。人i n e n is v a r
. 脚 a i r e i) 、 匙叶栋 ( uQ e r e u s 胡 a rh u l a ra) 等 , 以及中药材山茱英
( oC nr us 以芳c in ial s) , 年产 3, 0 0一 3, 50 kg , 品质优良 。 植被区划属于暖温带阔叶林地带 。
保护区以栋林为主 , 主要类型有棚栋 ( uQ er cu : d en t at a) 林 、 栓皮栋林 、 檀子栋 ( uQ er cu :
b a r o n i) 林 , 及鹅耳柄 ( aC lrP’ n u s r u r e z a n i n o w i l’) 杂木林 : 灌丛常见的有连翘 ( F o r-sV t h i a
s u sP e n s a) 灌丛 , 黄护 ( oC r inu s e go g多瞥r i a v a r . ic n e r e a ) 灌丛 , 荆条 ( Vl’ r e x n e g u n d o v a r .
h e t e r即妙 I la) 灌丛等 。
保护区内栓皮栋林下均为山地褐土 , 土壤发育较差 , 常见砾石 , 营养贫痔 , 透水性强 ,
土壤水分含量少 ; 土壤表层腐殖层 1一 cZ m , 枯枝落叶层 2一 3 c m , 土层厚 10 一 2c0 m 。
二 、 研究方法
1
、 取样 : 采用样方取样法分层取样 。 首先取 13 个大样方 ( 10 x 20 m 2) , 记录乔木层
植物的数量性状 , 并记录样方的环境条件 ; 再在大样方内分别选取有代表性的小样方对灌木
和草本植物进行统计 ; 灌木层样方面积为 4 x 4 m 2 , 草本层样方面积 1 x l m 2 。
2
、 数据处理 原始数据经过简缩去掉偶见种后 , 分层计算了 13 个样方 57 种中的 30
个种的重要值 , 列成重要值数据矩阵 , 分别用系统聚类 、 极点扫游 、 主成分分析 、 对应分析
等多元分析法进行分析 。
三 、 研究结果及分析
1
、 聚类结果及分析
以等级聚类法中的离差平方和法及可变法对 13 个样方进行聚类分析 , 结果用树状图表
示 , 如图 l 。
图 1表明 , 两种方法具有大致相同的聚合过程和结果 , 并且与传统的定性分析结果相吻合 , 依 《中国植被》 分类命名原则 〔 3 〕 , 将蟒河自然保护区栓皮栋群系划分为 5 个群丛 :
I
、 栓皮栋一黄护一披针苔草群丛 (A 5 . uQ e cur : 1’a ir ab l’I : 一 oC lt’ un : co g g沼 ir a v ar .
ic n e r e a 一 aC
r
ex aI
n ce o l a t a ) (样方 9 , 12 ) 。
n
、 栓皮栋一荆条 + 陕西英迷一披针苔草群丛 ( A s . Que r cu : 、 ar iab il : 一 vi tex
n e g u n d o v a r
.
h e t e r叩勺 Il a + Vl’ b u mr, o s e h e isn a n u。 一 aC r e x l a n e e o l a ra ) (样方 l 、 2 、
10
、
13 )
111
、 栓皮栋一荆条一披针苔草群丛 ( A s s . uQ e r cu s v a ir a bi l i s 一 、 · i r e x n e g u n汀。 v a r .
3 期 米湘成等 :山西蟒河自然保护区栓皮栋林的聚类和排序3 9
h et er即 y hl la一C a x r eIa nc o ela ta)( 样方 4
、
8
、
3
、
11)
I V
、 栓皮栋一陕西英迷+ 连翘一披针苔草群丛( A s s. 伽 r e e u, 、 a r z a吞xzl: 一巧西u r n u阴
hsb
e
isn
a n u m + F o syr’ t h l’a s u sP e sn a 一 aC r e x aI n e e o l a r a ) (样方 6 )
V
、 栓皮栋 + 鹅耳柄一连翘一披针苔草 ( A s s . QU e r e u s 、 a r l a 占5225 决 。 尸xn o s
t u r e z a n i n o w i i 一 F o sr th i
a su sP e n s a 一 aC
r e x l a n e e o l a l a ) (样方 5 、 7 )
自
样方序号 样方序号 10 13 8 3 4 1 1 9 12 6
( l) 离差平方和法
Su m o f d e v i a t i o n s q au r e s
图 1 13个栓皮栋林样方的聚类图
F i g
.
