辽宁大型真菌多元相似性聚类分析

魏永忠

(辽宁省实验林场，辽宁 清原 113311)

辽宁大型真菌多元相似性聚类分析

魏永忠

(辽宁省实验林场，辽宁 清原 113311)

辽宁省7个自然保护区内共有大型真菌249属805种，通过采用多元相似性聚类分析方法(MSCA)，对不同保护区内大型真菌进行种和属的聚类分析，探究不同地区之间大型真菌的多元相似性。结果表明：种的多元总相似性系数为0.189 7，在0.25时聚类为四个分类单元群；属的总相似性系数为0.352 8，在0.5时聚类为4个分类单元群，与种的4个分类单元群聚类顺序一致，聚类单元有所区别。不同地区种和属的聚类总体符合地理环境、调查程度等因素。

多元相似性聚类分析；大型真菌；辽宁；自然保护区；相似性系数

AbstractA total of 805 species of the macro-fungi belonging to 249 genera in seven nature reserves of Liaoning Province were studied. In order to explore the similarity of the macro-fungi, the multivariate similarity clustering analysis (MSCA) were carried out on the species and genera of the macro-fungi in these nature reserves. As a result of the research, the total multivariate similarity coefficient of the species is 0.189 7 and four regions are clustered at the similarity level of 0.25; the total multivariate similarity coefficient of the genera is 0.352 8 and four regions that are in the same order and different units as the regions of the species are clustered at the level of 0.5. The regions of the species and genera in these reserves are fit well with the factor of the geographical environment and the degree of investigation.

Keywordsmultivariate similarity clustering analysis (MSCA); macro-fungi; Liaoning Province; nature reserve; similarity coefficient

大型真菌是一类重要的环境生物资源，对人类的生存具有重要作用，与绿色植物相比，大型真菌能够积累高浓度的Pb、Cd和Hg等重金属[1]。全球真菌的数量约有150万种[2]，我国截至2010年已统计真菌数量14 060 种[3]。不同地区对大型真菌种类多样性的调查[4]，丰富了我国大型真菌的种类资源。在大型真菌多样性分析中，国内文献主要集中在大型真菌的种类组成[5]、区系分析[6]、生态分布[7]、菌根[8]、对金属富集作用[9]、分子药用成分[10]及濒危保护利用[11]等，而对不同地区内大型真菌的相似性分析较少。相似性分析在动物[12]、植物[13]、生态[14]等领域得到了广泛的应用，而在大型真菌领域中应用较少，尤其是不同地区之间的多元相似性分析。对不同地区大型真菌的多元相似性聚类分析，有助于了解不同地区大型真菌相似性，对大型真菌的进化及资源的保护利用也有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料

大型真菌子实体的发生时间短，易受季节气候等因素影响。此外，大多数研究报告都是1、2次采样，分类鉴定后的结果，国内对自然保护区大型真菌的研究资料都是在1～2年，没有超过3年的连续资料，总体上是缺乏系统性和全面性的[4]。这些对大型真菌的多元相似性聚类分析有一定影响，文中选择调查相对详细的七个自然保护区内大型真菌进行初步分析，其中浑河源自然保护区内大型真菌为2014-2016年在湾甸子地区调查及刘远超[15]等在2011—2012年调查整理，其他六个自然保护区大型真菌数据是对已有调查数据整理得到，包括白石砬子自然保护区[16]、关门山自然保护区[17]、海棠山自然保护区[18]、老秃顶子自然保护区[19]、仙人洞自然保护区[20]和医巫闾山自然保护区[21]。

1.2 方法

1.2.1 二元相似性系数 首先使用Jaccard提出的相似性系数公式SI=C/(A+B-C)计算出两两区域间的共有种类数及相似性系数。式中，SI是相似性系数，A、B是两个区域的种类数，C是两个区的共有种类数[22]。

1.2.2 多元相似性聚类分析(MSCA) 在计算多个保护区之间大型真菌的相似性时，选用MSCA多元相似性聚类分析[23]，选择相似性系数最大的两个小区首先聚类，但不将这两个小区的分布资料合并，而是将其视为一个“单元群”，与其他没有聚类的n-2个小区一同进入下一轮聚类分析。每轮均挑选相似性系数最大者聚类，扩大原单元群或形成新的单元群，如此反复，直到聚类完成[24]。

申效诚等的通用公式是：SIn=∑Hi/nS=(∑Si-∑Ti)/nS

式中：SIn为要比较的n个地区的相似性系数；Si、Ti、Hi为i地区的种类数、独有种类数、共有种类数，满足Si=Ti+Hi；S、T、H为n个地区的总种类数、总特有种类数、总共有种类数，满足S=T+H，并且∑Si≥S，∑Ti=T，∑Hi≥H。

