文峪河上游河岸林下灌木和草本植物α多樣性研究

李素新，張蕓香，郭晉平

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，山西 太谷030801）

河岸林是以森林植被為主體的河岸帶，在流域景觀中發(fā)揮著獨特的水文功能和環(huán)境功能，其生物多樣性豐富，土地生產(chǎn)力高［1］。河岸林能為生物提供棲息地，過濾地表水的沉積物和污染物，穩(wěn)定河岸，保持土壤，調(diào)節(jié)水溫［2］，在維護流域景觀穩(wěn)定性和生態(tài)安全方面發(fā)揮著特殊作用［3，4］。

林下植被是森林生態(tài)系統(tǒng)的一個重要組成部分，對森林總生產(chǎn)力和生物地球化學(xué)循環(huán)具有重要的作用，影響著林分的養(yǎng)分循環(huán)和土壤肥力［5，6］。以文峪河上游河岸林植物群落為研究對象，研究河岸林下灌木和草本植物多樣性的變化規(guī)律，以期進一步了解河岸林群落的結(jié)構(gòu)特點，為河岸帶植被保護和可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 研究地區(qū)自然概況

文峪河上游位于呂梁山脈中段，關(guān)帝山林區(qū)的龐泉溝國家級自然保護區(qū)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°21′～111°37′，北緯37°45′～37°59′。氣候?qū)儆谑芗撅L(fēng)影響和控制的暖溫帶大陸性山地氣候 ，年平均氣溫4.2℃，年平均降水量822.6mm。該區(qū)域自然植被茂盛，高中山地域以寒溫性華北落葉松（Larix principis－rupprechtii）、青杄（Picea meyeri）和白杄（picea willsonii）為主，此外還有油松（Pinus tabulaeformis）、山 楊 （Popules davidiana）、紅 樺 （Betula albo－sinensis）、白 樺 （Betula platyphylla）和遼東櫟（Quercus wutaishanica）等。灌木主要有沙棘（Hippsphae rhamnoides）、毛榛（Corylus mandshurica）、金花忍冬（Lonicera chrysantha）、土莊繡線菊（Spiraea pubescens）、高山繡線菊（Spiraea alpina）、衛(wèi)矛（Euonymus alatus）、美薔薇（Rosa bella）、鬼見愁（Caragana jubata）、水栒子 （Cotoneaster multiflorus）、山 刺玫（Rosadavurica）、山麻子 （Ribes man－shuricum）、懸鉤子（Rubus idaeus）、黃蘆木（Berberisamurensis）、銀露梅（Potentilla glabra）等。草本植物主要有披針苔草 （Carex lanceolata）、蕨類 （Gymnocarpium petaloideum）、落 新 婦 （Astible chinensis）、糙蘇（Phlomis umbrosa）、瓣蕊唐松草（Thalictrum petaloideum）、蒿類（Artemisia Spp.）、禾草類（Poa spp.）、雪白委陵菜（Potentilla nivea）、舞鶴草（Ma－ianthemum bifolium）、玉竹（Polygonatum odorat－um）、烏頭（Aconitum simthii）、山野豌豆（Vicia amoena）等。

2 研究方法

2.1 野外取樣

在查閱小班檔案和全面踏查的基礎(chǔ)上，于2008年7月上旬在龐泉溝自然保護區(qū)內(nèi)的文峪河上游選取5條有代表性的支流，在每條支流的典型地段設(shè)置寬10m長100m的樣帶，從河邊開始，與河流走向垂直，分別記錄每條樣帶基本概況，見表1。對每條樣帶按距離溪流的遠(yuǎn)近依次劃分為5 m×10m，5m×10m，10m×10m，10m×10m，10m×10m，10m×10m，10m×10m，20m×10 m和20m×10m9個連續(xù)樣方，對每個樣方內(nèi)的喬木進行每木檢尺，記錄其胸徑、樹高、密度及郁閉度；在每個樣方內(nèi)分別設(shè)置2個2m×2m的灌木層調(diào)查小樣方和2個1m×1m的草本層調(diào)查小樣方，分別調(diào)查記錄灌木的種類、個體數(shù)和蓋度，草本的種類、多度和蓋度。

