長白山區(qū)河漫灘草地植物多樣性與功能性狀研究

武玥

（東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院吉林長春130022）

長白山區(qū)河漫灘草地植物多樣性與功能性狀研究

武玥

（東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院吉林長春130022）

河漫灘草地對河流與河岸生態(tài)保護(hù)起著重大的作用，同時作為優(yōu)良的牧草刈割草地，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值.本文針對長白山區(qū)河漫灘草地群落的物種多樣性和功能多樣性進(jìn)行了研究，以期實(shí)現(xiàn)對其更好地保護(hù)與開發(fā)利用.以五道白河河漫灘草地為研究區(qū)，采用樣方法進(jìn)行實(shí)驗.結(jié)果顯示，該地區(qū)主要優(yōu)勢物種為長芒野稗，物種的豐富度較低；群落中的α－多樣性指數(shù)表現(xiàn)出相關(guān)性，其中均勻度、優(yōu)勢度指數(shù)與整個群落物種多樣性線性相關(guān)，而物種的數(shù)目與多樣性關(guān)系不是十分密切；生物功能性狀間的相互關(guān)系非線性，葉片生物量與葉片面積表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系，而葉片生物量與比葉面積、比葉面積與植株高度間表現(xiàn)出比較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系；物種多樣性與功能性也存在聯(lián)系，與具體的生物特征有關(guān).

長白山區(qū)；河漫灘草地植被；物種多樣性；功能性狀

生物多樣性是陸地生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ),陸地生態(tài)系統(tǒng)功能也會影響生物多樣性.生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能都是維持生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)［1］.隨著人類活動和氣候變化等因素對全球物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的不利影響日益加劇，生物多樣性和生態(tài)功能間的關(guān)系及其與氣候變化和人類活動間相互作用已經(jīng)成為當(dāng)前生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn).隨著生物多樣性-生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系研究的逐步深入，發(fā)現(xiàn)物種多樣性相似的群落類型生態(tài)功能卻表現(xiàn)出很大的差異，造成這種差異的主要原因是組成植物群落的物種不同［2-4］.此外，大量的研究發(fā)現(xiàn)：生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)功能的影響，不僅僅取決于物種數(shù)量本身［5-6］，植物的功能性狀在很大程度上也可以影響生態(tài)系統(tǒng)的功能和生產(chǎn)力［7-8］.因此越來越多的研究從傳統(tǒng)的單純物種多樣性研究過渡到與植物功能性狀有關(guān)的植物功能多樣性的研究［6,9,10］.

研究植物群落的植物功能性狀可以有效地揭示生物功能性狀對生態(tài)系統(tǒng)功能多樣性和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的影響.目前關(guān)于植物多樣性及其性狀間的關(guān)系研究多見于森林生態(tài)系統(tǒng)和草地生態(tài)系統(tǒng).河漫灘是由于河流沖刷沉積而成的，其土壤成土過程和植被群落組成相對年輕.目前，關(guān)于河漫灘草地植物功能多樣性及其與植物群落生產(chǎn)力的關(guān)系尚不清楚，因此本研究選擇位于長白山地區(qū)五道江口河漫灘草地為研究對象，探討植物功能多樣性及其與植物群落間的關(guān)系，以期為該地區(qū)河漫灘草地的植被恢復(fù)提供理論依據(jù).

1　材料和方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于長白山東部的吉林省白山市露水河鎮(zhèn)，地處吉林省松花江水系流域，氣候類型為典型的溫帶氣候.采樣地五道白河河漫灘位于露水河中游，地理位置為東經(jīng)127°37.407'，北緯42°42.362'，海拔高度500 m，屬于河曲型河漫灘.植被類型為草甸植物，土壤質(zhì)地為細(xì)沙，代表植物為長芒野稗、頭穗莎草、翼果苔草等.該地距離城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)，受人類干擾較弱，原生植被狀態(tài)保留較為完整.

1.2采樣方法

本研究設(shè)置15組1m×1m樣方.記錄樣方中植被的高度（h）、密度（D）、種蓋度（C）、生物量（W）.另在樣地內(nèi)隨機(jī)選取50組0.8㎡的樣圓，測定物種頻度（F）.

1.3葉片功能測定

對于選定的頭穗莎草、桃葉蓼、翼果苔草、長芒野稗、委陵菜、狼把草、小花蓼、石胡荽、灰綠藜、水蒿、小通泉草、飄拂草、大黃柳、風(fēng)花菜、飛蓬、野大豆為調(diào)查對象.隨機(jī)選取30片顏色鮮艷、形狀完好、無遮陰的狀況良好的葉片，進(jìn)行葉片大?。↙S）、生物量（W）、比葉面積植株高度(h)等的測定和計算.

1.4數(shù)據(jù)處理

1.4.1指標(biāo)計算：

（4）香農(nóng)－威納指數(shù)（Shannon-Wiener index）

（7）豐富度指數(shù)（N）：為物種數(shù)目

1.4.2統(tǒng)計與分析

用Excel.軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，制作表格并繪圖.用ZzStat.軟件進(jìn)行多樣性指數(shù)之間關(guān)系的分析.

