全 文 :植物科学学报 2015ꎬ 33(2): 151~157
Plant Science Journal
DOI:10 11913 / PSJ 2095-0837 2015 20151
太行山南段油松群落物种多样性研究
郭 华1ꎬ 张桂萍2ꎬ3∗ꎬ 铁 军2ꎬ3ꎬ 李燕芬1
(1. 山西师范大学生命科学学院ꎬ 山西临汾 041000ꎻ 2. 长治学院生物科学与技术系ꎬ 山西长治 046011ꎻ
3. 太行山生态与环境研究所ꎬ 山西长治 046011)
摘 要: 油松是太行山区重要的植树造林树种ꎮ 本文以太行山南段为研究区域ꎬ 采用随机取样法对武乡、 黎城、
襄垣、 平顺、 壶关、 屯留 6个地区油松的物种多样性与群落多样性进行了分析比较ꎮ 结果表明: (1) 6个地区油
松群落中共有种子植物 34科 70属 81种ꎬ 包含乔木 4科 4属 5 种、 灌木 7 科 12 属 15 种、 草本 23 科 54 属 61
种ꎻ (2)太行山南段油松群落种子植物属的区系成分类型多样ꎬ 以温带成分占绝对优势ꎻ (3)武乡、 黎城、 襄
垣、 平顺、 壶关 5个地区油松群落的物种多样性表现出较为一致的变化趋势ꎬ 即草本层>灌木层>乔木层ꎬ 而屯
留的不同功能群物种多样性表现为草本层 = 灌木层 >乔木层ꎻ (4) 6 个地区油松群落多样性从高到低依次为平
顺 >黎城 >襄垣 >武乡 >屯留 >壶关ꎻ (5)油松群落多样性和物种多样性水平受群落演替进程、 地理环境、 人为
干扰等诸多因子的协同作用ꎮ
关键词: 油松ꎻ 物种多样性ꎻ 群落多样性ꎻ 太行山南段
中图分类号: Q94815 文献标识码: A 文章编号: 2095 ̄0837(2015)02 ̄0151 ̄07
收稿日期: 2014 ̄07 ̄01ꎬ 退修日期: 2014 ̄09 ̄12ꎮ
基金项目: 山西省自然科学基金项目(2012011034 ̄6)ꎻ 科技部科技基础性工作专项项目(2011FY110300)ꎮ
作者简介: 郭华(1989-)ꎬ 女ꎬ 硕士研究生ꎬ 主要从事植物生态学研究(E ̄mail: 1055902389@qq com)ꎮ
∗通讯作者(Author for correspondence E ̄mail: zgp0355@126 com)ꎮ
Analysis on Species Diversity of Pinus tabulaeformis Forest
Communities in the Southern Taihang Mountains
GUO Hua1ꎬ ZHANG Gui ̄Ping2ꎬ3∗ꎬ TIE Jun2ꎬ3ꎬ LI Yan ̄Fen1
(1. College of Life Sciencesꎬ Shanxi Normal Universityꎬ Linfenꎬ Shanxi 041000ꎬ Chinaꎻ 2. Department of Biological Sciences
and Technologyꎬ Changzhi Collegeꎬ Changzhiꎬ Shanxi 046011ꎬ Chinaꎻ 3. Ecological and Environmental Research
Institute of Taihang Mountainsꎬ Changzhiꎬ Shanxi 046011ꎬ China)
Abstract: Pinus tabulaeformis is an important forestation species not only because of its
forestry and industrial valueꎬ but also its ecological value in wind preventionꎬ sand fixationꎬ
and water and soil forestry conservation. Due to its strong adaptability and tolerance to drought
and poor soilꎬ it is distributed widely in the Taihang Mountains. Using random sampling
combined with the species richnessꎬ Pielouꎬ Simpson and Shannon ̄Weiner indicesꎬ species
and community diversities of P. tabulaeformis forests were comparatively studied in the
Xiangyuanꎬ Wuxiangꎬ Huguanꎬ Lichengꎬ Pingshun and Tunliu regions of the southern Taihang
Mountains. Results showed there were 81 speciesꎬ belonging to 70 genera and 34 families in
the P. tabulaeformis community in the six regions. Among themꎬ there were 4 familiesꎬ 4
genera and 5 species in the arbor layerꎬ 7 familiesꎬ 12 genera and 15 species in the shrub
layerꎬ and 23 familiesꎬ 54 generaꎬ and 61 species in the herb layer. The floral composition of
genera in the southern Taihang Mountains was diversifiedꎬ and exhibited some typical
characteristics of warm ̄temperate composition. Species diversity of the different functional
groups was herb layer > shrub layer > arbor layer in Xiangyuanꎬ Wuxiangꎬ Huguanꎬ Licheng
and Pingshunꎬ but was herb layer = shrub layer > arbor layer in Tunliu. Community diversity of
the six regions was in the order of Pingshun > Licheng > Xiangyuan > Wuxiang > Tunliu >
Huguan. The community and species diversities of the P. tabulaeformis forests in the southern
Taihang Mountains were influenced by many factorsꎬ including community successionꎬ
geographical and environmental factors and human disturbance.
