卓資縣生態(tài)公益林植物多樣性分析研究

馬海龍

（呼和浩特市林木種苗站，呼和浩特 012100）

生物多樣性的研究已成為當前群落生態(tài)學研究中十分重要的內(nèi)容和熱點之一（黃忠良等2000）。物種多樣性客觀反映了物種水平，物種的狀況，是一個地區(qū)內(nèi)物種的總和。一般選取群落組織水平探究，也稱為生態(tài)多樣性或群落多樣性（賀金生和馬克平1997）。植物群落多樣性是群落結(jié)構(gòu)的重要指示標準，直觀體現(xiàn)了物種組成、群落結(jié)構(gòu)和功能復雜性，與外界環(huán)境、物種生物學特性等因子密不可分（賀金生和陳偉烈1997）。通過研究植物群落多樣性，可以了解物種與物種的聯(lián)系，分析出環(huán)境對植物物種的影響，能夠為保護植物物種多樣性提供基礎(chǔ)材料，更好的保護植物多樣性。因此，此次研究旨在調(diào)查分析卓資縣生態(tài)公益林植物物種多樣性，通過不同角度的分析，為卓資縣生態(tài)公益林生物多樣性保護和林業(yè)建設(shè)發(fā)展提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

卓資縣位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市西部，向東與察哈爾右翼前旗接壤，南依涼城縣和豐鎮(zhèn)市，西連呼和浩特市的武川縣、新城區(qū)、賽罕區(qū)，北靠察哈爾右翼中旗。地理坐標為E110°51'～112°56'，W40°38'～41°16'。全縣東西長92.6 km，南北寬67.7 km，總面積3 119 km2。

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古高原陰山山脈，地形呈西北高，東南低，海拔在1 229～2 206 m 之間，平均為1 750 m。屬典型的干旱、半干旱大陸性季風氣候，年均氣溫為2.5 ℃，年均日照數(shù)約3 000 h。年均降水340～480 mm，全年67%的降水集中在6～8 月。大風日數(shù)多，風力強，持續(xù)時間長。全縣水資源總量為24 140.5萬立方米，其中，地表水13 087.9萬立方米，地下水11 052.6萬立方米。

全縣森林覆蓋率為18.6%，生態(tài)公益林資源分布不均，西部上高臺與南部保安兩個國營林場集中了全縣五分之三以上的林地面積，中東、中西、東南部集中了全縣大部分人工林，西北部和東北部僅分布著極少的人工林。主要樹種：喬木林有天然白樺、山楊、云杉，人工楊樹、本地榆、華北落葉松等，灌木林有虎榛子、檸條、沙棘、山杏和櫻桃等。天然草場分屬低山干草原、原丘陵干草原和低洼地草甸草原三種草場類型。全縣土壤共有3個土類9個亞類34 個土屬157 個土種。其中地帶性土壤為灰褐土、栗鈣土和草甸土。

2 研究方法

采用樣線法和標準地法，調(diào)查記錄植物群落物種，通過Excel 2010 軟件計算并分析植物多樣性指數(shù)，對該區(qū)域植物物種多樣性進行初步探討，獲取該地區(qū)植物物種多樣性特征等數(shù)據(jù)。此研究選取物種數(shù)豐富度指數(shù)，用S表示；Simpson優(yōu)勢度指數(shù)，用SI 表示；Shannon-Wiener 變化指數(shù)，用SH 表示；均勻度指數(shù)，用E 表示；Margalef 豐富度指數(shù)，用M表示。

①香農(nóng)多樣性指數(shù)(Shannon's diversity index)

香農(nóng)多樣性指數(shù)用來估算群落多樣性的高低，公式如下：

式中，S—總的物種數(shù)；Pi—第i個種占總數(shù)的比例。

當群落中只有一個居群存在時，香農(nóng)指數(shù)達最小值0；當群落中有兩個以上的居群存在，且每個居群僅有一個成員時，香農(nóng)指數(shù)達到最大值lnk。

②物種均一度（Species Evenness）

物種均一度用來描述物種中的個體的相對豐富度或所占比例。是群落中不同物種的多度分布的均勻程度。公式為:

其中SH為香農(nóng)指數(shù)，SHm是SH的最大值，

③辛普森多樣性指數(shù)（Simpson's diversity index）

群落中全部植物物種種的概率合起來，就可得到辛普森指數(shù)SI，公式為：

S為物種數(shù)目，設(shè)種i的個體數(shù)占群落中總個體數(shù)的比例為pi，那么，隨機取種i 兩個個體的聯(lián)合概率就為pi2。

SI 最小值為0，即只有1 個物種，最大值為SIm，SIm=1-1/S，即每個個體屬于不同物種。

④Margalef指數(shù)

