重慶市與廈門市草本植物物種多樣性與用途結(jié)構(gòu)的關(guān)系比較分析

劉夢(mèng)晴

【摘要】：近年來，關(guān)于物種多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系研究正受到越來越多研究者的重視。[1]由于在氣候變化和人為干擾等因素的影響下，很多地區(qū)的生物多樣性正不斷減少，瀕危植物的數(shù)量卻不斷增加，亟需加強(qiáng)對(duì)這些地區(qū)植物多樣性的保護(hù)與研究。[2]重慶和廈門就是其中的兩個(gè)代表城市。因此，本文將重慶市與廈門市草本植物物種多樣性與用途結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行比較分析，共采用4個(gè)物種多樣性指數(shù)，并對(duì)兩個(gè)城市各種用途的植物種類的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。以期解決如下科學(xué)問題：重慶市和廈門市草本植物物種多樣性各個(gè)指數(shù)之間有何關(guān)系？重慶市和廈門市草本植物物種多樣性的各個(gè)指數(shù)值隨著調(diào)查樣方數(shù)的變化有何變化？重慶市和廈門市草本植物用途結(jié)構(gòu)是否豐富？

【關(guān)鍵詞】：重慶市；廈門市；草本植物；物種多樣性；用途結(jié)構(gòu)

研究區(qū)域

重慶市地處中國(guó)西南部、位于長(zhǎng)江上游地區(qū)，四面環(huán)山，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫在16到18℃之間，年平均降水量豐富，降水多集中在5至9月。重慶市多霧，素有“霧都”之稱。在各種環(huán)境因素的影響下，重慶市物種豐富，各類植物高達(dá)6000余種。

廈門市地處中國(guó)東南沿海部分，以濱海平原、臺(tái)地和丘陵為主要地形，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，氣候溫和，年平均氣溫在21℃左右，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。年平均降雨量在1200毫米左右，降水多集中在5～8月。廈門市生物資源豐富，尤其表現(xiàn)在大田作物、果樹資源、草本資源和林業(yè)資源上。

研究方法

2.1植物調(diào)查

在重慶與廈門兩個(gè)城市采用城市植物分層隨機(jī)抽樣的調(diào)查方法，對(duì)兩個(gè)城市的植物進(jìn)行調(diào)查。首先根據(jù)喬灌草的異質(zhì)性，將城市植物分為喬木、灌木和草本3層，本研究只對(duì)草本層植物進(jìn)行調(diào)查與分析。[8]在兩個(gè)城市的斑塊中設(shè)置適當(dāng)?shù)娜狱c(diǎn)（斑塊取樣要求植物異質(zhì)性較高而且能夠有效地完全取樣），在重慶市共隨機(jī)抽取了132個(gè)有效取樣點(diǎn)，在廈門市共隨機(jī)抽取了85個(gè)有效取樣點(diǎn)，在每個(gè)有效取樣點(diǎn)隨機(jī)抽取3個(gè)樣方進(jìn)行調(diào)查，每個(gè)樣方的面積為2×1〖 m〗^2。[9]

2.2植物種類的辨認(rèn)

根據(jù)《中國(guó)植物志》的命名標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)能現(xiàn)場(chǎng)辨認(rèn)的植物按照規(guī)范作相應(yīng)記錄，并為辨認(rèn)的依據(jù)拍照；對(duì)不能現(xiàn)場(chǎng)辨認(rèn)的植物可采集其標(biāo)本并拍攝詳細(xì)的辨認(rèn)參考照片，可通過請(qǐng)教分類學(xué)的專家等方法再次辨認(rèn)，實(shí)在不能辨認(rèn)的植物種類就只記錄到屬。[10]

2.3數(shù)據(jù)處理

2.3.1蓋度計(jì)算

植物蓋度=植物地上部分的垂直投影面積/樣方面積×100%

2.3.2物種多樣性計(jì)算

為了避免單一指數(shù)選取造成的不足，本文共選取4個(gè)常見的物種多樣性指數(shù)。[4-6]即Patrick豐富度指數(shù)（R_0）、Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（H）、、Pielou 均勻度指數(shù)（J）和Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（D）。

Patrick豐富度指數(shù)： R_0=S

Shannon-Weiner多樣性指數(shù)： H=-∑_（i=1）^S?P_i ln?〖P_i 〗

Pielou 均勻度指數(shù)： J=H/ln?S

Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)： D=1-∑_（i=1）^S?〖P_i〗^2

以上式子中，S為樣方中的總物種數(shù)，P_i表示第i個(gè)種的蓋度比例，S為種i所在樣方的物種總數(shù)。[3]

S表示群落中物種數(shù)目的多寡，H是物種豐富度和均勻度的綜合指標(biāo)，J表示群落中物種數(shù)目分配的均勻程度，D是對(duì)多樣性的反面即集中性的度量。[7]

功能結(jié)構(gòu)計(jì)算

比例=具有某種用途的物種數(shù)/總物種數(shù)×100%

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用 Microsoft Excel 2010 進(jìn)行物種多樣性指數(shù)與用途結(jié)構(gòu)的關(guān)系擬合及作圖。

