大黑山生態(tài)修復(fù)區(qū)典型植物群落物種多樣性變化特征分析

霍妍，鄭云龍

（1.遼寧省朝陽縣水土保持局，遼寧 朝陽122000；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山東 泰安271018）

物種多樣性是生物多樣性在物種水平上的表現(xiàn)形式，是生態(tài)學(xué)方面物種分布的均勻程度，一般從群落組織水平上進行研究，也稱為群落多樣性［1］。早在1992年10月，國際科學(xué)聯(lián)合會（ICUS）所屬的國際生物科學(xué)聯(lián)合會（UBS）和聯(lián)合國環(huán)境問題委員會（SCOPE）、聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）一起召開了生物多樣性編目與監(jiān)測研討會，并發(fā)起了一個全球性的生物多樣性合作研究項目，即DIVERSITAS［2］。近年來，我國學(xué)者在生物多樣性研究方面也取得了較大進展。馬克平等采用樣帶法對北京東靈山地區(qū)植物群落多樣性進行了研究，分析了研究區(qū)落葉闊葉林物種組成隨海拔梯度表現(xiàn)出的變化格局［3］；楊鋒偉等對華北土石山區(qū)植物群落多樣性進行分析表明，項目區(qū)內(nèi)群落內(nèi)部各層次物種多樣性指數(shù)的順序依次為草本層＞灌木層＞喬木層［4］；張健等對黃土丘陵區(qū)谷地植物群落生物量和物種多樣性進行了分析［5］；馮建孟等研究分析了云南西部地區(qū)地帶性植物群落物種多樣性的地理分布格局［6］；何春光等對松嫩平原湖泊濕地植物群落多樣性及其保護進行了研究，提出了相關(guān)的松嫩平原湖泊濕地植物群落多樣性保護對策［7］。這些研究成果對我國生物多樣性保護工程的實施提供了科學(xué)依據(jù)?！吧鷳B(tài)修復(fù)工程”是我國水利部在總結(jié)多年水土保持實踐的基礎(chǔ)上提出的一個全新的水土保持理念和措施［8］，但是關(guān)于生態(tài)修復(fù)工程示范區(qū)植物群落物種多樣性變化方面的研究還鮮有報道，在一定程度上影響了生態(tài)修復(fù)效果的定量評價。因此，本文以大黑山水土保持生態(tài)修復(fù)工程示范區(qū)為研究區(qū)域，運用典型植物群落物種組成和群落物種多樣性指數(shù)方法，對大黑山水土保持生態(tài)修復(fù)區(qū)典型植物群落物種多樣性變化特征進行了研究，以期為我國生態(tài)修復(fù)工程的建設(shè)及其效益評價提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

大黑山水土保持生態(tài)修復(fù)區(qū)（修復(fù)工程實施年限2004-2010年）地處遼寧省北票市西北部，西北與內(nèi)蒙古的大黑山國家級自然保護區(qū)接壤，東南部與東北大平原毗鄰，介于120°23′—120°37′E，41°58′—42°09′N，全區(qū)總面積176.97km2。屬努魯兒虎山東段南麓，呈東北-西南走向，橫亙于遼蒙邊界，是大凌河與西遼河兩個流域的分水嶺。氣候類型為半干旱、半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫8℃；多年平均降水量450～500mm，其中6—8月降水量占全年的80%以上。植被區(qū)劃屬華北植物區(qū)系的北界，由于與內(nèi)蒙古和長白植物區(qū)系相毗鄰，是華北、長白、內(nèi)蒙古等3個植物區(qū)系的交匯地帶，屬東亞夏綠落葉闊葉林帶。土壤類型分為2類：棕色土主要分布于海拔600m以上的山坡和植被茂密的陰坡山腳；淋溶褐土主要分布于海拔600m以下的山坡及河谷耕地。

2 試驗地選擇與方法

2.1 試驗地點選擇與布設(shè)

表1 大黑山生態(tài)修復(fù)工程示范區(qū)植物多樣性調(diào)查樣地基本情況

選擇相對均一的坡面，回避人為和自然干擾產(chǎn)生的跡地和大型林窗，選擇林相整齊的群落。采用標準地樣方法，取樣面積分別為：喬木樣方20m×20m；灌木樣方5m×5m；草本樣方1m×1m。每個樣地設(shè)置4個20m×20m喬木樣方，8個5m×5m灌木樣方，16個1m×1m草本樣方。該研究所選擇的各樣地概況見表1。

