白龍江沙灘林場高山林線主要森林群落結構與數量分布

車宗菊

(甘肅省白龍江林業管理局林業科學研究所，甘肅 蘭州 730070)

森林群落的樹種組成與結構是森林生態系統功能的基礎[1]。種群是構成群落的基本單位，其結構不僅對群落結構有直接影響，并能客觀體現群落的發展、演變趨勢[2]，其大小結構能很好地反映種群動態變化[3]。高山林線(Alpine timberline)是一種典型的生態交錯帶，對全球氣候變化具有高度敏感性，成為高山生態學研究的熱點之一[4]。

近年來對高山林線區域物種組成、生物多樣性、地理位置、氣候因子和生理生態特征等研究較多[5-7]，但對甘肅南部高山林線森林群落研究相對較少，對甘南高山林線森林生態系統的結構組成、更新狀況，以及森林群落優勢種群的分布格局等進行詳細的研究，可以為正確認識該地區群落的發生與演替規律提供基礎數據，為該地區生態系統的恢復與重建提供技術指導，并對該地區森林生態系統的保護、生產經營和生態功能的應用等方面發揮著重要的作用。

1 研究區概況

研究區設在白龍江流經的甘南州沙灘林場高山林線區域，該地區位于甘肅南部，地處青藏高原、黃土高原、秦巴山地和四川盆地的交匯區，地理位置特殊，自然環境獨特，森林資源豐富[8]；該區域海拔高，交通不便，但是近年來因放牧和采藥使部分植被遭到不同程度的破壞，該地區嚴寒風大且植被恢復相對較慢，長期以來部分地表裸露。土壤屬暗棕色森林土，成土母質為坡積母質，土層厚度在小于1 m，表層石礫含量多。全年平均氣溫1.3 ℃，年降水量1 048 mm，全年降水量集中在5—10月，年平均空氣相對濕度80%，無霜期80～103 d[9]。

2 研究方法

2.1 樣方設置和調查方法

2017年7—9月，在較為明顯的灌喬木分界線區域設置20 m×20 m的大樣方9塊，用每木檢尺法[10]調查喬木；在每個大樣方的四個角和中心設置5 m×5 m的小樣方5塊，總計45塊小樣方調查灌木；在每個小樣方中再設置1 m×1 m的樣方用于調查草本。記錄樣方內植物名稱，測量樹高(株高)、冠幅、胸徑(地徑)、株數、喬木枝下高(冠幅、喬木枝下高數據未列出未分析)等；用手持GPS測量大樣方的海拔，同時記錄調查時間、坡度、坡向、郁閉度等因子，各大樣方信息見表1。

2.2 徑級劃分

雖然種群的齡級和高度級有所不同，但同一環境下，同一樹種的齡級、徑級和高度級對環境的反應規律具有一致性[11]，對于數量較少的樹種，在很難獲取其年齡的情況下，大多數學者采用徑級結構或者高度級代替年齡級結構[12,13]，因而本文采用高度級結構代替種群年齡結構來分析種群結構動態特征。結合本次調查實際情況，將種群胸徑級采用以下方法劃分[14]：高度小于10.0m的喬灌木個體，按高度級每增加2.0 m為1級，高度級小于2.0 m為1級，高度大于10.0 m的喬灌木個體，按高度級每增加5.0 m為1級，共10級。根據上述高度級劃分標準，以高度級為橫軸，以各高度級的株數為縱軸分別作優勢種群徑級分布圖。

表1 各樣方信息表

表2 樣方主要組成樹種及相關參數

2.3 數據處理

通過Excel軟件對所測得數據進行分析和作圖。物種重要值按以下公式計算：

重要值=(相對頻度+相對密度+相對優勢度)/3

3 結果與分析

3.1 群落主要物種組成

沙灘林場高山林線區域植被分層比較明顯，林線下主要以岷江冷杉為主要建群種，主要伴生樹種高山杜鵑；林線區域主要植被類型為灌木林，主要有杜鵑、高山柏、高山樺、高山柳等樹種，再往上則為高山草甸，伴有矮化的杜鵑。統計分析表明：岷江冷杉和杜鵑重要值分別是25.99%和27.73%，兩者之和超過其他所有木本植物之和；相對優勢度為39.0039%和29.08%，兩者之和占所有木本植物優勢度的70%左右；其次是高山柳、高山柏、薔薇，重要值依次為11.55%、4.90%、4.21%；重要值排名前16的木本植物重要值之和大于90%，本文只對這16種木本植物做較為詳細的研究，樣方主要組成樹種及相關參數見表2。

