公別拉河自然保護(hù)區(qū)植物群落多樣性研究

公別拉河自然保護(hù)區(qū)植物群落多樣性研究

生物多樣性包括遺傳多樣性、生物多樣性和生態(tài)多樣性。生物多樣性在生態(tài)、遺傳、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)等方面具有廣泛的價值，因此其重要性越來越受到重視。植物群落是在一定地理區(qū)域內(nèi),生活在同一環(huán)境下的不同種群的集合體,內(nèi)部存在著極為復(fù)雜的相互聯(lián)系。群落物種多樣性作為生物多樣性的重要有機(jī)組成部分,就是指群落中物種的數(shù)目和每一物種的個體數(shù)目,體現(xiàn)了生物群落在組成、結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)方面表現(xiàn)出豐富多彩的差異。在一定的景觀或區(qū)域內(nèi),我們首先感知的是景觀的異質(zhì)性,而景觀的異質(zhì)性格局是由群落的多樣性決定的。因此,群落物種多樣性研究是群落生態(tài)學(xué)研究,乃至整個生態(tài)學(xué)研究中十分重要的內(nèi)容。其中群落在組成和結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出的多樣性是認(rèn)識群落的組織水平,甚至功能狀態(tài)的基礎(chǔ),也是生物多樣性研究中至關(guān)重要的方面。公別拉河自然保護(hù)區(qū)地處小興安嶺與大興安嶺的接合部,既有屬于寒溫帶針葉林的大興安嶺植物區(qū)系的植物種類,又有小興安嶺溫帶針葉闊葉混交林的典型闊葉樹種,在形式上表現(xiàn)出大小安嶺植物區(qū)系交錯、過渡的特點。因此,對本地區(qū)的植物群落物種多樣性進(jìn)行研究具有十分重要的意義。1研究區(qū)域的自然概論和研究方法1.1土壤概況及氣象條件黑龍江公別拉河自然保護(hù)區(qū)是國家級自然保護(hù)區(qū)。位于黑龍江省黑河市的西南部,地處小興安嶺與大興安嶺的接合部,地理坐標(biāo)為東經(jīng)124°24′～126°50′,北緯50°00′～50°15′,海拔300～700m;屬寒溫帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),年平均氣溫-1.5℃,年平均降水量527.6mm,且多集中在6～9月;年平均相對濕度為66%,全年干濕季明顯。公別拉河自然保護(hù)區(qū)的土壤主要有暗棕壤、草甸土和沼澤土及泥炭土。母巖多為玄武巖、花崗巖、輝長巖等。1.2學(xué)習(xí)方法1.2.1調(diào)查項目及標(biāo)準(zhǔn)樣地根據(jù)“均勻性、代表性和一致性”的原則選擇。而樣方大小的確定以調(diào)查植物的密度和大小為基礎(chǔ),原則上應(yīng)采取種類-面積曲線確定。但根據(jù)當(dāng)?shù)氐闹脖痪唧w情況,采取如下指標(biāo):喬木樣方20m×20m,灌木樣方5m×5m,草本樣方1m×1m。記錄項目包括:①喬木的高度、枝下高、胸徑、冠幅;②灌木和草本的高度、蓋度、株數(shù);③生境因子,如海拔、坡度、坡向、土壤類型等。1.2.2物種多樣性指數(shù)在研究各個層次的多樣性方面,根據(jù)Pielou、Whittaker等學(xué)者的建議,本項研究選用物種的重要值作為多樣性的測度指標(biāo)。根據(jù)喬木、灌木、草本的特點,重要值的計算方法如下:喬木的重要值IVtr=相對密度+相對優(yōu)勢度+相對高度灌木的重要值IVsh=相對高度+相對蓋度草本的重要值IVhe=相對高度+相對蓋度測度的指數(shù)選用物種多樣性指數(shù)、物種均勻度指數(shù)、物種豐富度指數(shù)3類。根據(jù)本區(qū)的植被特點,選用如下的計算公式:Shannon-Wiener指數(shù)(H′)H′=-∑PilnPiSimpson指數(shù)(D)D=1-∑P2ii2Pielou的均勻度指數(shù)(Jsw和Jsi)Jsw=(-∑PilnPi)/lnSJsi=(1-∑P2ii2)/(1-1/S)Alatalo均勻度指數(shù)(Ea)Ea=[1/(∑P2ii2)-1]/[exp(-∑PilnPi)-1]式中:Pi為種i的相對重要值;S為種i所在樣方的物種總數(shù),即豐富度指數(shù)。由于植物個體數(shù)目計數(shù)困難,本文采用重要值作為多樣性指數(shù)的計算依據(jù)。2結(jié)果與分析2.1群落多樣性與群落結(jié)構(gòu)的關(guān)系公別拉河自然保護(hù)區(qū)各植被類型及其典型群落的測度指數(shù)見表1。