大葉楊群落植物性系統(tǒng)多樣性的分布格局

本文來源于：更多精彩文章請您關(guān)注大葉楊群落植物性系統(tǒng)多樣性的分布格局摘要:應用豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)等指標，分析了湖北大老嶺自然保護區(qū)不同樣地大葉楊群落物種和性系統(tǒng)多樣性。結(jié)果表明:組成大葉楊群落的植物共有182種，隸屬于73科143屬，其中單種屬和寡種屬占優(yōu)勢。大葉楊群落物種豐富度受海拔、坡向和林內(nèi)小氣候的影響，在樣方3達峰值。從4個樣地科屬種的共有性來看，科的共有性較高，種的共有性較低，與樣地間微環(huán)境的差異程度有關(guān)。大葉楊群落是演替過程中的群落，大葉楊的年齡結(jié)構(gòu)除2號樣地表現(xiàn)為增長型結(jié)構(gòu)外，其他3個樣地均是衰退型。群落植物性系統(tǒng)類型較豐富，兩性花植物最多，雌雄異株和雌雄同株植物在大葉楊群落中也占有重要地位;喬木層中重要的性系統(tǒng)類型是雌雄異株植物，與建群種大葉楊的性系統(tǒng)一致，灌木層和草本層中兩性花植物是重要的類型，并且兩性花植物所占的比例隨草本層植物種類的增加而增大。此外喬木層中建群種大葉楊的重要值最大且在樣方3中最高。4個樣地中物種多樣性和植物性系統(tǒng)多樣性指數(shù)變化一致，即喬木層多樣性指數(shù)的變化不大，灌木層隨海拔的升高逐漸增大，草本層在樣方3達到最大，這種變化與各樣地不同層物種數(shù)的變化相一致;在最低海拔樣方中，各層的均勻度指數(shù)最大，物種和植物性系統(tǒng)分布最均勻。關(guān)鍵詞:大葉楊;性系統(tǒng)多樣性;分布格局自林奈用植物的性器官作為分類的標準以來，有花植物性系統(tǒng)的多樣性及其進化的研究受到廣泛關(guān)注［1］。任何生物物種的存在都要完成一個重要使命———繁殖后代。植物群落是在特定空間和時間范圍內(nèi)，特定的植物種類與一定的外環(huán)境及結(jié)構(gòu)形成的相互關(guān)系并具有特定功能的植物集合體。植物能順利完成其生活史需要合適的環(huán)境和生物條件，因此，植物群落中植物集合體的形成與性系統(tǒng)構(gòu)成相互制約關(guān)系。不同的性系統(tǒng)可影響植物有性生殖的質(zhì)量、種群的適應以及群落物種構(gòu)成和分布格局，也可影響種群的動態(tài)和群落的發(fā)展進化等很多方面并在其中扮演著關(guān)鍵角色，因此對植物的性系統(tǒng)進行研究具有十分重要的意義［2］。有花植物的性系統(tǒng)具有極大的多樣性，在個體和居群水平上有兩性花(hermaphroditism)、雌雄同株(monoecy)、雌雄異株(dioecy)、雄全同株(andromonoecy)、雌全同株(gynomonoecy)、雄全異株(androdioecy)、雌全異株(gynodioecy)、三性花同株(trimonoecy)、三性花異株(trioecy)共9種［3］。也就是雄花、雌花和兩性花的不同組合在植物中都有發(fā)現(xiàn)［4--5］。植物群落的性系統(tǒng)多樣性和分布格局是近代研究熱點，Gentry［6］曾指出熱帶森林的樹種中通常有21%～26%的為雌雄異株，并認為雌雄異株是加強個體遠交最有效的性系統(tǒng)，而這種性系統(tǒng)對于熱帶雨林中分布稀疏的樹種來說非常重要。Croat［7］對巴拿馬巴羅科羅拉(BarroColorado)島熱帶區(qū)系中的攀援植物的性系統(tǒng)進行研究得知，僅11%的是雌雄異株的。在國內(nèi)有關(guān)植物群落研究關(guān)注植物性系統(tǒng)的構(gòu)成和多樣性的報告不多見，蔡永立等［8］曾報導過中國亞熱帶東部藤本植物中雌雄異株的比例在單性花中較高，占30.8%，并認為與藤本植物在群落中的稀疏分布有關(guān)。將群落中的性系統(tǒng)納入群落生物多樣性來討論群落空間分布格局、穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)及進化的研究還未見報道。