3.2 群落垂直結構特征

所調查的群落從垂直結構可劃分為3層：第Ⅰ層為最頂層的喬木層，第Ⅱ層為亞喬木層，第Ⅲ層最底層為灌木層。喬木層主要建群種為岷江冷杉，岷江冷杉個體最高33 m，郁閉度85%左右，伴生種主要有高山柏木、高山樺等。中間層主要以杜鵑為主要建群種，蓋度70%左右，伴生種主要為高山柏木、高山樺、高山柳等。灌木層植物種類較多，主要以岷江冷杉和杜鵑幼苗較多，蓋度在50%左右，還附著有部分苔蘚。

圖1 群落高度級頻率分布

從群落的高度級分布的統計結果來看(見圖1)，高度級結構呈倒J型分布。第Ⅰ級的植物株數最多，隨著高度級的增加植物株數逐漸減少，第Ⅰ級植株主要包括岷江冷杉、高山杜鵑的幼苗，以及大部分灌木，隨著高度級的增加，岷江冷杉和杜鵑株數逐漸減少，但是杜鵑株數所占比例先增加后減少，在Ⅷ高度級以后基本沒有杜鵑，而岷江冷杉所占株數比例先減小后增加，在Ⅷ高度級以后基本全是岷江冷杉，并伴有極個別的高山柏。

3.3 主要種群植株數量分布

所調查樣方中灌木層植株最多，高度級第Ⅰ級的植物株數最多，其中岷江冷杉幼苗占31.9%，杜鵑幼苗占28.6%，這兩種幼苗占第Ⅰ級植物總株數的一半以上，其次為高山柏幼苗占10.3%，其他占29.2%，這一層離地面最近，濕度較大，能為植物種子發芽生長提供較好的基本條件。在第Ⅱ級高山杜鵑占64.4%，而岷江冷杉只占8.9%，在岷江冷杉生長的過程中，因為種間和種類競爭以及環境等因子的影響，絕大部分冷杉幼苗死亡，而杜鵑幼苗在競爭中死亡率相對較少。第Ⅲ級高山杜鵑占22.2%，而岷江冷杉占40.7%，這一高度級高山杜鵑所占比例明顯減少，岷江冷杉所占比例反而增加，主要因為岷江冷杉為喬木樹種繼續生長，杜鵑為灌木樹種則生長極為緩慢或者停止生長。在Ⅺ高度級以后岷江冷杉所占植株比例都在50%以上，其次是高山柏木和高山柳以及高山樺木為主。

4 結論與討論

白龍江高山林線群落分層明顯，隨著海拔的升高，從下往上依次是喬木林、喬灌混交林、灌木林、高山草甸，最后是裸巖，這和楊永紅等[8]的研究相似，樹種組成成分相對簡單，但是由于海拔升高，又導致樹種種類及數量有一定差異，這和梁楠[8]等的研究相一致。在林線區域群落垂直分層也很明顯，上層主要以岷江冷杉為主的喬木林，中層主要以杜鵑為主的灌木林，下層主要是一些小灌木和岷江冷杉、杜鵑的幼苗，地表濕度大，枯落物較多，附著有大量的苔蘚。

建群種樹木比較單一，在林線下主要是以岷江冷杉為主，并伴有杜鵑，岷江冷杉和杜鵑重要值之和大于50%，相對優勢度之和占所有木本植物優勢度的70%左右；其次是高山柳、高山柏、薔薇等植物；從群落的高度級分布的統計結果來看，高度級結構呈倒J型分布。第Ⅰ級植物植株最多，占總植株的30%，其中岷江冷杉和杜鵑的幼苗之和占50%以上，其次是一些小灌木，隨著高度級的增加先是杜鵑植株的比例增加后又減小，而岷江冷杉隨著高度級的增加先減小后增大，到高度級Ⅷ以后基本上全是岷江冷杉。本文只是對甘南沙灘林場高山林線區域部分種群做了結構性分析，對物種多樣性和其他種群結構待做分析，對甘南高山林線過渡帶的研究，旨在揭示高山林線植被特征，為以后高山林線區域研究提供理論基礎數據。