古交市植物資源現狀及物種α—多樣性研究

朱小敏

摘 要： 植物資源調查及其物種多樣性分析為植物物種多樣性的保護與利用以及生物的生存提供非常重要的科學依據。以古交市植物資源為研究對象，在實地踏查和抽樣調查的基礎上，共記錄植物494種，隸屬288屬，85科，并對各植被類型的分布特征和植物種的α-多樣性進行分析。結果顯示，植被類型共5種，各類型所占國土總面積的比例表現為：荒草地>針葉林>灌叢>闊葉林>針、闊混交林；從α-多樣性的3個方面5個指標測定：各樣地不同的α-多樣性指數變化趨勢基本一致，但Margalef豐富度指數變化幅度較大；通過加權分析α-多樣性特征，古交市植物物種多樣性整體水平一般，物種數目差異較大，稀有物種所占比例較小，需對物種多樣性加以保護。

關鍵詞：α-多樣性；指標；植物

中圖分類號：Q949 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.08.024

生物多樣性是地球生物數十億年進化的結果，是人類賴以生存和發展的物質基礎，它不僅給人類提供了豐富的食物、藥物資源，而且在保持水土、調節氣候、維持自然平衡等方面起著不可替代的作用，是人類社會可持續發展的生存支持系統[1]。生物多樣性已成為生物學、生態學等學科最為熱門的研究領域之一。

關于生物多樣性的內涵，通常有4個層次： 遺傳（ 基因）多樣性、物種多樣性、生態系統多樣性和景觀多樣性[2-3]。其中，物種多樣性則是生物多樣性最基礎和最關鍵的層次，也是衡量一定地區生物資源豐富程度的一個客觀指標[4]。在闡述一個國家或地區生物多樣性豐富程度時，最常用的指標是區域物種多樣性。區域物種多樣性的測量包含物種總數、物種密度和特有種比例3個指標[5]。

植物多樣性是生物多樣性研究中最常涉及的部分，其相關理論和評價指標體系也比較成熟。20世紀80年代初至今，研究人員對植物多樣性的研究取得了較大進展，包括多樣性測度方法的歸納[4-9]。對于物種多樣性的測度，Whittaker將其歸納為α-多樣性指數、β-多樣性指數和γ-多樣性指數3類[10]。目前用得較多的是α-多樣性指數和β-多樣性指數[11]。

古交市是全國最大的土焦煤生產基地。作為國家重點開發建設的能源基地，煤炭開采成為經濟支柱產業，煤炭產業的快速發展，使古交市的生態系統遭受嚴重干擾和破壞，動植物賴以生存的生態環境不斷惡化，棲息地逐漸縮小，多數動植物及其生境受到嚴重威脅。鑒于此，以古交市全境植物物種為研究對象，運用群落生態學原理，對境內植物進行了系統調查，廓清了古交市綠地植物資源的現狀，分析了綠地植物的種類構成，并對古交市境內植物群落的多樣性指數進行了抽樣分析，旨在為古交市政府進行園林城市申請和植物物種的有效保護提供一定的理論依據和有益參考。

1 研究區概況

古交市位于山西省中部、太原市西部山區，呂梁山脈東麓，地理位置為37°40′6″～38°8′9″N，111°43′8″～112°21′5″E，總面積151 198.6 hm2。全境山嶺連綿，溝壑縱橫，海拔均在1 000～3 500 m之間。隨著海拔高度的變化，古交市共有山地棕壤、褐土、草甸土3個土類。研究區屬暖溫帶大陸性氣候，四季分明，冬長夏短，年平均降水量400～650 mm，日照充足，晝夜溫差大。汾河為流經古交的最大河流，蜿蜒曲折，由西向東流入太原盆地。

