重慶市與廈門市草本植物物種多樣性與用途結構的關系比較分析

劉夢晴

【摘要】：近年來，關于物種多樣性與生態系統功能的關系研究正受到越來越多研究者的重視。[1]由于在氣候變化和人為干擾等因素的影響下，很多地區的生物多樣性正不斷減少，瀕危植物的數量卻不斷增加，亟需加強對這些地區植物多樣性的保護與研究。[2]重慶和廈門就是其中的兩個代表城市。因此，本文將重慶市與廈門市草本植物物種多樣性與用途結構的關系進行比較分析，共采用4個物種多樣性指數，并對兩個城市各種用途的植物種類的組成結構進行分析。以期解決如下科學問題：重慶市和廈門市草本植物物種多樣性各個指數之間有何關系？重慶市和廈門市草本植物物種多樣性的各個指數值隨著調查樣方數的變化有何變化？重慶市和廈門市草本植物用途結構是否豐富？

【關鍵詞】：重慶市；廈門市；草本植物；物種多樣性；用途結構

研究區域

重慶市地處中國西南部、位于長江上游地區，四面環山，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫在16到18℃之間，年平均降水量豐富，降水多集中在5至9月。重慶市多霧，素有“霧都”之稱。在各種環境因素的影響下，重慶市物種豐富，各類植物高達6000余種。

廈門市地處中國東南沿海部分，以濱海平原、臺地和丘陵為主要地形，屬亞熱帶海洋性季風氣候，氣候溫和，年平均氣溫在21℃左右，冬無嚴寒，夏無酷暑。年平均降雨量在1200毫米左右，降水多集中在5～8月。廈門市生物資源豐富，尤其表現在大田作物、果樹資源、草本資源和林業資源上。

研究方法

2.1植物調查

在重慶與廈門兩個城市采用城市植物分層隨機抽樣的調查方法，對兩個城市的植物進行調查。首先根據喬灌草的異質性，將城市植物分為喬木、灌木和草本3層，本研究只對草本層植物進行調查與分析。[8]在兩個城市的斑塊中設置適當的取樣點（斑塊取樣要求植物異質性較高而且能夠有效地完全取樣），在重慶市共隨機抽取了132個有效取樣點，在廈門市共隨機抽取了85個有效取樣點，在每個有效取樣點隨機抽取3個樣方進行調查，每個樣方的面積為2×1〖 m〗^2。[9]

2.2植物種類的辨認

根據《中國植物志》的命名標準，對能現場辨認的植物按照規范作相應記錄，并為辨認的依據拍照；對不能現場辨認的植物可采集其標本并拍攝詳細的辨認參考照片，可通過請教分類學的專家等方法再次辨認，實在不能辨認的植物種類就只記錄到屬。[10]

2.3數據處理

2.3.1蓋度計算

植物蓋度=植物地上部分的垂直投影面積/樣方面積×100%

2.3.2物種多樣性計算

為了避免單一指數選取造成的不足，本文共選取4個常見的物種多樣性指數。[4-6]即Patrick豐富度指數（R_0）、Shannon-Weiner多樣性指數（H）、、Pielou 均勻度指數（J）和Simpson 優勢度指數（D）。

Patrick豐富度指數： R_0=S

Shannon-Weiner多樣性指數： H=-∑_（i=1）^S?P_i ln?〖P_i 〗

Pielou 均勻度指數： J=H/ln?S

Simpson 優勢度指數： D=1-∑_（i=1）^S?〖P_i〗^2

以上式子中，S為樣方中的總物種數，P_i表示第i個種的蓋度比例，S為種i所在樣方的物種總數。[3]

S表示群落中物種數目的多寡，H是物種豐富度和均勻度的綜合指標，J表示群落中物種數目分配的均勻程度，D是對多樣性的反面即集中性的度量。[7]

功能結構計算

比例=具有某種用途的物種數/總物種數×100%

數據統計分析

采用 Microsoft Excel 2010 進行物種多樣性指數與用途結構的關系擬合及作圖。

研究結果

3.1 Patrick豐富度指數比較

由圖1可知，兩個城市草本植物的物種豐富度隨著樣點數目的線性增加而增加，重慶市R^2=0.9321，廈門市R^2=0.9847，因此兩個城市增加的差異性并不明顯。樣點數相同時，重慶市的Patrick豐富度指數始終大于廈門市。

