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      福建武夷山黃崗山東南坡植物物種β多樣性沿海拔梯度研究

      2018-12-29 04:09:36曾欽朦羅蕭方福清楊佑生傅銳英蔡光賢徐自坤陳世品
      安徽農(nóng)學(xué)通報(bào) 2018年18期
      關(guān)鍵詞:多樣性

      曾欽朦 羅蕭 方福清 楊佑生 傅銳英 蔡光賢 徐自坤 陳世品

      摘 要:在福建武夷山黃崗山東南坡海拔1000m,以200m為一間隔設(shè)樣,至山頂2140m外,共設(shè)置7個(gè)樣地,調(diào)查樣地面積28800m2,對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類整理,運(yùn)用β多樣性測(cè)度方法對(duì)其植物多樣性進(jìn)行分析。結(jié)果表明:武夷山黃崗山東南坡1000m至山頂2140m的海拔梯度上,喬木和灌木β多樣性指數(shù)趨勢(shì)逐漸降低,而草本β多樣性指數(shù)則是呈U型趨勢(shì)變化。二元屬性測(cè)度方法能較好地揭示武夷山黃崗山β多樣性指數(shù)變化,數(shù)量數(shù)據(jù)測(cè)度方法表現(xiàn)不明顯。

      關(guān)鍵詞:黃崗山;植物物種;β多樣性;海拔梯度

      中圖分類號(hào) Q948 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731(2018)18-0090-04

      生物多樣性是近年來眾多原始森林及保護(hù)區(qū)的研究熱點(diǎn),而β多樣性是研究生物多樣性的重要方法之一。β多樣性是指在一定區(qū)域內(nèi)沿海拔梯度變化不同群落在物種上的替換程度,也被稱作物種周轉(zhuǎn)速率。相較于α多樣性的測(cè)度指標(biāo)不同,β多樣性由二元屬性數(shù)據(jù)測(cè)度和數(shù)量數(shù)據(jù)指標(biāo)兩大類構(gòu)成,二元屬性數(shù)據(jù)測(cè)度能簡(jiǎn)易顯現(xiàn)出不同海拔梯度上物種增減變化,數(shù)據(jù)數(shù)量指標(biāo)則考慮到每一物種相對(duì)多度進(jìn)行數(shù)量數(shù)據(jù)上的指標(biāo)測(cè)算[1]。β多樣性能直觀的表現(xiàn)沿海拔梯度物種的變化速率及趨勢(shì),進(jìn)一步指示生境被物種分離的程度及不同地段的生境多樣性,一定程度上預(yù)知未來物種的變化趨勢(shì)。

      武夷山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)位于福建省與江西省交界地區(qū),是我國(guó)中亞熱帶氣候植被類型研究的重點(diǎn)區(qū)域,目前對(duì)此區(qū)域的生物多樣性方面相關(guān)研究仍有空缺。相對(duì)于江西境內(nèi)的武夷山山脈西北坡生物多樣性的研究狀況,福建武夷山東南坡的相關(guān)報(bào)道較少。福建武夷山保留著許多珍稀植物資源,如鵝掌楸、銀鐘花、觀光木、樂東擬單性木蘭等,對(duì)研究生物多樣性及種質(zhì)資源有著重要意義,目前相關(guān)報(bào)道未對(duì)福建武夷山內(nèi)物種多樣性進(jìn)行完整的量化論述[2]。因此,本文依據(jù)福建武夷山黃崗山沿海拔梯度植被調(diào)查數(shù)據(jù),分析不同海拔物種周轉(zhuǎn)及特征,以描述不同生境異質(zhì)性與植被類型的相關(guān)性,為未來武夷山區(qū)域物種變化提供一定的參考。

      1 研究區(qū)域與研究方法

      1.1 研究區(qū)概況 福建武夷山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(東經(jīng)117°27′~117°51′,北緯27°33′~27°54′)位于福建省北部,以武夷山脈北段的黃崗山、豬母崗山系為主體,境內(nèi)主峰黃崗山海拔2158m,是中國(guó)東南大陸的最高峰,素稱“華東屋脊”。保護(hù)區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),區(qū)內(nèi)年平均氣溫8.5~18℃,年平均降雨量1486~2150mm,年平均相對(duì)濕度78%~84%,年平均霧日達(dá)120d,土壤類型多以山地黃紅壤為主,保護(hù)區(qū)主要保護(hù)對(duì)象是中亞熱帶原生性的天然常綠闊葉林構(gòu)成的森林生態(tài)系統(tǒng)[3]。