2 研究方法

筆者通過對古交市全境內的植物資源進行全面踏查，重點采用典型的隨機抽樣法進行野外調查，根據生物多樣性相關指數對調查結果進行數據分析。

2.1 樣地設置

在野外踏查的基礎上，按照一致性、同質性、代表性的原則[12]，結合古交市的植物資源、生境、氣候、植被類型及植物種的分布等特征，隨機抽取樣地進行植物物種數量特征的調查。在古交境內的林地上隨機選取14個樣地，每個樣地根據植物的生活型特征分別對喬木層、灌木層、草本層進行分層調查，各樣地的具體位置見表1。

2.2 調查內容

本次調查在搜集古交境內的所有植物資源種類的基礎上，根據不同植物的分布特征和范圍，在地形圖上進行對坡調繪，劃分不同的植被類型；參考《植物學》[13]、《山西植物志》[14]等資料對搜集的植物進行鑒別、觀察、記錄，并邀請山西農業大學植物分類學專家進行審核校對。

在隨機抽取的樣地內按喬木層、灌木層和草本層進行植物種類的調查、測定和統計。喬木層：樣地面積為10×10 m2，測定樹高>4 m、胸徑>2.5 cm的所有木本植株，記錄喬木樹種、胸徑、樹高、多度、密度、基部蓋度、頻度；灌木層：樣地面積為4×4 m2，測定樹高<4 m的所有植株，記錄灌木樹種、冠幅、多度、密度、蓋度、頻度；草本層：樣地面積為1×1 m2，記錄草本植物種、高度、多度、密度、蓋度、頻度。對于缺少喬木層的樣地，按照森林中灌木層、草本層的調查內容及方法進行調查和統計。灌木樣方隨機分布于樣地四角或中心，草本樣方隨機分布于樣地內。

2.3 α-多樣性指數的測定

α-多樣性的測度指標比較多，筆者從物種豐富度（Margalef指數）、物種多樣性（Simpson指數和Shannon-Wiener指數）和均勻度3個方面選取了5個指標測算古交市的物種多樣性。計算公式如下。

（1） Margalef豐富度指數R：

R=（S-1）/lnN

（2） 物種多樣性指數：

Simpson指數：D=1-∑（Ni/N）2

Shannon-Wiener指數：H=-∑PilnPi

（3） 均勻度指數J：

基于Simpson指數的均勻度指數：

JD=D/（1-1/S）

基于Shannon-Wiener指數的均勻度指數：

JH=H/lnS

其中：S—樣方中的植物種類數；

N—樣方中植物的總個體數；

Ni—樣方或群落中種i的個體數；

Pi—樣方或群落中種i的重要值。

由于喬木層、灌木層和草本層對群落結構、功能與穩定性的貢獻不同，因此分別賦予其0.5，0.3，0.2的權重系數[15]，計算各樣地的總體多樣性，即各群落的總體多樣性指數為：W=0.5Wq+0.3Wg+0.2Wc。式中Wq、Wg和Wc分別為喬木層、灌木層和草本層對應的多樣性指數值。

3 結果與分析

3.1 古交市植被類型的分布特征

古交市氣候溫和，陽光充足，錯綜復雜的地形地貌和水文特征，孕育了當地豐富的植物資源和植被類型。通過調查，根據植被種類、群落結構、生態環境、山西主要植被類型及分布等特征[16]，劃分出古交市主要植被類型，包括：針葉林、針闊混交林、落葉闊葉林、灌叢、荒草地等5種類型，各植被類型的匯總情況見表2。

結果顯示，古交市主要植被類型為荒草地，占古交市國土總面積的34.70%，均勻分布在荒山荒坡上；其次為針葉林，占古交市國土總面積的18.86%，集群分布在低、中海拔的陰坡上，種群內部均勻分布；灌叢占古交市國土總面積的8.71%，均勻分布在較干旱的陰坡或立地質量較好的陽坡；落葉闊葉林占古交市國土總面積的3.78%，集群分布在低海拔的山溝山谷地或村莊附近，種群內部均勻分布；針闊混交林面積最小，僅占古交市國土總面積的0.21%，隨機分布在陽坡的中坡位上。

