基于重要值和Hegyi競爭指數(shù)瀕危植物洪平杏伴生群落特征研究

龍麗，彭秋桐，李中強，郝濤，劉亞恒,3

(1.湖北大學資源環(huán)境學院，區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應湖北省重點實驗室， 湖北 武漢 430062；2.湖北省野生動植物保護總站， 湖北 武漢 430079； 3.湖北省環(huán)境科學研究院， 湖北 武漢 430072)

0 引言

洪平杏(Armeniacahongpingensis)屬薔薇科(Rosaceae)杏屬(ArmeniacaMill.)落葉喬木[1].1985年，俞德浚、李朝鑾兩位學者在湖北省神農架考察時首次發(fā)現(xiàn)該物種，并因其地處洪平(現(xiàn)紅坪鎮(zhèn))取名洪平杏.自發(fā)表以來，洪平杏分類學地位一直飽受爭議[2-6]，目前分子生物學研究表明洪平杏為一個獨立種[7-8]，該物種對研究薔薇科杏屬的系統(tǒng)發(fā)育及杏屬內物種之間的進化關系具有深遠意義[7].洪平杏僅分布于湖北省神農架地區(qū)，為狹域分布種，現(xiàn)存數(shù)量極少，野外發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存數(shù)量僅10 株.根據(jù)極小種群野生植物定義，洪平杏屬極小種群野生植物，對其開展種群生存力分析、種質資源保存、就地保護與生境恢復、擴繁、遷地保護等方面研究，對洪平杏保護具有重要意義.但目前關于洪平杏的研究僅見其種屬分類學方面[7-8]，關于其野外生存狀況等相關研究少見報道.已有研究表明珍稀瀕危植物往往在競爭中處于弱勢地位，在其進化過程中容易出現(xiàn)生態(tài)位嚴重特化的現(xiàn)象[9].植物種間競爭是由于對有限資源的共同需求而產生的，往往影響植物存活和自然更新，并推動著群落的演替，不同生長型的瀕危植物受到的競爭情況可能完全不同[10].考慮到瀕危植物的競爭情況是指導其保護與恢復工作的重要依據(jù)，不同競爭情況的瀕危植物需要采取不同保育措施[11]，因此，應加強野外珍稀瀕危植物群落中植物種間競爭關系研究，以此來指導珍稀瀕危植物的就地保護工作.

本研究對分布在湖北省神農架林區(qū)內的洪平杏群落進行詳細野外調查，研究其生存現(xiàn)狀及群落特征，通過Hegyi競爭指數(shù)研究洪平杏野外競爭狀況，以期為瀕危野生植物洪平杏保護工作的開展提出科學建議.

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況研究區(qū)域位于湖北省神農架林區(qū)紅坪鎮(zhèn)，地理坐標范圍為110°25′44.96″～110°26′16.4″E；31°40′40.44″～31°41′52.68″N，海拔1 755～1 890 m.該區(qū)地處我國第二級階梯的東部邊緣，屬大巴山余脈，山體高大，地勢西南高東北低，研究區(qū)內為典型的亞熱帶季風氣候，溫暖濕潤，年均溫為12.1 ℃，年降水量800～2 500 mm[12-13]，其氣候具有明顯的垂直差異.

1.2 調查方法以洪平杏母樹為中心，以10 m為半徑設置群落樣圓，將洪平杏作為對象木，樣圓范圍內所有胸徑大于5 cm的喬木、灌木作為競爭木，進行每木調查，并記錄其種類、株數(shù)、株高和胸徑，以及與對象木洪平杏之間的距離；調查記錄樣圓范圍內草本植物種類；利用GPS定位系統(tǒng)記錄洪平杏群落的地理坐標、海拔高度、坡向、坡度等，所調查洪平杏樣地具體信息見表1.

表1 洪平杏伴生群落樣地信息

1.3 數(shù)據(jù)處理群落中物種的優(yōu)勢度用重要值來表示，其計算公式如下[14-15]：

重要值/%=(相對高度+相對蓋度+相對多度)/3，

式中：相對高度為一個物種的高度同整個群落里所有物種的高度和之比，相對蓋度為一個物種的胸徑同群落里同層次內所有物種的胸徑和之比，相對多度為一個物種的株數(shù)同群落里同層次內所有物種的數(shù)量和之比.

Hegyi競爭指數(shù)是1974年提出的采用競爭木與對象木的胸徑、距離、個體數(shù)量等數(shù)據(jù)來反映植物個體種內和種間競爭關系的模型[15].其公式如下[17-18]：

式中，Ic為競爭指數(shù)；Dj為競爭木胸徑；Di為對象木胸徑；Lij為對象木和競爭木之間的距離；n為競爭木的株數(shù).Ic值越大，代表對象木所受的競爭壓力越大.

2 結果

2.1 洪平杏生存群落特征

2.1.1 群落物種組成 野外調查結果表明，洪平杏所在群落中植物多樣性較高，種類組成較為豐富.4個群落中共有植物91 種，隸屬45 科82 屬，種數(shù)最多的科為菊科(Compositae)11 種；其次為薔薇科(Rosaceae)9 種；傘形科(Umbelliferae)6 種；毛茛科(Ranunculaceae)5 種；唇形科(Labiatae)4種(表2).

