古交市植物资源现状及物种α—多样性研究

朱小敏

摘 要： 植物资源调查及其物种多样性分析为植物物种多样性的保护与利用以及生物的生存提供非常重要的科学依据。以古交市植物资源为研究对象，在实地踏查和抽样调查的基础上，共记录植物494种，隶属288属，85科，并对各植被类型的分布特征和植物种的α-多样性进行分析。结果显示，植被类型共5种，各类型所占国土总面积的比例表现为：荒草地>针叶林>灌丛>阔叶林>针、阔混交林；从α-多样性的3个方面5个指标测定：各样地不同的α-多样性指数变化趋势基本一致，但Margalef丰富度指数变化幅度较大；通过加权分析α-多样性特征，古交市植物物种多样性整体水平一般，物种数目差异较大，稀有物种所占比例较小，需对物种多样性加以保护。

关键词：α-多样性；指标；植物

中图分类号：Q949 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.08.024

生物多样性是地球生物数十亿年进化的结果，是人类赖以生存和发展的物质基础，它不仅给人类提供了丰富的食物、药物资源，而且在保持水土、调节气候、维持自然平衡等方面起着不可替代的作用，是人类社会可持续发展的生存支持系统[1]。生物多样性已成为生物学、生态学等学科最为热门的研究领域之一。

关于生物多样性的内涵，通常有4个层次： 遗传（ 基因）多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性[2-3]。其中，物种多样性则是生物多样性最基础和最关键的层次，也是衡量一定地区生物资源丰富程度的一个客观指标[4]。在阐述一个国家或地区生物多样性丰富程度时，最常用的指标是区域物种多样性。区域物种多样性的测量包含物种总数、物种密度和特有种比例3个指标[5]。

植物多样性是生物多样性研究中最常涉及的部分，其相关理论和评价指标体系也比较成熟。20世纪80年代初至今，研究人员对植物多样性的研究取得了较大进展，包括多样性测度方法的归纳[4-9]。对于物种多样性的测度，Whittaker将其归纳为α-多样性指数、β-多样性指数和γ-多样性指数3类[10]。目前用得较多的是α-多样性指数和β-多样性指数[11]。

古交市是全国最大的土焦煤生产基地。作为国家重点开发建设的能源基地，煤炭开采成为经济支柱产业，煤炭产业的快速发展，使古交市的生态系统遭受严重干扰和破坏，动植物赖以生存的生态环境不断恶化，栖息地逐渐缩小，多数动植物及其生境受到严重威胁。鉴于此，以古交市全境植物物种为研究对象，运用群落生态学原理，对境内植物进行了系统调查，廓清了古交市绿地植物资源的现状，分析了绿地植物的种类构成，并对古交市境内植物群落的多样性指数进行了抽样分析，旨在为古交市政府进行园林城市申请和植物物种的有效保护提供一定的理论依据和有益参考。

1 研究区概况

古交市位于山西省中部、太原市西部山区，吕梁山脉东麓，地理位置为37°40′6″～38°8′9″N，111°43′8″～112°21′5″E，总面积151 198.6 hm2。全境山岭连绵，沟壑纵横，海拔均在1 000～3 500 m之间。随着海拔高度的变化，古交市共有山地棕壤、褐土、草甸土3个土类。研究区属暖温带大陆性气候，四季分明，冬长夏短，年平均降水量400～650 mm，日照充足，昼夜温差大。汾河为流经古交的最大河流，蜿蜒曲折，由西向东流入太原盆地。

2 研究方法

笔者通过对古交市全境内的植物资源进行全面踏查，重点采用典型的随机抽样法进行野外调查，根据生物多样性相关指数对调查结果进行数据分析。

2.1 样地设置

在野外踏查的基础上，按照一致性、同质性、代表性的原则[12]，结合古交市的植物资源、生境、气候、植被类型及植物种的分布等特征，随机抽取样地进行植物物种数量特征的调查。在古交境内的林地上随机选取14个样地，每个样地根据植物的生活型特征分别对乔木层、灌木层、草本层进行分層调查，各样地的具体位置见表1。

2.2 调查内容

本次调查在搜集古交境内的所有植物资源种类的基础上，根据不同植物的分布特征和范围，在地形图上进行对坡调绘，划分不同的植被类型；参考《植物学》[13]、《山西植物志》[14]等资料对搜集的植物进行鉴别、观察、记录，并邀请山西农业大学植物分类学专家进行审核校对。

在随机抽取的样地内按乔木层、灌木层和草本层进行植物种类的调查、测定和统计。乔木层：样地面积为10×10 m2，测定树高>4 m、胸径>2.5 cm的所有木本植株，记录乔木树种、胸径、树高、多度、密度、基部盖度、频度；灌木层：样地面积为4×4 m2，测定树高<4 m的所有植株，记录灌木树种、冠幅、多度、密度、盖度、频度；草本层：样地面积为1×1 m2，记录草本植物种、高度、多度、密度、盖度、频度。对于缺少乔木层的样地，按照森林中灌木层、草本层的调查内容及方法进行调查和统计。灌木样方随机分布于样地四角或中心，草本样方随机分布于样地内。

2.3 α-多样性指数的测定

α-多样性的测度指标比较多，笔者从物种丰富度（Margalef指数）、物种多样性（Simpson指数和Shannon-Wiener指数）和均匀度3个方面选取了5个指标测算古交市的物种多样性。计算公式如下。

