大黑山生态修复区典型植物群落物种多样性变化特征分析

霍妍，郑云龙

（1.辽宁省朝阳县水土保持局，辽宁 朝阳122000；2.山东农业大学林学院，山东 泰安271018）

物种多样性是生物多样性在物种水平上的表现形式，是生态学方面物种分布的均匀程度，一般从群落组织水平上进行研究，也称为群落多样性［1］。早在1992年10月，国际科学联合会（ICUS）所属的国际生物科学联合会（UBS）和联合国环境问题委员会（SCOPE）、联合国教科文组织（UNESCO）一起召开了生物多样性编目与监测研讨会，并发起了一个全球性的生物多样性合作研究项目，即DIVERSITAS［2］。近年来，我国学者在生物多样性研究方面也取得了较大进展。马克平等采用样带法对北京东灵山地区植物群落多样性进行了研究，分析了研究区落叶阔叶林物种组成随海拔梯度表现出的变化格局［3］；杨锋伟等对华北土石山区植物群落多样性进行分析表明，项目区内群落内部各层次物种多样性指数的顺序依次为草本层＞灌木层＞乔木层［4］；张健等对黄土丘陵区谷地植物群落生物量和物种多样性进行了分析［5］；冯建孟等研究分析了云南西部地区地带性植物群落物种多样性的地理分布格局［6］；何春光等对松嫩平原湖泊湿地植物群落多样性及其保护进行了研究，提出了相关的松嫩平原湖泊湿地植物群落多样性保护对策［7］。这些研究成果对我国生物多样性保护工程的实施提供了科学依据。“生态修复工程”是我国水利部在总结多年水土保持实践的基础上提出的一个全新的水土保持理念和措施［8］，但是关于生态修复工程示范区植物群落物种多样性变化方面的研究还鲜有报道，在一定程度上影响了生态修复效果的定量评价。因此，本文以大黑山水土保持生态修复工程示范区为研究区域，运用典型植物群落物种组成和群落物种多样性指数方法，对大黑山水土保持生态修复区典型植物群落物种多样性变化特征进行了研究，以期为我国生态修复工程的建设及其效益评价提供科学依据。

1 研究区概况

大黑山水土保持生态修复区（修复工程实施年限2004-2010年）地处辽宁省北票市西北部，西北与内蒙古的大黑山国家级自然保护区接壤，东南部与东北大平原毗邻，介于120°23′—120°37′E，41°58′—42°09′N，全区总面积176.97km2。属努鲁儿虎山东段南麓，呈东北-西南走向，横亘于辽蒙边界，是大凌河与西辽河两个流域的分水岭。气候类型为半干旱、半湿润大陆性季风气候，多年平均气温8℃；多年平均降水量450～500mm，其中6—8月降水量占全年的80%以上。植被区划属华北植物区系的北界，由于与内蒙古和长白植物区系相毗邻，是华北、长白、内蒙古等3个植物区系的交汇地带，属东亚夏绿落叶阔叶林带。土壤类型分为2类：棕色土主要分布于海拔600m以上的山坡和植被茂密的阴坡山脚；淋溶褐土主要分布于海拔600m以下的山坡及河谷耕地。

2 试验地选择与方法

2.1 试验地点选择与布设

表1 大黑山生态修复工程示范区植物多样性调查样地基本情况

选择相对均一的坡面，回避人为和自然干扰产生的迹地和大型林窗，选择林相整齐的群落。采用标准地样方法，取样面积分别为：乔木样方20m×20m；灌木样方5m×5m；草本样方1m×1m。每个样地设置4个20m×20m乔木样方，8个5m×5m灌木样方，16个1m×1m草本样方。该研究所选择的各样地概况见表1。