2　結(jié)果與分析

2.1群落特征與物種多樣性

選擇16個樣方、16個物種進(jìn)行分析.其中共有長芒野稗群落有13個，飛蓬群落1個，頭穗莎草-漂浮草群落1個，桃葉蓼-長芒野稗群落1個.根據(jù)優(yōu)勢度與重要值（見表1），發(fā)現(xiàn)長芒野稗是五道江口河漫灘草地群落中的典型優(yōu)勢種.

表1　物種的優(yōu)勢度與重要值

從圖1可以看出，典型擬合結(jié)果R2=0.9536，說明物種的優(yōu)勢度與其重要值呈近線性相關(guān).

圖1　優(yōu)勢度-重要值關(guān)系

2.2多樣性指數(shù)之間的相互關(guān)系

對五道江口河漫灘的共16個樣方的優(yōu)勢度指數(shù)D、Shannon-Wiener指數(shù)H、均勻度指數(shù)J以及豐富度指數(shù)N進(jìn)行相關(guān)分析.對D和H關(guān)系做散點(diǎn)圖（見圖2，R2=0.9627），二者呈顯著線性負(fù)相關(guān)關(guān)系；對D和J的關(guān)系做散點(diǎn)圖（見圖3，R2=0.9674），顯示二者呈顯著線性負(fù)相關(guān)關(guān)系；對D與N做散點(diǎn)圖（見圖4，R2=0.0133），認(rèn)為二者無線性關(guān)系.由此可以推論D與H、J呈線性負(fù)相關(guān)，H與J呈線性正相關(guān)，而N與D、H、J無相關(guān)性.說明五道江口河漫灘草地群落中物種的數(shù)目對物種α－多樣性的影響并不十分明顯.

2.3植物功能性狀之間的相互關(guān)系

對五道江口河漫灘的共10種植物的4種功能性狀，即葉片生物量（W）、比葉面積（SLA）、葉片大?。↙S）和植株的高度（h）進(jìn)行相關(guān)性的分析，結(jié)果表明，在不同物種之間，W與SLA為負(fù)相關(guān)關(guān)系（見圖5）；W與h呈正相關(guān)關(guān)系（見圖6）；W與LS呈正相關(guān)（見圖7），但其R2均小于0.9，認(rèn)為以上的關(guān)系均非強(qiáng)線性關(guān)系.

圖2　優(yōu)勢度指數(shù)D-Shaannon-Wiener指數(shù)H

圖3　優(yōu)勢度指數(shù)D-均勻指數(shù)J

圖4　優(yōu)勢度指數(shù)D-豐富度N

圖5　生物量W-比葉面積SLA

圖6　生物量W-高度h

圖7　生物量W-葉面積LS

2.4物種功能性狀與重要值之間的相互關(guān)系

選擇樣地中功能性狀可以量化的10種植物，把葉片生物量（M）、比葉面積（SLA）、葉片大小（LS）和植株的高度（h）與其重要值、優(yōu)勢度進(jìn)行相關(guān)性分析.由于前面已經(jīng)討論過重要值與優(yōu)勢度的關(guān)系，二者基本呈線性關(guān)系，因此，選擇優(yōu)勢度這一指標(biāo)足以體現(xiàn)物種功能性狀與其在群落中的地位的關(guān)系.

圖8　優(yōu)勢度D-比葉面積

圖9　優(yōu)勢度D-葉面積SL

圖10　優(yōu)勢度D-葉片生物量W/g

圖11　優(yōu)勢度D-高度h

結(jié)果表明，物種的重要值與比葉面積負(fù)相關(guān)（見圖8）；與葉面積呈正相關(guān)（見圖9）；與葉片生物量呈正相關(guān)（見圖10）；與植株高度呈正相關(guān)（見圖11）.但其R2均小于0.9，認(rèn)為非強(qiáng)線性關(guān)系.

3　結(jié)論與討論

河漫灘草地對河流與河岸生態(tài)系統(tǒng)的有著重要的作用，對于它的保護(hù)與利用也相應(yīng)的體現(xiàn)出了相當(dāng)?shù)膬r值［12］.

五道江口河漫灘草地的物種豐富度較低，在所有樣本中，最大豐富度指數(shù)為9，最小為5.其中較為優(yōu)勢的物種為長芒野稗.長芒野稗是一種典型的喜濕江灣草，在五道江口地區(qū)生長異常茂盛，其青刈產(chǎn)量極高，整個河漫灘草地也是優(yōu)良的割草畜牧場［13］.長芒野稗的優(yōu)勢很可能是由于禾本科植物的分蘗生長和無性繁殖方式導(dǎo)致的，同時河漫灘的生境非常適合它的生長繁殖.相對于長芒野稗的高度優(yōu)勢性，其當(dāng)?shù)匚锓N的多樣性一定程度上受到了抑制.