研究結(jié)果

3.1 Patrick豐富度指數(shù)比較

由圖1可知，兩個(gè)城市草本植物的物種豐富度隨著樣點(diǎn)數(shù)目的線性增加而增加，重慶市R^2=0.9321，廈門市R^2=0.9847，因此兩個(gè)城市增加的差異性并不明顯。樣點(diǎn)數(shù)相同時(shí)，重慶市的Patrick豐富度指數(shù)始終大于廈門市。

3.2 Shannon-Weiner多樣性指數(shù)比較

由圖2可知，重慶市與廈門市的Shannon-Weiner多樣性指數(shù)H均在4.5～6之間。兩個(gè)城市的Shannon-Weiner多樣性指數(shù)均隨著樣點(diǎn)數(shù)目的增加而增加。當(dāng)樣點(diǎn)數(shù)相同時(shí)，重慶市的Shannon-Weiner多樣性指數(shù)始終大于廈門市。

圖 1 Patrick豐富度指數(shù)比較

圖 2 Shannon-Weiner多樣性指數(shù)比較

Pielou 均勻度指數(shù)比較

由圖4可知，兩個(gè)城市的Pielou 均勻度指數(shù)都在0.92以上。重慶市草本植物的Pielou 均勻度指數(shù)隨著樣點(diǎn)數(shù)目的增加變化趨勢(shì)不大、無明顯規(guī)律且波動(dòng)性較大，而廈門市草本植物的Pielou 均勻度指數(shù)隨著樣點(diǎn)數(shù)目的增加基本呈不斷增加的狀態(tài)，且越來越接近于1。樣點(diǎn)數(shù)相同時(shí)，廈門市草本植物的Pielou 均勻度指數(shù)基本都高于重慶市草本植物的Pielou 均勻度指數(shù)。

圖 3 Pielou 均勻度指數(shù)比較

圖 4 Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)比較

3.4 Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)比較

由圖3可知，兩城市草本植物的Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)均大于0.98。兩城市草本植物Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的差異性不再明顯，并且優(yōu)勢(shì)度指數(shù)隨著樣點(diǎn)數(shù)增加程度越大變化越小，其值越發(fā)接近于1。

3.5草本植物用途結(jié)構(gòu)比較

由圖5可知，兩個(gè)城市的草本植物主要用途為藥用、觀賞、食用、飼用、工業(yè)原料和其它用途共6個(gè)方面。具有藥用價(jià)值的草本植物占比均大于80%，其次是具有觀賞價(jià)值的草本植物。而其它用途（食用、飼用、工業(yè)原料等）的草本植物所占的比例均小于20%。

圖 5 用途結(jié)構(gòu)比較

結(jié)果分析

研究發(fā)現(xiàn)，重慶市草本植物的物種豐富度明顯比廈門市草本植物的物種豐富度高。重慶市和廈門市草本植物Pielou 均勻度指數(shù)和Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)均接近于1，說明兩個(gè)城市草本植物的分布都較均勻，并且這兩個(gè)指數(shù)不會(huì)隨著樣點(diǎn)數(shù)的變化而作規(guī)律性變化，說明兩個(gè)城市草本植物的Patrick豐富度指數(shù)和Shannon-Weiner多樣性指數(shù)與Pielou 均勻度指數(shù)和Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)并無明顯線性相關(guān)關(guān)系。重慶市與廈門市草本植物的用途并不豐富，結(jié)構(gòu)單一，由此可推測(cè)草本植物物種多樣性與其用途結(jié)構(gòu)之間并無太大聯(lián)系。

討論

草本植物物種多樣性的各個(gè)指數(shù)，包括Patrick豐富度指數(shù)、Shannon-Weiner多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)和 Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，這4個(gè)指數(shù)理論上并無太大聯(lián)系。假設(shè)隨著樣方數(shù)目的增加，直至將所調(diào)查城市的所有面積覆蓋，這時(shí)物種豐富度將會(huì)達(dá)到最高狀態(tài)，而均勻度指數(shù)卻并不會(huì)因?yàn)槊娣e增大而與之呈正線性關(guān)系。

草本植物物種多樣性與其用途結(jié)構(gòu)之間并無太大聯(lián)系，在草本植物物種豐富度較小時(shí)，物種數(shù)目的增加會(huì)在一定程度上導(dǎo)致其用途增加，但當(dāng)其物種豐富度已較大時(shí)，其用途結(jié)構(gòu)的變化是很小的，這時(shí)再討論兩者之間的關(guān)系是無益的。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]李祿軍，曾德慧.物種多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系研究進(jìn)展

[2]董世魁，湯琳等.青藏高原高寒草地植物多樣性測(cè)定的最小樣地面積

[3]許彬，張金屯等.百花山植物群落物種多樣性研究

[4]董鳴. 陸地生物群落調(diào)查觀測(cè)與分析

[5]姜雋.生物群落的物種多樣性研究綜述

[6]陳廷貴，張金屯.十五個(gè)物種多樣性指數(shù)的比較研究

[7]薛倩妮，閆明，畢潤(rùn)成.山西五鹿山森林群落木本植物功能多樣性

[8]趙娟娟，歐陽志云等. 城市植物分層隨機(jī)抽樣調(diào)查方案設(shè)計(jì)的方法探討

[9]趙娟娟. 北京市建成區(qū)城市植物的種類構(gòu)成與分布格局

[10]呂婷婷. 草本植物群落功能多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系研究