Key words: Pinus tabulaeformisꎻ Species diversityꎻ Community diversityꎻ Southern Taihang
Mountains
油松(Pinus tabulaeformis Carr.)喜阴耐瘠薄ꎬ
适应性强ꎬ 生态幅广ꎬ 具有良好的防风固沙功能和
水土保持作用ꎬ 是华北地区重要的造林树种ꎮ 长期
以来ꎬ 由于油松在工业、 林业和生态保护中的重要
作用而备受关注ꎮ 目前ꎬ 有关油松种群和群落生态
学研究涵盖多个方面ꎬ 包括油松种群的水文效
应[1ꎬ 2]、 光合效能[3]等生理生态学研究ꎬ 油松的林
分结构及径级结构[4ꎬ 5]、 种间关系[6ꎬ 7]等种群生态
学研究ꎬ 油松群落结构[8]、 动态与更新[9ꎬ 10]、 人
为干扰对油松群落结构的影响[11ꎬ 12]等群落生态学
研究ꎮ
物种与群落多样性是群落生态学研究的热点问
题之一ꎬ 其时空动态变化不仅反映群落的种类组
成、 时空结构、 动态更新和生境异质性等ꎬ 而且直
接影响群落的系统稳定性和生态服务功能ꎮ 关于油
松物种和群落多样性的调查多集中在燕山山脉[7ꎬ13]、
太岳山脉[10ꎬ12]等区域ꎬ 而有关太行山南段油松种
群及群落多样性研究还未见报道ꎮ 鉴于油松在太行
山南段的广泛分布和生态价值ꎬ 本文拟对太行山南
段 6个地区油松群落及林下植物的物种多样性展开
调查ꎬ 旨在了解太行山南段油松的群落特征和结
构ꎬ 掌握其演替规律及发展动态ꎬ 进而为太行山南
段森林群落保护和植被恢复等提供理论依据ꎮ
1 研究地区概况
太行山南段(北纬 35°10′~37°08′ꎬ 东经 112°
26′03" ~113°35′04" )是山西与河南、 河北的天然
分界线ꎬ 属于暖温带半湿润大陆性季风气候ꎬ 年均
温 5℃~11℃ꎬ 1 月平均气温-27℃ꎬ 7 月平均气
温 241℃ꎬ 无霜期 165 ~200 dꎬ 年降水量 503 ~
673 mmꎮ 地带性土壤为褐土ꎬ 主要土壤类型有山
地褐土、 山地棕壤等[14ꎬ15]ꎮ 本研究区域包括太行
山南段长治地区境内的武乡、 黎城、 襄垣、 平顺、
壶关、 屯留 6个地区(表 1)ꎮ
太行山南段的地带性植被是暖温带落叶阔叶
林ꎬ 主要森林植被类型有油松林 ( Form. Pinus
tabulaeformis)、 侧柏林(Form. Platycladus orienta ̄
lis)、 鹅耳枥林 ( Form. Carpinus turczaninowii)、
辽东栎林(Form. Quercus liaotungensis)、 白桦林
( Form. Betula platyphylla) 、 青榨槭 +鹅耳枥林
表 1 太行山南段 6个地区的环境特征
Table 1 Environmental characteristics of the six regions in the southern Taihang Mountains
样地
Plots
位置
Locality
海拔
Altitude
(m)
纬度
Latitude
经度
Longitude
坡度
Slope
(°)
植被类型
Vegetation type
郁闭度
Canopy
density
干扰程度
Interference
1 襄垣县古韩镇Guhan townꎬ Xiangyuan County 1106 36°32′21.3" 112°57′37.6" < 5
温性针叶林
Temperate coniferous forest 80%
轻度
Light