Margalef指數(shù)是指一個群落或環(huán)境中物種數(shù)目的多寡，反映了植物物種的豐富度。公式為：

M=（S-1）/LnN

式中：S—物種數(shù)目；N—群落中全部物種的個體數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同植被型物種多樣性變化

卓資縣生態(tài)公益林主要的植被類型有：針葉林、闊葉林、灌叢和草原。由表1可知，針葉林、闊葉林、草原、灌叢的S 和M 指數(shù)順序依次減小；4 種植被型的SI 指數(shù)變化趨勢與S 指數(shù)規(guī)律相同，SI 指數(shù)針葉林最大（0.59），灌叢SI 指數(shù)最小（0.53）；不同植被型的SH 指數(shù)的結(jié)果表現(xiàn)為物種多樣性越多，SH 指數(shù)越大；不同植被類型中針葉林的E 指數(shù)最大（0.68），均勻度較低，具有較少的稀疏種和較多的富集種，該區(qū)植物種類豐富，優(yōu)勢種明顯。

表1 不同植被類型多樣性指數(shù)比較

3.2 植物群落不同齡組（蓋度級）物種多樣性比較

卓資縣生態(tài)公益林主要幾種植物群落不同齡組（蓋度級）物種多樣性變化規(guī)律較明顯，如圖1 所示：針葉林中的落葉松林隨著林齡增加SI 指數(shù)和SH指數(shù)均呈現(xiàn)減小的趨勢，E指數(shù)和M指數(shù)隨著林齡增加整體呈現(xiàn)下降的趨勢，不同之處在于E指數(shù)是先減小后增加，而M指數(shù)是先增加后減小。隨著林齡的增加，枯落物層逐漸加厚，抑制了林下植被的生長，使其物種豐富度、多樣性變小，同時優(yōu)勢物種更加突出，均勻度增加。闊葉林中楊樹林不同齡組物種多樣性指數(shù)均表現(xiàn)為幼齡林＞成熟林；而白樺林的正好和楊樹林相反，均表現(xiàn)為中齡林＞幼齡林。隨著白樺林的生長，林下水分條件和土壤肥力逐漸改善，林下環(huán)境向著有利植物生長發(fā)展，物種越來越豐富，多樣性越來越高。檸條灌叢不同蓋度級多樣性指數(shù)變化規(guī)律均表現(xiàn)為中蓋度＞疏蓋度。生長檸條的環(huán)境往往不良，而隨著檸條的生長，其蓋度一般會增加，從而防風固沙、保水固土，進一步改善植物生境，促使植被恢復。虎榛子灌叢不同蓋度級多樣性指數(shù)變化規(guī)律差異較大，其中SI指數(shù)和SH指數(shù)變化規(guī)律一致。虎榛子灌叢根部相連，其他物種一般很難入侵，另外，加上其生長環(huán)境為海拔較高且為陰坡，均表現(xiàn)為先減小后基本不變，M 指數(shù)表現(xiàn)為先減小后增加，而E 指數(shù)基本不變，另外，從其SI指數(shù)均值（0.54）可以得出其物種多樣性非常有限，只有常見的苔草等喜陰植物。不同齡組（蓋度級）所有群落M指數(shù)大小依次為：落葉松中齡林＞白樺中齡林＞落葉松幼齡林＞白樺幼齡林＞虎榛子疏＞檸條中＞楊樹幼齡林＞落葉松成熟＞檸條疏＞山杏疏＞虎榛子密＞虎榛子中＞楊樹成熟林；SI 指數(shù)大小依次為：白樺中齡林＞落葉松幼齡林＞楊樹幼齡林＞虎榛子疏＞山杏疏＞白樺幼齡林＞檸條中＞落葉松中齡林＞落葉松成熟林＞虎榛子中＞虎榛子密＞檸條疏＞楊樹成熟林；SH指數(shù)大小依次為：白樺中齡林＞落葉松幼齡林＞白樺幼齡林＞楊樹幼齡林＞落葉松中齡林＞虎榛子疏＞檸條中＞落葉松成熟林＞山杏疏＞虎榛子密＞虎榛子中＞檸條疏＞楊樹成熟林；E 指數(shù)大小依次為：落葉松幼齡林＞白樺中齡林＞虎榛子疏＞楊樹幼齡林＞虎榛子中＞虎榛子密＞山杏疏＞落葉松成熟林＞白樺幼齡林＞檸條中＞落葉松中齡林＞檸條疏＞楊樹成熟林。

