楚雄至大姚高速公路沿线典型植物群落结构和优势物种研究云南乌鸦果

摘要：对在建楚雄至大姚高速公路沿线的楚雄植被做野外调查,旨在为高速公路建成后受工程影响区域的植被恢复筛选出适于该地区生态恢复与绿化的物种。经调查,姚高优势研究云南拟建工程沿线主要有5种典型植物群落;通过分析不同群落的植物组成、结构特征及群落相似性,沿落结结果表明:从科、属、线典型植种的物群物种乌鸦数量综合来看,群落丰富度依次为:滇青冈群落云南松群落人工桉树林含云南松、珍珠花和白健秆的构和果中草草丛清香木群落;滇青冈群落和云南松群落的垂直结构最为完整,优势层为乔木层;清香木群落未形成完整的乔木层,群落结构最为简单;清香木群落和含云南松、珍珠花和白健秆的楚雄中草草丛的相似性最高。在此基础上,姚高优势研究云南推荐了24科30种物种用于楚姚高速公路沿线生态恢复与绿化。

关键词：群落结构;演替;优势种;生态恢复;

在建的沿落结楚雄至姚安高速公路沿线分布有三峰山和白马山两个州级保护区,主要保护滇青冈林、滇石栎林、线典型植高山栲林等森林群落构成的物群物种乌鸦半湿润常绿阔叶林。该类型植被是构和果云南中部高原具有代表性的基本植被类型,也是我国常绿阔叶林西部中亚热带类型的代表。当半湿润常绿阔叶林破坏后一般为云南松林所取代,楚雄而在中间的演替阶段往往还会形成稀疏灌木草丛、灌丛等植被类型,姚高优势研究云南以及在人为干预下产生的人工林或者半人工林。由于长期的沿落结人为经济活动,特别是砍伐栎木作为薪炭,以及林下放牧等影响,目前原始状态的森林已很少见,对该区域的植被及对应植物群落的研究与保护具有重要的价值。

随着公路的建设无疑会对现有的植被造成一定的影响和破坏,如改变地形地貌、扰乱土壤结构、破坏植物群落、降低生物多样性、影响局部气候、增加水土流失危险等。另一方面,受滇中地区高海拔的“干湿季分明”气候特征影响,半湿润常绿阔叶林具有明显的一些偏干的特征,在群落结构和物种组成上较其它常绿阔叶林表现出较大差异。在实施公路生态恢复和重建时,本土植物生态习性差异会使得很多外来的绿化植物水土不服,难以适应当地环境,而无法实现最佳的生态恢复与重建。

本文采取群落生态学研究的方法,选取拟建公路沿线植被中因人为影响或自然因素导致的不同类型和演替阶段的植物群落,从群落结构组成、相似度和优势物种进行研究,找出高速公路沿线植物群落组成的科学规律、最佳的人工群落构建方式以及适合的乡土植物,对后期生态恢复提供科学支撑。

研究区域为在建的楚姚高速公路经云南省楚雄州楚雄市、牟定县、姚安县及大姚县,地理位置为东经101°18'40"～101°30'45",北纬25°03'45"～25°45'05"。该区属于北亚热带季风气候的特征,气候特点为:冬无严寒,夏无酷暑,干湿季分明,雨热同季,常年光照充足,霜期短,夏季多雨而冬春干旱。

通过前期调查,楚姚高速沿线分布的植被类型包括半湿润常绿阔叶林、暖性落叶阔叶林、暖温性针叶林、暖性石山灌丛、暖温土山灌丛、暖温稀树灌木草丛、和人工林总共6个植被型7个植被亚型,13种植被群落(群从)。从中选择了比较有区域代表性的半湿润常绿阔叶林-滇青冈群落、暖温性针叶林-云南松群落、暖性石山灌丛-清香木群落、暖温稀树灌木草丛-含云南松、珍珠花和白健秆的中草草丛和人工桉树林,总共5种典型群落为研究对象,在不同类型群落的上中下随机设置3个20m×20m乔木样方,按对角线位置设置5个5m×5m灌丛样方和1m×1m草本样方。在每种样方内调查如下项目:(1)乔木的名称、胸径、高度、郁闭度;(2)灌木的名称、株数、高度、盖度;(3)草本的株数、多度、盖度、高度等。