2 壶关县百尺镇Baichi townꎬ Huguan County 1112 36°07′24.7" 113°11′36.5" < 5
温性针叶林
Temperate coniferous forest 70%
中度
Medium
3 武乡县石门乡Shimen townꎬ Wuxiang County 1125 36°30′24.1" 113°04′39.1" < 5
温性针叶林
Temperate coniferous forest 70%
轻度
Light
4 平顺县阳高乡Yanggao townꎬ Pingshun County 1143 36°23′24.2" 113°07′52.6" < 5
温性针叶林
Temperate coniferous forest 75%
轻度
Light
5 黎城县上遥镇Shangyao townꎬ Licheng County 1146 36°24′25.5" 113°07′49.3" < 5
温性针叶林
Temperate coniferous forest 70%
轻度
Light
6 屯留县路村乡Lucun townꎬ Tunliu County 1243 36°27′23.6" 112°46′34.3" < 5
温性针叶林
Temperate coniferous forest 45%
中度
Medium
251 植 物 科 学 学 报 第 33卷
(Form. Acer davidii +C. turczaninowii)等ꎻ 灌丛
植被主要有黄刺玫灌丛(Form. Rosa xanthina)、
野皂荚灌丛(Form. Gleditsia microphylla)、 沙棘
灌丛(Form. Hippophae rhamnoides var. procerd)
等ꎻ 草本植物群落有白羊草草丛(Form. Bothrioch ̄
loa ischaemum )、 蒿类草丛 ( Form. Artemisia
spp.)及苔草草甸(Form. Carex spp.)等[16]ꎮ
2 研究方法
2 1 样地调查
样地调查时间为 2012年 7-8月ꎮ 在太行山南
段分别选择武乡、 黎城、 襄垣、 平顺、 壶关、 屯留
6个地区作为研究区域ꎬ 每个地区随机选择 2 个样
地ꎬ 样地大小为 20 m × 30 mꎮ 每个样地内参照图
1再设置乔木样方 6个(10 m×10 m)ꎬ 即A1~A6ꎻ
灌木样方 2个(10 m×10 m)ꎬ 即 S1、 S2ꎻ 草本样
方 6个(1 m×1 m)ꎬ 即 H1~H6ꎮ 每个地区各取乔
木样方 12 个ꎬ 灌木样方 4 个ꎬ 草本样方 12 个ꎬ
总计 168 个样方ꎬ 分别记录乔木层、 灌木层、 草
本层及层间植物ꎮ 其中ꎬ 乔木层主要记录样方内所
有乔木植株的种名、 胸径、 高度、 盖度、 各物种株
数以及冠幅等ꎻ 灌木层主要记录出现在样方内的灌
木和乔木幼苗的种名ꎬ 并测量每个物种的高度、 基
径、 盖度、 株(丛)数等ꎻ 草本层记录草本层内每
种植物的种名、 高度、 盖度、 株(丛)数等ꎻ 层间
植物主要记录层间的寄生植物、 附生植物和藤本
A1 A2
A5A6
S2
A3
S1
A4
H6
H1 H2
H5 H4
H3
!"#"# Shrub %&# Herb
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
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X. 襄垣ꎻ H. 壶关ꎻ W. 武乡ꎻ P. 平顺ꎻ L. 黎城ꎻ T. 屯留ꎮ 下同ꎮ