圖1 各植被類型不同齡組（蓋度級）群落多樣性指數(shù)

3.3 不同群落類型間物種多樣性比較

對卓資縣公益林林區(qū)7個典型植物群落進行分析。其中森林群落3 個，分別為落葉松林、白樺林和楊樹林。灌叢群落3 個，分別為檸條灌叢、虎榛子灌叢和山杏灌叢。草原群落1 個，即針茅草原。各群落多樣性值見表2。

表2 不同群落多樣性指數(shù)

在統(tǒng)計的7 個植物群落類型中，白樺林樣地內(nèi)的平均物種數(shù)（S）最多（圖2）為25.75 種，其次是落葉松林、針茅草原和檸條灌叢，物種數(shù)分別為22、20.5 和20 種，虎榛子灌叢和楊樹林分別為17.94 和15.5種，山杏灌叢最低，為13種。M指數(shù)與S指數(shù)變化規(guī)律較為一致，見圖3。

圖2 不同群落豐富度指數(shù)S

圖3 不同群落M 指數(shù)

落葉松林、白樺林、針茅草原和山杏灌叢的SI指數(shù)和SH 指數(shù)均較高，而楊樹林的SI 指數(shù)和SH指數(shù)相對較低；7種群落的SI指數(shù)和SH 指數(shù)大小排序依次為：白樺林＞落葉松林＞針茅草原＞山杏灌叢＞虎榛子灌叢＞檸條灌叢＞楊樹林。詳見圖4和圖5。白樺林和落葉松林生長在陰坡，枯枝落葉厚，土壤濕潤且肥力高，改善了林下生長環(huán)境，促使植被的生長，物種多樣性較高；楊樹林和檸條灌叢分布在海拔較低的地方，靠近居民點，林內(nèi)有動物踐踏痕跡人為干擾，物種多樣性較低。

圖4 不同群落SI 指數(shù)

圖5 不同群落SH指數(shù)

由圖6 可知，E 指數(shù)變化趨勢和SI 指數(shù)和SH 指數(shù)不同，白樺林和虎榛子灌叢最高（0.72），檸條灌叢最低（0.54）；指數(shù)大小排序依次為：白樺林、虎榛子灌叢＞山杏灌叢＞落葉松林＞針茅草原＞楊樹林＞檸條灌叢。白樺林和虎榛子灌叢為天然林，其群落演替到達一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)所以物種均勻度比較高且相對穩(wěn)定，而其他群落均為人工林，受人為干擾，水熱條件等環(huán)境因子的影響較大，所以均勻度較低且不穩(wěn)定。

圖6 不同群落E指數(shù)

4 結(jié)論

一是卓資縣生態(tài)公益林不同植被型物種多樣性表現(xiàn)為，針葉林植物物種豐富，均勻度較低；灌叢植物物種較單一，闊葉林和草原植物物種均勻度較高。

二是隨著林齡的增加，落葉松林和楊樹林植物群落物種豐富度變小，優(yōu)勢種逐漸突出，均勻度逐漸增加；白樺林植物群落物種豐富度增加，多樣性越來越高。

三是檸條灌叢不同蓋度級植物多樣性指數(shù)變化規(guī)律一致，均表現(xiàn)為隨蓋度的增加植物物種豐富度提高；虎榛子灌叢物種多樣性指數(shù)整體呈現(xiàn)降低的趨勢，即隨著蓋度的增加物種豐富度變小，優(yōu)勢種越來越單一突出。

四是在統(tǒng)計的7 個植物群落類型中，白樺林樣地內(nèi)的平均物種數(shù)（S）和M 指數(shù)最高，山杏灌叢最低，由高到低排行依次為白樺林、落葉松林、針茅草原、檸條灌叢、虎榛子灌叢、楊樹林、山杏灌叢；此外，落葉松林、白樺林、針茅草原和山杏灌叢的SI 指數(shù)和SH 指數(shù)較高，而楊樹林的SI指數(shù)最低，7種群落的SI 指數(shù)和SH 指數(shù)大小排序依次為：白樺林＞落葉松林＞針茅草原＞山杏灌叢＞虎榛子灌叢＞檸條灌叢＞楊樹林；而均勻度指數(shù)E大小排序依次為：白樺林、虎榛子灌叢＞山杏灌叢＞落葉松林＞針茅草原＞楊樹林＞檸條灌叢。