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(jìn)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(huì)（ICUS）所屬的國際生物科學(xué)聯(lián)合會(huì)（UBS）和聯(lián)合國環(huán)境問題委員會(huì)（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(cè)研討會(huì)，并發(fā)起了一個(gè)全球性的生物多樣性合作研究項(xiàng)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(jìn)展。馬克平等采用樣帶法對(duì)北京東靈山地區(qū)植物群落多樣性進(jìn)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(duì)華北土石山區(qū)植物群落多樣性進(jìn)行分析表明，項(xiàng)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(duì)黃土丘陵區(qū)谷地植物群落生物量和物種多樣性進(jìn)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(duì)松嫩平原湖泊濕地植物群落多樣性及其保護(hù)進(jìn)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(hù)對(duì)策［7］。這些研究成果對(duì)我國生物多樣性保護(hù)工程的實(shí)施提供了科學(xué)依據(jù)。“生態(tài)修復(fù)工程”是我國水利部在總結(jié)多年水土保持實(shí)踐的基礎(chǔ)上提出的一個(gè)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(bào)道，在一定程度上影響了生態(tài)修復(fù)效果的定量評(píng)價(jià)。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(yùn)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(duì)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(jìn)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(píng)價(jià)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(shí)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(jí)自然保護(hù)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(gè)流域的分水嶺。氣候類型為半干旱、半濕潤(rùn)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(zhǎng)白植物區(qū)系相毗鄰，是華北、長(zhǎng)白、內(nèi)蒙古等3個(gè)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(yàn)地選擇與方法

2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)地樣方法，取樣面積分別為：?jiǎn)棠緲臃?0m×20m；灌木樣方5m×5m；草本樣方1m×1m。每個(gè)樣地設(shè)置4個(gè)20m×20m喬木樣方，8個(gè)5m×5m灌木樣方，16個(gè)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(gè)物種在該層（喬、灌、草）中的重要值（IV）這一綜合指標(biāo)來計(jì)算，各個(gè)物種的重要值計(jì)算公式為：

喬木IV%＝［相對(duì)密度＋相對(duì)高度＋相對(duì)優(yōu)勢(shì)度（相對(duì)蓋度）］／300；

灌木IV%＝［相對(duì)高度＋相對(duì)優(yōu)勢(shì)度（相對(duì)蓋度）］／200；

草本IV%＝相對(duì)蓋度。

計(jì)算出每一樣方各物種的重要值，通過樣方合并，分別統(tǒng)計(jì)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(zhǎng)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(cè)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(jì)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(gè)統(tǒng)計(jì)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(duì)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?yàn)椋好晒艡担矘渲参锶郝洌á颍旧叫樱S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(shì)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(shì)，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(shì)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(zhǎng)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(duì)比較發(fā)達(dá)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(duì)較高；油松純林的各項(xiàng)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。可見，大黑山生態(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(zhǎng)期的群落演替過程，自然選擇了一批耐陰性強(qiáng)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(xiàng)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(zhǎng)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(duì)植物群落向著穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行演替具有明顯的促進(jìn)作用。

4.2 典型植物群落物種多樣性指數(shù)的排序?yàn)?，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(yuǎn)離人類活動(dòng)區(qū)，長(zhǎng)期以來受人為干擾較小，形成了相對(duì)比較發(fā)達(dá)的草本層植物群落，說明實(shí)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(qiáng)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(duì)原有天然次生林植物群落繼續(xù)加強(qiáng)管護(hù)，嚴(yán)禁一切人為因素造成的破壞；在適宜的區(qū)域繼續(xù)進(jìn)行針闊混交林的改造，以提高物種多樣性，增強(qiáng)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(jì)效益、社會(huì)效益和蓄水保土效益。

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