沙日溫都自然保護(hù)區(qū)植物多樣性研究

張旭州，姜海燕*，郭 鑫，叢 林，王義賀，史東明，李少鵬，白 慧

（1 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019；2 呼和浩特市新華公園管理處，內(nèi)蒙古呼和浩特 010030）

植物多樣性是指地球上的植物及其與其他生物和環(huán)境之間所產(chǎn)生的所有形式、層次、組合的多樣化，以及與此相關(guān)的生態(tài)過程總和，是生物多樣性的重要組成部分[1]。人類、動(dòng)物的生活都離不開植物，在地球生態(tài)系統(tǒng)中，植物占有舉足輕重的地位[2]。物種多樣性又是植物多樣性最核心、最直接的體現(xiàn)，是人類社會(huì)維持生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，對維護(hù)生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡有著十分重要的作用[3-4]。沙日溫都自然保護(hù)區(qū)植被類型豐富，草木十分茂盛，大面積森林覆蓋著這片土地，非林即草[5]。大量珍稀瀕危植物與豐富的自然景觀共同造就了這處天然的植物園，是一個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)保存完整的植物資源基因庫。沙日溫都自然保護(hù)區(qū)是內(nèi)蒙古大興安嶺區(qū)域僅有的森林-灌叢-草原景觀類型的保護(hù)區(qū)、西拉沐淪河下游重要水源涵養(yǎng)地、科爾沁草原生態(tài)功能區(qū)的重要組成部分，因而，它也是非常理想的科研和宣傳教育基地[6]。截至目前，對于沙日溫都自然保護(hù)區(qū)植物種類的基本組成、分布及植物多樣性方面的調(diào)查和研究還未見報(bào)道，為了更好地保護(hù)、管理和利用其資源，調(diào)查沙日溫都自然保護(hù)區(qū)的植物種類，分析其植物多樣性就顯得尤為重要。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古沙日溫都自然保護(hù)區(qū)屬大興安嶺的南部山地，隸屬赤峰市阿魯科爾沁旗，且位于其西部。地理坐標(biāo)為東經(jīng)119°31′04″～119°44′07″、北緯44°05′51″～44°24′41″，南北跨度約35km，東西跨度約18km，占地24740hm2。研究區(qū)的土壤由草甸土、沼澤土、淺層的灰色森林土及地帶性的棕色針葉林土等共同組成。保護(hù)區(qū)位于中緯度溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，春季較為干旱，大風(fēng)多，氣溫回升較快，且風(fēng)多雨少蒸發(fā)量大；夏季雨熱同期，降水較為集中；秋季短，氣溫下降快，晝夜溫差較大，秋霜發(fā)生早；冬季漫長且寒冷干燥，風(fēng)多雪少，光照充足，積溫有效性高。

1.2 樣地設(shè)置及采樣

根據(jù)該保護(hù)區(qū)植被類型特征，選擇了5 種具有代表性的植被類型（見表1），并對其進(jìn)行踏查及樣地調(diào)查。共設(shè)置80 個(gè)樣方，其中20m×20m 喬木樣方19個(gè)，5m×5m 灌木樣方23 個(gè)，1m×1m 草本樣方38 個(gè)。記錄樣地立地條件（經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡位、坡向）及植物的種類、數(shù)量、高度、頻度、蓋度等[7]。

表1 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)不同植被類型建群種

盡可能選擇土質(zhì)疏松的場所進(jìn)行植被采集，選擇健壯無病的植株，保證采集的矮小植株根部全部被挖出，相對較高的植物分為上、中、下三段采集，使其分別帶有根、莖、葉、花（果），而后合為一個(gè)標(biāo)本。采集到的標(biāo)本整枝整葉懸掛采集標(biāo)簽后，及時(shí)按種分別用紙包好，并備注地點(diǎn)、日期等信息，適當(dāng)記錄周圍生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)和信息，隨后夾入標(biāo)本夾帶回基地[8]。

1.3 植物鑒定、生態(tài)型及區(qū)系

依據(jù)《中國植物志》對比植物照片及標(biāo)本的根、莖、葉、花（果）對植物進(jìn)行形態(tài)學(xué)鑒定[9]。依據(jù)《內(nèi)蒙古植被》中對植物生態(tài)型及區(qū)系地理成分劃分標(biāo)準(zhǔn)對植物進(jìn)行歸類[10]。

1.4 植物多樣性分析

多樣性計(jì)算采用以下公式[11]：

式中R——為Patrick 豐富度指數(shù)；S——為群落中所包含的物種數(shù)；Dsim——為Simpson 指數(shù)；Pi——為物種i 的重要值比例；H——為Shannon-Wiener 指數(shù)；Jsw——為Pielou 均勻性指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)植物基本組成

