李雅麗，邱麗氚，王 建，路丹桂

(太原師范學(xué)院 地理科學(xué)學(xué)院，山西 晉中 030619)

我國鼠李科植物約有14個(gè)屬，分布范圍廣，全國各個(gè)省區(qū)均有分布。該科植物在藥用、觀賞、食用、染料等方面具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1-4]，因此以鼠李科植物為研究對(duì)象，研究其空間分布的多樣性特點(diǎn)及格局對(duì)日后合理開發(fā)、利用和保護(hù)鼠李科植物資源具有重要意義。

關(guān)于植物的多樣性研究，前人主要集中在物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性[5-7]和遺傳多樣性[8-11]方面，在研究物種多樣性時(shí)多利用文字[4,12]或表格[13-14]等形式對(duì)植物屬、種進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其中，常紅秀[4]和陳西倉[12]對(duì)中國某個(gè)省的鼠李科植物物種進(jìn)行了文字統(tǒng)計(jì)，并沒有對(duì)全國鼠李科植物進(jìn)行研究，而黃秀霞[15]雖然以全國鼠李科植物為對(duì)象，但僅以文字形式得出云南省為中國鼠李科植物屬、種的豐富度中心，沒有精確到縣級(jí)單位，且沒有利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，不能直觀地從空間上得出各區(qū)域間植物的關(guān)系；Fang等[16]以縣為基本單元制作了中國鼠李科植物種的分布圖，但沒有分析鼠李科植物屬、種的空間分布多樣性特征。隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)在植物空間分布及其多樣性格局研究中的廣泛應(yīng)用，鄭維艷等[17]利用ArcGIS技術(shù)，以省為基本單元分析樟科、殼斗科在中國大陸北熱帶及亞熱帶地區(qū)的物種多樣性及分布格局；張殷波等[18]通過制作野生蘭科植物在中國的豐富度分布格局圖，得出該科植物的地理分布及多樣性格局特點(diǎn)。以上研究中均未采用空間分布多樣性指標(biāo)對(duì)植物多樣性格局做進(jìn)一步研究，而邱麗氚等[19]在研究殼斗科植物空間多樣性時(shí)利用空間分布圖及多樣性指標(biāo)獲取了殼斗科植物在中國的空間多樣性規(guī)律和特點(diǎn)。但是在鼠李科植物的研究中卻很少見到采用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，同時(shí)結(jié)合空間多樣性指標(biāo)分析中國鼠李科植物空間分布多樣性格局的研究。

本文利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，以縣為基本單元，孤立的一個(gè)縣為一個(gè)斑塊，屬數(shù)或種數(shù)相同且相鄰的縣構(gòu)成一個(gè)斑塊，然后通過繪制中國鼠李科植物屬數(shù)、種數(shù)豐富度地理分布圖，計(jì)算空間分布多樣性指標(biāo)，得到中國鼠李科植物空間分布多樣性特點(diǎn)及規(guī)律，為中國鼠李科植物在空間分布上的物種多樣性保護(hù)、開發(fā)和利用提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)

本文所用的中國鼠李科植物分布數(shù)據(jù)來源于FRPS《中國植物志》全文電子版網(wǎng)站、中國數(shù)字植物標(biāo)本館網(wǎng)站和國家標(biāo)本資源共享平臺(tái)，并以中國樹木志、部分省的植物志以及正式發(fā)表的論文中鼠李科植物分布地點(diǎn)作為補(bǔ)充，獲取的每種植物都要有縣級(jí)單位的分布地點(diǎn)，將各類數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)同物異名的種的分布地點(diǎn)合并，不能確定種所在縣的數(shù)據(jù)和栽培、雜交種類數(shù)據(jù)均不予采用。

1.2 方法

利用ArcGIS10.2軟件制作鼠李科植物分布數(shù)據(jù)(圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù))，圖形數(shù)據(jù)是以縣為基本單元的中國地圖，屬性數(shù)據(jù)包括分布縣、分布省、屬數(shù)量和種數(shù)量，制作中國鼠李科植物屬數(shù)、種數(shù)在縣級(jí)尺度的豐富度地理分布圖，計(jì)算空間分布多樣性指數(shù)。

在屬或種的空間分布中，孤立的一個(gè)縣為一個(gè)斑塊，屬數(shù)或種數(shù)相同且相鄰的縣構(gòu)成一個(gè)斑塊，斑塊中屬或種的數(shù)量有所不同，形成不同的斑塊類型。通過計(jì)算空間分布多樣性指標(biāo)，可得到屬或種的空間分布多樣性及其多樣性特點(diǎn)。

