河南寶天曼珍稀園林樹種陜西紫莖的群落特征

朱學(xué)靈，楊 艷，程蓓蕾，任應(yīng)黨

(1.河南省昊澤苑綠化工程有限公司，河南平頂山467300;2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 鄭州450002)

紫莖屬(Sewartial L.)是一類東亞－北美間斷分布的山茶科(Theaceae)植物。我國的南部和西南部，既是紫莖屬的起源中心，又是紫莖屬的高度分化中心。全世界紫莖屬植物共23種5變種，中國有17種，且均為我國的特有屬植物，這些植物分布于廣西、云南、廣東、湖南等地［1］。陜西紫莖(Stewartia shensiensis Chang)分布于北緯33°附近，是紫莖屬十幾種植物中在中國大陸最北分布的一個種類［2］。河南寶天曼自然保護區(qū)的平坊、猴溝和七里溝林區(qū)的溝谷地帶，分布有片狀的陜西紫莖群落，且生長良好，是河南省陜西紫莖群落分布最為集中的地區(qū)之一。

陜西紫莖因樹皮光滑，伏牛山區(qū)俗稱其名為“猴不上”。其外皮淡黃灰色，呈紙層剝落，內(nèi)皮黃綠色，花白色，于6月中旬開花，彌補了河南園林植物中晚春春花不足的缺憾，是一個優(yōu)良的園林綠化樹種。前人進行了紫莖屬植物的分類學(xué)和地理分布研究［1］，而對于陜西紫莖群落結(jié)構(gòu)、物種分布機制、園林引種設(shè)計等方面研究得較少。目前，河南省尚未進行陜西紫莖的園林引種馴化工作，更沒有在園林造景上使用過這種珍稀野生物種。為了揭示陜西紫莖群落的穩(wěn)定性和物種共存機制，對寶天曼自然保護區(qū)陜西紫莖群落特征和景觀應(yīng)用方面開展研究，為我國中部地區(qū)進行陜西紫莖的引種和園林景觀綠化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究地點概況

寶天曼自然保護區(qū)位于河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣，地處秦嶺東段伏牛山南坡，地理位置為東經(jīng)111°53'～112°00'，北緯 33°25'～33°33'，是陜西紫莖群落在我國的最北分布區(qū)。平均海拔800～1 840 m;氣候為暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫15.1℃，1月平均氣溫1.5 ℃，7月平均氣溫27.8 ℃，無霜期210～220 d;年平均降水量885.6 mm，年平均相對濕度68%;主要土壤類型為山地黃棕壤、棕壤等。保護區(qū)內(nèi)植被類型多樣，植物區(qū)系組成豐富［3-4］，珍稀瀕危植物種類較多［5］，但植被類型除櫟類等為大面積分布外，多數(shù)植物種類均為零星或小片狀分布。

1.2 調(diào)查方法

調(diào)查地點設(shè)在寶天曼保護區(qū)的平坊林區(qū)。群落調(diào)查采用樣地法，面積20 m×20 m，把樣地均勻劃分成16個5 m×5 m的相鄰樣方，樣地調(diào)查以小樣方為單位進行。喬木和灌木共調(diào)查16個小樣方，采用逐株調(diào)查的方式;在每個小樣方內(nèi)，隨機布設(shè)1個面積為2 m×2 m草本樣方，和喬灌木一并進行調(diào)查。喬木小樣方主要調(diào)查記錄該樣方內(nèi)的植物種類、樹高、冠幅和生活型;灌木小樣方主要調(diào)查該樣方內(nèi)的植物種類、株數(shù)、多度、平均高度、蓋度和生活型，喬木幼苗記入灌木;草本小樣方主要調(diào)查該樣方內(nèi)的植物種類、株數(shù)(無性系植株每一克隆株為1個個體)、多度、平均高度、蓋度和生活型［6］等指標(biāo)。植物種類依據(jù)《河南植物志》［7］等有關(guān)物種的形態(tài)描述進行鑒定。

1.3 數(shù)據(jù)分析和處理

1.3.1 植物區(qū)系成分 根據(jù)已經(jīng)鑒定的植物種類，確定樣地植物在物種系統(tǒng)分類中的科屬種。依據(jù)群落樣地內(nèi)物種所屬的植物科屬類別，對照《中國植物區(qū)系屬的分布區(qū)類型》［8］，確定陜西紫莖群落的植物區(qū)系地理成分。