表1 研究區(qū)域樣地位置及自然狀況Table 1 Sampling sites and its condition of riparian zone along Wenyu River

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

物種多樣性指數(shù)是物種豐富度和均勻度的綜合指標(biāo)，對物種多樣性的衡量可以通過對群落或生境內(nèi)物種豐富度及均勻度的測量獲得［7］，該研究采用α多樣性指數(shù)計算法［8］，其中，Shannon－Wiener指數(shù)的大小表示群落的趨異度，其值越大則表明樣地內(nèi)物種的多樣性就越高；Simpson指數(shù)表明群落的優(yōu)勢度集中在少數(shù)種上的程度指標(biāo)，通常數(shù)值越大，優(yōu)勢種的比例就越低，群落的多樣性就越高。Pielou指數(shù)反應(yīng)的是群落內(nèi)個體數(shù)在不同物種之間分配的均勻程度，其值越大，則說明個體數(shù)在物種間的分配越均勻。計算公式如下：

Shannon－Wiener指數(shù)：

式中，S為樣地中的物種數(shù)目；

Pi為第i個物種的重要值。

所得數(shù)據(jù)用SPSS軟件和EXCEL軟件進行分析處理。

3 結(jié)果與分析

采用2.2所述的方法，對調(diào)查樣帶內(nèi)的灌木和草本植物原始數(shù)據(jù)分別計算其重要值，然后計算出每條樣帶距離溪流不同距離處林下灌木和草本的Shannon－wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)和Pielou指數(shù)，其分布狀況見圖1～圖5。每條樣帶的優(yōu)勢樹種及主要灌木和草本植物見表2。

圖1 針闊混交林下灌木和草本植物α多樣性分布圖Fig.1 The index of bush and herbα－diversity distribution map under conifer－broadleaf forest

圖2 闊葉混交林下灌木和草本植物α多樣性分布圖Fig.2 The index of bush and herbα－diversity distribution map under broadleaved mixed forest

圖3 云杉純林下灌木和草本植物α多樣性分布圖Fig.3 The index of bush and herbα－diversity distribution map under spruce forest

圖4 華北落葉松純林下灌木和草本植物α多樣性分布圖Fig.4 The index of bush and herbα－diversity distribution map under larch forest

圖5 油松純林下灌木和草本植物α多樣性分布圖Fig.5 The index of bush and herbα－diversity distribution map under Chinese pine forest

從圖1可以看出，在針闊混交林下距離溪流20m處之前灌木和草本植物的Shannon－wiener指數(shù)出現(xiàn)了不同的變化規(guī)律，草本植物Shannonwiener指數(shù)在距離溪流5m處出現(xiàn)了最高值2.612，灌木Shannon－wiener指數(shù)在距溪流10m處為較低值1.563。從20m處開始灌木和草本植物隨著距溪流距離的增加呈現(xiàn)出較一致的變化規(guī)律。從圖2和圖5看出在距離溪流40m處灌木和草本植物的Shannon－wiener指數(shù)幾乎相同，分別為2.1和1.9，圖3中在距離溪流50m處灌木和草本植物的Shannon－wiener指數(shù)均為1.55。綜合以上5個典型樣帶可以看出，不同林型下草本植物的Shannon－wiener指數(shù)普遍高于灌木。

將各條樣帶的Shannon－wiener指數(shù)、Simpson豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)值分別加和取平均值，做成柱狀圖見圖6和圖7。

圖6 不同林型河岸林下灌木α多樣性分布圖Fig.6 The distribution map of bushα－diversity under different riparian forest