计算公式:IV乔=相对多度+相对高度+相对显著度;IV灌=相对多度+相对高度+相对盖度;IV草=相对多度+相对频度+相对盖度。

用相似性系数Jaccard指数[9]测定楚姚高速公路沿线不同植物群落的物种及群落相似程度。

Jaccard指数:C=2j/(a+b)

式中,C为相似系数,j为两群落共有的物种或群落数;a和b分别为A和B群落的物种数或群落数。

植物科属种的多样性可以反映植物群落的多样化。楚姚高速公路沿线5种典型的植物群落的植物组成如表1所示。从植物科、属、种的数量综合来看,植物群落的丰富度依次为:滇青冈群落云南松群落人工桉树林含云南松、珍珠花和白健秆的中草草丛清香木群落。

滇青冈群落物种最为丰富,包含了118个物种,隶属58科102属,其中物种较多的科依次为:菊科(Asteraceae)、杜鹃花科(Ericaceae)、禾本科(Gramineae)、蔷薇科(Rosaceae)、唇形科(Lamiaceae);云南松群落物种为87种,隶属34科69属,其中物种较多的科依次为:菊科(Asteraceae)、唇形科(Lamiaceae)、蔷薇科(Rosaceae)、杜鹃花科(Ericaceae)、蝶形花科(Papilionaceae)、禾本科(Gramineae);含云南松、珍珠花和白健秆的中草草丛物种为80种,隶属27科64属,其中物种较多的科依次为:菊科(Asteraceae)、禾本科(Gramineae)、蝶形花科(Papilionaceae)、唇形科(Lamiaceae)、蔷薇科(Rosaceae);人工桉树林共有物种82种,隶属37科72属,其中物种较多的科依次为:菊科(Asteraceae)、禾本科(Gramineae)、蝶形花科(Papilionaceae)、蔷薇科(Rosaceae)、唇形科(Lamiaceae);清香木群落物种为62种,隶属21科49属,其中物种较多的科依次为:禾本科(Gramineae)、菊科(Asteraceae)、蝶形花科(Papilionaceae)、唇形科(Lamiaceae)、蔷薇科(Rosaceae)。

表15种植物群落的植物组成导出到EXCEL

植物群落类型

群落层次

科/个

属/个

种/个

人工桉树林

乔木层

2

2

2

灌木层

9

14

15

草本层

26

56

65

合计

37

72

82

含云南松、
珍珠花和白健秆
的中草草丛

乔木层

2

2

2

灌木层

8

10

11

草本层

17

52

67

合计

27

64

80

云南松群落

乔木层

3

4

5

灌木层

7

11

15

草本层

24

54

67

合计

34

69

87

清香木群落

乔木层

0

0

0

灌木层

7

11

12

草本层

14

38

50

合计

21

49

62

滇青冈群落

乔木层

9

15

16

灌木层

12

16

18

草本层

37

71

84

合计

58

102

118

在楚姚高速公路沿线的5种典型植物群落中,暖性石山灌丛-清香木群落最为简单,无乔木层,灌木层和草本层物种组成简单;其次为含云南松、珍珠花和白健秆的中草草丛,因长期的过度砍伐和干扰严重,次生性严重,乔木层物种简单,灌木层和草本层相对发育较好;人工桉树林、云南松群落及滇青冈群落的乔、灌、草垂直结构则十分完整。

由表2可知,清香木群落的垂直结构和物种组成最为简单,无乔木层,灌木层和草本层物种组成较为简单,灌木层的优势物种为清香,其他物种包括野拔子、碎米花、华西小石积、云南越桔等;草本层的常见物种有矛叶荩草、黄茅、拟金茅、地石榴、紫茎泽兰、泥胡菜、鼠尾粟等。

含云南松、珍珠花和白健秆的中草草丛次之,主要包含灌木层和草本层2个层次,乔木则极为稀少,只有少量的云南松分布。在该种群落中,珍珠花成为群落优势中,同时伴生芒种花、野拔子、黄杨叶栒子、小雀花、狭叶珍珠花等灌木物种;草本植物层以禾本科植物居多,白健秆为优势种,刺芒野古草、四方蒿、戟叶酸模、白茅为亚优势种,同时有西南委陵菜、牛至、牛膝菊、矛叶荩草、土牛膝、老鹳草等亦有少量分布。