空間分布多樣性指標(biāo)的計(jì)算公式為：

斑塊豐富度(Patch richness，PR)：

PR=m

Simpson多樣性指數(shù)(Simpson's diversity index，SIDI):

Shannon多樣性指數(shù)(Shannon's diversity index，SHDI)：

Simpson均勻度指數(shù)(Simpson's evenness index，SIEI)：

Shannon均勻度指數(shù)(Shannon's evenness index，SHEI):

類型的面積(Class area，CA，單位：106hm2)：

類型所占景觀面積的比例(Percentage of landscape，PLAND)：

斑塊的個(gè)數(shù)(Number of patches，NP)：

NP=ni

最大斑塊指數(shù)(Largest patch index，LPI)：

景觀形狀指數(shù)(Landscape shape index，LSI)：

上式中，m：屬或種空間分布中斑塊類型的數(shù)量；Pi：斑塊類型i占其屬或種分布區(qū)的比例；n：斑塊；aij：斑塊類型i中斑塊j的面積；A：屬或種分布的面積；ni：斑塊類型i中斑塊的個(gè)數(shù)；ei：斑塊類型i的全部周長。

上述空間分布多樣性格局指標(biāo)的計(jì)算均在Fragstats3.3軟件中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 中國鼠李科植物的空間分布多樣性

中國鼠李科植物共有14個(gè)屬181個(gè)種(包含變種)，其分布范圍廣泛，在全國各個(gè)省區(qū)(包括臺(tái)灣、香港和澳門地區(qū))均有分布，西起新疆塔什庫爾干塔吉克自治縣，東至黑龍江饒河縣，南自海南三亞市，北至內(nèi)蒙古額爾古納市，跨越經(jīng)緯度分別為74°29′～134°10′E、18°9′～53°18′N，說明鼠李科植物的適應(yīng)能力極強(qiáng)。鼠李科植物中有些屬、種具有聚集性，其中最多有11個(gè)屬、34個(gè)種(圖1)聚集在一個(gè)斑塊或一個(gè)縣，它們分別占總屬數(shù)、總種數(shù)的78.57%和18.78%。

從中國鼠李科植物屬、種的分布數(shù)量及分布區(qū)形狀看，秦嶺—淮河一線以南地區(qū)屬、種豐富度明顯高于該線以北地區(qū)(圖1)，秦嶺—淮河一線以南，各個(gè)省區(qū)均有鼠李科植物分布，且呈現(xiàn)不規(guī)則的連續(xù)分布，分布區(qū)幾乎連成一個(gè)整體，聚集度較高，說明南方地區(qū)的氣候、環(huán)境等條件更適合鼠李科植物的生長。云南南部的景洪市是中國鼠李科植物屬數(shù)最多的區(qū)域，從景洪市往東的區(qū)域范圍內(nèi)屬數(shù)較多，其中包括云南南部及東南部、廣西西南及西北部、貴州西南部和廣東中南部，以這些屬數(shù)較多的區(qū)域?yàn)橹行南蛑車鷶U(kuò)散，鼠李科植物屬數(shù)逐漸減少，但分布范圍擴(kuò)大，分布區(qū)連成一片。景洪市也是中國鼠李科植物種數(shù)最多的區(qū)域，從種數(shù)最多的區(qū)域往周圍地區(qū)擴(kuò)展，種數(shù)逐漸減少，種數(shù)較多的區(qū)域主要分布在滇黔桂地區(qū)，當(dāng)種數(shù)減少到22種時(shí)，分布區(qū)仍呈現(xiàn)稀疏的分散分布。云南景洪市作為中國鼠李科植物屬數(shù)和種數(shù)分布最多的區(qū)域，形成了中國鼠李科植物屬、種的分布及多樣性中心，其次鼠李科植物屬、種分布較多的區(qū)域也應(yīng)是今后中國鼠李科植物物種多樣性的重要保護(hù)地區(qū)。

秦嶺—淮河一線以北地區(qū)，鼠李科植物總體呈連續(xù)分布，當(dāng)屬數(shù)、種數(shù)較多時(shí)呈分散分布。北方地區(qū)屬和種的分布區(qū)域相同，但種的數(shù)量明顯多于屬的數(shù)量。它們?cè)谖鞑睾颓嗪５拇蟛糠值貐^(qū)沒有分布，而新疆、西藏西部及西南部、青海的東部和南部呈零星分布，在北方地區(qū)的中東部及東北地區(qū)呈連續(xù)分布，所以西藏南部及東南部、青海東部和甘肅中部連接形成的區(qū)域成為鼠李科植物在北方地區(qū)分布的分界線，分界線以西鼠李科植物呈零星分布或沒有分布，分界線以東呈連續(xù)分布。

