Community structure and species composition in Dachen Island

大陈岛位于中国浙江省台州湾东南海域，是台州列岛106个岛中的主岛，总面积近12 km²。它由上大陈、下大陈、竹屿、洋岐、猪腰屿、屏风山等29个岛(礁)组成。地形呈东北西南走向，地势起伏不平，以丘陵地形为主。大陈岛属中亚热带季风气候，年平均气温为16.7 ℃，年平均降水量为1 378.5 mm，年平均风速为6.8 m·s⁻¹。植被是以柃木Eurya japonica、天仙果Ficus erecta为优势物种的常绿阔叶林和针阔混交林群落，同时以木麻黄为优势物种的人工栽培经过长期自然演化的针叶林群落。

2023年9—12月在大陈岛上设置15个20 m×20 m的样方(分别为S01~S15)。按顺序将每个20 m×20 m样方划分为16个5 m×5 m的小样方。依据方精云等^[15]的研究方法，标定样方中所有胸径(DBH)≥1 cm的木本植物个体，记录每株植物的名称、胸径和高度，同时记录每个样地环境因子，包括岩石裸露率、土壤深度、凋落物盖度、凋落物厚度、腐殖质层厚度和土壤电导率。在每个20 m×20 m的样方中随机选取3个监测点，用环刀取土壤，根据《森林土壤水分物理性质的测定》方法测定pH、有机碳、全碳、全氮、全磷、硝态氨、铵态氮和有效磷等土壤理化性质。

以数量、胸径和高度为指标，计算每个群落中物种的重要值，同时计算Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数^[16]。采用Jaccard相似性指数分析不同群落间物种组成的相似性^[17]。采用SPSS 27.0进行独立样本t检验，并利用R 4.3.3软件进行冗余分析(RDA)。采用Origin 2024进行绘图。

大陈岛共记录植物34种，隶属于26科32属。在科水平上，山茶科Theaceae出现频次最高，占总科数的44.0%；其次是桑科Moraceae和木麻黄科Casuarinaceae，分别占总科数的19.5%和10.0%。在属水平上，柃属Eurya出现频次最高，占总属数的44.0%；其次是榕属Ficus和木麻黄属Casuarina，分别占总属数的13.8%和10.0%。从表1可见：柃木、木麻黄和天仙果为大陈岛的3个主要优势物种，重要值之和为62.70%。从表2可见：以木麻黄-柃木为优势物种的群落Margalef丰富度指数最高(2.56)，以木麻黄-海州常山Clerodendrum trichotomum为优势物种的群落Margalef丰富度指数最低(1.04)。以柃木-天仙果为优势物种的群落Simpson优势度指数最高(0.94)，以木麻黄-海州常山为优势物种的群落Simpson优势度指数最低(0.55)。以木麻黄-柃木为优势物种的群落Shannon-Wiener多样性指数最高(1.91)，以柃木-天仙果为优势物种的群落Shannon-Wiener多样性指数最低(0.70)。以海州常山-朴树Celtis sinensis为优势物种的群落Pielou均匀度指数最高(0.82)，以柃木-天仙果为优势物种的群落Pielou均匀度指数最低(0.27)。

如图1所示：大陈岛乔木物种总径级结构呈倒J型分布，1 cm≤DBH＜5 cm的植物有1 851株，占总个体数的61.78%，5 cm≤DBH＜20 cm的植物有1 069株，占总个体数的35.68%，DBH≥20 cm的植物有76株，占总个体数的2.54%。

Figure 1.  Distribution of tree diameter classes in Dachen Island sample plots

大陈岛群落中，柃木、木麻黄和天仙果是3个重要的优势种，植株数量分别占总个体数的43.99%、13.82%和9.98%。对大陈岛3个重要的优势种进行径级结构(图2)分析发现：柃木径级结构主要呈现偏正态分布，个体数集中在1 cm≤DBH≤10 cm内；天仙果径级结构同样呈现偏正态分布，个体数集中在1 cm≤DBH≤5 cm内；木麻黄径级结构主要呈现倒J型分布，个体数在1 cm≤DBH≤5 cm内居多，DBH＞5 cm的个体数径级分布比较均匀。

Figure 2.  Diameter class distribution of dominant species in Dachen Island sample plots

