史雅楠

(山西省林業(yè)和草原科學(xué)研究院，山西 太原 030012)

植物多樣性作為生物群落的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要作用[1]。草地生態(tài)系統(tǒng)的群落組成和多樣性對(duì)維系生態(tài)平衡和其他系統(tǒng)穩(wěn)定十分重要[2]。五臺(tái)山草甸具有典型的高山-亞高山草地生態(tài)系統(tǒng)，是華北地區(qū)生物多樣性保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域之一[3]。之前對(duì)五臺(tái)山草甸的研究多集中在不同海拔梯度植被分布和多樣性分析上[4]，而對(duì)五臺(tái)山5個(gè)臺(tái)峰和不同坡向的植物多樣性研究較少。筆者以五臺(tái)山5個(gè)臺(tái)峰和不同坡向自然分布的植物群落為研究對(duì)象，探究其不同區(qū)域的植物多樣性變化規(guī)律，旨在為五臺(tái)山不同區(qū)域植被保護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)域概況

山西五臺(tái)山草甸位于山西省北部，草甸總面積約3 400 hm2，地處五臺(tái)、繁峙等縣境內(nèi)，介于北緯38°55′～39°66′、東經(jīng)113°29′～113°39′之間。最低處海拔僅624.0 m，最高處(北臺(tái)頂)海拔3 061.1 m。屬于暖溫帶半干旱型森林草原氣候帶，年均溫7.2 ℃左右。其較大的海拔差異，形成了具有代表性的高山草甸和亞高山草甸地帶。

2 研究方法

2.1 野外調(diào)查

2021年8月在五臺(tái)山草甸東、中、西、北、南5峰選擇具有典型性和代表性的地段進(jìn)行樣方調(diào)查，海拔范圍1 973.1 m～3 051.0 m。分別在陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡、半陰坡、陰坡設(shè)置樣地，各樣地內(nèi)按照坡上位、坡中位和坡下位，隨機(jī)設(shè)置3個(gè)樣方，每個(gè)峰共設(shè)置36個(gè)1 m2的樣方。記錄每個(gè)樣方內(nèi)的植物物種、多度、高度、蓋度等，同時(shí)記錄樣地的經(jīng)緯度和海拔高度等環(huán)境因子。

2.2 物種多樣性計(jì)算

物種重要值(Pi)是研究某個(gè)物種在群落中的地位和作用的綜合數(shù)量指標(biāo)，采用相對(duì)多度、相對(duì)頻度和相對(duì)高度的平均值計(jì)算各物種的相對(duì)重要值[2,3]，公式如下：

Pi=(相對(duì)多度+相對(duì)頻度+相對(duì)高度)/3。

(1)

物種多樣性指數(shù)是反映物種豐富度和均勻度的綜合指標(biāo)，依據(jù)物種多樣性測(cè)度指數(shù)應(yīng)用的廣泛程度，選取以下4種指數(shù)測(cè)度物種多樣性[5]。

Patrick豐富度指數(shù)：R=S，

(2)

(3)

(4)

Pielou均勻度指數(shù)：E=H′/ln(S)。

(5)

式中：S為每個(gè)樣方的物種數(shù)量；Pi為相對(duì)重要值。

2.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，用SPSS軟件分別對(duì)五臺(tái)山5個(gè)臺(tái)峰和4個(gè)不同坡向的物種數(shù)和多樣性指數(shù)進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 草甸物種種類(lèi)

根據(jù)樣方調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，五臺(tái)山草甸共有草本植物98種，隸屬69屬29科。其中，東臺(tái)32種,中臺(tái)25種,西臺(tái)28種，北臺(tái)26種，南臺(tái)39種。在5個(gè)峰均廣泛分布的植物為瓣蕊唐松草(ThalictrumpetaloideumL.)、高山嵩草[Kobresiapygmaea(C. B. Clarke) C. B. Clarke]、火絨草[eontopodiumleontopodioides(Willd.) Beauv.)L]、鈴鈴香青(AnaphalishancockiiMaxim.)和珠芽蓼(PolygonumviviparumL.)。包含種類(lèi)最多的科為菊科(Compositae)、禾本科(Poaceae)和薔薇科(Rosaceae)，屬于這3個(gè)科的種數(shù)分別占總種數(shù)的18.7%、10.7%和9.3%。

3.2 不同區(qū)域物種多樣性比較

五臺(tái)山草甸不同區(qū)域的Patrick豐富度指數(shù)見(jiàn)圖1。

圖1 五臺(tái)山草甸不同區(qū)域的Patrick豐富度指數(shù)

如圖1所示，整個(gè)研究區(qū)域中草甸植被的Patrick豐富度指數(shù)在14～19之間(P>0.05)。西臺(tái)和南臺(tái)的Patrick豐富度指數(shù)最高，為19；北臺(tái)的Patrick豐富度指數(shù)最低，為14。

五臺(tái)山草甸不同區(qū)域的Simpson多樣性指數(shù)見(jiàn)圖2。

圖2 五臺(tái)山草甸不同區(qū)域的Simpson多樣性指數(shù)

