山西五臺山草甸不同區(qū)域植物多樣性研究

史雅楠

(山西省林業(yè)和草原科學研究院，山西 太原 030012)

植物多樣性作為生物群落的重要評價指標，對維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要作用[1]。草地生態(tài)系統(tǒng)的群落組成和多樣性對維系生態(tài)平衡和其他系統(tǒng)穩(wěn)定十分重要[2]。五臺山草甸具有典型的高山-亞高山草地生態(tài)系統(tǒng)，是華北地區(qū)生物多樣性保護的重點區(qū)域之一[3]。之前對五臺山草甸的研究多集中在不同海拔梯度植被分布和多樣性分析上[4]，而對五臺山5個臺峰和不同坡向的植物多樣性研究較少。筆者以五臺山5個臺峰和不同坡向自然分布的植物群落為研究對象，探究其不同區(qū)域的植物多樣性變化規(guī)律，旨在為五臺山不同區(qū)域植被保護和修復提供科學參考。

1 研究區(qū)域概況

山西五臺山草甸位于山西省北部，草甸總面積約3 400 hm2，地處五臺、繁峙等縣境內(nèi)，介于北緯38°55′～39°66′、東經(jīng)113°29′～113°39′之間。最低處海拔僅624.0 m，最高處(北臺頂)海拔3 061.1 m。屬于暖溫帶半干旱型森林草原氣候帶，年均溫7.2 ℃左右。其較大的海拔差異，形成了具有代表性的高山草甸和亞高山草甸地帶。

2 研究方法

2.1 野外調(diào)查

2021年8月在五臺山草甸東、中、西、北、南5峰選擇具有典型性和代表性的地段進行樣方調(diào)查，海拔范圍1 973.1 m～3 051.0 m。分別在陽坡、半陽坡、半陰坡、陰坡設置樣地，各樣地內(nèi)按照坡上位、坡中位和坡下位，隨機設置3個樣方，每個峰共設置36個1 m2的樣方。記錄每個樣方內(nèi)的植物物種、多度、高度、蓋度等，同時記錄樣地的經(jīng)緯度和海拔高度等環(huán)境因子。

2.2 物種多樣性計算

物種重要值(Pi)是研究某個物種在群落中的地位和作用的綜合數(shù)量指標，采用相對多度、相對頻度和相對高度的平均值計算各物種的相對重要值[2,3]，公式如下：

Pi=(相對多度+相對頻度+相對高度)/3。

(1)

物種多樣性指數(shù)是反映物種豐富度和均勻度的綜合指標，依據(jù)物種多樣性測度指數(shù)應用的廣泛程度，選取以下4種指數(shù)測度物種多樣性[5]。

Patrick豐富度指數(shù)：R=S，

(2)

(3)

(4)

Pielou均勻度指數(shù)：E=H′/ln(S)。

(5)

式中：S為每個樣方的物種數(shù)量；Pi為相對重要值。

2.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和作圖，用SPSS軟件分別對五臺山5個臺峰和4個不同坡向的物種數(shù)和多樣性指數(shù)進行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 草甸物種種類

根據(jù)樣方調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計，五臺山草甸共有草本植物98種，隸屬69屬29科。其中，東臺32種,中臺25種,西臺28種，北臺26種，南臺39種。在5個峰均廣泛分布的植物為瓣蕊唐松草(ThalictrumpetaloideumL.)、高山嵩草[Kobresiapygmaea(C. B. Clarke) C. B. Clarke]、火絨草[eontopodiumleontopodioides(Willd.) Beauv.)L]、鈴鈴香青(AnaphalishancockiiMaxim.)和珠芽蓼(PolygonumviviparumL.)。包含種類最多的科為菊科(Compositae)、禾本科(Poaceae)和薔薇科(Rosaceae)，屬于這3個科的種數(shù)分別占總種數(shù)的18.7%、10.7%和9.3%。

3.2 不同區(qū)域物種多樣性比較

五臺山草甸不同區(qū)域的Patrick豐富度指數(shù)見圖1。

圖1 五臺山草甸不同區(qū)域的Patrick豐富度指數(shù)

如圖1所示，整個研究區(qū)域中草甸植被的Patrick豐富度指數(shù)在14～19之間(P>0.05)。西臺和南臺的Patrick豐富度指數(shù)最高，為19；北臺的Patrick豐富度指數(shù)最低，為14。

五臺山草甸不同區(qū)域的Simpson多樣性指數(shù)見圖2。

圖2 五臺山草甸不同區(qū)域的Simpson多樣性指數(shù)

