張 健，邢 旗，王君芳，白耀華，閆曉紅

(內(nèi)蒙古和信園蒙草抗旱綠化股份有限公司，呼和浩特 010030)

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烏拉蓋草原不同群落類型α多樣性研究

張 健，邢 旗*，王君芳，白耀華，閆曉紅

(內(nèi)蒙古和信園蒙草抗旱綠化股份有限公司，呼和浩特 010030)

用比較樣地法調(diào)查了烏拉蓋草原9個(gè)不同群落類型的α多樣性特征。結(jié)果表明：(1)物種數(shù)隨取樣面積增加呈對(duì)數(shù)增加，且與對(duì)數(shù)模型S=alnA+b能夠很好擬合(R2≥0.9715)。(2)不同群落類型的α多樣性測(cè)度值(豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù))，都表現(xiàn)出山地草甸類“羊草+線葉菊+雜類草”類型、溫性草甸草原類“羊草+雜類草”類型、山地草甸類“羊草+雜類草”類型具有較高的多樣性指數(shù)，而低地草甸類“羊草群落”類型擁有較低多樣性指數(shù)。(3)群落的多樣性更多的受均勻度指數(shù)的影響。

群落類型；種-面積關(guān)系；α多樣性

1 研究背景及意義

豐富多彩的生命世界是地球在浩瀚宇宙中最具魅力之處。各種生命形式息息相關(guān)，彼此作用，一起維系著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。然而，由于人類活動(dòng)的干擾不斷加劇，大量生物正在以前所未有的速度滅絕。生物多樣性與多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能密切相關(guān)。生物多樣性的喪失以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和可持續(xù)性的下降，將最終威脅到人類的福祉和生存。因此，生物多樣性的保護(hù)已經(jīng)刻不容緩。

生物多樣性給我們?nèi)祟悗?lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，如藥用植物和工業(yè)上的重要原料。同時(shí)，生物多樣性因其自身的多變性和復(fù)雜性，也給我們?nèi)祟悗?lái)許多美學(xué)價(jià)值，是人類文化不可分割的一部分〔1〕。

生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性的維持是全球生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)管理的中心目標(biāo)之一〔2〕。Yachi&Loreau〔3〕認(rèn)為物種豐富度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力具有兩方面的影響：(1)緩沖效應(yīng)(buffering effect)即降低生產(chǎn)力隨時(shí)間的波動(dòng)；(2)性能增加效應(yīng)(performance_enhancing effect)提高生產(chǎn)力的平均水平。除此之外，草地植物群落的生物多樣性對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性發(fā)展和生產(chǎn)力的維持具有很大作用〔4-6〕。

生物多樣性包括物種多樣性、遺傳多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性。群落多樣性是生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)的主要提供者，也是維持生態(tài)系統(tǒng)及調(diào)控全球變化的主要作用因素。一般認(rèn)為α多樣性就是物種多樣性，物種多樣性是指物種種類和數(shù)量的豐富程度〔7〕，是一個(gè)區(qū)域或一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)可測(cè)定的生物學(xué)特征〔8〕，反映群落內(nèi)部物種數(shù)和物種相對(duì)多的一個(gè)指標(biāo)，只具有數(shù)量特征而無(wú)方向性。

內(nèi)蒙古高原的草原植被是歐亞大陸草原區(qū)亞洲中部亞區(qū)的重要組成部分，而烏拉蓋管理區(qū)位于錫林郭盟東北部，屬草甸草原向典型草原過(guò)渡區(qū)，有“受人類活動(dòng)干擾最少的錫盟天然草原”之美譽(yù)，研究其生物多樣性對(duì)烏拉蓋草地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性發(fā)展和生產(chǎn)力的維持、保護(hù)烏拉蓋草原植物的藥用資源和生態(tài)系統(tǒng)功能都具有重要意義。

2 研究區(qū)概況與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)示范區(qū)設(shè)在錫林郭勒盟烏拉蓋管理區(qū)。烏拉蓋管理區(qū)位于錫林郭盟東北部，大興安嶺山脈西麓中端。東經(jīng)115°10′至120°7′，北緯44°40′至46°40′。氣候?qū)儆诎敫珊蛋霛駶?rùn)大陸性氣候，多年平均降水量322.3mm，年際變化較大，年內(nèi)分布不均，降水量70%集中在6-8月份，且由東北向西南遞減。無(wú)霜期90-110天。年平均蒸發(fā)量為1552.1mm，年平均氣溫-0.9℃，極端最低溫度-42.1℃(發(fā)生于1987年1月9日)，極端最高氣溫38.4℃(發(fā)生于1968年7月22日)。平均風(fēng)速每秒4.1米。全年平均日照實(shí)數(shù)2659.8小時(shí)。海拔高度864米到1280米之間，平均海拔980米。土地總面積5013km2，其中草場(chǎng)占總面積的92.1%。

