紫云縣不同程度石漠化區(qū)域植物多樣性研究

張 敏，陳世容

(1.貴陽(yáng)市苗圃所，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴陽(yáng)園景園林藝術(shù)工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

紫云縣不同程度石漠化區(qū)域植物多樣性研究

張 敏，陳世容

(1.貴陽(yáng)市苗圃所，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴陽(yáng)園景園林藝術(shù)工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

對(duì)貴州省紫云縣石漠化區(qū)域不同程度石漠化區(qū)域植物種類組成進(jìn)行抽樣調(diào)查，在40個(gè)樣方內(nèi)共查得34科、61屬、72種植物，其中，禾本科植物占33.33% ，是絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種，單屬、單種的科占總科數(shù)的76.47%；比較不同石漠化階段的植物種類組成，結(jié)果表明：隨著石漠化程度加深及石灰?guī)r植被的生境向旱生化和巖生化發(fā)展，植物群落結(jié)構(gòu)越來(lái)越趨于簡(jiǎn)單，到極重度石漠化階段植物的科、屬、種數(shù)比輕度石漠化階段依次減少68.18%，69.23%和70.73%；從輕度、中度、重度到極重度石漠化階段，植物的Margalef 豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener 指數(shù)和 Pielou 均勻度指數(shù)都呈下降趨勢(shì)，而Simpson 多樣性指數(shù)卻呈增加趨勢(shì)，反映出原本多樣化的物種逐漸被適應(yīng)力更強(qiáng)的少數(shù)幾個(gè)物種替代，并最終隨著土壤流失，巖石裸露，只有少數(shù)低等植物生存的石漠化全過(guò)程。

紫云縣；石漠化；植物種類組成；物種多樣性

石漠化是在喀斯特脆弱生態(tài)環(huán)境下，由于人類大面積的陡坡開荒、不合理放牧、樵柴及亂采濫挖等社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響，造成了人地矛盾突出、植被破壞、水土流失、土地生產(chǎn)能力衰退或喪失，地表呈現(xiàn)類似荒漠景觀的巖石逐漸裸露的演變現(xiàn)象[ 1，2 ]。加上喀斯特石山區(qū)土層薄，基巖出露淺，暴雨沖刷力強(qiáng)，大量的水土流失后巖石逐漸凸現(xiàn)裸露，加劇了“石漠化”進(jìn)程，并隨著時(shí)間的推移，“石漠化”的程度和面積也在不斷加深和發(fā)展[ 3-5]，給人類生存環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重威脅。

植被、土壤覆蓋率和基巖裸露率是衡量土地石漠化程度的重要標(biāo)志,植物物種多樣性是反映植被發(fā)育狀況的重要測(cè)度值[ 6，7 ]。通過(guò)對(duì)不同程度石漠化植物物種多樣性的研究，不僅可以系統(tǒng)地了解土地石漠化植被的演變過(guò)程，同時(shí)也可為巖溶山區(qū)的植被恢復(fù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和石漠化治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

紫云苗族布依族自治縣隸屬貴州省西南部安順市，地處E 105°55′～106°29′，N 25°21′～26°3′。全縣面積2 283 km2，其中，石漠化土地約為440.842 9 km2。境內(nèi)平均海拔1 000～1 300 m，屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫15.3 ℃，無(wú)霜期288 d，年日照時(shí)數(shù)1 440 h，年均降水量1 337 mm[8]。

地層以二迭系和三迭系分布最廣，是全國(guó)典型的喀斯特巖溶地貌，沉積巖和碳酸鹽巖體形成眾多的溶洞群，分布廣泛，類型齊全，表層土層較薄，地力相對(duì)貧瘠，水土流失風(fēng)險(xiǎn)大。

1.2 調(diào)查樣地與樣方設(shè)置

根據(jù)諸多有關(guān)石漠化的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)[ 9-12 ]，在縣境內(nèi)選擇輕度、中度、重度和極重度4個(gè)級(jí)別的石漠化區(qū)域作為調(diào)查樣地，每個(gè)級(jí)別為一個(gè)樣地，每一樣地面積不少于10 hm2，由于受地形地貌影響，有的樣地由幾塊不連片的小樣地組成，但保證各小樣地必須同質(zhì)，且每一小樣地面積不小于1 hm2。

根據(jù)樣地面積大小、形狀、均一性程度等分別按“z”字形或“十” 字形、“一”字形隨機(jī)抽取10個(gè)草本樣方，每樣方面積為1 m×1 m，有灌木的地方樣方面積擴(kuò)大到5 m×5 m (灌木多為藤本和小灌木)，有喬木的地方樣方面積擴(kuò)大到20 m×20 m。按樣方分別檢查登記植物種類及每種植物的個(gè)體數(shù)量，現(xiàn)場(chǎng)暫不能確定名稱的植物編號(hào)登記，并采集標(biāo)本帶回室內(nèi)檢索[ 13，14]。

表1 石漠化程度分級(jí)及其特征Table1 The classification and main featurewith different degrees of rocky desertification

1.3 采用的生物多樣性指數(shù)及數(shù)據(jù)處理方法[ 15-18 ]