      1.2 樣地設(shè)置概況 此次樣地設(shè)置沿黃崗山東南坡方向自上而下設(shè)置,樣地區(qū)間垂直高度為1140m。分別沿海拔梯度于1000m、1200m、1400m、1600m、1800m、2000m、2140m共設(shè)置7個(gè)樣地,每個(gè)樣地?fù)?jù)實(shí)際情況設(shè)置6~12個(gè)20m×20m標(biāo)準(zhǔn)樣地,再將各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地劃分為4個(gè)10m×10m小樣方,對(duì)樣地內(nèi)胸徑≥5cm樹木逐一調(diào)查記錄種名、生活型、樹高、冠幅、胸徑等指標(biāo),灌木層、草本層則記錄其種名、株數(shù)、蓋度、高度等指標(biāo)。

      1.3 數(shù)據(jù)采集及處理方法

      1.3.1 研究對(duì)象層次劃分 將樣地內(nèi)的所有維管束植物(除藤本)進(jìn)行生活型劃分為喬木層(DBH≥5cm)、灌木層(DBH<5cm)、草本層采集數(shù)據(jù),在Excel 2003中進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及初步處理,由sigmaPlot13.0進(jìn)行β多樣性相關(guān)分析。

      1.3.2 β多樣性測(cè)度方法 選用基于二元屬性數(shù)據(jù)測(cè)度方法的Cody指數(shù)(βc)、相異性系數(shù)(βCD),以及基于數(shù)量數(shù)據(jù)測(cè)度方法的Bray-Curtis指數(shù)(CN)、Morisita-Horn指數(shù)(CMH)等4個(gè)測(cè)度方法進(jìn)行物種β多樣性指數(shù)計(jì)算[4]。

      (1)二元屬性數(shù)據(jù)測(cè)度方法:

      Cody指數(shù):Cody=(g(H)+l(H))/2=(a+b-2c)/2;

      相異性系數(shù):CD=1-2c/(a+b)。

      式中,g(H)為沿生境梯度H增加的物種數(shù),即在上1個(gè)樣地不存在而在下1個(gè)樣地中存在的物種數(shù)目;L(H)為沿生境梯度H丟失的物種數(shù),即在上1個(gè)梯度中存在而在下1個(gè)梯度中沒有的物種數(shù)目。a和b分別為2個(gè)群落各自的物種數(shù),c為2個(gè)群落的相同物種數(shù)。

      (2)數(shù)量數(shù)據(jù)測(cè)度方法:

      Bray-Curtis指數(shù):CN=2jN/(Na+Nb);

      Morisita-horn指數(shù):CMH=2∑(aibi)/(da+db)NaNb。

      式中,Na為樣地A的物種數(shù)目,Nb為樣地B的物種數(shù)目,jN為樣地A(jNa)和B(jNb)共有種中個(gè)體數(shù)目較小者之和,即jN=∑min(jNa+jNb);ai和bi為A和B樣地中第i種的個(gè)體數(shù)目,da=∑ai2/Na2,db=∑bi2/Nb2。