表1 觀測(cè)樣地基本情況

烏拉蓋草原屬草甸草原向典型草原過(guò)渡區(qū)，土壤條件好，主要以栗鈣土、黑鈣土為主。植物種類多樣，是錫林郭勒盟地區(qū)產(chǎn)量較高、物種較豐富的草原，近年平均干草產(chǎn)量為115kg/畝，有501種野生植物，分屬62科256屬，種數(shù)最多的是菊科，其次是禾本科，再次為豆科等。

圖1 試驗(yàn)樣地在遙感影像分布圖

本研究于2015年8月份選擇了烏拉蓋管理區(qū)不同群落類型的草原代表性群落典型地段，設(shè)置9個(gè)觀測(cè)樣地(樣地基本情況見(jiàn)表1)，各樣地在遙感影像上的分布情況如圖1。

2.2 觀測(cè)取樣方法

觀測(cè)方法采用中國(guó)科學(xué)院植物研究所植被與環(huán)境變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室草原生態(tài)系統(tǒng)功能生態(tài)學(xué)研究組2012年對(duì)草地植物多樣性野外調(diào)查的方法〔9〕。樣線、樣方、種-面積記錄如圖2所示。

(1)按事先規(guī)劃好的路徑尋找和定位監(jiān)測(cè)樣地。

(2)根據(jù)樣地的地形、植被和土地利用情況，確定中心點(diǎn)，用標(biāo)桿進(jìn)行標(biāo)記，并盡量保證500m×500m調(diào)查樣地在空間上是連續(xù)分布的，且100m×100m樣地位于所調(diào)查植被的代表性地段通過(guò)。

(3)以中心點(diǎn)標(biāo)桿為依據(jù)，通過(guò)羅盤和米繩確定東南西北4條250m的樣線(每25m插1根旗桿)，以及位于東北和西南對(duì)角線上距離中心點(diǎn)45m的兩個(gè)種-面積和點(diǎn)格局考察點(diǎn)的位置，并用旗桿作標(biāo)記；同時(shí)，進(jìn)行種-面積曲線的調(diào)查和記錄。

(4)調(diào)查人員從中心點(diǎn)沿樣線開始樣帶記錄；同時(shí)，進(jìn)行樣地中心點(diǎn)地標(biāo)的埋設(shè)、樣地位置及天氣信息的記錄、景觀和工作照片的拍攝。

(5)調(diào)查的數(shù)據(jù)、照片和標(biāo)本進(jìn)行整理存檔，并進(jìn)行室內(nèi)測(cè)定。

圖2 單個(gè)監(jiān)測(cè)樣地上樣線、樣方、種-面積關(guān)系及

2.3 α多樣性測(cè)度方法

本項(xiàng)研究采用了三類常用多樣性的指數(shù)，即豐富度指數(shù)(richness index)、均勻度指數(shù)(evenness index)和多樣性指數(shù)(diversity index)。其測(cè)度公式如下：

(1)物種豐富度指數(shù)采用Margalef(1958)指數(shù)：

式中，S為物種數(shù)目，N為所有物種個(gè)體總數(shù)。

(2)多樣性指數(shù)采用Shannon-Wienner：H′=-∑PilnPi

式中，Pi是一個(gè)個(gè)體屬于第i種的概率。

(3)均勻度指數(shù)

Pielou(1975，1977)均勻度指數(shù)(E1)：

2.4 數(shù)據(jù)處理

本文數(shù)據(jù)使用spss17.0和excel2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 種-面積關(guān)系

通過(guò)對(duì)圖3中9個(gè)樣地種-面積曲線圖的分析比較，結(jié)果表明：一定區(qū)域內(nèi)物種數(shù)量隨面積的增加呈對(duì)數(shù)型增加，當(dāng)面積達(dá)到一定程度時(shí)，取樣面積再增加時(shí)，物種數(shù)量趨于平緩。從圖中可以看出群落內(nèi)的物種數(shù)與取樣面積關(guān)系與對(duì)數(shù)模型S=alnA+b(式中，S為物種數(shù)目，A為取樣面積，a、b為模型中的參數(shù))能夠很好擬合，并且對(duì)數(shù)模型中R2值≥0.9715。結(jié)果與白永飛、許志信〔10〕等關(guān)于內(nèi)蒙古高原針茅草原群落α多樣性研究結(jié)果一致。

表2 群落物種數(shù)目與取樣面積的關(guān)系

圖3 各群落類型種-面積曲線關(guān)系圖

3.2 不同群落類型及1m2物種數(shù)