1.3.2 陜西紫莖群落的葉級譜 對樣地內(nèi)的每個物種采集生長健康的大、中、小新鮮葉片各10片，帶回實驗室在105℃烘箱中殺青2 h左右。殺青后用掃描儀將每一個葉片進行掃描處理，輸入電腦，然后用Photoshop 7.0軟件中的面積求算功能，計算出樣地中研究對象的平均葉片面積，根據(jù)Paijmans的分類標(biāo)準(zhǔn)［9］，劃分出樣地植物的葉級譜。

1.3.3 物種生活型譜 根據(jù)Raunkaier的生活型系統(tǒng)［9］，統(tǒng)計不同植物物種的生活型，將不同群落的植物分為高位芽植物、地上芽植物、地面芽植物、地下芽植物和1年生植物。以生活型譜表示群落的種群結(jié)構(gòu)，生活型譜計算如下:某一生活型的百分率=該群落中生活型的種類/該群落中的全部種類×100%。

1.3.4 植物重要值(IV)的計算 喬木層IV=(相對密度+相對頻度+相對顯著度)/3;灌木和草本層IV=(相對密度+相對頻度+相對蓋度)/3。密度用樣地內(nèi)每一個物種每平方米內(nèi)的株數(shù)來表示，蓋度用每一個物種在樣地內(nèi)的投影面積與樣地總面積的比值來表示，頻度用每一個物種在所有樣方內(nèi)出現(xiàn)的概率來表示。相對顯著度以某植物的高度與整個群落植物高度和的比值來表示。相對密度、相對蓋度和相對頻度用每一個物種的密度、蓋度和頻度與所有物種的密度和、蓋度和及頻度和比值來表示。

1.3.5 群落物種多樣性的測定 物種多樣性主要是反映一個地區(qū)(或地段)內(nèi)物種數(shù)的多寡和種間個體數(shù)的平均分配程度。物種豐富度是指群落中物種的豐富程度。為了避免不同物種因個體大小和個體數(shù)差異懸殊而導(dǎo)致多樣性測度結(jié)果的差異，在此采用群落物種的IV作為多樣性的測度指標(biāo)。在進行群落特征分析的基礎(chǔ)上，采用以下4種多樣性指數(shù)來測定陜西紫莖群落的物種多樣性。

(1)豐富度指數(shù)Rr:

式中，S為樣地內(nèi)的物種數(shù)。

(2)Shannon－Wiener多樣性指數(shù)(H')［10］:

(3)Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)(D)［11］

(4)Pielou 均勻度指數(shù)(J)［12］

上述(2)、(3)、(4)式中，Pi=Ni/N，Pi為該層次第i個物種相對重要值;Ni為樣地中某一層次第i個物種的重要值，N為該層次所有物種重要值之和。1.3.6 陜西紫莖的園林群落設(shè)計 根據(jù)陜西紫莖的生物學(xué)特點、伴生樹種和觀賞特性，進行景觀營造設(shè)計，確定該珍稀樹種在園林上的應(yīng)用途徑。