圖1 中國鼠李科植物空間分布多樣性圖Fig.1 Spatial distribution diversity patterns of Rhamnaceae in China

2.2 中國鼠李科植物的空間分布多樣性格局

中國鼠李科植物屬、種的斑塊豐富度分別為11和34，即屬、種分別有11、34個(gè)類型的斑塊，屬的類型是由屬的數(shù)量1-11組成，種的類型是由種的數(shù)量1-34組成。屬的類型為1，表示該斑塊類型中只有一個(gè)屬；屬的類型為2，表示斑塊中有兩個(gè)屬，以此類推，屬的類型與屬的數(shù)量相同，種也如此。當(dāng)屬或種的類型為1時(shí)，表示一個(gè)屬或一個(gè)種可獨(dú)立分布，當(dāng)屬或種的類型大于1時(shí)，表示不同屬或不同種聚集在一個(gè)縣或一個(gè)斑塊。

屬和種的的斑塊豐富度分別為11、34，即屬有11個(gè)類型的斑塊，種有34個(gè)類型的斑塊(表1)，從多樣性指數(shù)看，屬的Simpson多樣性指數(shù)和Shannon多樣性指數(shù)均較低，原因是屬的斑塊類型少，而種的斑塊類型多，與圖1一致；從均勻度指數(shù)看，屬的Simpson均勻度指數(shù)和Shannon均勻度指數(shù)與種的對(duì)應(yīng)指標(biāo)相近，說明屬數(shù)較多和種數(shù)較多的斑塊在整個(gè)中國尤其是南方地區(qū)整體呈現(xiàn)較均勻的分布。

從多樣性指數(shù)看，種的指標(biāo)均明顯比屬的指標(biāo)高，說明斑塊類型多，多樣性就會(huì)更高；從均勻度指數(shù)看，種的指數(shù)和屬的指數(shù)接近，說明屬、種的斑塊分布都比較均勻?？梢娭参锏目臻g分布多樣性格局可以通過均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)來衡量。屬、種在空間分布上形成的多樣性格局的差異與兩者的分類等級(jí)不同有關(guān)。

從中國鼠李科植物屬的空間分布多樣性格局看(表2)，屬的11個(gè)類型斑塊中，當(dāng)屬的類型為1，即屬數(shù)為1時(shí)，該類型的面積、占景觀面積比例、斑塊個(gè)數(shù)、最大斑塊指數(shù)、形狀指數(shù)均為最大值，說明中國鼠李科植物中主要以一個(gè)屬單獨(dú)分布為主，其分布較分散，破碎度較高，與圖1相一致。當(dāng)屬數(shù)達(dá)到最大，即多樣性最高時(shí)，其空間多樣性格局指標(biāo)均最低，這與屬在空間分布上的多樣性特點(diǎn)有關(guān)。

表1 中國鼠李科植物空間分布多樣性格局Table 1 Spatial distribution diversity patterns of Rhamnaceae in China

表2 中國鼠李科植物中屬的空間分布多樣性格局Table 2 Spatial distribution diversity patterns of Rhamnaceae in China

鼠李科植物屬數(shù)從1到11，各類型的面積、占景觀面積的比例、斑塊個(gè)數(shù)、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)基本呈遞減的趨勢(shì)(表2)。說明隨著屬數(shù)量的增加，屬的多樣性逐漸明顯，各類型斑塊聚集度逐漸升高，但景觀優(yōu)勢(shì)呈降低趨勢(shì)。結(jié)合圖1可看出，當(dāng)屬數(shù)由少變多，屬的分布范圍由大變小。

從中國鼠李科植物種的空間分布多樣性格局看(圖2)，種的34個(gè)類型斑塊中，當(dāng)種的類型為1，即種數(shù)為1時(shí)，該類型的面積、占景觀面積的比例、斑塊個(gè)數(shù)、最大斑塊指數(shù)、形狀指數(shù)均為最大值，與屬數(shù)為1時(shí)得出的結(jié)果相似。當(dāng)屬和種數(shù)量均為1時(shí)，屬的類型的面積、類型所占景觀面積的比例、最大斑塊指數(shù)均高于種的相應(yīng)值，這是由于屬的分類等級(jí)高，一個(gè)屬會(huì)有許多種。當(dāng)一個(gè)縣有多個(gè)種分布，而這些種屬于同一個(gè)屬，這時(shí)屬的數(shù)量為1，而種的數(shù)量卻不是1。