1 C l su t
e r in g di a g ar m s o f 13 s a m P l e s o f Q ue cr su v iir a b i l is
(2 ) 可变法
F l e x i b l e
fo r e s t w i t h t w o m e t h o d s
蟒河自然保护区内的栓皮栋林集中分布在海拔 50 一 70 m 之间 。 群丛 工分布于沟谷
旁 , 由于保护区内降雨充沛 , 栓皮栋生长良好 , 乔木层的郁闭度都在 0 . 6 一 0 . 7 之间 , 主要
伴生种有棚栋 、 黑枣 ( iD 口况双厂or : ot tus ) 等 , 林下灌木层由黄护 、 荆条等组成 ; 群丛 n 、
1
、
W是蟒河 自然保护区分布最广 、 最具代表性的群丛 , 分布于山坡的中部 , 乔木层郁闭度
在 。 . 5一 0 . 6 之间 , 伴生种有山茱英 、 鹅耳杨等 , 林下灌木层主要由陕西英迷 、 荆条 、 连翘
等组成 ; 群丛 V 位于海拔 70 m 左右的山坡中上部 , 由于基岩裸露增多 , 土层变薄 , 土壤持
水能力减弱 , 中旱生种类增多 , 乔木层中鹅耳杨已和栓皮栋成共建种 , 乔木层伴生种也主要
由中早生时量子栋组成 , 70 m 以上或阴坡多被生长在基岩缝隙的鹅耳柄林取代 。
2
、 极点排序结果及分析
蟒河自然保护区栓皮栋林 13 个样方的二维极点排序结果示于图 2 。 排序效果的相关系
数 r = 0 , 8 73 (P < 0 . 0 1) , 表明了极点排序结果与群丛的空间分布相关性极显著 。
从图 2可以看出排序结果与等级聚类的结果基本一致 , 较好地反映了植被变化的梯度及
环境变化的连续性 :
( 1) X 轴反映了样方生境的热量梯度和土壤水分含量的变化 。 沿 X 轴从右到左 . 随海
拔高度逐渐增加 , 群落生境温度降低 , 土壤基岩裸露增加 , 土层变薄 , 土壤的含水量减少 。
群丛 V 所在的海拔最高 ( 7 I Om ) , 被排在 X 轴的最左端 。
( 2) Y 轴反映了土壤水 、 肥状况的变化 。 排序图从下向上 , 随坡度的增加 , 径流量增
力口,
下端
植 物 研 究 巧 卷
土层变薄 , 土壤的持水保肥能力减弱 。 样方 12 所在地坡度最小 ( 巧 勺 , 被排在 Y 轴
, 因为大部分样方所在地的坡度在 25 -0 35 伺 、 因此大部分样方都集中在 Y 轴的同一
水平位置 .
图 2 13个栓皮栋林样方的极点排序
F ig
.
2 hT
e po la r o r d i n a t i o n o f 13 s a m P l e s o f Q ue r e us v a r i a b il i s fo r e s t
上述水 、 肥及温度的变化梯度也表明植被变化的连续性 : 随海拔高度的增加 , 土壤含水
量的减少 , 生境温度降低 , 群丛过渡顺序依次是 : 群丛 I 一群丛 l 一群丛 n 一群丛W一群丛
V
, 乔木层的主要伴生种由撇栋 、 黑枣等变为鹅耳柄 、 僵子栋 , 到山坡中上部鹅耳杨已和栓
皮栋成为共建种 , 海拔 7 0 m 以上或 阴坡 , 栓皮栋林已被鹅耳杨林所取代 ; 灌木层也由黄
护 、 荆条等过渡到陕西英迷 、 连翘等 .
3
、 主成分分析 ( P C A ) 和对应分析 ( C A )结果及分析
从几何意义来看 , P C A 和 C A 的意图一致 , 都是将一个多维点群有效地投影到低维空
间上 。 从图 3 、 图 4 可看出 , P C A 、 C A 与 P O 的分析结果基本一致 。 但 P C A 、 C A 的
数学基础严格 , 排序效果也优于极点排序 。
表 1 栓皮栋林 7 个主要种在前三个主分量上的负荷值
T a b l e 1 L o a d i n g o f 7 s P e e i e s t o t h e f i r s t t h r e e P r i n e i P a l e o m P o n e n t s
种 类 栓皮栋 鹅耳柄 荆 条 陕 西 黄 护 连 翘 获子梢 特征根 所占信息
英 迷 百分比
第一主 一 0 . 5 4 5 0 . 5 9 6 一 0 . 6 9 1 0 . 1 4 5 一 0 . 4 0 0 0 . 5 8 8 0 . 3 62 6 . 3 66 2 6 . 5%
分盆 0 . 6 17 一 0 . 5 5 2 一 0 . 2 3 7 0 . 6 7 7 0 . 5 8 2 一 0 . 14 9 0 . 1 10 4 . 3 16 18 . 0%
第二主 0 . 1 7 1 一 0 . 12 6 0 . 16 3 一 0 . 1 6 9 0 . 2 4 2 一 0 . 4 8 0 一 0 . 4 2 3 2 . 9 8 3 12 . 4%
分盆
第三主分量
3期 米湘成等 :山西蟒河自然保护区栓皮栋林的聚类和排序 40 1
`对保护区栓皮栋林 3 1个样方的主成分分析结果表明 :3 1个样方中 3 0个彼此相关的变
量可以用彼此独立的 n个新变量表示 , 从而达到了降维的目的 。 前三个主分量分别占总信
息量的 26 . 5% 、 18 . 0% 和 12 . 4% , 共占总信息量的 56 . 9% ( 表 1) 。 选用前两个主分量构成的
排序图具有明确的生态学意义 (如图 3) 。
图 3表明 , 从右下到左上 P C A 所反映的生态梯度与极点排序结果基本一致 。