2 結(jié)果與分析

2.1 陜西紫莖群落植物區(qū)系結(jié)構(gòu)分析

2.1.1 區(qū)系組成 根據(jù)樣地調(diào)查統(tǒng)計，共發(fā)現(xiàn)維管束植物37科59屬77種。其中蕨類植物2科2屬2種;種子植物35科57屬75種。屬種數(shù)量占優(yōu)勢的科為槭樹科(Aceraceae，1屬7種)、衛(wèi)矛科(Celastraceae，2屬5種)、薔薇科(Rosaceae，5 屬 5 種)、虎耳草科(Saxifragaceae，5屬5種)、毛茛科(Ranunculaceae，4屬 5種)、樟科(Lauraceae，1 屬 4種);其他如山茶科、殼斗科(Fagaceae)、昆欄樹科(Trochodendraceae)等18種植物均為1屬1種，這些單屬種植物占整個樣地植物種類的48.6%。說明陜西紫莖群落物種構(gòu)成復(fù)雜，陜西紫莖與槭樹科、樟科、衛(wèi)矛科等植物類群有較強的聯(lián)結(jié)性。在群落水平上，寶天曼保護區(qū)陜西紫莖林物種多樣性遠(yuǎn)大于浙江古田山自然保護區(qū)的紫莖群落，在群落植物的科屬構(gòu)成方面，與古田山自然保護區(qū)紫莖群落的構(gòu)成類似［13］。2.1.2 地理成分 根據(jù)吳征鎰的《中國植物區(qū)系屬的分布區(qū)類型》［8］，寶天曼自然保護區(qū)陜西紫莖群落內(nèi)共有11個分布區(qū)類型及變型(表1)，其中北溫帶分布的類型20屬，占總屬數(shù)的33.9%;東亞－北美間斷分布的屬為8屬，占13.5%;泛熱帶和東亞分布的屬均為7屬，占11.9%;世界分布的屬為6屬，占10.1%。世界分布屬的植物不參與熱帶、溫帶植物區(qū)系大類性質(zhì)的統(tǒng)計，就屬的地理成分性質(zhì)來看，樣地內(nèi)屬于熱帶屬性質(zhì)分布的類型10屬，占17.0%，溫帶屬性質(zhì)分布的類型43屬，占72.9%。這與寶天曼保護區(qū)處于我國北亞熱帶暖溫帶過渡區(qū)的地理位置有很大關(guān)系，也與保護區(qū)內(nèi)雜木林、銳齒櫟林等群落的植物區(qū)系特征相吻合［14］，說明了寶天曼保護區(qū)植物與溫帶植物區(qū)系的親緣關(guān)系。

表1 寶天曼自然保護區(qū)陜西紫莖群落植物區(qū)系屬的分布區(qū)類型

2.2 陜西紫莖群落外貌

2.2.1 季相 寶天曼自然保護區(qū)陜西紫莖林具有鮮明的季相。3月下旬冬芽萌動，4月中旬開始展葉;6月中旬陜西紫莖開花;10月中旬進入果熟期;10月下旬進入變?nèi)~期;11月上旬開始落葉。春季群落外貌呈淡綠色;夏季群落則變?yōu)闈饩G色;深秋樹葉凋零，陜西紫莖樹干顏色特別醒目;入冬樹葉落盡，整個群落季相呈黃褐色，林地枯枝落葉層較厚，林冠層透光度變大。

2.2.2 葉的性質(zhì) 根據(jù) Paijmans的分類標(biāo)準(zhǔn)［9］，陜西紫莖群落的葉級譜中，以中型葉為主，共計68種，占總數(shù)的 87.17%;小型葉 4 種，占 5.13%;微型葉和大型葉各3種，占總數(shù)的3.85%。葉型以單型葉為主，葉質(zhì)中草質(zhì)葉占絕對優(yōu)勢，為88.31%(表2)，基本上反映了暖溫帶落葉闊葉林的葉級譜特征。

表2 陜西紫莖林葉的性質(zhì)

2.2.3 生活型 根據(jù) Raunkaier［9］的生活型分類系統(tǒng)，確定陜西紫莖林的生活型譜。從表3可以看出，群落中，高位芽植物種類最多，有47種，占整個植物生活型譜的61.0%;地面芽植物次之，有14種，占整個植物生活型譜的18.2%;地上芽和1年生植物均為7種，占生活型譜的9.1%;地下芽植物種類最少，有2種，占生活型譜的2.6%。陜西紫莖群落以高位芽植物占優(yōu)勢，地面芽植物次之，與我國溫帶地區(qū)的落葉闊葉林相近，遠(yuǎn)低于亞熱帶常綠闊葉林和亞熱帶次生常綠落葉闊葉混交林，反映出陜西紫莖植物群落與氣候之間的關(guān)系。