在人工桉树林中,乔木层物种单一,主要为蓝桉,少量伴生黄连木、沙针;林下灌木比较丰富,密蒙花为优势种,华西小石积、素方花、栽秧泡、梨果仙人掌为亚优势种,珍珠荚蒾、青刺尖、火棘、截叶铁扫帚等为伴生种;在草本植物层,白健秆、刺芒野古草、旱茅、鬼针草、地涌金莲为优势种,对整体群落的结构具有重要作用,细柄草、白茅、西南野古草、西南委陵菜、四脉金茅等为伴生种。

在云南松群落中,乔木上层全由云南松组成,高度不一,下层则散生少量滇黔黄檀及黄毛青冈、滇青冈等壳斗科物种,也有少量生长不良的云南松;灌木层物种种类不多,生长分散,其中以杜鹃花科植物多见,该研究区云南松林群落中,珍珠花、爆杖花、马缨花、乌鸦果为优势物种,斑鸠菊、三叶悬钩子等有少量分布;草本层以耐旱的禾本科植物为优势物种,最具优势的为旱茅,同时伴生东紫苏、紫柄假瘤蕨、云南兔儿风、西南委陵菜等物种。

滇青冈群落是5种群落中群落结构最为复杂的群落,乔木层成为该群落的优势层,滇青冈为优势种,滇石栎、头状四照花、厚皮香为亚优势种,黄毛青冈、球花石楠、山玉兰、银木荷、云南樟、云南泡花树等为伴生树种;灌木层植物比较丰富,珍珠花和云南杨梅处于优势地位,长尖叶蔷薇、云南含笑、云南金叶子、云南木犀榄、龙棕、云南旌节花等为伴生种;草本层也比较丰富,主要由一些阴生植物组成,优势种为刚莠竹、心叶兔儿风、倒提壶、凤尾蕨、沿阶草等,芽生虎耳草、土牛膝、显脉獐牙菜、鳞轴小膜盖蕨、阳荷等也有少量分布。