圖7 不同林型河岸林下草本植物α多樣性分布圖Fig.7 The distribution map of herbα－diversity under different riparian forest

由圖6看出，灌木Shannon－wiener指數(shù)在不同林型下的大小順序依次為闊葉混交林＞針闊混交林＞油松純林＞華北落葉松純林＞云杉純林。Simpson豐富度指數(shù)在闊葉混交林下最高為0.809，華北落葉松純林下最低為0.616。Pielou均勻度指數(shù)也是闊葉混交林下最高為0.909，針闊混交林下最低為0.825。

由圖7看出，草本植物Shannon－wiener指數(shù)在不同林型下的大小順序依次為闊葉混交林＞華北落葉松純林＞針闊混交林＞云杉純林＞油松純林，闊葉混交林下草本植物Shannon－wiener指數(shù)最高，云杉純林下草本和灌木的Shannon－wiener指數(shù)較低。草本植物Simpson豐富度指數(shù)在闊葉混交林下最高為0.888，Pielou均勻度指數(shù)針闊混交林下最高為0.923。

這一分布特征和群落結(jié)構(gòu)的組成有關(guān)，闊葉樹混交林是強陽性樹種，一般位于陽坡和半陽坡地區(qū)，其林分郁閉度較低，林下光照條件好，因此該群落具有最高的生物多樣性，其養(yǎng)分含量也較高。而云杉則屬于耐蔭性樹種，其林下光照條件較差，而導(dǎo)致了群落多樣性的降低，不同林型下由于其植被的生活史差異而導(dǎo)致了不同的生物多樣性［9］。

由圖4看出，灌木和草本植物的Shannon－wiener多樣性指數(shù)在距溪流不同距離處水平梯度上的分布格局圖基本一致，在距溪流30m處出現(xiàn)了谷值，圖1和圖2表明在距溪流40m處灌木和草本植物的Shannon－wiener多樣性指數(shù)出現(xiàn)了拐點。由圖1～圖5看出，不同林型下灌木和草本植物的Simpson豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)在距溪流不同距離處水平梯度上的分布格局圖也基本一致，在距溪流30～50m處出現(xiàn)了拐點。由于河岸地區(qū)的地形較復(fù)雜，再加上河流季節(jié)性洪水干擾的影響，使得河岸地區(qū)在空間和時間尺度上的異質(zhì)性增加，從而導(dǎo)致河岸林的高生物多樣性。在不同的河岸地區(qū)和不同森林群落類型中其多樣性指數(shù)也不盡相同，這與所選樣帶在地形變化上比較連續(xù)，空間質(zhì)地上盡量避免較大的空間異質(zhì)性有關(guān)。

4 結(jié)論與討論

（1）通過對不同林型河岸林灌木和草本植物α多樣性梯度格局分析，得出該研究地區(qū)草本植物和灌木Shannon－wiener指數(shù)都是闊葉混交林較高，云杉純林下較低，這一分布特征和林地上喬木樹種組成的生活史對策有關(guān)，闊葉樹混交林屬于強陽性樹種，林內(nèi)光照充足，為灌木和草本植物提供了適宜的生境，而云杉屬于耐蔭性樹種，林下光照不足［10］，因而灌木和草本植物的α多樣性較低。

（2）從不同林型河岸林下灌木和草本的α多樣性指數(shù)（Shannon－wiener指數(shù)、Simpson 指數(shù)和Pielou指數(shù)）的分布格局可以初步判定該河岸林的邊界在距溪流30～50m處。

（3）在每條樣帶上采用了統(tǒng)一的距離梯度點，有利于比較不同林分類型樣帶間的邊界劃分，但由于采樣密度和范圍的限制，使得結(jié)果具有相對性，如果將采樣點設(shè)置采取大尺度和小尺度相結(jié)合的方法，可以獲取更加詳細(xì)準(zhǔn)確的信息，這將有待于進一步研究。

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