沙日溫都自然保護(hù)區(qū)植物共有52 科131 屬155種，其中蕨類植物2 科2 屬2 種，裸子植物2 科4 屬4種，被子植物48 科125 屬149 種。在被子植物中，雙子葉植物42 科107 屬126 種，占絕對優(yōu)勢，單子葉植物6 科18 屬23 種（見表2）。

表2 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)植物物種組成

2.1.1 蕨類植物。本區(qū)有蕨類植物僅2 科2 屬2 種。分別為問荊（Equisetum arvense L.）及蕨[Pteridium aquilinum var.latiusculum(Desv.)Underw.ex Heller]，其科屬組成見表3。

表3 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)蕨類植物科、屬組成

2.1.2 裸子植物。由表4 可知，裸子植物有2 科4 屬4種，其中松科3 屬3 種，柏科1 屬1 種，分別為云杉（Picea asperata Mast.）、落葉松[Larix gmelinii (Ruprecht)Kuzeneva]、油松（Pinus tabuliformis Carriere）及側(cè)柏[Platycladus orientalis(L.)Franco]。

表4 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)裸子植物科、屬組成

2.1.3 被子植物。由表5 可知，雙子葉植物中，種數(shù)為1～5 的科有35 個(gè)，占總科數(shù)的83.33%；種數(shù)為6～10的有4 個(gè)，分別為毛茛科（6）、唇形科（6），占總科數(shù)的9.52%；種數(shù)為11～15 的科有2 個(gè)，分別為豆科（12）、薔薇科（11），占總科數(shù)的4.76%；而種數(shù)大于20 的科僅1 個(gè)，菊科（23），占總科數(shù)的2.38%。屬數(shù)為1～5 的科有36 個(gè)，占總科數(shù)的85.71%；屬數(shù)為6～10 的科有5 個(gè)，占總科數(shù)的11.90%；屬數(shù)為16～20 的科有1 個(gè)，占總科數(shù)的2.38%。種數(shù)為1～5 的屬占據(jù)全部屬。

表5 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)雙子葉植物科、屬數(shù)量

由表6 可知，單子葉植物中，種數(shù)為1～5 的科有4個(gè)，占總科數(shù)的66.67%；種數(shù)為6～10 的科有2 個(gè)，占總科數(shù)33.33%。屬數(shù)為1～5 的科有4 個(gè)，占總科數(shù)的66.67%；屬數(shù)為6～10 的科有2 個(gè)，分別為百合科（10）、禾本科（8），占總科數(shù)的33.33%。種數(shù)為1 的屬有14個(gè)，占總屬數(shù)的77.78%；種數(shù)為2 的屬有3 個(gè)，占總屬數(shù)的16.67%；種數(shù)為3 的屬有1 個(gè)，占總屬數(shù)的5.56%。

表6 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)單子葉植物科、屬數(shù)量

2.1.4 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)植物與內(nèi)蒙古自治區(qū)植物比較。沙日溫都自然保護(hù)區(qū)植物科數(shù)占自治區(qū)野生維管束植物的比例為39.69%，屬數(shù)占19.85%，種數(shù)占7.15%。由此可見，保護(hù)區(qū)植物科在自治區(qū)占比較高，自治區(qū)超過1/3 的科在保護(hù)區(qū)均有發(fā)現(xiàn)，近1/5 的屬分布在保護(hù)區(qū)，但種數(shù)在自治區(qū)占比較低，具體植物類別占自治區(qū)野生維管束植物比例見表7[12]。

表7 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)不同類別植物的自治區(qū)占比

2.2 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)植物生態(tài)型

由表8 可知，沙日溫都自然保護(hù)區(qū)的155 種植物分別屬于濕生植物8 種，占比5.16%；旱生植物12 種，占比7.74%；中生植物135 種，占比87.10%，中生植物占主要優(yōu)勢。中生植物中，濕中生植物7 種，占比4.52%；典型中生植物82 種，占比52.90%；旱中生植物46 種，占比29.68%。

表8 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)植物生態(tài)型

2.3 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)植物多樣性分析

由表9 可知，Simpson 多樣性指數(shù)在類型I 中表現(xiàn)為草本層＞喬木層=灌木層，類型II 中表現(xiàn)為草本層＞灌木層＞喬木層，類型III 中表現(xiàn)為喬木層＞草本層＞灌木層，喬木層及灌木層在類型IV 和類型V 中為0，其余3 種植被類型喬木層的Simpson 多樣性指數(shù)依次為類型I（0.46）＞類型II（0.37）＞類型III（0.35），灌木層為類型II（0.47）＞類型I（0.46）＞類型III（0.32），草本層的Simpson 多樣性指數(shù)依次為類型V（0.72）＞類型II（0.70）＞類型I（0.69）＞類型IV（0.67）＞類型III（0.34）。