(1) Margalef 指數(shù)DMa

DMa=(S-1)/lnN

式中：S為群落中的總種數(shù)，N為觀察到的個(gè)體總數(shù)。

(2)Simpson指數(shù)

式中：Pi種的個(gè)體數(shù)占群落中總個(gè)體數(shù)的比例。

(3)Shannon-Wiener 指數(shù)(以e為底)He′

He′=-∑PilnPi

式中：Pi=Ni/N。

(4)Pielou 均勻度指數(shù)Je

采用Excel2013 軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和計(jì)算多樣性指數(shù)[ 19，20 ]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同石漠化區(qū)域的植物種類組成

(1) 石漠化區(qū)域植物種類組成 在紫云縣石漠化區(qū)域內(nèi)的40個(gè)調(diào)查樣方中共查得34科、61 屬、又72種植物，其中，禾本科植物含17屬、24種，菊科6屬、8種，豆科4屬、4種，薔薇科3屬、3種，莎草科1屬、2種，茜草科2屬、2種，鳳尾蕨科1屬、2種，卷柏科1屬、2種，其余26個(gè)科均為單屬、單種。禾本科植物的屬數(shù)和種數(shù)分別占總屬、種數(shù)的61.28% 和33.33%；菊科植物的屬數(shù)和種數(shù)分別占總屬、種數(shù)的9.84% 和11.11%，單屬、單種科的科、屬、種數(shù)分別占總科、屬、種數(shù)的76.47%，42.62% 和36.11%。調(diào)查表明，禾本科植物是該石漠化區(qū)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種，菊科植物為亞優(yōu)勢(shì)種；單屬、單種的科數(shù)比例較大(表2)。

表2 不同程度石漠化土地植物種類和數(shù)量組成Table2 The composition of plant species and quantity with different degrees of rocky desertification

(2)石漠化區(qū)域及區(qū)域之間和植物種類組成比較

① 整體與各級(jí)別之間植物種類組成比較。將不同程度石漠化區(qū)域作為一個(gè)整體，并與各級(jí)別石漠化區(qū)域比較：輕度石漠化的科、屬、種數(shù)比該石漠化區(qū)域科、屬、種數(shù)依次減少35.29%，36.07% 和43.05%；中度石漠化為47.06%，45.90% 和54.17%；重度石漠化為67.64%，65.57% 和69.44%；極重度石漠化為79.41%，80.33% 和83.33%(圖1)。

圖1 紫云縣不同石漠化階段植物科、屬、種組成Fig.1 he composition of plant family,genus and species with different degrees of rocky desertificationin Ziyun County

②各級(jí)別之間植物種類組成比較。 從4個(gè)不同程度石漠化級(jí)別分析，輕度石漠化區(qū)域中含22科、39屬、41種，中度含18科、33屬、33種，重度含11科、21屬、22種，極重度含7科、12屬、12種。從輕度、中度、重度到極重度石漠化，植物科數(shù)依次遞減18.18%，38.89% 和36.36%，屬數(shù)依次遞減15.38%，36.36% 和42.86%，種數(shù)依次遞減19.51%，33.33% 和45.45%。

③2個(gè)石漠化極端之間植物種類組成比較。 輕度與極重度進(jìn)行比較，科、屬、種數(shù)減幅很大，依次減少68.18%，69.23% 和70.73%。比較結(jié)果表明，隨著石漠化程度遞增，植物科、屬、種數(shù)均呈遞減趨勢(shì)，到極重度石漠化基本以抗逆性和嗜鈣性較強(qiáng)的低等植物為主。

2.2 不同石漠化區(qū)域的植物物種多樣性

植物群落的物種多樣性是反映群落發(fā)育水平的重要指標(biāo)之一[ 21 ]。紫云縣石漠化區(qū)域植物的Margalef 豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和 Pielou 均勻度指數(shù)在石漠化過(guò)程中都呈下降趨勢(shì)，而Simpson多樣性指數(shù)卻呈增加趨勢(shì)(表3)。

表3 不同級(jí)別石漠化土地植物物種多樣性指數(shù)Table3 The plant species diversity index with different degrees of rocky desertification

Shannon-Wiener 指數(shù)(He′)、豐富度指(DMa)和Pielou 均勻度指數(shù)在石漠化的不同階段下降程度不同。從輕度石漠化到極重度石漠化，豐富度指數(shù)從7.799 2 降到2.942 5，降幅為62.27%；Shannon-Wiener 指數(shù)從3.296 9下降到2.169 9，降幅34.18%；Pielou 均勻度指數(shù)從0.642 8 降到0.543 2，降幅15.49%。分析表明，隨著石漠化程度加重，植物物種豐富度越來(lái)越少，多樣性越來(lái)越低，均勻性越來(lái)越差。

Simpson 指數(shù)是對(duì)多樣性反面集中性的度量[21]。在紫云縣4 個(gè)石漠化發(fā)展階段的調(diào)查樣地，從輕度到中度、重度、極重度石漠化，Simpson 指數(shù)從0.860 6 遞增至0.951 0(表3)。Simpson 指數(shù)值愈大，表明物種的多樣性愈低。因此，在石漠化發(fā)展過(guò)程中，物種的多樣性越來(lái)越少，到極重度石漠化就發(fā)展到最低狀態(tài)。