表2 洪平杏群落種群組成表

所調查洪平杏群落中，其群落垂直結構明顯，喬木層含物種17 種，灌木層含物種14 種，草本層物種最多，達60 種，3個層物種分別占物種總數(shù)的18.68%、15.38%和65.93%(圖1).

圖1 洪平杏生存群落垂直結構物種組成百分比

所調查的4個群落中對象木洪平杏共有6 株大樹，樹高范圍10～15 m，胸徑范圍主要分布在20～40 cm之間，平均胸徑36.15 cm.調查的群落中共有競爭木21 株，競爭木平均胸徑13.07 cm，平均樹高8.26 m，胸徑范圍以小徑級占絕對優(yōu)勢，胸徑大多集中在5～20 cm(表3).

表3 對象木洪平杏及競爭木生長概況

2.1.2 群落喬木層物種重要值 對洪平杏生存群落喬木層物種重要值分析得出，洪平杏在不同群落內的重要值較高且差別不大.在所調查的4個群落中，有1個群落中洪平杏為優(yōu)勢種，其重要值為0.36；其余3個群落中洪平杏為亞優(yōu)勢種，其重要值分別為0.28、0.33和0.35，這3個群落中優(yōu)勢種分別為落葉松(Larixgmelinii)，胡桃(Juglansregia)和胡桃，其重要值分別為0.54、0.47 和0.43(表4).

表4 洪平杏伴生群落中喬木層重要值

2.2 群落中洪平杏種內和種間競爭在以對象木洪平杏為中心所設置的4個樣地中，洪平杏所受競爭強度普遍較小且群落間差異不大，4個群落中洪平杏的總競爭指數(shù)分別為0.46、0.48、0.51和0.42(表5).

表5 伴生群落目標種洪平杏的競爭指數(shù)

在所調查的洪平杏生存群落中，對象木洪平杏總競爭指數(shù)為1.87，其中種內競爭指數(shù)為0.19，占總競爭指數(shù)的10.16%，種間競爭指數(shù)為1.68，占總競爭指數(shù)的89.84%(表6).

表6 伴生群落中洪平杏的種內和種間競爭強度

從種間競爭看，與洪平杏競爭最強的喬木為胡桃，其競爭指數(shù)為0.59，占總競爭指數(shù)的31.55%.其他競爭較大的樹種分別為漆樹(Toxicodendronvernicifluum)、落葉松和楓香(Liquidambarformosana)，其競爭指數(shù)分別占總競爭指數(shù)的16.58%、11.23%和7.49%(表7).

表7 洪平杏伴生群落競爭木競爭強度排名

3 討論

就地保護在生物多樣性保護中起至關重要的作用[19]，由于瀕危植物對生境要求獨特、生態(tài)幅狹窄，因此保護原生種群和維持其自然生境是重要保護方式之一[20].物種重要值是一種綜合性指標，既可以反映某一物種在群落中的重要性，也可以反映物種對群落的適應[21].本研究表明，在所調查的4個洪平杏生存群落中，洪平杏的重要值均較高，為群落中的優(yōu)勢種和亞優(yōu)勢種，主要原因是群落中的洪平杏均為高大喬木.

競爭是森林植物群落為爭奪資源和空間而相互作用的主要表現(xiàn)形式.競爭指數(shù)受到競爭木胸徑、數(shù)量及競爭種類的共同影響[22].本研究表明，在洪平杏生存群落中，洪平杏所受到的競爭壓力較低，以種間競爭為主.已有研究表明，植物隨著個體不斷增長，在群落中占據(jù)優(yōu)勢，居于喬木層上層，對資源的競爭能力不斷加強，從而受到的競爭壓力會減弱[22].本研究所調查群落中洪平杏均較高大，樹高范圍10～15 m，位于喬木層，這些可能是導致洪平杏所受到的競爭壓力較低的主要原因.盡管洪平杏在其生存群落中受到的競爭壓力較低，但群落中的一些高大喬木如胡桃和落葉松等在空間和資源上與洪平杏存在較強競爭，因此可根據(jù)具體情況對這些高大喬木采取剪枝、砍伐等措施，使得洪平杏獲得較大的生存空間和充足的資源，以此來對洪平杏進行保護.

本研究僅從群落特征和競爭強度來討論洪平杏的保護.許多研究表明，瀕危植物致瀕受很多因素影響，如水杉的瀕危并不是由競爭導致的，而是由于人為活動干擾或其他更深層次的原因[23].本研究發(fā)現(xiàn)，洪平杏生存也受人為活動嚴重影響，調查中就發(fā)現(xiàn)一株被人為砍伐.同時，洪平杏以種子繁育為主，在自然狀態(tài)下種子結實率較低，自然萌發(fā)存在一定的障礙.而且，目前發(fā)現(xiàn)洪平杏數(shù)量極少，可能會出現(xiàn)種群內近交衰退現(xiàn)象[24-25].因此對洪平杏保護應從其生存潛力、致瀕機制和受威因子、生殖生物學等方面，結合其野外生境和競爭因素，提出針對性的保護措施，促進洪平杏的保護與恢復.

致謝外業(yè)調查得到神農架國家公園楊林森高級工程師的協(xié)助，對此表示衷心的感謝！