（1） Margalef丰富度指数R：

R=（S-1）/lnN

（2） 物种多样性指数：

Simpson指数：D=1-∑（Ni/N）2

Shannon-Wiener指数：H=-∑PilnPi

（3） 均匀度指数J：

基于Simpson指数的均匀度指数：

JD=D/（1-1/S）

基于Shannon-Wiener指数的均匀度指数：

JH=H/lnS

其中：S—样方中的植物种类数；

N—样方中植物的总个体数；

Ni—样方或群落中种i的个体数；

Pi—样方或群落中种i的重要值。

由于乔木层、灌木层和草本层对群落结构、功能与稳定性的贡献不同，因此分别赋予其0.5，0.3，0.2的权重系数[15]，计算各样地的总体多样性，即各群落的总体多样性指数为：W=0.5Wq+0.3Wg+0.2Wc。式中Wq、Wg和Wc分别为乔木层、灌木层和草本层对应的多样性指数值。

3 结果与分析

3.1 古交市植被类型的分布特征

古交市气候温和，阳光充足，错综复杂的地形地貌和水文特征，孕育了当地丰富的植物资源和植被类型。通过调查，根据植被种类、群落结构、生态环境、山西主要植被类型及分布等特征[16]，划分出古交市主要植被类型，包括：针叶林、针阔混交林、落叶阔叶林、灌丛、荒草地等5种类型，各植被类型的汇总情况见表2。

结果显示，古交市主要植被类型为荒草地，占古交市国土总面积的34.70%，均匀分布在荒山荒坡上；其次为针叶林，占古交市国土总面积的18.86%，集群分布在低、中海拔的阴坡上，种群内部均匀分布；灌丛占古交市国土总面积的8.71%，均匀分布在较干旱的阴坡或立地质量较好的阳坡；落叶阔叶林占古交市国土总面积的3.78%，集群分布在低海拔的山沟山谷地或村庄附近，种群内部均匀分布；针阔混交林面积最小，仅占古交市国土总面积的0.21%，随机分布在阳坡的中坡位上。

3.2 古交市植物资源种类

古交市现有植物85科288属494种，其中木本植物共有43科88属175种，草本植物共有57科211属319种。在现有的植物中，其中3种引自国家重點保护野生植物的栽培种，2种省级重点保护野生植物，10种鉴于植物的观赏性、药用价值和在育种上的重要性，被列为地方珍稀野生植物，详见表3。

3.3 古交市植物多样性比较

根据所记录样地中各植物种的数量特征，对各调查样地中所有物种和个体数加以统计，计算各α-多样性指数，并绘制群落内不同结构多样性指数比较图（图1）。从图1可以看出，各样地不同结构的各多样性指数变化趋势基本一致，灌草层多样性指数极值均分别出现在样地2和样地9。从变化幅度来讲，若忽略掉未作乔灌层调查的样地的多样性指数值，乔木层的Shannon-Wiener指数变化幅度最大4.04，草灌层的最大变化幅度均出现在Margalef丰富度指数R，分别为灌木层10.22，草木层9.52。再对图1从多样性指数的极值关系方面对每一群落结构作进一步分析，结果显示：多样性指数最大差值同样出现在Margalef丰富度指数R，分别为乔木层2.05、灌木层2.49和草本层4.42。虽然Margalef丰富度指数R的变化范围为0～6，但结合变化幅度的比较，可以发现古交市多样性分布在物种数目上较不均匀，这在很大程度上由样地选取位置决定，即生长环境及人类活动对群落结构尤其是草灌层的影响很大。

若忽略Margalef丰富度指数R的比较，古交市物种多样性指数也存在较大差异，在灌木层上体现尤为明显。物种多样性指数是反映某个群落内部丰富度和均匀度的综合指标，Simpson指数和Shannon-Wiener指数所反映的各样地的多样性特征并不一致，主要是由于这2个指数公式的数学含义不同所致，如Simpson指数是对优势度的度量，而Shannon-Wiener指数主要是对稀有种属的衡量。虽然表达的数学含义不一致，但在一定程度上也反映了古交市植物α-多样性的分布情况。

3.4 古交市植物α-多样性特征

对古交市各调查样地中不同结构的多样性指数进行加权计算获得各样地总体多样性指数，并绘制不同α-多样性指数比较图（图2）。可以看出，5种指数曲线反映的物种多样性变化趋势基本一致，除Margalef丰富度指数R和Shannon-Wiener指数H的波动较大外，另外选取的3个指数基本趋于一致。其中样地2、样地11、样地14的Margalef丰富度指数R相比其他样地而言较大。由于Shannon-Wiener指数对稀有种属的衡量具有较大贡献，也反映了古交市稀有种属占有较小的比例，应对现有珍稀植物加以保护，确保植物多样性的完整性。

4 结论及建议

植物物种的多样性是森林生态效益的重要组成部分，不仅为人类提供了必不可少的生物资源，也构成了人类赖以生存的基础，是人类生存和发展非常重要的条件[17]。受全球气候变化和人类环境的影响，生物多样性的丧失已成为影响人类福利和可持续发展的全球性重大问题之一，生态环境安全面临严重挑战[18]。通过本次调查分析，古交市植物群落物种多样性整体水平一般，为保持和增加现有的物种多样性水平，提出以下建议。

（1） 因地制宜，对境内林地加强养护管理，适当进行封育管理。为完善人工植物群落的生态功能，可在现有的群落结构中丰富人工群落层次结构，同时加强河岸植被资源的保护；针对珍稀野生植物资源，除增加必要保护区外，还应对其进行长期动态监测，将保护和养护有机结合起来，更好地促进森林生态系统的良性循环。

（2） 宣传为主，提高民众素质，树立生态意识。由于受广种薄收传统思想的支配，不合理的开荒时有发生，致使当地的挂坡地、秃岭田比比皆是。因此，要注重对民众的生态理念宣传教育，使他们认识到保护生态环境的重要性，自觉地遵循生态规律从事生产、生活活动。

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