鼠李科植物種數(shù)從1到34，各類型的面積、占景觀面積的比例、斑塊個(gè)數(shù)、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)基本呈遞減的趨勢(shì)(圖2)，與屬數(shù)從1到11得出的結(jié)果類似，說明屬和種均以單獨(dú)分布為主，但屬之間、種之間也有聯(lián)系，如多個(gè)屬或種分布在一個(gè)縣或一個(gè)斑塊。

圖2 中國鼠李科植物種的空間分布多樣性格局Fig.2 Spatial distribution diversity patterns of species in Rhamnaceae of China

3 結(jié)論與討論

中國鼠李科植物在秦嶺—淮河一線以南地區(qū)呈連續(xù)分布且聚集性較強(qiáng)，而北方地區(qū)整體呈連續(xù)分布，但屬數(shù)和種數(shù)較多時(shí)呈分散分布。南方地區(qū)的屬、種豐富度明顯高于北方地區(qū)，即呈南高北低的空間分布多樣性格局，這與中國木本植物物種多樣性格局特點(diǎn)相似[20]，也與許多被子植物的分布格局相似，如殼斗科植物[19]、蘭科植物[21]和薔薇科植物[22]等。但不同科的被子植物有明顯不同的分布和多樣性中心，這是各科植物生態(tài)習(xí)性有差異且環(huán)境因素不同造成的。黃秀霞[15]曾得出云南省是中國鼠李科植物種、屬豐富度分布中心。本研究精確到縣級(jí)單位，不僅得出云南是中國鼠李科植物屬、種豐富度分布中心，而且還進(jìn)一步得出云南景洪市為中國鼠李科植物屬、種分布及多樣性中心。云南東南部、廣西西南及西北部和貴州西南部的屬、種數(shù)量較多，是中國鼠李科植物物種多樣性的重要分布及保護(hù)地區(qū)；西藏南部及東南部、青海東部和甘肅中部連接形成的帶狀區(qū)域成為鼠李科植物在北方地區(qū)分布的分界線，分界線以西鼠李科植物呈零星分布或沒有分布，分界線以東呈連續(xù)分布。

本研究采用的空間分布多樣性格局各指標(biāo)中，種的多樣性指標(biāo)遠(yuǎn)大于屬的相應(yīng)值，說明種的斑塊類型更多，而種的均勻度指數(shù)卻與屬的相應(yīng)值相近，說明屬、種的斑塊分布都較均勻。所以植物的空間分布多樣性格局可以通過均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)來較好地衡量。多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)采用Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)，屬、種的Shannon多樣性指數(shù)差值明顯大于Simpson指數(shù)差值，而屬、種的Simpson均勻度指數(shù)差值大于Shannon均勻度指數(shù)差值，所以研究空間分布多樣性格局時(shí)，選擇Shannon多樣性指數(shù)和Simpson均勻度指數(shù)即可。邱麗氚等[19]在中國殼斗科植物空間多樣性格局研究中認(rèn)為應(yīng)采用Shannon多樣性指數(shù)和Shannon均勻度指數(shù)，這與本文有所不同，可見在研究多樣性格局時(shí)，應(yīng)選擇合適的指標(biāo)。

當(dāng)中國鼠李科植物屬數(shù)和種數(shù)均為1時(shí)，其斑塊數(shù)量、類型所占面積、面積占景觀的比例、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)均最大，說明屬和種的獨(dú)立性分布占明顯優(yōu)勢(shì)，這一現(xiàn)象主要體現(xiàn)在北方地區(qū)。當(dāng)屬數(shù)和種數(shù)逐漸增加時(shí)，屬、種的多樣性越來越明顯，但所有指標(biāo)值均呈遞減趨勢(shì)，分布范圍明顯縮小，這個(gè)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在南方地區(qū)，其原因是我國南方地區(qū)屬于熱帶、亞熱帶氣候，氣候、環(huán)境等條件十分優(yōu)越，區(qū)系成分復(fù)雜，另外南方山地垂直變化大，隨著高度的變化溫度變化明顯，為鼠李科植物不同屬、種創(chuàng)造了各自適宜的生存條件，所以分布數(shù)量較多，但各屬、種分布范圍小，所有指標(biāo)值均較低；而北方屬于溫帶地區(qū)，氣溫低，山體溫度變化小，屬、種分布數(shù)量較少，但分布范圍廣，所有指標(biāo)值較高。