X. Xiangyuanꎻ H. Huguanꎻ W. Wuxiangꎻ P. Pingshunꎻ L. Lichengꎻ T. Tunliu. Same below.
图 2 太行山南段油松群落不同功能群的物种多样性
Fig 2 Species diversity of different functional groups of P. tabulaeformis forests in the southern Taihang Mountains
就乔木层而言ꎬ 平顺和黎城地区的物种多样性
最高 (038、 026)ꎬ 其次是襄垣和武乡ꎬ 屯留和
壶关的物种多样性最低 (009、 005)ꎮ 就灌木层
而言ꎬ 屯留的物种多样性最高 (103)ꎬ 其次是平
顺、 黎城和襄垣ꎬ 壶关的物种多样性最低 (035)ꎮ
就草本层而言ꎬ 平顺、 黎城、 襄垣的物种多样性较
高 (169、 170、 182)ꎬ 壶关、 武乡的物种多样
性水平较低ꎬ 屯留的物种多样性水平最低 (104)ꎮ
综上ꎬ 平顺和黎城的物种多样性较高ꎻ 屯留的物
种多样性较低ꎬ 可能是人为干扰造成的ꎮ
3 4 太行山南段油松群落多样性分析
对 6个地区油松群落的不同功能群物种多样性
指数进行加权ꎬ 得到不同地区油松林的群落多样性
水平ꎮ 由图 3可见ꎬ 平顺地区油松群落多样性水平
最高(082)ꎬ 其次是黎城和襄垣(077)ꎬ 武乡和
屯留地区油松群落多样性较低ꎬ 壶关最低(052)ꎮ
造成群落多样性水平差异的原因有很多ꎬ 既有群落
自身因素的限制ꎬ 也有群落所处的地理环境特征及
人为干扰程度等的影响ꎮ
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图 3 太行山南段不同油松群落物种多样性
Fig 3 Community diversity of different P. tabulaeformis
forests in the southern Taihang Mountains
4 讨论
物种多样性指数受诸多因子影响ꎬ 既受群落物
种组成、 群落性质及结构、 群落演替等自身因素影
响ꎬ 又受地理地貌、 气候条件、 人为干扰等诸多外
界因子的影响ꎮ
4 1 油松群落演替与群落物种多样性
群落演替的时间和进程是群落物种多样性的重
要影响因素之一ꎬ 且随着群落演替的进行物种多样
551 第 2期 郭 华等: 太行山南段油松群落物种多样性研究
性呈先升后降的趋势[21ꎬ22]ꎮ 考虑到植被恢复和森
林保护ꎬ 本研究对油松群落的林龄没有采用年轮判
断法ꎬ 而是采用油松立木级结构分析法并结合对当
地居民的走访调查获得群落演替时间ꎮ 调查结果显
示ꎬ 6个区域的油松群落均为人工林ꎬ 其林龄和群
落演替时间相对较短(20~50 年)ꎬ 处于正向演替
进程中ꎮ
本研究对太行山南段 6个地区油松群落的物种
多样性指数的分析结果表明ꎬ 物种多样性与油松林
龄具有一定的正相关性ꎬ 即与群落演替时间呈一定
的正相关ꎮ 其中ꎬ 壶关油松群落的林木胸径最小
(DBH = 6 4 cm)ꎬ 林龄最短ꎬ 森林物种多样性指
数最低ꎻ 而平顺和黎城的油松群落林木胸径较大ꎬ
林龄较长ꎬ 物种多样性也较高ꎮ 但屯留地区的油松
群落胸径最大(DBH = 13 31 cm)ꎬ 林龄最长ꎬ 其
物种多样性却较低ꎬ 表明影响群落物种多样性是由
多种影响因子协同作用的ꎮ
4 2 环境因子与群落物种多样性
地理地貌与气候条件是影响群落物种多样性的
又一重要因子ꎮ 太行山南段武乡、 黎城、 襄垣、 平
顺、 壶关、 屯留 6个地区的地理地貌和气候条件差
异不大ꎬ 均属于暖温带半湿润大陆性季风气候ꎬ 群
落结构和群落多样性应具有一定的相似性ꎬ 但本研
究结果表明 6 个研究区域的群落多样性表现出差
异ꎮ 这是由于人类活动多集中于低海拔、 缓坡度、
邻村舍、 近农田地带ꎬ 导致低海拔地区的人为干扰
强度大于高海拔地区ꎬ 壶关地区油松群落的物种多
样性较低即属于此种情况ꎻ 此外ꎬ 屯留的海拔较
高ꎬ 但由于旅游开发带来的人为干扰较大ꎬ 也导致
群落物种多样性较低ꎮ
人类干扰包括人们的直接干扰(即采挖、 砍
伐、 旅游等)和间接干扰(农耕)ꎬ 是影响群落多样
性的重要环境因子之一[23]ꎮ 农业生产也会影响其
周边植物群落的物种多样性ꎬ 因为农耕过程中不断
使用的化肥和农药可借助于土壤水分循环进入自然
生态系统ꎬ 大量的化肥会对耐药性较强物种产生催
生作用ꎬ 并使该物种的优势度越来越强ꎻ 相反ꎬ 农
药的吸入会导致耐药性较弱物种的种群生长受阻、
发育过慢ꎬ 逐渐衰落甚至消亡ꎮ
与五台山[24]油松的群落物种多样性指数相比ꎬ
太行山南段 6个地区油松的群落物种多样性偏高ꎬ
说明太行山南段的森林培育和保护工作较好ꎮ 但不
容忽视的是个别地区的油松植被遭到破坏ꎬ 如屯留
的植树造林工作虽开展较早ꎬ 林龄发育较好ꎬ 但物
种多样性指数却偏低ꎬ 林下草本植物遭受破坏程度
较为严重ꎬ 这些情况应引起相关部门的重视ꎮ
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(责任编辑: 刘艳玲)
751 第 2期 郭 华等: 太行山南段油松群落物种多样性研究