表3 寶天曼自然保護區(qū)陜西紫莖群落生活型譜

2.2.4 群落的結(jié)構(gòu)特征 喬木層共出現(xiàn)種子植物15科15屬19種，其中種屬數(shù)量上處于優(yōu)勢的科為槭樹科(1屬4種)，其余的均為1屬1種。喬木層蓋度約為80%，可分為2個亞層。其中第1亞層高13.0～18.0 m，主要組成種類為銳齒櫟、白玉蘭、山櫻桃;第 2 亞層高 3.5～8.0 m，優(yōu)勢種類主要有陜西紫莖、千金榆、三亞烏藥。從喬木層物種重要值(表4)來看，喬木層優(yōu)勢種為陜西紫莖、千金榆、青楷槭。重要值小于4的有11種，占總種數(shù)的57.9%，表明該群落的優(yōu)勢種較為顯著。除華山松外，寶天曼保護區(qū)陜西紫莖的喬木層樹種全部為落葉闊葉林，這與浙江古田山保護區(qū)紫莖林喬木層樹種以常綠成分的種類占優(yōu)勢是明顯不同的［12］。

表4 陜西紫莖林喬木層物種重要值

灌木層蓋度約為 40%，高度為 0.3～2.2 m，共出現(xiàn)種子植物(含幼苗)20科28屬43種。根據(jù)其物種重要值(表5)，優(yōu)勢種為伏牛箭竹、長柄繡球、南蛇藤、莢蒾等;重要值小于2的有31種，占總種數(shù)的72.09%，如鈍葉薔薇(Rosa sertata)等。說明灌木優(yōu)勢種類也是比較明顯的。該林分中，除伏牛箭竹為常綠種類外，其他灌木全部為落葉種類。

層間植物可歸于灌木類。樣地內(nèi)有南蛇藤、粉背南蛇藤、清風(fēng)藤(Sabia japonica)、五味子(Schisandra chinensis)、繡球藤(Clematis montana Buch-Ham.ex DC)，層間植物的多樣化，使陜西紫莖的群落結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

表5 陜西紫莖林灌木層物種重要值

陜西紫莖林草本層平均蓋度約40%，分布均勻，種類豐富。調(diào)查顯示，群落內(nèi)草本植物共計15科24屬29種，主要由地面芽植物和地下芽種類組成。優(yōu)勢種是糙蘇、球果堇菜、犁頭葉堇菜、東亞唐松草、斑葉堇菜、鬼燈擎、野菊、京大戟、寬葉苔草(Carex siderosticta)等。這些種類均可在局部形成優(yōu)勢群落(表6)。

表6 陜西紫莖林草本層物種重要值

2.2.5 群落物種多樣性 生物群落是一個自然歷史演變的過程，是在一定的地理區(qū)域內(nèi)同一環(huán)境下不同物種的種群組合。群落物種多樣性是群落在組成和結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出的多樣性，是認(rèn)識群落的組織水平和功能狀態(tài)的基礎(chǔ)。經(jīng)過調(diào)查計算陜西紫莖林喬木層、灌木層和草本層物種多樣性指數(shù)(表7)，可以發(fā)現(xiàn)，寶天曼自然保護區(qū)陜西紫莖群落生物多樣性豐富，是我國暖溫帶地區(qū)落葉闊葉林生物多樣性分布最高的地區(qū)之一。陜西紫莖林不同層次的物種多樣性大小依次為灌木層＞草本層＞喬木層，且各層次物種的均勻度較高。這種生物多樣性指數(shù)的分布格局與紫莖屬植物中心分布區(qū)浙江古田山紫莖群落相比有很大不同［12］。總體上寶天曼自然保護區(qū)陜西紫莖林生物多樣性大于浙江古田山。與寶天曼保護區(qū)內(nèi)其他主要森林群落的物種多樣性相比較，陜西紫莖林的Shannon－Wiener多樣性指數(shù)也高于建群種銳齒櫟群落的 1.43～2.18 及栓皮櫟群落的 1.64～2.00［14-15］。

表7 陜西紫莖林群落的物種多樣性

2.3 園林景觀群落設(shè)計

園林植物的觀賞特性是植物的美化功能和藝術(shù)效應(yīng)的結(jié)合。陜西紫莖具有獨特的形態(tài)、色彩、風(fēng)韻和芳香等美的特色。根據(jù)陜西紫莖的生態(tài)習(xí)性、生物學(xué)特性、伴生樹種和觀賞特點，從保持園林紫莖群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和色彩、質(zhì)地等方面，進行陜西紫莖園林綠化應(yīng)用的群落設(shè)計。