由圖2可知，五臺(tái)山草甸的Simpson多樣性指數(shù)在0.953～0.997之間，變動(dòng)范圍不大，且無(wú)顯著性差異(P>0.05)。5個(gè)臺(tái)峰的Simpson多樣性指數(shù)從大到小依次為南臺(tái)>東臺(tái)>北臺(tái)>中臺(tái)>西臺(tái)，南臺(tái)的Simpson多樣性指數(shù)最高，表示南臺(tái)的多樣性最好，這是因?yàn)槟吓_(tái)的物種數(shù)和物種豐富度最高。

五臺(tái)山草甸不同區(qū)域的Shannon-wiener多樣性指數(shù)見(jiàn)第9頁(yè)圖3。

圖3中顯示，五臺(tái)山草甸Shannon-wiener多樣性指數(shù)H′的變化幅度在1.686～3.352之間，差異不顯著(P>0.05)。變化趨勢(shì)與Simpson多樣性指數(shù)相反，表現(xiàn)為東臺(tái)>北臺(tái)>西臺(tái)>中臺(tái)>南臺(tái)。東臺(tái)的Shannon-wiener多樣性指數(shù)最高，表示群落的復(fù)雜程度最高。

圖3 Shannon-wiener多樣性指數(shù)

均勻度能體現(xiàn)群落物種中物種分布的均勻程度。五臺(tái)山草甸不同區(qū)域的Pielou均勻度指數(shù)如圖4所示。

圖4 五臺(tái)山草甸不同區(qū)域的Pielou均勻度指數(shù)

由圖4可知，五臺(tái)山5個(gè)臺(tái)峰Pielou均勻度指數(shù)(E)的平均值在0.460～0.992之間，變化范圍較大。北臺(tái)的E值最大，其次是中臺(tái)、東臺(tái)、西臺(tái)，南臺(tái)最低(P>0.05)，表明北臺(tái)的多樣性最豐富。西臺(tái)和南臺(tái)的Patrick豐富度指數(shù)相等，但是西臺(tái)的均勻度值比南臺(tái)的大，表示西臺(tái)的物種多樣性豐富度較南臺(tái)高。

3.3 不同坡向物種多樣性的比較

此次調(diào)查分陽(yáng)坡、陰坡、半陰坡和半陽(yáng)坡進(jìn)行，不同坡向的植物種類(lèi)和多樣性指數(shù)不同。陽(yáng)坡有植物47種，陰坡有44種、半陰坡47種、半陽(yáng)坡48種，大多數(shù)植物在每個(gè)坡向均有分布。五臺(tái)山草甸不同坡向的Patrick豐富度指數(shù)見(jiàn)圖5。

圖5 五臺(tái)山草甸不同坡向的Patrick豐富度指數(shù)

由圖5可知，五臺(tái)山草甸Patrick豐富度指數(shù)從高到低依次為陰坡19.00、半陽(yáng)坡17.00、半陰坡16.25、陽(yáng)坡16.00。說(shuō)明五臺(tái)山草甸陰坡的物種較為豐富。

五臺(tái)山草甸不同坡向的Simpson多樣性指數(shù)、Shannon-wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)見(jiàn)圖6、圖7和圖8。

圖6 五臺(tái)山草甸不同坡向的Simpson多樣性指數(shù)

圖7 五臺(tái)山草甸不同坡向的Shannon-wiener多樣性指數(shù)

圖8 五臺(tái)山草甸不同坡向的Pielou均勻度指數(shù)

物種多樣性指數(shù)的計(jì)算結(jié)果顯示，不同坡向的多樣性指數(shù)無(wú)明顯差異(P>0.05)，變化范圍較小。如圖6、圖7所示，Simpson多樣性指數(shù)變化范圍在0.919 5～0.936 0之間，Shannon-wiener多樣性指數(shù)變化范圍在2.644 0～2.832 3之間。兩種多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)均為陰坡>半陰坡>半陽(yáng)坡>陽(yáng)坡，陰坡的多樣性指數(shù)最高，陽(yáng)坡最低，半陰坡比半陽(yáng)坡高。表示陰坡的植物多樣性豐富，這可能與當(dāng)?shù)貧夂驕夭畋容^大有關(guān)，陰坡的群落更為復(fù)雜。分析Pielou均勻度指數(shù)E發(fā)現(xiàn)(圖8)，半陰坡的均勻度指數(shù)最高，其次為陰坡、陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡，陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡差異較小(P>0.05)。

4 結(jié)論與分析

物種多樣性指數(shù)的大小與群落中物種豐富度和均勻度有關(guān)，植物生長(zhǎng)環(huán)境，如光照時(shí)間、溫度等對(duì)植物生長(zhǎng)和分布均有顯著影響。本研究從五臺(tái)山不同臺(tái)峰和不同坡向2個(gè)方面進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)植物的物種多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)均無(wú)顯著性差異(P>0.05)。但是相對(duì)于其它區(qū)域，南臺(tái)的物種較為豐富，穩(wěn)定性也相對(duì)較高，這可能與南臺(tái)的地理位置有關(guān)。南臺(tái)春季來(lái)的最早,冬季來(lái)的最晚，更適宜較多植物的生長(zhǎng)和繁殖。而陰坡的植物多樣性指數(shù)較其它坡向高，與其常年年均溫較低有關(guān)，且五臺(tái)山草甸上陰坡生長(zhǎng)的植物具有更強(qiáng)的群落穩(wěn)定性。