2.2 研究方法

群落物种多样性指数统一应用各个物种在该层（乔、灌、草）中的重要值（IV）这一综合指标来计算，各个物种的重要值计算公式为：

乔木IV%＝［相对密度＋相对高度＋相对优势度（相对盖度）］／300；

灌木IV%＝［相对高度＋相对优势度（相对盖度）］／200；

草本IV%＝相对盖度。

计算出每一样方各物种的重要值，通过样方合并，分别统计出各物种重要值的平均值。

不同群落物种多样性指数是以各样地物种重要值平均数为基础，按生长型（乔木、灌木、草本）度算各群落物种多样性。本研究群落多样性的测度选用丰富度指数、均匀度指数和物种多样性指数3类，其计算公式如下：

（1）物种丰富度指数

S＝样方内所有物种数目

（2）物种多样性指数

采用目前应用较为广泛的两类物种多样性指数Simpson指数和Shannon-Wiener指数：

Simpson多样性指数（D）：

Shannon-Wiener多样性指数（H）：

（3）均匀度指数（Pielou）

均匀度指数是把物种丰富度与均匀度结合起来的一个统计量，应用最多的是Pielou均匀度指数（Jsw、Jsi）。

式中，A为样方面积；S为样方种物种数目；Pi为种i的相对重要值。

3 结果与分析

3.1 典型植物群落物种多样性分析

大黑山流域生态修复示范工程典型植物群落物种多样性分析结果见表2。天然次生林植物群落的物种丰富度指数均高于人工林植物群落，其中蒙古栎＋蒙椴植物群落（Ⅱ）丰富度指数最高，为25；天然次生林植物群落的Shannon-Wiener多样性指数明显高于人工林植物群落，并且在不同植物群落间存在明显差异，其Shannon-Wiener多样性指数的排序为：蒙古栎＋椴树植物群落（Ⅱ）＞山杏＋黄榆植物群落（Ⅰ）＞蒙古栎植物群落（Ⅲ）＞油松＋山杏混交植物群落（Ⅴ）＞油松纯林植物群落（Ⅳ）＞油松＋沙棘混交植物群落（Ⅵ）＞油松疏林植物群落（Ⅶ）。不同植物群落Simpson多样性指数的变化与Shannon-Wiener多样性指数的变化趋势一致，但是其在差异性方面不如Shannon-Wiener多样性指数表示的差异性明显。这说明在表示物种多样性方面Shannon-Wiener多样性指数具有很高的灵敏性。其中蒙古栎＋椴树植物群落（Ⅱ）Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数最高，分别为2.610 2和0.902 2。

表2 大黑山生态修复工程示范区典型植物群落多样性分析

由表2看出，不同植物群落均具有较高的均匀度指数，其中山杏＋黄榆植物群落（Ⅰ）、蒙古栎＋椴树植物群落（Ⅱ）较高，Jsw分别为0.817 9、0.810 9，Jsi分别为0.944 3、0.939 8。在表示不同植物群落均匀度方面Jsw指数、Jsi指数具有大致相同的趋势，不存在明显差异。

3.2 典型植物群落乔木层群落物种多样性分析

从表3看出，天然次生林植物群落中乔木层优势树种组成主要为蒙古栎（Quercusmongolica）、蒙椴（Tiliamongolica）、五角槭（Acermono）等原生阔叶落叶性树种。经过长期的群落演替过程，它们形成了物种丰富、生态稳定的群落结构。其中蒙古栎＋蒙椴植物群落（Ⅱ）具有最高的物种丰富度指数（S）、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和较高的Pielou均匀度指数，其多样性程度最高，分别为4、1.032 2、0.592 0、0.744 6、0.789 3。油松纯林植物群落（Ⅳ）、油松疏林植物群落（Ⅶ）乔木层均由油松这单一树种组成，其多样性程度最低，为0。