本研究采用均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)與香濃威納指數(shù)四個指標(biāo)對五道江口河漫灘草地群落多樣性進(jìn)行分析.它們可以較好地顯示大群落中的物種多樣性情況與各個小群落中多樣性的差異.研究結(jié)果顯示，五道江口河漫灘草地的均勻度、優(yōu)勢度指數(shù)與整個群落物種多樣性線性相關(guān)，而物種的數(shù)目與多樣性關(guān)系不是十分密切.這很可能是是由于五道江口河漫灘草地的物種豐富度較低，即便有80%的變化范圍，但數(shù)量變化僅為4，因而它對物種多樣性的貢獻(xiàn)不如均勻度與優(yōu)勢度.

本研究選取的四種功能性狀可以在一定意義上反應(yīng)群落功能多樣性.將各種功能性狀進(jìn)行對比，可以看出，不同的功能性狀間存在一定的相關(guān)性.其中，葉片生物量與葉片面積表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系，而葉片生物量與比葉面積、比葉面積與植株高度間表現(xiàn)出比較明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且，這些關(guān)系都較大偏離線性關(guān)系.這說明不同物種的各種功能性狀之間存在著一定的聯(lián)系，或相互促進(jìn)或相互抑制，這是與具體生境中的條件密切相關(guān)的.這些功能性狀之間的關(guān)系顯得相對復(fù)雜，因此，應(yīng)當(dāng)盡可能全面得將各種性狀包涵在內(nèi)，使功能性狀就可以更好地刻畫群落中的多樣性.

五道江口的物種多樣性與功能多樣性也存在一定的關(guān)系.將不同物種在群落中的重要性數(shù)量化為重要值后與相應(yīng)的功能性狀進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)部分功能性狀與其重要值有明顯的相關(guān)關(guān)系，但也有部分物種對這種關(guān)系表現(xiàn)出較大的偏差，例如漂浮草.漂浮草植株矮小，葉片退化，各項功能性狀都表現(xiàn)出相對于其他物種的弱勢，但其重要值與優(yōu)勢度并非群落中最小.筆者認(rèn)為這主要是它特殊的生存策略決定的，漂浮草由于貼近地面生長，因而接受的光照較少，但其繁殖力相對較高，故可保證種群的數(shù)量.

［1］Grime J P.Biodiversity and ecosystem function：file debate deepens[J].Science，1997，277：1260-1261.

［2］Hooper D U，Vitousek P M.The effects of plant composition and diversity on ecosystem processes[J].Science，1997，277：1302-1305.

［3］Tilman D.Distinguishing between the effects of species diversity and species composition[J].Oikos，1997，80(1)：185.

［4］Hector A，Schm id B，Beierkuhnlein C，et al.Plant diversity and productivity experiments in European grasslands[J].Science，1999，286：1123-1127.

［5］Walker B，Kinzig A，Langridge J.Plant attribute diversity，resilience and ecosystem function：the nature and significance of dominant and minor species[J].Ecosystems，1999，2：95-113.

［6］Diaz S，Cabido Vive la difl Krence.Plant functional diversity matters to ecosystem processes[J].Trends in Ecology&Evolution，2001，16：646-655.

［7］孟婷婷，倪健，王國宏.植物功能性狀與環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)功能[J].植物生態(tài)學(xué)報，2007，31(1)：150-165.

［8］肖玉，高地，安凱，等.基于功能性狀的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究框架[J].植物生態(tài)學(xué)報，2012,36(4)：353-362.

［9］Tilman D.Functional diversity[M].Encyclopedia of biodiversity，2001，3：109-120.

［10］Petchey O L，Gaston K J.Functional diversity(FD)，species richness，and community composition[J].Ecology Letters，2002，5(3)：402-411.

［11］孫儒泳.普通生態(tài)學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1993：131-141.

［12］孫國鈞，張榮，周立.植物功能多樣性與功能群研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報，2003，23(7)：1431-1435.

［13］肖文一.江灣草長芒野稗，酸模葉蓼青貯試驗報告[J].飼料博覽.1989，6：8-10.

Study on Plant Diversity and Functional Properties of Flood Plain Grassland in Changbai M ountain Area

WU Yue
（School of Life Science,NortheastNormal University,Changchun 130022,Jilin,China）

Flood plain grassland,which plays important roles in sustaining the ecological functions of the rivers, belongs to the most important terrestrial ecosystems on earth.This study concentrates on plant diversity and functional properties of the grassland vegetation of flood plain in the area of Changbai moutain,where Echinochloa caudate is the dominantspecie.Itmay help us to understand the composition and plant diversity there,and provide a theoretical basis to protect local environment.The Alpha-diversity indexesshowed a close relationship toeach other. Meanwhile,significant correlations between different functional traits of various species were observed.It also find that these functional traitsare related to the importantvalueofdue species.

Changbai mountain area;grassland vegetation of flood plain;diversity of species;functional traits

TP751.1

A

1007-5348（2016）08-0050-06

2016-06-19

東北師范大學(xué)中央黨校基本科研業(yè)務(wù)專項資金項目

武玥（1995-），女，河北保定人，東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院應(yīng)屆畢業(yè)生，碩士；研究方向：草地生態(tài)學(xué).

（責(zé)任編輯：閆文龍）