由表 l 可以看出 , 对第一主分量贡献最大的是鹅耳杨 ( 0 . 596) 和荆条 ( , 0 . 691 ), 由于
第一主分量的作用使群丛W 、 V 被排在 X 轴的右端 , 群丛 工 、 n 、 1 排在 X 轴的左端 , 鹅
耳杨是中生植物 , 荆条喜温性强 , 表明 X 轴反映了群落生境的温度变化梯度 ; 对第二主分
量贡献最大的是鹅耳柄 ( 一 0 . 5 ) 和陕西英迷 ( 0 . 6 77) , 由于第二主分量的作用使群 W 、 n
排在 Y 轴上方 , I 、 1 、 V 排在 Y 轴下方 。 可见非建群种在群落低级单位的分类和排序中
起着重要的作用 。
C A 处理非线性数据的能力强 , 其分析结果一般优于 P O 和 P C A 。 比较图 2 、 图 3和
图 4 就可以看出 , C A 排序图样方间的关系界线和群丛间的生态关系都较明显 。
图 3 13 个样方的 P C A 二维排序图
F i g
.
3 T w o 一 d im e n s i o n a l d i ag r a m o f P C A
o r d in a t i o n fo r 13 s a m P le s
图 4 13 个样方的二维 C A 排序图
F i g
.
4 T w o 一 d i m e n s i o n a l d i a g r a m o f
C A o r d i n a t i o n f o r 13 s a m P! e s
四 、 结 语
1
、 结合传统的定性分析 , 用等级聚合中的离差平方和法及可变法将蟒河自然保护区的
栓皮栋林划分为 5 个群丛 , 与实际情况基本相符 , 具有明确的生态学意义 。
2
、 对 P O 、 P C A 、 C A 的排序图可 以看出 , 三种排序方法得到的排序图都明显地反
映了群丛间的生态关系 , 图与图之间可以相互旋转而成 , 说明它们反映的样方空间关系是一
致的 , 即生态关系是一致的 。
4 0 2植 物 研 究 巧 卷
3
、 蟒河自然保护区内栓皮栋林各群丛中栓皮栋的重要值都在 10 8以上 , 林下栓皮栋幼
苗占一定比例 , 表明栓皮栋林是保护区内稳定的群落类型 。 它地处晋东南 , 纬度较低 , 七日匕京山区的栋林 〔 6 〕 群落更为复杂 , 林下种类也较多一些 , 如前所述 , 还出现了一些亚热带
植物种类 .
4
、 栓皮栋林是保护区内重要的群落类型 , 它的稳定对保护珍贵的常绿树种南方红豆
杉 、 匙叶栋等 , 对保护蟒河自然保护区内珍贵的称猴 (阳城猴 ) 有着重要的意义 , 而且对保
持水土 、 涵养水源也有着重要作用 。 因此应加强人工抚育和管理 , 增加其生态效益和社会 、
经济效益 。
A B S T R A C f
I n t h i s P a P e r
,
t h e uQ
e
cur
s v a ir a b i il s fo r e s t s in M a n g h e N a t
u r a l C o n s e r v a t i o n w e r e
s t u d i e d u s i n g m e th o d s o f h i e r a r e h i e a l e l a s s iif e a t i o n
,
P o l a r o r d i n a t i o n (P O )
,
P r in e iP a l
e o m P o n e n t a n a ly s i s (P C A )
,
a n d e o r r e s Po n d e n e e a n a ly s i s (C A )
.
A s a r e s u l t
,
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iar b l’I i s fo r e s t s w e r e d i v id e d in t o if v e a s s o e i a t i o n s
.
F u rt h e r m o r e
,
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P O
,
P C A a n d C A r e fl e e t e d th e e o n t i n u o u s e h a n g e s o f
v e g e t a t i o n a n d t h e e n
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lt a l v a r ia t io n
.
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C l u s t e r in
w o r d s M an g h e N a t u r a l C o n s e r v a t i o n ; V e g e t a t i o n a n a ly s i s ; O r d in a t i o n ;
9 an a l y s i s
参 考 文 献
〔 1〕
〔 2 〕
〔 3 〕
〔 4 〕
〔 5 〕
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王孟本 ,
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