如图3所示：以柃木-黄檀为优势物种的群落与以柃木-海州常山为优势物种的群落之间Jaccard相似性指数最高，为0.71。以天仙果为优势物种的群落和以海州常山-朴树为优势物种的群落之间Jaccard相似性指数最低，为0.06。多数群落间Jaccard相似性指数小于0.50。群落间Jaccard相似性指数与全磷相似性指数呈负相关，其他土壤环境因子与Jaccard相似性指数均没有显著的相关性。

Figure 3.  Species similarity analysis matrix of plant community on Dachen Island

大陈岛群落物种多样性与环境因子的冗余分析(图4)结果显示：排序轴1解释了总变量的69.35%，主要反映了全磷和全氮的影响，排序轴2解释了总变量的30.35%，主要反映了硝态氮、铵态氮、有效磷和全磷的影响。大陈岛群落的Simpson优势度指数与pH、有机碳、全碳、全氮呈正相关关系。Shannon-Wiener多样性指数与硝态氮、铵态氮和有效磷呈正相关关系，与有机碳、全碳和全氮均呈负相关关系。Pielou均匀度指数与硝态氮、铵态氮、有效磷和全磷呈正相关关系，与pH呈负相关关系。Margalef丰富度指数与pH呈正相关关系，与硝态氮、铵态氮、有效磷和全磷呈负相关关系。

Figure 4.  RDA ranking of species diversity and environmental factors in Dachen Island sample plots

物种组成是决定群落性质的重要因素，也是了解生态系统维持机制的重要途径^[18]。大陈岛群落共记录海岛植物26科32属34种，以针叶林和阔叶林为主，森林覆盖率达56%，以山茶科、桑科、木麻黄科、唇形科Lamiaceae和大戟科Euphorbiaceae为优势科。柃木、木麻黄和天仙果是大陈岛群落的主要优势物种。柃木适宜生长在喜湿、耐水的海岛群落环境中。高大海等^[19]研究发现：柃木主要分布在浙江台州、舟山等沿海岛屿，且生长在阴湿处，是海岛群落的主要优势物种。郑俊鸣等^[20]对外马廊山岛进行研究时也发现柃木为优势物种。与柃木不同，木麻黄成为大陈岛植物群落的优势物种与长期人工引种存在紧密的关系，人工群落逸散改变了自然群落的物种组成。大陈岛群落中，以木麻黄-柃木为优势物种的群落和以木麻黄-海州常山为优势物种的群落Shannon-Wiener多样性指数最高，而且以木麻黄-海州常山为优势物种的群落Pielou均匀度指数最高。木麻黄为针叶树种，冠层透光较好，导致林下灌草植物生长旺盛，这与王芳等^[21]在平潭岛的研究结果相似。本研究发现：以柃木-天仙果为优势物种的群落Shannon-Wiener多样性指数最低，Pielou均匀度指数也最低，这可能由于柃木和天仙果属于小乔木，冠层密闭，林下光照较少，林下植物被明显抑制，这与李应等^[22]的研究结果相似。以柃木-天仙果或者柃木-樟为优势物种的群落Simpson优势度指数较高，但是以木麻黄-海州常山或者海州常山-朴树为优势物种的群落Simpson优势度指数较低。这主要由于柃木、天仙果、樟等优势物种形成密闭冠层，导致非优势物种受到强烈抑制，优势度指数则较高，木麻黄、海州常山、朴树等优势物种冠层较为稀疏，非优势物种得到一定的生长空间，优势度指数则较低，这与管诗敏等^[23]在平潭岛的研究结果一致。本研究还发现：木麻黄为优势物种的群落Margalef丰富度指数较低，这与大陈岛以木麻黄为优势种的群落处于演替后期，物种较少有关，而柃木、天仙果等矮小乔木为优势物种的群落多处于演替中期，物种数量明显较多。金山岛植物群落在演替中期种群呈现间歇性发展格局，伴生、偶见种较多，群落物种多样性同样较为丰富^[24]，而演替后期青冈Quercus glauca、天竺桂Cinnamomum japonicum、红楠Machilus thunbergii为优势物种，许多物种被竞争抑制，导致物种多样性降低^[25]。本研究结果表明：大陈岛植物群落主要分为2类：①柃木、天仙果为优势物种的原生植物群落，其优势物种具有绝对的竞争力，群落物种多样性和均匀度指数均较低；②以木麻黄为优势物种的植物群落，其优势物种竞争力相对较弱，群落多样性指数和均匀度指数相对较高。因此，海岛防护和生态林人工种植，对于海岛的植物类型及群落结构可能产生重要的影响。可见，木麻黄人工林种植对于海岛植物多样性维持具有一定的积极作用。