2.2 研究方法

群落物種多樣性指數(shù)統(tǒng)一應(yīng)用各個物種在該層（喬、灌、草）中的重要值（IV）這一綜合指標來計算，各個物種的重要值計算公式為：

喬木IV%＝［相對密度＋相對高度＋相對優(yōu)勢度（相對蓋度）］／300；

灌木IV%＝［相對高度＋相對優(yōu)勢度（相對蓋度）］／200；

草本IV%＝相對蓋度。

計算出每一樣方各物種的重要值，通過樣方合并，分別統(tǒng)計出各物種重要值的平均值。

不同群落物種多樣性指數(shù)是以各樣地物種重要值平均數(shù)為基礎(chǔ)，按生長型（喬木、灌木、草本）度算各群落物種多樣性。本研究群落多樣性的測度選用豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和物種多樣性指數(shù)3類，其計算公式如下：

（1）物種豐富度指數(shù)

S＝樣方內(nèi)所有物種數(shù)目

（2）物種多樣性指數(shù)

采用目前應(yīng)用較為廣泛的兩類物種多樣性指數(shù)Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)：

Simpson多樣性指數(shù)（D）：

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H）：

（3）均勻度指數(shù)（Pielou）

均勻度指數(shù)是把物種豐富度與均勻度結(jié)合起來的一個統(tǒng)計量，應(yīng)用最多的是Pielou均勻度指數(shù)（Jsw、Jsi）。

式中，A為樣方面積；S為樣方種物種數(shù)目；Pi為種i的相對重要值。

3 結(jié)果與分析

3.1 典型植物群落物種多樣性分析

大黑山流域生態(tài)修復(fù)示范工程典型植物群落物種多樣性分析結(jié)果見表2。天然次生林植物群落的物種豐富度指數(shù)均高于人工林植物群落，其中蒙古櫟＋蒙椴植物群落（Ⅱ）豐富度指數(shù)最高，為25；天然次生林植物群落的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)明顯高于人工林植物群落，并且在不同植物群落間存在明顯差異，其Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的排序為：蒙古櫟＋椴樹植物群落（Ⅱ）＞山杏＋黃榆植物群落（Ⅰ）＞蒙古櫟植物群落（Ⅲ）＞油松＋山杏混交植物群落（Ⅴ）＞油松純林植物群落（Ⅳ）＞油松＋沙棘混交植物群落（Ⅵ）＞油松疏林植物群落（Ⅶ）。不同植物群落Simpson多樣性指數(shù)的變化與Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的變化趨勢一致，但是其在差異性方面不如Shannon-Wiener多樣性指數(shù)表示的差異性明顯。這說明在表示物種多樣性方面Shannon-Wiener多樣性指數(shù)具有很高的靈敏性。其中蒙古櫟＋椴樹植物群落（Ⅱ）Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)最高，分別為2.610 2和0.902 2。

表2 大黑山生態(tài)修復(fù)工程示范區(qū)典型植物群落多樣性分析

由表2看出，不同植物群落均具有較高的均勻度指數(shù)，其中山杏＋黃榆植物群落（Ⅰ）、蒙古櫟＋椴樹植物群落（Ⅱ）較高，Jsw分別為0.817 9、0.810 9，Jsi分別為0.944 3、0.939 8。在表示不同植物群落均勻度方面Jsw指數(shù)、Jsi指數(shù)具有大致相同的趨勢，不存在明顯差異。

3.2 典型植物群落喬木層群落物種多樣性分析

從表3看出，天然次生林植物群落中喬木層優(yōu)勢樹種組成主要為蒙古櫟（Quercusmongolica）、蒙椴（Tiliamongolica）、五角槭（Acermono）等原生闊葉落葉性樹種。經(jīng)過長期的群落演替過程，它們形成了物種豐富、生態(tài)穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)。其中蒙古櫟＋蒙椴植物群落（Ⅱ）具有最高的物種豐富度指數(shù)（S）、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和較高的Pielou均勻度指數(shù)，其多樣性程度最高，分別為4、1.032 2、0.592 0、0.744 6、0.789 3。油松純林植物群落（Ⅳ）、油松疏林植物群落（Ⅶ）喬木層均由油松這單一樹種組成，其多樣性程度最低，為0。