表9 沙日溫都自然保護(hù)區(qū)植物多樣性分析

Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)和Patrick 豐富度指數(shù)在類型I 和類型III 中均表現(xiàn)為草本層＞喬木層＞灌木層，類型II 中草本層＞灌木層＞喬木層。除類型IV 和類型V 外，其余3 種植被類型喬木層的Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)依次為類型I（0.77）＞類型III（0.60）＞類型II（0.59），灌木層為類型I（0.73）＞類型II（0.71）＞類型III（0.49），草本層的Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)依次為類型V（1.50）＞類型I（1.48）＞類型IV（1.46）＞類型II（1.38）＞類型III（0.65）。

Patrick 豐富度指數(shù)除類型IV 和類型V 外，其他植被類型中喬木層種類平均為2.5～3 種，依據(jù)不同具體群落，最少2 種，最多7 種。喬木層的豐富度依次為：類型I（3.00）＞類型III（2.67）＞類型II（2.50）；灌木層種類平均為2～2.7 種，最少2 種，最多5 種。灌木層的豐富度依次為：類型II（2.70）＞類型I（2.50）＞類型III（2.00）。草本層種類平均為3.17～7.5 種，最多10 種，最少僅2 種。5 種植被類型草本層的豐富度依次為：類型IV（7.00）＞類型I（6.57）＞類型V（6.50）＞類型II（6.14）＞類型III（3.17）。

Pielou 均勻度指數(shù)：在類型I 中表現(xiàn)為灌木層＞草本層＞喬木層，類型II 表現(xiàn)為草本層＞灌木層＞喬木層，類型III 為灌木層＞喬木層＞草本層。除類型IV 和類型V 外，喬木層及灌木層的均勻度均表現(xiàn)為：類型I＞類型II＞類型III；5 種植被類型草本層的均勻度依次為：類型I（0.81）＞類型V（0.80）＞類型II（0.78）＞類型IV（0.75）＞類型III（0.53）。

3 結(jié)論與討論

近年來，許多專家學(xué)者對內(nèi)蒙古自治區(qū)不同類別植物的多樣性[13-16]與空間分布格局[19]關(guān)系等方面進(jìn)行較深入的研究，本研究主要對沙日溫度自然保護(hù)區(qū)5種植被類型中的植物多樣性進(jìn)行初步研究，以期為日后對該保護(hù)區(qū)植物有關(guān)方面的研究提供參考及依據(jù)。

經(jīng)對內(nèi)蒙古沙日溫都自然保護(hù)區(qū)5 種植被類型中植物鑒定，得出52 科131 屬155 種。其中蕨類植物和裸子植物在該地區(qū)種類較少，被子植物占據(jù)優(yōu)勢，尤其雙子葉植物的種類最多，且所含科和屬的數(shù)量在自治區(qū)的野生維管束植物中占比較大。菊科、豆科、百合科、薔薇科所含種數(shù)大于10。與劉貴峰等[20]對內(nèi)蒙古東部地區(qū)罕山自然保護(hù)區(qū)研究結(jié)論相似，與王敏超[19]對內(nèi)蒙古東部地區(qū)的6 個(gè)國家級自然保護(hù)區(qū)的研究結(jié)果相符。

張楠楠等[20]對內(nèi)蒙古東部地區(qū)的白音敖包國家自然保護(hù)區(qū)植物生態(tài)型的研究發(fā)現(xiàn)，中生植物占主要優(yōu)勢，這也與本研究對生態(tài)型研究結(jié)果相符。

沙日溫都自然保護(hù)區(qū)5 種植被類型的Simpson 指數(shù)除人工林外均表現(xiàn)為草本層最高，說明人工林林下植物種類受人為因素影響顯著，而喬木層和灌木層的表現(xiàn)復(fù)雜；5 種植被類型的Shannon-Wiener 指數(shù)及Patrick 豐富度指數(shù)同樣表現(xiàn)為草本層最高，且落葉闊葉林和人工林的喬木層指數(shù)高于灌木層；Pielou 均勻度指數(shù)在5 種植被類型中表現(xiàn)復(fù)雜。受地貌地勢所限，森林資源分布不均，此觀點(diǎn)與李彬等[21]對該地森林資源現(xiàn)狀的研究結(jié)果相符。