大陈岛植物群落所有物种的径级结构呈现倒J型分布，表明大陈岛群落幼株个体数较多，树种更新能力较强，但是同时反映了大陈岛群落物种对光照、土壤、水分等资源的竞争强度相对较高，导致少数个体存活并发育成大径级个体，大多数植株在竞争过程中被排斥掉。同样，雷州半岛^[7]和舟山群岛^[26]植物群落的优势物种径级结构均呈倒J型分布。但是天仙果和柃木优势物种呈现偏正态分布，是由于这2种物种属于小乔木，受到其他大乔木抑制，因此大径级个体数相对较少，这与大汉三墩岛和蜈支洲岛植物优势种径级分布的结果相同^[13]。木麻黄径级呈现倒J型分布，且个体数在中大径级分布较为均匀。木麻黄是大陈岛主要人工引入的生态防护物种，该结果表明木麻黄比较适应大陈岛生长环境，更新良好，在大陈岛今后的植物演替中可能起到重要的作用。

相似性分析结果显示：以柃木-黄檀为优势物种的群落和以柃木-海州常山为优势物种的群落之间Jaccard相似性指数最高。柃木为2类群落之间共同优势种，群落植物生长环境相似，柃木形成的密闭冠层，导致2类群落共有较多的林下喜荫物种；以天仙果为优势物种的群落和以海州常山-朴树为优势物种的群落之间Jaccard相似性指数最低。天仙果喜排水良好的沙壤土，而海州常山和朴树喜阴，适宜较湿润土壤，群落生境不同可能导致其群落物种间存在较大差异。群落的Jaccard相似性指数跟土壤全磷呈显著的负相关，表明土壤全磷质量分数与群落物种组成存在紧密的关系。同样在涠洲岛群落土壤中，磷限制更为明显，磷素的增加会极大地提高海岛植物的生态适应性^[13]。因此，磷可能是海岛植物对土壤生态适应的重要指示因子，磷的变化对群落内物种组成可能产生重要的影响。

Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数与硝态氮、铵态氮和有效磷呈正相关关系。何雅琴等^[27]等在福建平潭大练岛同样发现：土壤中氮磷的提高有助于提升植物群落的多样性。海岛由于常年高温多雨，且土壤遭风化严重，养分大量流失，土壤氮磷严重缺乏^[28]，有效性增加氮磷有助于促进植物生长，提升群落物种多样性。有机碳和全碳增加导致土壤碳氮比增加，已有研究表明：土壤有机碳等增加会促进岛屿优势物种生长^[29]，本研究同样发现了此现象。Margalef丰富度指数与硝态氮、铵态氮、有效磷和全磷呈负相关，这可能与大陈岛人工植被和原生植被的不同特点有关。以木麻黄为优势物种的人工植物群落由于营造时外源添加养分，导致土壤氮磷丰富，群落物种丰富度不高，但是柃木、天仙果等天然植物群落由于氮磷增加，生长受到促进，导致该类植物Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数较高，Margalef丰富度指数反而较低；而以柃木、天仙果为优势物种的原生植被，优势物种优势度明显，但是物种数量较多，多数物种处于小树状态，导致群落Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数较低，物种数量相对较多。大陈岛土壤pH平均为6.2，呈微酸性，已有研究发现：酸性土壤pH升高将会促进优势物种生长^[30]，进而导致均匀度指数降低；pH与Margalef丰富度指数呈正相关，与Pielou均匀度指数呈负相关。本研究表明：除了木麻黄优势物种自身特征影响外，人工种植及添加外源氮磷也是群落多样性指数和均匀度指数增加的原因。而土壤氮磷元素缺乏仍是大陈岛等海岛原生植物的生长常态，增加氮磷可能会促进原生植物群落中竞争力低下的物种生长，提高群落多样性指数和均匀度指数。

大陈岛群落物种以柃木、木麻黄和天仙果为主要优势种，群落物种径级主要呈倒J型分布，土壤全磷与群落物种相似性存在紧密的关系，同时土壤硝态氮、铵态氮和有效磷的增加与群落物种多样性提高具有一定联系。