      1.3.3 物種周轉(zhuǎn)速率計(jì)算 樣地調(diào)查含7個(gè)海拔梯度,以1000m作起點(diǎn)為樣地A,相鄰樣地垂直高度為200m,至山頂2140m為樣地G。將位于1000m海拔高度樣地A為基準(zhǔn)樣地,依次與更高海拔樣地計(jì)算得各β多樣性指數(shù),將樣地A分別所得β多樣性指數(shù)相加除以相應(yīng)樣地?cái)?shù),所得的平均值即表示樣地A群落與整個(gè)海拔梯度上群落之間的物種周轉(zhuǎn)速率,其他樣地物種周轉(zhuǎn)速率計(jì)算過程一致。依照β多樣性指數(shù)測(cè)算公式分別得到βC、βCD、βB、βM。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 不同海拔梯度樣地間物種數(shù)變化 隨著海拔的升高,樣地內(nèi)物種數(shù)呈遞減的趨勢(shì),喬木層及灌木層的趨勢(shì)最為明顯,這與不同生境下生長(zhǎng)因子對(duì)物種適應(yīng)性的影響原理符合[5]。樣地實(shí)地調(diào)查中:(1)海拔高度1000m生境下,植物的種類和數(shù)量均為最多,3種生活型都有較高的物種數(shù)和個(gè)體數(shù),分別為喬木層32種、157株,灌木層52種、382株,草本層17種、285株;(2)海拔高度1000~1200m存在一處較為陡峭的山崖,對(duì)植物的傳播產(chǎn)生一定程度的地理隔離,造成此相鄰樣地之間的物種數(shù)量銳減;(3)海拔高度1200~1800m物種數(shù)變化無較大波動(dòng),主要原因是海拔高度1200~1800m的過渡帶中,各樣地內(nèi)的土壤、溫度、濕度、光照等生長(zhǎng)因子相似,生境異質(zhì)性變化較?。唬?)海拔高度1800~2000m,喬木層物種數(shù)與灌木層物種數(shù)小幅減少,而草本層物種數(shù)與個(gè)體數(shù)則驟升,主要原因高海拔地區(qū)主要分布高山草甸生態(tài)系統(tǒng),喬木、灌木較少,草本獲取光照、養(yǎng)分條件相對(duì)較好,有利于草本植物生長(zhǎng),草本植物物種更為多樣,個(gè)體數(shù)量也更多(見表2);(5)海拔高度2000~2140m的山頂物種數(shù)變化不大,主要原因是山頂?shù)耐寥纏H值、土壤深度、土壤肥力、溫度、濕度、光照等生長(zhǎng)因子的差異隨海拔的升高而降至最低。

      2.2 海拔梯度上各生活型共有種周轉(zhuǎn)頻次和個(gè)體數(shù) 海拔梯度上各生活型共有種周轉(zhuǎn)頻次和個(gè)體數(shù)詳見表1~3。

      由表1~3可知:物種之間存在明顯的競(jìng)爭(zhēng)等級(jí)與趨勢(shì),其中:(1)柃木屬(Eurya)在樣地中出現(xiàn)的頻率最高,喬木層與灌木層中細(xì)齒葉柃與窄基紅褐柃分別周轉(zhuǎn)16次,個(gè)體數(shù)分別為126株、52株,在數(shù)量指標(biāo)上也占有優(yōu)勢(shì);(2)柃木屬其他種類在樣地內(nèi)也存在周轉(zhuǎn)現(xiàn)象,不同海拔高度的樣地山地闊葉林、溝谷闊葉林、路邊、山頂矮灌中不同頻次的出現(xiàn),表明此樣地內(nèi)適宜柃木屬生存的生長(zhǎng)因子[6];(3)杜鵑花科植物、黃山松對(duì)生態(tài)環(huán)境各變化因子存在較強(qiáng)適應(yīng)能力,在高海拔地區(qū)生態(tài)群落中具有較高的重要值[7];(4)隨著海拔梯度上升,闊葉林-針闊混交林-針葉林-矮灌林的群落類型遞變中,水熱條件存在遞進(jìn)差異,其他伴生物種丟失或增加變化較大,海拔梯度上穩(wěn)定周轉(zhuǎn)的多數(shù)為抗逆性強(qiáng)的樹種,具有較高的適應(yīng)性,這些在群落中具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力;(5)草本型植物的周轉(zhuǎn)現(xiàn)象較少,多數(shù)集中在1~3個(gè)海拔梯度上,影響草本層物種分布的生態(tài)因子中,沿海拔梯度上變化最為明顯的是土壤因子及水熱條件的獲取,在具有合適的生存因子時(shí),草本便會(huì)急劇生存繁殖成為相對(duì)優(yōu)勢(shì)種,樣地內(nèi)以芒、毛桿野古草、日本麥?zhǔn)喜葑顬轱@著。