大葉楊(PopuluslasiocarpaOliv.)為楊柳科(Salicaceae)大葉楊組(Sect.leucoidesSpach)落葉喬木，是我國特有的楊屬樹種之一，產(chǎn)湖北、四川、陜西、貴州、云南等省，在湖北省大老嶺自然保護區(qū)廣泛分布，主要分布于海拔1300～1900m山谷溪溝沖積處［9］。本文在野外樣方調(diào)查的基礎(chǔ)上，運用豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)對湖北大老嶺自然保護區(qū)大葉楊群落的物種多樣性與性系統(tǒng)多樣性進行分析，探討了亞熱帶地區(qū)落葉闊葉林物種多樣性和性系統(tǒng)多樣性與環(huán)境變化的關(guān)系及對群落結(jié)構(gòu)的影響，以揭示植物性系統(tǒng)在維護森林群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性構(gòu)成的作用。1研究區(qū)概況與研究方法1.1研究區(qū)概況湖北大老嶺自然保護區(qū)位于湖北省西南宜昌、興山、秭歸三縣交界處，地理坐標為110°52'～111°01'E，31°01'～31°08'N，其范圍東西長10.95km、南北寬9.3km，總面積5936hm2。該區(qū)屬大巴山系東端荊山余脈，海拔從960m的老屋場外緣到2005.5m的主峰天柱山(也稱天寶山)，相對高差1045.5m，整個山勢水網(wǎng)都以天柱山為圓心，呈放射狀向四周延伸，故地形也稱中間高、四周低的斗笠式梯級下降的傾斜面，地貌類型復雜，坡陡、谷深、高差懸殊。該保護區(qū)屬中亞熱帶北緣和北亞熱帶南緣的氣候類型，除受西風和副高壓的影響外，還受周圍特殊地形的影響，具有日照時間長、氣候溫暖、雨量充沛、風大霧多、冰雪期長和無霜期短的特點。該地成土母質(zhì)主要是花崗巖、石灰?guī)r等，土壤垂直分布明顯，海拔960～1200m為黃壤，海拔1200～1500m為山地黃棕壤，海拔1500～2005m為山地棕壤［9--10］。1.2研究方法1.2.1樣地設置及調(diào)查方法根據(jù)林分起源、坡向和坡位、海拔等因子，采用梯度格局法設4個樣地，每個樣地根據(jù)典型性、代表性原則設置5個20m×20m的樣方作為重復，各樣方內(nèi)設置10個2m×2m的灌木樣方，20個1m×1m的草本樣方。在植物生長高峰期(8月份)，調(diào)查樣方內(nèi)喬木層胸徑≥5cm樹種的種類、胸徑、冠幅和樹高;灌草層記錄所有灌木(包括木質(zhì)藤本及胸徑小于5cm的喬木更新苗)、草本(包括草質(zhì)藤本)植物的種類、株數(shù)(叢生灌木記錄叢數(shù)，統(tǒng)計密度時按單株計算，草本記錄株數(shù))、高度、蓋度等指標。根據(jù)實地考察和查閱大量的文獻資料最終統(tǒng)計大葉楊群落中植物在個體和居群水平上具有5種性系統(tǒng)類型［11--12］(表1)。被子植物以Cronquist植物分類系統(tǒng)為基礎(chǔ)，裸子植物按鄭萬鈞系統(tǒng)劃分，蕨類植物以秦仁昌分類系統(tǒng)為依據(jù)。1.2.2各指標計算方法1)豐富度指數(shù)物種豐富度(S)=出現(xiàn)在樣地的物種數(shù)2)種群年齡結(jié)構(gòu)種群個體大小采用曲仲湘立木級，用胸徑確定喬木的年齡，對群落建群種的年齡結(jié)構(gòu)進行分析。5)群落物種重要值和植物性系統(tǒng)重要值指標重要值(Ii)=(相對密度(DRi)+相對頻度(FRi)+相對蓋度(CRi))/3(3)式中:Ii為第i種性系統(tǒng)或第i種植物的重要值，DRi是第i種性系統(tǒng)或第i種植物的相對密度，F(xiàn)Ri是第i種性系統(tǒng)或第i種植物的相對頻度，CRi第i種性系統(tǒng)或第i種植物的相對蓋度(喬木層用相對顯著度計算)。