江西國家級自然保護區(qū)種子植物相似性的聚類研究

鄒生根，帥曉鵬，劉年生，葉金山，劉曉華*

（1.永豐縣官山林場，江西 吉安 331506；2.江西省林業(yè)科學院）

江西國家級自然保護區(qū)種子植物相似性的聚類研究

鄒生根1，帥曉鵬1，劉年生1，葉金山2，劉曉華2*

（1.永豐縣官山林場，江西 吉安 331506；2.江西省林業(yè)科學院）

建立自然保護區(qū)是生物資源就地保護的有效手段。江西省國家級自然保護區(qū)數(shù)量較多，但缺乏它們之間的系統(tǒng)研究。本研究在校對及統(tǒng)計了分布在江西省12個國家級自然保護區(qū)野生種子植物狀況的基礎上，選用Rogers 和Tonimoto指數(shù)，通過聚類分析，得出了基于種子植物種級水平各保護區(qū)之間的關系，較屬級水平的聚類支序圖的聚類效果更佳，該省12個保護區(qū)聚在三大分支（贛北平原區(qū)、贛南山地區(qū)及贛中周邊山地）。另外，本研究還建立了江西10個森林類型國家級自然保護區(qū)野生種子植物物種—面積島嶼效應模型，S=11.885×0.542A，較高的z值（0.542）反映了保護區(qū)種子植物生境異質(zhì)性高的特點。

江西省；國家級自然保護區(qū)；種子植物；聚類分析；物種—面積關系

江西省12個國家級自然保護區(qū)（官山、九嶺山、武夷山、陽際峰、馬頭山、井岡山、九連山、齊云山、桃紅嶺、廬山、鄱陽湖、南磯山），各保護區(qū)有關野生種子植物均做了詳實的記載［1］，為開展保護區(qū)野生種子植物聚類分析提供了數(shù)據(jù)基礎［2-13］。涂飛云等［1］利用江西省12個國家級自然保護區(qū)種子植物資料，從屬級水平，基于Sorenson指數(shù)進行了研究。結(jié)果表明，某些國家級自然保護區(qū)（官山、九嶺山、井岡山、武夷山、馬頭山、陽際峰）之間的關系沒有得到解決，并提出基于種子植物種級水平可能解決它們之間的關系。許多學者［14-16］以Rogers和Tonimoto指數(shù)對動物地理分布進行聚類分析，并取得較佳的地理區(qū)劃。張顯理等［16］研究了寧夏哺乳動物地理分布，認為Rogers和Tonimoto指數(shù)擬合最佳，優(yōu)于Sorenson指數(shù)2a/（2a+b+c）、Jaccard指數(shù)a/（a+b+c）的擬合效果。

涂飛云等［1］統(tǒng)計了江西省12個國家級自然保護區(qū)的面積及保護區(qū)種子植物物種數(shù)量狀況，然而，卻未對物種數(shù)—面積關系做進一步研究。許多研究［17-20］表明，物種數(shù)與面積關系遵循島嶼物種—面積經(jīng)驗模型S=c×zA，其中z值在一定程度上反映了各保護區(qū)島嶼化程度，也能更客觀反映區(qū)域植物地理狀況。

本研究目的∶一是基于種子植物屬、種水平，選用Rogers和Tonimoto指數(shù)，期望解決它們之間的關系，為區(qū)域植物地理區(qū)劃提供科學參考；二是通過對種子植物物種—面積關系的研究，進一步認識區(qū)域植物地理特征。

1 方法

參照涂飛云等［1］相關資料，對江西省12個國家級自然保護區(qū)野生種子植物屬、種進行了核對與統(tǒng)計，詳見表1。

表1 12個國家級自然保護區(qū)種子植物屬、種和面積表

在統(tǒng)計的基礎上，按照張顯理等［16］的方法進行二元屬性對屬、種編碼，即將有分布編碼為“1”，無分布的編碼為“0”，選用Rogers和Tonimoto指數(shù)，S=（a+d）/（a+2b+2c+d），其中 a，b，c，d分別是“1，1”，“1，0”，“0，1”，“0，0”匹配的物種數(shù)，建立二元數(shù)據(jù)指數(shù)矩陣。聚類分析均采用SPSS17.0軟件，聚類方法選用組內(nèi)聯(lián)接，區(qū)間度量標準使用Euc1idean距離。