      2.3 不同測(cè)度方法下的β多樣性變化 為了更加準(zhǔn)確的反映不同屬性、不同測(cè)度方式下β多樣性的變化趨勢(shì),將選取的相鄰樣地的4個(gè)β多樣性公式計(jì)算結(jié)果得到表4。βCD為相異性測(cè)度方法,不同樣地共有種越多,表明其β多樣性越小。在以βCD為測(cè)度方法的情況下,喬木層與灌木層表現(xiàn)為較好的一致性,未出現(xiàn)較大波動(dòng),表明喬木層與灌木層中物種在發(fā)展演變過程中,能穩(wěn)固占據(jù)群落優(yōu)勢(shì)地位,2個(gè)生活型存在一致性。草本層呈沿海拔梯度升高βCD降低的趨勢(shì),并在C-D區(qū)域、E-F區(qū)域之間出現(xiàn)拐點(diǎn),有較大的衰減,推測(cè)在這之間有明顯生境異質(zhì)性影響。這也能較好說明前文中關(guān)于草本層在森林生態(tài)系統(tǒng)中生存發(fā)展的相關(guān)分析。表4結(jié)果表明:武夷山黃崗山東南坡在運(yùn)用數(shù)量數(shù)據(jù)測(cè)度方法中βM和βB時(shí)結(jié)果表現(xiàn)一致,但相較于二元屬性數(shù)據(jù)測(cè)度方法則表現(xiàn)出一定差異。根據(jù)表1~3各生活型物種個(gè)體數(shù)顯示,在引入數(shù)量數(shù)據(jù)測(cè)度方法時(shí),鹿角杜鵑、芒、日本麥?zhǔn)喜莸任锓N具有極高的豐富度,很大程度上引起群落中物種分布格局不均,致使在運(yùn)用數(shù)量數(shù)據(jù)測(cè)度方法時(shí)產(chǎn)生偏差。尤其是運(yùn)用βM測(cè)算時(shí),中海拔草本層B-C區(qū)域、C-D區(qū)域出現(xiàn)未周轉(zhuǎn)現(xiàn)象,與高海拔F-G區(qū)域出現(xiàn)的極值1的周轉(zhuǎn)率產(chǎn)生極大的幅度。而灌木層則呈現(xiàn)出相反的趨勢(shì),表明灌木與草本在相同生境下βM有負(fù)相關(guān)關(guān)系。

      3 結(jié)論與討論

      運(yùn)用了β多樣性測(cè)算方法中的2種測(cè)算方式,共4個(gè)β多樣性指數(shù)測(cè)算公式進(jìn)行分析,并表明研究樣方中各生活型的重要物種周轉(zhuǎn)頻數(shù)。研究顯示,2種測(cè)算方式得出的結(jié)果有各自的屬性特征,不能進(jìn)行數(shù)值上的簡(jiǎn)單對(duì)比,應(yīng)以海拔梯度上的4個(gè)測(cè)算方式結(jié)果的趨勢(shì)變化結(jié)合樣方內(nèi)具體物種個(gè)體數(shù)情況進(jìn)行合理解析。二元屬性數(shù)據(jù)測(cè)度方法雖能直觀體現(xiàn)不同生境下物種周轉(zhuǎn)概況,但只考慮不同群落中物種存在與否進(jìn)行討論,缺乏物種個(gè)體數(shù)為參考因素,因此對(duì)群落內(nèi)具體變化并不(下轉(zhuǎn)101頁(yè))(上接92頁(yè))敏感,二元屬性數(shù)據(jù)測(cè)度結(jié)果能較好的表明物種周轉(zhuǎn)速率隨海拔梯度變化上的一致性,[8]而數(shù)量數(shù)據(jù)測(cè)度方法則是在原有二元屬性數(shù)據(jù)測(cè)度方法上的完善,引入物種個(gè)體數(shù)為參考,更加合理的表現(xiàn)出不同生境下群落內(nèi)變化和物種的周轉(zhuǎn)能力,尤其在群落物種豐富度較高時(shí)更具參考價(jià)值[9]。結(jié)合2種屬性數(shù)據(jù)測(cè)度方法,可以從整體和不同海拔梯度2個(gè)方面對(duì)武夷山黃崗山東南坡β多樣性進(jìn)行較全面的解釋。在整體上,運(yùn)用二元屬性測(cè)度方法可以得出普遍上符合整個(gè)海拔梯度下生境變化引起的周轉(zhuǎn)速率變化情況。而具體的兩兩海拔下或生境下,則是數(shù)量數(shù)據(jù)測(cè)度方法能更加合理比較分析。為此,重視群落中個(gè)別特殊種的數(shù)量是具有一定參考意義的。但具體是由中性理論還是生態(tài)位理論導(dǎo)致的2種測(cè)度方式的偏差,限于本研究區(qū)域較小,尚未明確是何種因素引起的偏差還有待進(jìn)一步研究,這也是當(dāng)前多樣性研究中需要解決的問題。

      參考文獻(xiàn)

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      (責(zé)編:張宏民)

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