3.2 Shannon-Weiner多樣性指數比較

由圖2可知，重慶市與廈門市的Shannon-Weiner多樣性指數H均在4.5～6之間。兩個城市的Shannon-Weiner多樣性指數均隨著樣點數目的增加而增加。當樣點數相同時，重慶市的Shannon-Weiner多樣性指數始終大于廈門市。

圖 1 Patrick豐富度指數比較

圖 2 Shannon-Weiner多樣性指數比較

Pielou 均勻度指數比較

由圖4可知，兩個城市的Pielou 均勻度指數都在0.92以上。重慶市草本植物的Pielou 均勻度指數隨著樣點數目的增加變化趨勢不大、無明顯規律且波動性較大，而廈門市草本植物的Pielou 均勻度指數隨著樣點數目的增加基本呈不斷增加的狀態，且越來越接近于1。樣點數相同時，廈門市草本植物的Pielou 均勻度指數基本都高于重慶市草本植物的Pielou 均勻度指數。

圖 3 Pielou 均勻度指數比較

圖 4 Simpson 優勢度指數比較

3.4 Simpson 優勢度指數比較

由圖3可知，兩城市草本植物的Simpson 優勢度指數均大于0.98。兩城市草本植物Simpson 優勢度指數的差異性不再明顯，并且優勢度指數隨著樣點數增加程度越大變化越小，其值越發接近于1。

3.5草本植物用途結構比較

由圖5可知，兩個城市的草本植物主要用途為藥用、觀賞、食用、飼用、工業原料和其它用途共6個方面。具有藥用價值的草本植物占比均大于80%，其次是具有觀賞價值的草本植物。而其它用途（食用、飼用、工業原料等）的草本植物所占的比例均小于20%。

圖 5 用途結構比較

結果分析

研究發現，重慶市草本植物的物種豐富度明顯比廈門市草本植物的物種豐富度高。重慶市和廈門市草本植物Pielou 均勻度指數和Simpson 優勢度指數均接近于1，說明兩個城市草本植物的分布都較均勻，并且這兩個指數不會隨著樣點數的變化而作規律性變化，說明兩個城市草本植物的Patrick豐富度指數和Shannon-Weiner多樣性指數與Pielou 均勻度指數和Simpson 優勢度指數并無明顯線性相關關系。重慶市與廈門市草本植物的用途并不豐富，結構單一，由此可推測草本植物物種多樣性與其用途結構之間并無太大聯系。

討論

草本植物物種多樣性的各個指數，包括Patrick豐富度指數、Shannon-Weiner多樣性指數、Pielou均勻度指數和 Simpson 優勢度指數，這4個指數理論上并無太大聯系。假設隨著樣方數目的增加，直至將所調查城市的所有面積覆蓋，這時物種豐富度將會達到最高狀態，而均勻度指數卻并不會因為面積增大而與之呈正線性關系。

草本植物物種多樣性與其用途結構之間并無太大聯系，在草本植物物種豐富度較小時，物種數目的增加會在一定程度上導致其用途增加，但當其物種豐富度已較大時，其用途結構的變化是很小的，這時再討論兩者之間的關系是無益的。

【參考文獻】：

[1]李祿軍，曾德慧.物種多樣性與生態系統功能的關系研究進展

[2]董世魁，湯琳等.青藏高原高寒草地植物多樣性測定的最小樣地面積

[3]許彬，張金屯等.百花山植物群落物種多樣性研究

[4]董鳴. 陸地生物群落調查觀測與分析

[5]姜雋.生物群落的物種多樣性研究綜述

[6]陳廷貴，張金屯.十五個物種多樣性指數的比較研究

[7]薛倩妮，閆明，畢潤成.山西五鹿山森林群落木本植物功能多樣性

[8]趙娟娟，歐陽志云等. 城市植物分層隨機抽樣調查方案設計的方法探討

[9]趙娟娟. 北京市建成區城市植物的種類構成與分布格局

[10]呂婷婷. 草本植物群落功能多樣性與生態系統功能關系研究