由圖2可知，五臺山草甸的Simpson多樣性指數(shù)在0.953～0.997之間，變動范圍不大，且無顯著性差異(P>0.05)。5個臺峰的Simpson多樣性指數(shù)從大到小依次為南臺>東臺>北臺>中臺>西臺，南臺的Simpson多樣性指數(shù)最高，表示南臺的多樣性最好，這是因為南臺的物種數(shù)和物種豐富度最高。

五臺山草甸不同區(qū)域的Shannon-wiener多樣性指數(shù)見第9頁圖3。

圖3中顯示，五臺山草甸Shannon-wiener多樣性指數(shù)H′的變化幅度在1.686～3.352之間，差異不顯著(P>0.05)。變化趨勢與Simpson多樣性指數(shù)相反，表現(xiàn)為東臺>北臺>西臺>中臺>南臺。東臺的Shannon-wiener多樣性指數(shù)最高，表示群落的復雜程度最高。

圖3 Shannon-wiener多樣性指數(shù)

均勻度能體現(xiàn)群落物種中物種分布的均勻程度。五臺山草甸不同區(qū)域的Pielou均勻度指數(shù)如圖4所示。

圖4 五臺山草甸不同區(qū)域的Pielou均勻度指數(shù)

由圖4可知，五臺山5個臺峰Pielou均勻度指數(shù)(E)的平均值在0.460～0.992之間，變化范圍較大。北臺的E值最大，其次是中臺、東臺、西臺，南臺最低(P>0.05)，表明北臺的多樣性最豐富。西臺和南臺的Patrick豐富度指數(shù)相等，但是西臺的均勻度值比南臺的大，表示西臺的物種多樣性豐富度較南臺高。

3.3 不同坡向物種多樣性的比較

此次調(diào)查分陽坡、陰坡、半陰坡和半陽坡進行，不同坡向的植物種類和多樣性指數(shù)不同。陽坡有植物47種，陰坡有44種、半陰坡47種、半陽坡48種，大多數(shù)植物在每個坡向均有分布。五臺山草甸不同坡向的Patrick豐富度指數(shù)見圖5。

圖5 五臺山草甸不同坡向的Patrick豐富度指數(shù)

由圖5可知，五臺山草甸Patrick豐富度指數(shù)從高到低依次為陰坡19.00、半陽坡17.00、半陰坡16.25、陽坡16.00。說明五臺山草甸陰坡的物種較為豐富。

五臺山草甸不同坡向的Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)見圖6、圖7和圖8。

圖6 五臺山草甸不同坡向的Simpson多樣性指數(shù)

圖7 五臺山草甸不同坡向的Shannon-wiener多樣性指數(shù)

圖8 五臺山草甸不同坡向的Pielou均勻度指數(shù)

物種多樣性指數(shù)的計算結(jié)果顯示，不同坡向的多樣性指數(shù)無明顯差異(P>0.05)，變化范圍較小。如圖6、圖7所示，Simpson多樣性指數(shù)變化范圍在0.919 5～0.936 0之間，Shannon-wiener多樣性指數(shù)變化范圍在2.644 0～2.832 3之間。兩種多樣性指數(shù)變化趨勢均為陰坡>半陰坡>半陽坡>陽坡，陰坡的多樣性指數(shù)最高，陽坡最低，半陰坡比半陽坡高。表示陰坡的植物多樣性豐富，這可能與當?shù)貧夂驕夭畋容^大有關(guān)，陰坡的群落更為復雜。分析Pielou均勻度指數(shù)E發(fā)現(xiàn)(圖8)，半陰坡的均勻度指數(shù)最高，其次為陰坡、陽坡和半陽坡，陽坡和半陽坡差異較小(P>0.05)。

4 結(jié)論與分析

物種多樣性指數(shù)的大小與群落中物種豐富度和均勻度有關(guān)，植物生長環(huán)境，如光照時間、溫度等對植物生長和分布均有顯著影響。本研究從五臺山不同臺峰和不同坡向2個方面進行分析，發(fā)現(xiàn)植物的物種多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)均無顯著性差異(P>0.05)。但是相對于其它區(qū)域，南臺的物種較為豐富，穩(wěn)定性也相對較高，這可能與南臺的地理位置有關(guān)。南臺春季來的最早,冬季來的最晚，更適宜較多植物的生長和繁殖。而陰坡的植物多樣性指數(shù)較其它坡向高，與其常年年均溫較低有關(guān)，且五臺山草甸上陰坡生長的植物具有更強的群落穩(wěn)定性。