不同植物群落之間在結(jié)構(gòu)和功能上存在很大差異,這種差異主要受制于組成群落的物種不同的生態(tài)學(xué)特性。森林群落的組成結(jié)構(gòu)特征主要指群落的種類和個體的構(gòu)成,具有不同功能作用的物種及其相對多度的差異是形成不同群落的基礎(chǔ),即群落的種數(shù)、個體數(shù)以及各個種群個體的相對多度(均勻程度)是影響群落組成結(jié)構(gòu)水平的要素,而物種多樣性恰是這3個方面的結(jié)合。對公別拉河自然保護(hù)區(qū)的13個植被群落類型的物種豐富度、物種多樣性和均勻度指數(shù)值的計算結(jié)果表明:對于某個群落,3個指數(shù)都反映出基本一致的趨勢,這是因為物種多樣性指數(shù)是由物種豐富度和均勻度所決定的。一般說來,多樣性與豐富度和均勻度呈一定的正相關(guān)。從表1看出,各項指數(shù)首先與森林類型有關(guān),結(jié)構(gòu)復(fù)雜的森林群落較結(jié)構(gòu)簡單的植物群落的多樣性指數(shù)高,群落2、3、4、8、9、10為闊葉混交林并處于演替的中期,其物種豐富度、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均較高,且比較一致。而結(jié)構(gòu)簡單的群落類型,如11、12和13分別為低山灌叢、雜草甸和沼澤草甸,則均較低。群落1和6分別為華北衛(wèi)矛林和白樺林,由于分布在土壤和水分條件均較好的生境中,故其多樣性指數(shù)較高。而群落7為樟子松人工林,受人為干擾最嚴(yán)重,物種豐富度和均勻度都很低,故而多樣性指數(shù)低。2.2群落豐富度對物種多樣性的影響植物生長型是表征群落外貌特征和垂直結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。本文的生長型分類主要是Whittaker(1975)的分類系統(tǒng),選其中最重要的3個類型喬木、灌木、草本作研究對象。從空間結(jié)構(gòu)意義上,此3類生長型也是植物群落的3個最主要的層次。物種豐富度指數(shù)測定結(jié)果表明,喬木層和灌木層物種豐富度明顯低于草本層,其趨勢基本上是草本層>灌木層>喬木層。而且喬木層和灌木層的物種豐富度的統(tǒng)計面積分別為400m2和75m2,而草本層僅為4m2。因此,群落總豐富度主要受草本層豐富度的影響。用Simpson指數(shù)測定不同植物生長型物種多樣性的結(jié)果,大致有如下特點:①草本層的Simpson指數(shù)值高于喬木層和灌木層。而白樺沼澤林的灌木層的Simpson指數(shù)竟比草本層高出很多,這是由于喬木層郁閉度比較低,林下有大量的各種喬木幼苗入侵,而且定居數(shù)量很多,形成優(yōu)勢種很多的“灌叢”。②與用Shannon-wiener指數(shù)的測定結(jié)果相比,灌木層和喬木層的Simpson指數(shù)值變化表現(xiàn)出明顯的分異現(xiàn)象,致使3個層次多樣性指數(shù)變化呈多元化趨勢,很難簡單地概括三者的關(guān)系。③灌木層和喬木層的多樣性指數(shù)值相對上升,弱化了3個層次多樣性指數(shù)值間的明顯差距。這些變化的主要原因在于不同群落均勻度的差異。用Shannon-wiener指數(shù)的測定結(jié)果表明,其變化規(guī)律與物種豐富度和Simpson指數(shù)的變化規(guī)律相近,說明Shannon-wiener指數(shù)既受到物種數(shù)目的影響,又受到均勻度的影響。不同生長型Alatalo均勻度指數(shù)變化的結(jié)果表明,原始群落的喬木層和灌木層的均勻度要比草本層的均勻度大,其趨勢基本上是喬木層>灌木層>草本層。人工群落灌木層分布較均勻,而人工群落喬木層由于優(yōu)勢種作用明顯,其他樹種處于被壓制狀態(tài),從而使得均勻度較低。公別拉河自然保護(hù)區(qū)的森林群落物種豐富度和多樣性指數(shù)主要受灌木層和草本層的影響。3植物生長型的群落多樣性3.1用各種多樣性指數(shù)及其均勻度測定公別拉河自然保護(hù)區(qū)的植物群落的多樣性,都表現(xiàn)出較一致的趨勢。其多樣性順序為:闊葉混交林(山楊、柞樹、黑樺)>闊葉混交林(色木、紫椴)>闊葉混交林(柞樹、山楊)>白樺林>闊葉混交林(黑樺、山楊、柞樹)>華北衛(wèi)矛林>柞樹林>針闊混交林>闊葉混交林(柞樹、黑樺)>樟子松人工林>土莊繡線菊灌叢>白花地榆苔草群落>修氏-直穗苔草沼澤。影響多樣性的因素很多,不同植被類型的群落多樣性相差較大,而植被類型相同的群落,其多樣性相近。這反映了多樣性和