假定各保護區(qū)是獨立的島嶼，遵循島嶼效應物種-面積模型S=c×zA，式中S為物種數(shù)，A為面積，c、z為常數(shù)。研究認為，物種—面積關系以對數(shù)函數(shù)擬合的線性方程1gS=1gc+z×1gA的效果好且應用廣泛［21-23］。因此，本研究采用對數(shù)函數(shù)進行擬合，并進行顯著性檢驗。本研究分兩個層面：一是江西省12個國家自然保護區(qū)種子植物物種與面積關系研究；二是因鄱陽湖和南磯山是濕地類型自然保護區(qū)，生境類型差異大，故開展其余10個森林類型的國家級自然保護區(qū)物種—面積關系研究。相關性分析的顯著性檢驗采用GraphPad Prism 5軟件。

2 結(jié)果

2.1 保護區(qū)種子植物屬的相似性聚類

從圖1看，鄱陽湖與南磯山聚在一支，再同桃紅嶺聚在一支；九連山與齊云山聚在一起；陽際峰、馬頭山聚在一支；官山、九嶺山聚一支，同這兩支關系最近的是武夷山，其次是廬山、井岡山；陽際峰（或馬頭山）同官山（或九嶺山）之間的關系并不清楚。

圖1 基于種子植物屬的相似性自然保護區(qū)聚類支序圖

2.2 保護區(qū)種子植物種的相似性聚類

由圖2可見，保護區(qū)聚為三大支，分別是贛北平原區(qū)（鄱陽湖、南磯山、桃紅嶺、廬山）、贛南山地區(qū)（九連山、齊云山）及贛中周邊山地（陽際峰、馬頭山、官山、九嶺山、武夷山、井岡山）。保護區(qū)之間，鄱陽湖和南磯山聚在一支，再和桃紅嶺聚在一起，其次是廬山；九連山和齊云山聚在一支；陽際峰與馬頭山聚在一支，再同官山聚在一起，其次是九嶺山、武夷山、井岡山。

2.3 物種—面積關系研究

由圖3可知，江西省12個國家級自然保護區(qū)的種子植物物種與保護區(qū)面積之間不存在顯著的相關性（F=2.479，P=0.146）；而排除鄱陽湖和南磯山后剩余的10個國家級自然保護區(qū)種子植物物種與保護區(qū)面積之間存在顯著的相關性（F=57.47，P＜0.000 1），這10個國家級自然保護區(qū)種子植物物種（對數(shù)）—面積（對數(shù)）擬合方程：1gS=0.542× 1gA+1.075，R2=0.878。由此推導出物種—面積方程：S=11.885×0.542A。