2.3.1 陜西紫莖風(fēng)景林或行道樹栽植 陜西紫莖在野外可以長成15 m高的大樹，并且較耐寒冷，在伏牛山區(qū)－10℃的天氣情況下能在野外安全越冬，陜西紫莖群落生長良好，植株相對較為高大，冠大蔭濃，樹形清秀。因此，可以在城市綠地、公園、庭院、草坪的角隅等地，營造陜西紫莖風(fēng)景林(純林)，或?qū)χ灿谔们昂吐房谔帲p其幽雅的姿態(tài)。也可以作為小區(qū)道路、人行道綠帶等行道樹種，能夠發(fā)揮出春季觀花、夏季遮陽、秋冬季觀姿、美化街景以及裝飾建筑立面等功能。

2.3.2 落葉闊葉風(fēng)景林 落葉闊葉林是河南省地帶性的植被類型。無論是在原產(chǎn)區(qū)還是在伏牛山區(qū)，陜西紫莖與殼斗科、槭樹科、樟科、榆科等暖溫帶的落葉植物種類具有較強的種間聯(lián)結(jié)性，已與這些植物種類形成了穩(wěn)定的落葉闊葉林群落。因此，在園林應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)其生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性和樹種間的互利關(guān)系，通過喬灌草的合理配置，營造陜西紫莖風(fēng)景林，在發(fā)揮其觀賞特性前提下，保持陜西紫莖景觀園林的穩(wěn)定性。

2.3.3 常綠與落葉闊葉混交林風(fēng)景林 陜西紫莖屬中性偏陽且喜濕潤肥沃的酸性土壤的樹種，宜植于水、肥、熱均佳處。一般叢植于林緣，背景襯以樟樹、石楠、桂花、松類等常綠針闊葉樹種，林下灌木層配置薔薇類和黃楊、海桐等常綠灌木，更能顯其清雅脫俗的清姿麗質(zhì)。陜西紫莖具有較高的觀賞價值，也可以和其他常綠的山茶科植物一起，在我國中部地區(qū)營造山茶科植物專類園，創(chuàng)造出春花秋葉冬姿的特色景觀。

3 結(jié)論與討論

寶天曼自然保護區(qū)陜西紫莖群落物種豐富，植物科屬組成較為分散，從屬的分布區(qū)類型來看，溫帶分布的屬占據(jù)優(yōu)勢;群落的葉級譜以中型葉為主，葉型以單葉為主，葉質(zhì)中草質(zhì)葉占絕對優(yōu)勢;群落的生活型以高位芽植物為主，具有一定的層間植物;群落喬木層、灌木層和草本層的物種多樣性大小依次為灌木層＞草本層＞喬木層。根據(jù)陜西紫莖的觀賞特性和生態(tài)習(xí)性，提出河南省園林造景中陜西紫莖純林、落葉闊葉林和常綠與落葉闊葉混交林的3種景觀配置方式。

陜西紫莖在河南已經(jīng)達(dá)到其最北的分布區(qū)邊沿，本研究提出了陜西紫莖的群落結(jié)構(gòu)特征和園林景觀的營造模式。陜西紫莖在群落內(nèi)樹高處于第2層，與千金榆、青楷槭等樹種共優(yōu)共存，整個群落喬木層生物多樣性指數(shù)低于灌木層和草本層。寶天曼保護區(qū)區(qū)域土壤肥沃，林內(nèi)物種更新良好，幼苗種類較多，這也是陜西紫莖群落內(nèi)灌木層和草本層物種多樣性較高的原因之一。生物多樣性能夠反映群落的物種構(gòu)成及功能規(guī)律，生物多樣性指數(shù)的大小與群落的豐富度有關(guān)，但也與取樣的面積和技術(shù)有一定的關(guān)聯(lián)性。為了更全面地研究寶天曼自然保護區(qū)陜西紫莖林群落構(gòu)成和生態(tài)功能，需要擴大樣地的取樣面積，排除調(diào)查樣地取樣的偶然性，為開展陜西紫莖的引種馴化和園林綠化提供更加詳實科學(xué)的技術(shù)資料。

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