表3 大黑山生态修复工程示范区典型植物群落乔木层物种多样性分析

表4 大黑山生态修复工程示范区典型植物群落灌木层物种多样性分析

表5 大黑山生态修复工程示范区典型植物群落草本层物种多样性

3.3 典型植物群落灌、草层群落物种多样性分析

从表4可以看出，天然次生林群落的灌木层具有较丰富的物种多样性，油松人工纯林植物群落均具有相对比较发达的灌木层植物群落，尤其是山杏＋黄榆植物群落（Ⅰ）的灌木层 Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数、Pielou均匀度指数最高，物种丰富度指数也相对较高；油松纯林的各项指数最低。而油松＋山杏混交林（Ⅴ）、油松＋沙棘混交林（Ⅵ）和油松疏林（Ⅶ）植物群落为明显的两层植物群落结构，不存在灌木层植物群落，也就不存在灌木层物种多样性的讨论问题。可见，大黑山生态修复示范工程区内的天然次生林植物群落，经过长期的群落演替过程，自然选择了一批耐阴性强的灌木树种如杜鹃、鼠李、溲疏、绣线菊、荆条等。

从表5可以看出，在天然次生林植物群落中蒙古栎＋蒙椴植物群落（Ⅱ）草本层的物种多样性最高，蒙古栎植物群落（Ⅲ）最低；在人工林植物群落中油松＋山杏植物群落（Ⅴ）草本层的物种多样性最高，油松＋沙棘植物群落（Ⅵ）较低。

4 结论

4.1 项目区的天然次生林植物群落形成了乔灌草相结合的稳定的植物群落结构；人工林植物群落按生长型可以划为明显的乔木层和草本层两层群落结构类型，其中，油松林是在原有油松纯林的基础上改造而成的，山杏、沙棘都是在水平槽整地的基础上造林而形成的，立地条件的改良对植物群落向着稳定的群落结构进行演替具有明显的促进作用。

4.2 典型植物群落物种多样性指数的排序为，蒙古栎＋蒙椴植物群落（Ⅱ）＞山杏＋黄榆植物群落（Ⅰ）＞蒙古栎植物群落（Ⅲ）＞油松＋山杏混交植物群落（Ⅴ）＞油松纯林植物群落（Ⅳ）＞油松＋沙棘混交植物群落（Ⅵ）＞油松疏林植物群落（Ⅶ）。天然次生林植物群落的物种多样性要大于人工林植物群落。

4.3 天然次生林植物群落封禁后，由于远离人类活动区，长期以来受人为干扰较小，形成了相对比较发达的草本层植物群落，说明实施生态修复工程有利于增加生物多样性、提高林草植被覆盖度、增强植物群落结构和生态功能的稳定性。

4.4 建议今后在大黑山流域水土保持生态修复过程中，对原有天然次生林植物群落继续加强管护，严禁一切人为因素造成的破坏；在适宜的区域继续进行针阔混交林的改造，以提高物种多样性，增强其抵御病虫害的能力，以期发挥更大的生态效益、经济效益、社会效益和蓄水保土效益。

［1］汪殿蓓，暨淑仪，陈飞鹏，等.植物群落物种多样性研究综述［J］.生态学杂志，2001，20（4）：55-60

［2］付卫国，李萍萍，吴沿友，等.北固山湿地植物群落特征及其物种多样性研究［J］.湿地科学，2006，4（1）：75-81

［3］马克平，叶万辉，于顺利，等.北京东灵山地区植物群落多样性研究［J］.生态学报，1997，17（6）：593-600

［4］杨锋伟，鲁绍伟，余新晓，等，华北土石山区植物群落多样性特征分析［J］.水土保持研究，2007，14（3）：343-346

［5］张健，刘国彬.黄土丘陵区不同植被恢复模式对沟谷地植物群落生物量和物种多样性的影响［J］.自然资源学报，2010，25（2）：207-215

［6］冯建孟，徐成东.云南西部地区地带性植物群落物种多样性的地理分布格局［J］.生态学杂志，2009，28（4）：595-600

［7］何春光，郎惠卿，卜兆君.松嫩平原湖泊湿地植物群落多样性及其保护研究［J］.国土与自然资源研究，2006（3）：53-54

［8］余新晓，牛健植，徐军亮.山区小流域生态修复研究［J］.中国水土保持科学，2004，2（1）：4-10