圖2 基于種子植物種的相似性自然保護區(qū)聚類支序圖

圖3 保護區(qū)種子植物物種—面積關系圖

3 討論

3.1 保護區(qū)種子植物屬、種相似性聚類

鄱陽湖、南磯山聚在一支，齊云山和九連山聚在另一支，該結(jié)果與涂飛云等［1］研究結(jié)果一致。各保護區(qū)基于屬級水平相似性研究，其結(jié)果顯示陽際峰（或馬頭山）和官山（或九嶺山）之間的關系并不清楚；地處贛北平原的廬山與地處贛西南的井岡山相似性高，不符合它們的地理分布和氣候特點。物種分布反映物種對特定地理區(qū)域的適應性。作者認為相比屬級水平，種級水平更能反映區(qū)域地理特征及關系。基于種子植物相似性聚類關系得到全面的呈現(xiàn)，可劃為3大地理區(qū)域，贛北平原區(qū)、贛中周邊山地、贛南山地區(qū)。其中分布在贛中部及周邊山地區(qū)的保護區(qū)種子植物相似性關系較為復雜，如分布在武夷山脈的武夷山，與九嶺山、官山的相似性高，而非同處武夷山脈且距離較近的馬頭山、陽際峰［1］。原因可能是武夷山保護區(qū)面積大，海拔跨度大，隨著海拔的升高，表現(xiàn)出高緯度種子植物特點［1］，與緯度偏北的九嶺山、官山的較為相似。李言闊等［24］對江西13個保護地的兩棲類聚類分析表明，地處武夷山脈的馬頭山與九嶺山脈的九嶺山的相似性高，而非距離較近的陽際峰，這可能也是個印證，但需要進一步的研究。

3.2 物種—面積相關性

研究認為z值能反映研究類群的所在島嶼的生境異質(zhì)性［18，25］。有學者［26-27］針對z值確定了3個不同的等級∶生物地理區(qū)之間（0.50～1.00）、生物地理區(qū)內(nèi)（0.20～0.49）和島嶼（或隔離生境斑塊）（0.10～0.19）。本研究中的z值（0.542）處于生物地理區(qū)之間的水平，該值高于Rosenzweig［27］記載的許多研究有關z值的范圍（0.10～0.40），并且顯著大于研究區(qū)域為島嶼時的z值（0.35）［27］。影響z值大小的因素有生物類群［28］、擴散限度［28-29］、生境異質(zhì)性［25］及其相互之間的共同效應等因素［28-29］。Aranda等［28］研究表明，種子植物取得的物種—面積模型中的z值高于蕨類植物、苔蘚植物。Shen 等［29］認為，研究類群的擴散限度及其生境異質(zhì)性共同影響著物種—面積關系。高的z值（0.542）可能既反映了種子植物的擴散特點，又反映了保護區(qū)的生境異質(zhì)性高的特點。

物種—面積關系可以估算區(qū)域的物種數(shù)量、評價區(qū)域物種多樣性的喪失［30-31］。本研究利用10個森林類型國家級自然保護區(qū)種子植物物種數(shù)—面積數(shù)據(jù)，得到關系方程，并由此推算出江西省森林類型自然保護區(qū)的種子植物多樣性狀況，可為保護區(qū)種子植物多樣性研究提供參考。

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（責任編輯：楊婷婷）

Clustering Study on the Similarity of Seed Plants in National Nature Reserves in Jiangxi Province

ZOU Shenggen1，SHUAI Xiaopeng1，Liu Niansheng1，YE Jinshan2，LIU Xiaohua2*
（1.Guanshan Forest Farm of Yongfeng County，Ji’an 221506，Jiangxi，China；2.Jiangxi Academy of Forestry）

Establishing nature reserves is an effective means of in-situ conservation of biological resources.There are a dozen of national nature reserves in Jiangxi Province which were lack of systematic study.In this paper，based on check and statistics of the wild seed plants in the 12 national nature reserves distributed in Jiangxi Province，a clustering analysis was made with Rogers&Tonimoto indexes.The results showed the clustering relationship among the reserves based on the species-level of seed plants and the clustering effect is better than that of the genus-level clustering cladogram.The 12 reserves cluster in 3 classes（North Jiangxi Plain Region，South Jiangxi Mountainous Region&Mountainous Region Surrounding Central Jiangxi）.Besides，the species-area island effect models of the wild seed plants were established in the 10 forest-type national nature reserves in the province，S=11.885×0.542A，with a relatively high z value（0.542），indicating characteristics of high heterogeneity of seed plant habitats in the reserves.

Jiangxi Province；National nature reserve；Seed plants；Clustering analysis；Species-area relationship

S718.3

A

2095-0152（2016）03-0010-04

2016-03-30

2016-04-14

鄒生根，男，林業(yè)工程師，主要從事營造林工作。

劉曉華（1980-），女，從事野生動植物研究。E-mail：410623173@qq.com