不同群落類型的9個(gè)樣地的單位面積內(nèi)物種豐富度變化較明顯，介于12-23種之間；其中位于禁牧村Ⅵ號(hào)樣地的山地草甸類“羊草+線葉菊+雜類草”群落類型物種數(shù)最多，達(dá)23種，并且除了與Ⅳ號(hào)樣地的山地草甸類“羊草+雜類草”群落類型無(wú)差異外與其它群落類型的樣地都存在明顯差異；位于哈場(chǎng)水庫(kù)南的Ⅱ號(hào)樣地低地草甸類“羊草群落”類型物種數(shù)最少為12種，除了與Ⅲ、Ⅶ、Ⅸ樣地?zé)o差異外與其它群落類型樣地都存在明顯差異。這說(shuō)明樣地內(nèi)1m2物種數(shù)量隨草地類和群落類型的不同而存在差異(圖4)。

圖4 不同群落類型樣地單位面積內(nèi)物種數(shù)

另外，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，樣地中有草原類主要有“溫性草甸草原類、低地草甸類、山地草甸類、溫性典型草原類”；群落類型主要有“羊草+貝加爾針茅+雜類草、羊草+雜類草、針茅+羊草+冷蒿、羊草+線葉菊+雜類草、羊草+貝加爾針茅”。群落中的優(yōu)勢(shì)植物大多以禾草為主，禾草主要有羊草(Leymuschinensis(Trin.)Tzvel.)、貝加爾針茅(StipaBaicalensisRoshev.)、大針茅(StipagrandisP.Smirn.)、糙隱子草(Cleistogenessquarrosa(Trin.)Keng)、硬質(zhì)早熟禾(PoasphondylodesTrin.)、披堿草(ElymusdahuricusTurcz.)等；另外一些亞優(yōu)勢(shì)種及伴生種主要為豆科、菊科和雜類草等，其中，豆科牧草主要斜莖黃芪(AstragalusadsurgensPall.)、胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)、扁蓿豆(Medicagoruthenica(L.)Sojak.)、廣布野豌豆(ViciacraccaL.)、草木樨狀黃芪(AstragalusmelilotoidesPall.)、歪頭菜(ViciaunijugaA.Br.)；莎草科主要有寸草苔(CarexduriusculaC.AMey.)等；雜類草有線葉菊(Filifoliumsibiricum(L.)Kitam.)、芍藥(PaeonialactifloraPall.)、防風(fēng)(Saposhnikoviadivaricata(Trucz.)Schischk.)、紅柴胡(BupleurumscorzonerifoliumWilld.)、石竹屬(Dianthus)、委陵菜屬(Potentilla)、麻花頭(SerratulacentauroidesL.)、風(fēng)毛菊屬(Saussurea)、達(dá)烏里龍膽(GentianadahuricaFisch)、沙參(AdenophorastrictaMiq.)、地榆(SanguisorbaofficinalisL.)、華北藍(lán)盆花(ScabiosatschiliensisGrun.)、小黃花菜(HemerocallisminorMill.)等，共調(diào)查記錄了物種283種，隸屬41科，152屬，其中很多具有藥用價(jià)值。

3.3 不同尺度下各樣地內(nèi)物種數(shù)

不同尺度下各樣地物種數(shù)變化較明顯，物種變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出基本是500×5m2>500×500m2>100×100m2>100×5m2>1m2的規(guī)律。說(shuō)明物種數(shù)隨著取樣面積的增大而增大(圖5)。

圖5 不同尺度下各樣地物種數(shù)

3.4 不同生境群落類型的α多樣性特征

不同群落類型多樣性指數(shù)見(jiàn)表3，樣地Ⅴ的溫性草甸草原類“羊草+線葉菊+雜類草”群落類型豐富度指數(shù)最高，達(dá)11.4959；樣地Ⅵ的山地草甸類“羊草+雜類草”類型多樣性指數(shù)最高達(dá)2.6098；樣地Ⅱ的低地草甸類“羊草群落”類型的豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)都最低分別為7.7446、1.5495；豐富度指數(shù)大小順序?yàn)椋孩?Ⅲ>Ⅵ>Ⅳ>Ⅷ>Ⅸ>Ⅰ>Ⅶ>Ⅱ；多樣性指數(shù)大小順序?yàn)椋孩?Ⅴ>Ⅳ>Ⅷ>Ⅸ>Ⅰ>Ⅶ>Ⅲ>Ⅱ(表3)。

表3 各群落豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)