表25种植物群落主要物种及重要值导出到EXCEL

结构

物种

人工桉树林

含云南松、珍珠花和
白健秆的中草草丛

云南松群落

清香木群落

滇青冈群落

乔木层

蓝桉Eucalyptusglobulus

176.09%

黄连木Pistaciachinensis

89.94%

沙针Osyriswightiana

33.97%

云南松Pinusyunnanensis

154.13%

126.23%

麻栎Quercusacutissima

45.01%

槲栎Quercusaliena

38.77%

滇青冈Cyclobalanopsisglaucoides

29.95%

44.29%

滇黔黄檀Dalbergiayunnanensis

60.04%

川梨Pyruspashia

24.19%

滇石栎Lithocarpusdealbatus

29.93%

头状四照花Cornuscapitata

29.28%

厚皮香Ternstroemiagymnanthera

22.03%

球花石楠Photiniaglomerata

21.69%

山玉兰Lirianthedelavayi

18.11%

灌木层

密蒙花Buddlejaofficinalis

53.43%

华西小石积Osteomelesschwerinae

32.37%

29.16%

素方花Jasminumofficinale

29.77%

栽秧泡Rubusellipticus

25.97%

梨果仙人掌Opuntiaficus-indica

24.72%

清香木Pistaciaweinmanniifolia

59.90%

珍珠花Lyoniaovalifolia

61.16%

57.53%

50.53%

芒种花Hypericumuralum

46.60%

野拔子Elsholtziarugulosa

42.59%

44.58%

40.56%

黄杨叶栒子Cotoneasterbuxifolius

38.46%

续表

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结构

物种

人工桉树林

含云南松、珍珠花和
白健秆的中草草丛

云南松群落

清香木群落

滇青冈群落

灌木层

小雀花Campylotropispolyantha

32.76%

云南杨梅Myricanana

43.15%

云南越桔Vacciniumduclouxii

20.19%

爆杖花Rhododronspinuliferum

30.62%

马缨花Rhododrondelavayi

20.22%

乌鸦果Vacciniumfragile

20.91%

碎米花Rhododronspiciferum

22.56%

长尖叶蔷薇Rosalongicuspis

35.59%

云南含笑Micheliayunnanensis

28.21%

云南金叶子Craibiodronyunnanense

20.44%

草本层

白健秆Eulaliapallens

51.38%

43.39%

刺芒野古草Arundinellasetosa

44.99%

32.56%

旱茅Schizachyriumdelavayi

25.48%

31.01%

戟叶酸模Rumexhastatus

19.35%

四方蒿Elsholtziablanda

24.63%

鬼针草Bidenspilosa

17.00%

地涌金莲Musellalasiocarpa

13.93%

白茅Imperatacylindrica

10.99%

东紫苏Elsholtziabodinieri

30.03%

矛叶荩草Arthraxonlanceolatus

25.75%

紫柄假瘤蕨Selligueacrenatopinnata

28.66%

云南兔儿风Ainsliaeayunnanensis

16.27%

西南委陵菜Potentillafulgens

10.66%

黄茅Heteropogoncontortus

20.50%

拟金茅Eulaliopsisbinata

18.60%

紫茎泽兰Ageratinaadenophora

13.48%

地果Ficustikoua

11.12%

刚莠竹Microstegiumciliatum

42.68%

心叶兔儿风Ainsliaeabonatii

26.83%

倒提壶Cynoglossumamabile

13.37%

凤尾蕨

20.15%

沿阶草Ophiopogonbodinieri

26.83%

通过分析不同植物群落之间相似性指数(表3)可以看出,清香木群落和含云南松、珍珠花和白健秆的中草草丛之间的相似性最高,约为0.581;其次则是人工桉树林和含云南松、珍珠花和白健秆的中草草丛,相似性系数为0.577;清香木群落和滇青冈群落之间的相似性最低,仅0.223。

表35种植物群落相似性(Jaccard指数)导出到EXCEL

群落类型

人工桉树林

含云南松、珍珠花和
白健秆的中草草丛

云南松群落

清香木群落

滇青冈群落

人工桉树林

1

续表

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群落类型

人工桉树林

含云南松、珍珠花和
白健秆的中草草丛

云南松群落

清香木群落

滇青冈群落

含云南松、珍珠花和白健秆的中草草丛

0.577

1

云南松群落

0.320

0.409

1

清香木群落

0.322

0.581

0.357

1

滇青冈群落

0.248

0.230

0.447

0.223

1

植物科属种的多样性可以反映植物群落的多样化,通过分析群落的植物组成和结构特征,发现楚姚高速公路沿线5种典型群落的丰富度依次为:滇青冈群落云南松群落人工桉树林含云南松、珍珠花和白健秆的中草草丛清香木群落。滇青冈群落为该区域的地带性原生植被,代表植被演替的顶级状态。人工桉树林和稀树灌木草丛前期所受人为干扰程度严重,从而导致群落在短期内自然恢复很慢,群落结构也比较简单;而云南松群落及滇青冈群落所受的人为干扰程度较低,因而群落结构组成和物种多样性未受太大影响。通过改变植物群落内的微环境条件、物种组成和多样性等,进而改变植物群落的结构和功能,从而影响其演替的进程甚至演替方向[10]。

作为地带性原生植被的滇青冈林拥有着最高的物种丰富度和群落层次,但是按照植被演替的自然规律,在进行高速公路生态恢复和重建初期时,很难人为地直接重建当地的原生植被群落,而处于不同阶段的次生状态的群落结构和物种组成更有借鉴性。如清香木灌丛和云南松林中的珍珠花、芒种花、珍珠荚蒾、爆杖花、马桑、野拔子、火棘、云南杨梅、白健秆等先锋性物种,它们有着良好的本土环境适应性和抗逆性,组成的群落结构也较为简单。在生态恢复的后期时,逐渐引入滇青冈、滇石栎、龙棕、山玉兰、云南樟、滇黔黄檀等物种则有利于物种的适应性及生态系统的稳定性。