需要說明的是第i種性系統(tǒng)的相對密度、相對頻度、相對蓋度是第i種性系統(tǒng)的多個種相加后所得，因此基于植物性系統(tǒng)的Shannon-Wiener信息多樣性指數(shù)、Shannon均勻度指數(shù)、第i種性系統(tǒng)重要值也是多個種相加后得到的。2結(jié)果與分析2.1不同樣地大葉楊群落特征和性系統(tǒng)豐富度2.1.1不同樣地物種豐富度大老嶺自然保護區(qū)大葉楊群落不同樣地的主要生境因子及人為干擾情況見表2。根據(jù)調(diào)查結(jié)果進行統(tǒng)計，組成大葉楊群落的植物共有182種，隸屬于73科143屬。其中蕨類植物5科5屬7種，裸子植物2科2屬3種，被子植物66科136屬172種。其中被子植物中單子葉植物7科17屬23種，雙子葉植物59科119屬149種。在這182種維管植物中，草本植物有36科76屬97種，木本植物39科67屬85種。數(shù)量優(yōu)勢科依次為薔薇科(15屬19種)、毛茛科(8屬9種)、菊科(5屬8種)、百合科(6屬8種)、蓼科(2屬7種)、忍冬科(4屬7種)、殼斗科(3屬6種)、傘形科(4屬6種)、唇形科(5屬5種)、虎耳草科(5屬5種)、樺木科(3屬5種)。含有單種的屬有115個，占總屬數(shù)的80.42%，可見單種屬占絕對優(yōu)勢;含有2個種的屬有22個，占總好保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免環(huán)境脅迫對大葉楊群落穩(wěn)定性的影響。參考文獻［1］盧洋，黃雙全．論雌花兩性花同株植物的適應意義［J］．植物分類學報，2006，44(2):231—239［2］顏立紅．湖南壺瓶山藤本植物的有性系統(tǒng)及其環(huán)境的適應性［J］.東北林業(yè)大學學報，2007，35(7):35--39．［3］黃雙全，郭友好.傳粉生物學研究進展［J］.科學通報，2000，45(3):225--237．［4］DARWINC.Thedifferentformsofflowersonplantsofthesamespecies［M］.London:JohnMurray，1877．［5］高江云，任盤宇，李慶軍.姜科、閉鞘姜科植物繁育系統(tǒng)與傳粉生物學的研究進展［J］．植物分類學報，2005，43(6):574--585．［6］GENTRYAH，PUTZFE，MOONEYHA．Thebiologyofvines［M］．Cambridge:CambridgeUniversityPress，1991:393--423．［7］CROATTB．FloraofBarroColoradoIsland［M］．Stanford:StanfordUniversityPress，1978．［8］蔡永立，宋永昌．中國亞熱帶東部藤本植物多樣性［J］．武漢植物研究，2000，18(5):390--396．［9］吳金清，金義興，趙子恩．三峽庫區(qū)大老嶺植物多樣性與保護［M］．北京:中國水利水電出版社，2008．［10］謝宗強，吳金清，熊高明．三峽庫區(qū)瀕危特有植物保護生態(tài)學研究［M］．北京:中國水利水電出版社，2006．［11］李同華，姜靜，陳建名，等．種子植物性別的多態(tài)性［J］．東北林業(yè)大學學報，2004，32(5):48--52．［12］孟金陵，劉定富，羅鵬，等．植物生殖生物學［M］．北京:科學出版社，1997:2--4．［13］林琴琴，吳承禎，洪偉，等．珍稀瀕危植物長苞鐵杉林物種多樣性的梯度效應研究［J］．江西農(nóng)業(yè)大學學報，2005，27(5):713--718．［14］朱源，康慕誼，江源，等．賀蘭山木本植物群落物種多樣性的海拔格局［J］．植物生態(tài)學報，2008，32(3):574--581．［15］YAMPOLSKYC．Distributionofsexformsinthephanerogamicflora［J］．BibliothecaGenetica，1922(3):1--62．［16］BAWAKS．Breedingsystemsoftreespeciesofalowlandtropicalcommunity［J］