均勻度指數(shù)的結(jié)果表明，樣地Ⅵ的山地草甸類“羊草+線葉菊+雜類草”類型、樣地Ⅵ的山地草甸類“羊草+雜類草”類型、樣地Ⅴ的溫性草甸草原類“羊草+雜類草”類型、樣地Ⅷ的低地草甸類“羊草+雜類草”類型、樣地Ⅸ的溫性草甸草原類“羊草+貝加爾針茅”類型具有較高的均勻度，其均勻度指數(shù)高于樣地Ⅰ的“羊草+貝加爾針茅+雜類草”、樣地Ⅶ的溫性典型草原類“針茅+羊草+冷蒿”類型、樣地Ⅲ的溫性草甸草原類“羊草+雜類草”類型、樣地Ⅱ的低地草甸類“羊草+雜類草”類型。其中位于樣地Ⅵ的山地草甸類“羊草+線葉菊+雜類草”類型，均勻度指數(shù)最高，表明在所有這些樣地中該樣地個(gè)體數(shù)量分配較為均勻，而樣地Ⅱ的低地草甸類“羊草+雜類草”群落均勻度指數(shù)最低，說(shuō)明其個(gè)體數(shù)量分配不均，較其它樣地稍差。具體大小順序?yàn)椋孩?Ⅴ>Ⅸ>Ⅷ>Ⅳ>Ⅰ>Ⅶ>Ⅲ>Ⅱ(表3)。

3.5 α多樣性指數(shù)的相關(guān)性分析

相關(guān)分析結(jié)果表明，各種α多樣性指數(shù)之間具有一定的正相關(guān)性(表4)

表4 α多樣性指數(shù)間的相關(guān)分析

均勻度指數(shù)和其它多樣性指數(shù)成正相關(guān)，說(shuō)明均勻度是增加群落多樣性的重要因子(物種數(shù)在一定范圍的前提下)。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)與Pielou均勻度指數(shù)相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.985，說(shuō)明兩者在描述群落多樣性時(shí)有較高的一致性。Pielou均勻度指數(shù)與Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的相關(guān)性較高，而與Margalef豐富度指數(shù)相關(guān)系數(shù)相對(duì)較低，說(shuō)明群落的多樣性更多的受均勻度指數(shù)的影響，這與邱波，任青吉(2004)〔11〕和徐廣平，張德罡等〔12〕研究結(jié)果一致(表4)。

4 結(jié)論

(1)群落內(nèi)的物種數(shù)隨取樣面積的增大呈對(duì)數(shù)趨勢(shì)增加，物種數(shù)量與取樣面積關(guān)系與對(duì)數(shù)模型S=alnA+b(S為物種數(shù)目，A為取樣面積，a、b為模型中的參數(shù))能夠很好擬合，并且對(duì)數(shù)模型中R2值≥0.9715。9個(gè)試驗(yàn)樣地結(jié)果表明，在一定尺度范圍內(nèi)各群落的物種數(shù)目均隨取樣面積增加呈對(duì)數(shù)型增加。

(2)無(wú)論是用物種多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener指數(shù))，還是用物種豐富度指數(shù)或均勻度指數(shù)(Pielon)測(cè)度烏拉蓋草原不同群落類型的α多樣性，都反映出相似的結(jié)果，即溫性草甸草原類的“羊草+線葉菊+雜類草”類型、溫性草甸草原類的“羊草+雜類草”類型、山地草甸類“羊草+雜類草”類型具有較高的多樣性指數(shù)，而低地草甸類的“羊草群落”類型擁有較低多樣性指數(shù)。

(3)均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)成正相關(guān)，是增加群落多樣性的重要因子(物種數(shù)在一定范圍的前提下)。Margalef豐富度指數(shù)與Pielou均勻度指數(shù)在描述群落多樣性時(shí)有較高的一致性，并且群落的多樣性更多的受均勻度指數(shù)的影響。

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The α diversity research about different community types of WuLaGai steppe

Zhang Jian Xing qi Wang Jun-Fang Bai Yao-Hua Yao Xiao-Hong

(Monsod Drought-Resistance Co.,Ltd.Hohhot 010030)

The traits of α diversity of nine different plant communities in WuLaGai using comparable plot methods. The results showed that: (1) The number of species increase with the sampling area increases logarithmically, and with the logarithmic model S =alnA+bcan be a good fit (R2≥0.9715). (2) The α diversity index values of different community types(richness index, diversity index, evenness index), showed that mountain steppe“ Leymus chinensis(Trin.)Tzvel.) +Filifoliumsibiricum(L.)Kitam. + forbs”type,Warmsteppe“Leymuschinensis(Trin.)Tzvel.) + forbs” type、 mountain steppe “Leymuschinensis(Trin.)Tzvel.) + forbs” type, low plains steppe “Leymuschinensis(Trin.)Tzvel.) + forbs” type has a high diversity index, low plains steppe“Leymuschinensis(Trin.)Tzvel.) ”community types has lower diversity index. (3) community diversity influence more by evenness index.

community type；species - area relationships；α diversity

2015-05-08

朝克圖(1964-)，男，蒙古族，內(nèi)蒙古通遼市人，高級(jí)畜牧師，從事草原保護(hù)建設(shè)及草原技術(shù)推廣工作。

S812

A

2095—5952(2015)04—0009—16