选择用于高速公路沿线生态恢复和重建的物种时,务必遵循因地制宜,适地适树,以乡土树种为主的原则,并参考不同植被的物种组成和群落结构状态。诸如头状四照花、君迁子、红花山玉兰、密蒙花、地涌金莲、戟叶酸模等植物均是植被恢复中有着极高价值的物种。头状四照花在云南分布较广,适应性强,其花树形优美,初夏时满树繁花,晚秋时红色果实累累,观花观果效果极佳;君迁子为落叶乔木,深根性喜光树种,侧根发达,耐瘠薄,抗干旱,耐盐碱,对土壤适应性强,是一个较理想的耐盐耐旱树种,同时其果实还可食用;密蒙花隶属马钱科醉鱼草属,分布广泛,主要含黄酮类、苯乙醇苷类和萜类等成分,还可用作食品染色剂,是一种具有较高的医用价值和生态价值的理想树种;地涌金莲为我国西南地区特有种属植物,分布区域较广,耐干旱、耐瘠薄、适应性较强,其假茎可以食用,同时还是佛教中“五树六花”之一,具有一定文化价值,适用于评价区路域生态恢复和绿化。

同时,在物种选择过程中,需要规避一些外来物种,避免引起生物入侵问题,如银荆(Acaciadealbara)、银合欢(Leucaenaleucocephala)、波斯菊(Cosmosbipinnatus)、桉属植物(Eucalyptusspp.)等。这些物种往往会排挤当地的原生物种,对乡土树种和当地珍稀濒危植物的生长存在极大威胁,破坏当地原有的生态系统。

通过物种在群落中的重要值,结合考虑它们的栽培性状、繁育难度和观赏性,整理出部分适合用于楚姚高速公路沿线生态恢复与重建的推荐物种(表4),其中乔木9科10种,灌木9科12种,草本5科7种,藤本1科1种。

表4适于楚姚高速公路沿线生态恢复与绿化的推荐物种导出到EXCEL

生活型

科名

种名

乔木

漆树科Anacardiaceae

黄连木Pistaciachinensis

山茱萸科Cornaceae

头状四照花Cornuscapitata

续表

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生活型

科名

种名

乔木

壳斗科Fagaceae

槲栎Quercusaliena

蔷薇科Rosaceae

球花石楠Photiniaglomerata

蔷薇科Rosaceae

川梨Pyruspashia

柿树科Ebenaceae

君迁子Diospyroslotus

蝶形花科Papilionaceae

滇黔黄檀Dalbergiayunnanensis

檀香科Santalaceae

沙针Osyriswightiana

木兰科Magnoliaceae

山玉兰Lirianthedelavayi

山茶科Theaceae

厚皮香Ternstroemiagymnanthera

灌木

蔷薇科Rosaceae

黄杨叶栒子Cotoneasterbuxifolius

蔷薇科Rosaceae

栽秧泡

蔷薇科Rosaceae

华西小石积Osteomelesschwerinae

蔷薇科Rosaceae

长尖叶蔷薇Rosalongicuspis

木犀科Oleaceae

素方花Jasminumofficinale

杨梅科Myricaceae

云南杨梅Myricanana

仙人掌科Cactaceae

梨果仙人掌Opuntiaficus-indica

杜鹃花科Ericaceae

珍珠花Lyoniaovalifolia

蝶形花科Papilionaceae

小雀花Campylotropispolyantha

马钱科Loganiaceae

密蒙花Buddlejaofficinalis

棕榈科Palmae

龙棕Trachycarpusnanus

唇形科Labiatae

野拔子Elsholtziarugulosa

草本

唇形科Labiatae

四方蒿Elsholtziablanda

蓼科Polygonaceae

戟叶酸模Rumexhastatus

芭蕉科Musaceae

地涌金莲Musellalasiocarpa

毛茛科Ranunculaceae

偏翅唐松草Thalictrumdelavayi

蝶形花科Papilionaceae

广布野豌豆Viciacracca

蝶形花科Papilionaceae

小叶三点金Desmodiummicrophyllum

紫草科Boraginaceae

倒提壶Cynoglossumamabile

藤本

桑科Moraceae

地果Ficustikoua

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