表3 大黑山生態(tài)修復(fù)工程示范區(qū)典型植物群落喬木層物種多樣性分析

表4 大黑山生態(tài)修復(fù)工程示范區(qū)典型植物群落灌木層物種多樣性分析

表5 大黑山生態(tài)修復(fù)工程示范區(qū)典型植物群落草本層物種多樣性

3.3 典型植物群落灌、草層群落物種多樣性分析

從表4可以看出，天然次生林群落的灌木層具有較豐富的物種多樣性，油松人工純林植物群落均具有相對比較發(fā)達的灌木層植物群落，尤其是山杏＋黃榆植物群落（Ⅰ）的灌木層 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)最高，物種豐富度指數(shù)也相對較高；油松純林的各項指數(shù)最低。而油松＋山杏混交林（Ⅴ）、油松＋沙棘混交林（Ⅵ）和油松疏林（Ⅶ）植物群落為明顯的兩層植物群落結(jié)構(gòu)，不存在灌木層植物群落，也就不存在灌木層物種多樣性的討論問題?？梢姡蠛谏缴鷳B(tài)修復(fù)示范工程區(qū)內(nèi)的天然次生林植物群落，經(jīng)過長期的群落演替過程，自然選擇了一批耐陰性強的灌木樹種如杜鵑、鼠李、溲疏、繡線菊、荊條等。

從表5可以看出，在天然次生林植物群落中蒙古櫟＋蒙椴植物群落（Ⅱ）草本層的物種多樣性最高，蒙古櫟植物群落（Ⅲ）最低；在人工林植物群落中油松＋山杏植物群落（Ⅴ）草本層的物種多樣性最高，油松＋沙棘植物群落（Ⅵ）較低。

4 結(jié)論

4.1 項目區(qū)的天然次生林植物群落形成了喬灌草相結(jié)合的穩(wěn)定的植物群落結(jié)構(gòu)；人工林植物群落按生長型可以劃為明顯的喬木層和草本層兩層群落結(jié)構(gòu)類型，其中，油松林是在原有油松純林的基礎(chǔ)上改造而成的，山杏、沙棘都是在水平槽整地的基礎(chǔ)上造林而形成的，立地條件的改良對植物群落向著穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)進行演替具有明顯的促進作用。

4.2 典型植物群落物種多樣性指數(shù)的排序為，蒙古櫟＋蒙椴植物群落（Ⅱ）＞山杏＋黃榆植物群落（Ⅰ）＞蒙古櫟植物群落（Ⅲ）＞油松＋山杏混交植物群落（Ⅴ）＞油松純林植物群落（Ⅳ）＞油松＋沙棘混交植物群落（Ⅵ）＞油松疏林植物群落（Ⅶ）。天然次生林植物群落的物種多樣性要大于人工林植物群落。

4.3 天然次生林植物群落封禁后，由于遠離人類活動區(qū)，長期以來受人為干擾較小，形成了相對比較發(fā)達的草本層植物群落，說明實施生態(tài)修復(fù)工程有利于增加生物多樣性、提高林草植被覆蓋度、增強植物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能的穩(wěn)定性。

4.4 建議今后在大黑山流域水土保持生態(tài)修復(fù)過程中，對原有天然次生林植物群落繼續(xù)加強管護，嚴禁一切人為因素造成的破壞；在適宜的區(qū)域繼續(xù)進行針闊混交林的改造，以提高物種多樣性，增強其抵御病蟲害的能力，以期發(fā)揮更大的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益、社會效益和蓄水保土效益。

［1］汪殿蓓，暨淑儀，陳飛鵬，等.植物群落物種多樣性研究綜述［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2001，20（4）：55-60

［2］付衛(wèi)國，李萍萍，吳沿友，等.北固山濕地植物群落特征及其物種多樣性研究［J］.濕地科學(xué)，2006，4（1）：75-81

［3］馬克平，葉萬輝，于順利，等.北京東靈山地區(qū)植物群落多樣性研究［J］.生態(tài)學(xué)報，1997，17（6）：593-600

［4］楊鋒偉，魯紹偉，余新曉，等，華北土石山區(qū)植物群落多樣性特征分析［J］.水土保持研究，2007，14（3）：343-346

［5］張健，劉國彬.黃土丘陵區(qū)不同植被恢復(fù)模式對溝谷地植物群落生物量和物種多樣性的影響［J］.自然資源學(xué)報，2010，25（2）：207-215

［6］馮建孟，徐成東.云南西部地區(qū)地帶性植物群落物種多樣性的地理分布格局［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2009，28（4）：595-600

［7］何春光，郎惠卿，卜兆君.松嫩平原湖泊濕地植物群落多樣性及其保護研究［J］.國土與自然資源研究，2006（3）：53-54

［8］余新曉，牛健植，徐軍亮.山區(qū)小流域生態(tài)修復(fù)研究［J］.中國水土保持科學(xué)，2004，2（1）：4-10