3.2 古交市植物資源種類

古交市現有植物85科288屬494種，其中木本植物共有43科88屬175種，草本植物共有57科211屬319種。在現有的植物中，其中3種引自國家重點保護野生植物的栽培種，2種省級重點保護野生植物，10種鑒于植物的觀賞性、藥用價值和在育種上的重要性，被列為地方珍稀野生植物，詳見表3。

3.3 古交市植物多樣性比較

根據所記錄樣地中各植物種的數量特征，對各調查樣地中所有物種和個體數加以統計，計算各α-多樣性指數，并繪制群落內不同結構多樣性指數比較圖（圖1）。從圖1可以看出，各樣地不同結構的各多樣性指數變化趨勢基本一致，灌草層多樣性指數極值均分別出現在樣地2和樣地9。從變化幅度來講，若忽略掉未作喬灌層調查的樣地的多樣性指數值，喬木層的Shannon-Wiener指數變化幅度最大4.04，草灌層的最大變化幅度均出現在Margalef豐富度指數R，分別為灌木層10.22，草木層9.52。再對圖1從多樣性指數的極值關系方面對每一群落結構作進一步分析，結果顯示：多樣性指數最大差值同樣出現在Margalef豐富度指數R，分別為喬木層2.05、灌木層2.49和草本層4.42。雖然Margalef豐富度指數R的變化范圍為0～6，但結合變化幅度的比較，可以發現古交市多樣性分布在物種數目上較不均勻，這在很大程度上由樣地選取位置決定，即生長環境及人類活動對群落結構尤其是草灌層的影響很大。

若忽略Margalef豐富度指數R的比較，古交市物種多樣性指數也存在較大差異，在灌木層上體現尤為明顯。物種多樣性指數是反映某個群落內部豐富度和均勻度的綜合指標，Simpson指數和Shannon-Wiener指數所反映的各樣地的多樣性特征并不一致，主要是由于這2個指數公式的數學含義不同所致，如Simpson指數是對優勢度的度量，而Shannon-Wiener指數主要是對稀有種屬的衡量。雖然表達的數學含義不一致，但在一定程度上也反映了古交市植物α-多樣性的分布情況。

3.4 古交市植物α-多樣性特征

對古交市各調查樣地中不同結構的多樣性指數進行加權計算獲得各樣地總體多樣性指數，并繪制不同α-多樣性指數比較圖（圖2）。可以看出，5種指數曲線反映的物種多樣性變化趨勢基本一致，除Margalef豐富度指數R和Shannon-Wiener指數H的波動較大外，另外選取的3個指數基本趨于一致。其中樣地2、樣地11、樣地14的Margalef豐富度指數R相比其他樣地而言較大。由于Shannon-Wiener指數對稀有種屬的衡量具有較大貢獻，也反映了古交市稀有種屬占有較小的比例，應對現有珍稀植物加以保護，確保植物多樣性的完整性。

4 結論及建議

植物物種的多樣性是森林生態效益的重要組成部分，不僅為人類提供了必不可少的生物資源，也構成了人類賴以生存的基礎，是人類生存和發展非常重要的條件[17]。受全球氣候變化和人類環境的影響，生物多樣性的喪失已成為影響人類福利和可持續發展的全球性重大問題之一，生態環境安全面臨嚴重挑戰[18]。通過本次調查分析，古交市植物群落物種多樣性整體水平一般，為保持和增加現有的物種多樣性水平，提出以下建議。

（1） 因地制宜，對境內林地加強養護管理，適當進行封育管理。為完善人工植物群落的生態功能，可在現有的群落結構中豐富人工群落層次結構，同時加強河岸植被資源的保護；針對珍稀野生植物資源，除增加必要保護區外，還應對其進行長期動態監測，將保護和養護有機結合起來，更好地促進森林生態系統的良性循環。

（2） 宣傳為主，提高民眾素質，樹立生態意識。由于受廣種薄收傳統思想的支配，不合理的開荒時有發生，致使當地的掛坡地、禿嶺田比比皆是。因此，要注重對民眾的生態理念宣傳教育，使他們認識到保護生態環境的重要性，自覺地遵循生態規律從事生產、生活活動。

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