結(jié)果表明(表3)，多樣性指數(shù)變化真實(shí)地反映了紫云縣土地石漠化從量變到質(zhì)變發(fā)展的全過(guò)程，即：隨著水土流失、基巖裸露率增加、植被覆蓋率下降，使得石質(zhì)荒漠化景觀不顯著的灌草地或坡耕地逐漸淪為以石壟地為主的石質(zhì)荒漠景觀，也就是說(shuō)使原本多樣化的物種逐漸被適應(yīng)力更強(qiáng)的少數(shù)幾個(gè)物種替代，并最終隨著土壤的流失，巖石裸露，只有少數(shù)低等植物生存。

3 討論與結(jié)論

關(guān)于石漠化分級(jí)，目前已有6級(jí)和4級(jí)2套方案，前者包括：無(wú)石漠化、潛在石漠化、輕度石漠化、中度石漠化、重度石漠化和極重度石漠化，后者只有輕度石漠化、中度石漠化、重度石漠化和極重度石漠化。此次，研究考慮到紫云縣無(wú)石漠化和潛在石漠化土地植被發(fā)育較好，在實(shí)際工作中不易辨識(shí)，且工作量和難度較大，加之前者的后4個(gè)級(jí)別與后者的4個(gè)級(jí)別內(nèi)涵基本相同，故采用后者定義紫云縣石漠化程度分級(jí)更切合實(shí)際。由于受地形地貌影響，各級(jí)石漠化土地常成鑲嵌分布，且面積大小不等，因此，如何抽樣是本研究的核心技術(shù)。據(jù)此，在堅(jiān)持石漠化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)采用每一樣地總規(guī)模不小于10 hm2的前提下，將同一樣地分化為若干小樣地，但小樣地最小面積不小于1 hm2，保證了抽樣的代表性。

(1)在紫云縣石漠化區(qū)域的40個(gè)調(diào)查樣方中共查得34科、61 屬、72種植物，其中，禾本科植物是該石漠化區(qū)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種，菊科植物為亞優(yōu)勢(shì)種；單屬、單種的科數(shù)比例高達(dá)76.47%。

(2)輕度、中度、重度和極重度4個(gè)石漠化階段植物科、屬、種數(shù)呈遞減趨勢(shì)，各階段減幅不同，極重度石漠化階段和該石漠化區(qū)域比較，植物科、屬、種數(shù)分別減少了79.41%，80.33%和83.33%，極重度和輕度比較，植物科、屬、種數(shù)依次減少68.18%，69.23% 和70.73%。

(3)紫云縣石漠化區(qū)域植物的Margalef 豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和 Pielou 均勻度指數(shù)在石漠化過(guò)程中都呈下降趨勢(shì)，而Simpson多樣性指數(shù)卻呈增加趨勢(shì)，反映出紫云縣土地隨著水土流失、基巖裸露率增加、植被覆蓋率下降，使得原本為石質(zhì)荒漠化景觀不顯著的灌草地或坡耕地逐漸淪為以石壟地為主的石質(zhì)荒漠景觀的質(zhì)變過(guò)程。

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Study on the plant diversity of vegetation under different rocky desertification degrees in Ziyun County

ZHANG Min,CHEN Shi-rong

(1.InstituteofPlantNurseryofGuiyangCity,Guiyang550000,China；2.GuiyangLandscape
ArtandEngineeringCo.,Ltd.,Guiyang550000,China)

40 sampling plots were selected to investigate the plant compositions in rocky desertification regions with different degrees in Ziyun County,Guizhou Province.There are 34 families,61 genera and 72 species of plants and grasses are the absolute dominant species which account for 33.33%.The families with single species or genera account for 76.47%.Comparing the plant compositions of different desertification stages,results showed limestone vegetation habitats changed more xerophytic and rocky with the deepening of desertification degree,and plant community structure is getting simple.Comparing with that in the light degree rocky desertification stage,the plant families,genera and species had decreased by 68.18%,69.23% and 70.73% in very severe desertification stage,respectively.The plant Margalef richness index,Shannon-Wiener index and Pielou evenness index showed a downward trend,while the Simpson index increased along with the mild,moderate,severe and very severe desertification stage,which reflected that the original communities with higher biodiversity had replaced gradually by a few adapTablespecies,and finally only a few lower plants can survive in this region accompanying with soil erosion,rock baring in the whole process of rocky desertification.

Ziyun county;rocky desertification;vegetation composition;biodiversity

2014-10-10；

2014-11-10

深圳市“耐蔭植物品種選育及管理技術(shù)研究”項(xiàng)目(X2220120831141454246)資助

張敏(1964-)，男，貴州省貴陽(yáng)市人，工程師，從事野生地被植物馴化及城市公共綠地建設(shè)的推廣研究工作。 E-mail：1606791208@qq.com

Q 16

A

1009-5500(2015)01-0078-06