2 结果与分析

2.1 大型真菌种的多元相似性聚类分析

2.1.1 种的多元相似性聚类 辽宁省7个自然保护区内共有大型真菌805种，分布在7个保护区内的种类数、共有种类数及其相似性系数如表1。

表1辽宁七个自然保护区大型真菌种数(对角线)、共有数(上三角)、相似性系数(下三角)

保护区ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ浑河源350707955947059白石砬子0．14082178663947648关门山0．16320．250213541049356海棠山0．12390．2080．1753149605140老秃顶子0．17800．23800．27300．16622729061仙人洞0．15020．23240．30400．17960．244618651医巫闾山0．13440．15140．18360．15560．17000．1802148

表1中浑河源保护区内大型真菌相似性整体偏低，浑河源与其他保护区的相似性中，与老秃顶子相似性最高。海棠山、医巫闾山与其他保护区相似性较低，其中海棠山与白石砬子相似性最高，医巫闾山与关门山和仙人洞的相似性较高。其他四个保护区之间相似性普遍较高。

种的二元相似性系数中，仙人洞、关门山相似性系数最高为0.304，首先对两个保护区进行聚类。仙人洞、关门山再与其他保护区之间进行多元相似性系数计算，仙人洞独有种数70种、关门山独有种数83种及白石砬子独有种数106种，3个保护区共有大型真菌411种，多元相似性系数最高为0.290 3，大于其他相似性系数，对其进行聚类。按照多元相似性聚类公式，依次聚类结果如图1。结合种的二元相似性系数的分析，相似性系数在0.25时，聚类图划分为4个单元群。第一单元群包括仙人洞、关门山、白石砬子和老秃顶子，其他4个单元群分别是海棠山、医巫闾山和浑河源。

图1辽宁7个自然保护区内大型真菌种的聚类支序图

2.1.2 种的聚类分析 不同地区调查程度的不同，对相似性系数的计算有一定影响。浑河源内调查的大型真菌种类基数较大，在种的二元相似性系数计算中，与其他保护区的相似性系数整体偏低。浑河源与老秃顶子所处的地理环境相近，浑河源与其他保护区的相似性系数中，老秃顶子也最高，与之吻合。但浑河源与老秃顶子的相似性系数仅为0.178，说明两地还有很多大型真菌资源亟待调查。医巫闾山和海棠山地处辽西半干旱地区，属阴山山系松岭山脉，其他五个保护区地处辽东山区，属长白山余脉。其生态环境比其他五个辽东保护区相比较差，二元相似性系数整体也偏低。

在种的多元相似性聚类中，7个保护区之间的总相似性系数为0.189 7，一方面可能是不同保护区内大型真菌分布不均匀，另一方面可能是由于各保护区内大型真菌种类调查程度不同，还有大量大型真菌资源亟待调查完善。多元相似性系数在0.25时，聚类为4个单元群，在地理位置、生态气候、调查程度等多因素作用下，4个不同的单元群之间分类相对合理。

2.2 大型真菌属的多元相似性聚类分析

2.2.1 属的多元相似性聚类 辽宁7个自然保护区内大型真菌共有249属，对不同自然保护区内大型真菌的属数、共有属数及二元相似性系数统计如表2。属的二元相似性系数中，浑河源、医巫闾山与其他保护区之间的相似性系数整体偏低，其中浑河源与关门山、仙人洞属的二元相似性系数较高，医巫闾山与海棠山属的相似性系数最高。其他几个保护区中，仙人洞与关门山、老秃顶子与白石砬子的相似性系数均达到了0.5以上的显著水平。

表2 辽宁七个自然保护区大型真菌属数(对角线)、共有属数(上三角)、相似性系数(下三角)

在属的二元相似性系数中，关门山和仙人洞相似性系数最高为0.587 3，对两区进行聚类。关门山、仙人洞再与其他保护区进行相似性聚类，其中关门山、仙人洞及海棠山相似性最高为0.529 9，小于白石砬子和老秃顶子之间的二元相似性系数0.543 5，对白石砬子和老秃顶子进行聚类。依次进行其他类聚，结果如图2。相似性系数在显著水平0.5上，属的聚类图可以分为4个单元群，第一单元群是仙人洞和关门山，第二单群是老秃顶子、白石砬子和海棠山，其他2个单元群为医巫闾山和浑河源。

图2辽宁七个自然保护区内大型真菌属的聚类支序图

2.2.2 属的聚类分析 在属的相似性分析中，相似性系数明显升高，总相似性系数为0.352 8，但总的聚类顺序并没有变化，只是聚类单元有所不同。随着分类阶元的升高，不同保护区之间的差异性减少，弥补了部分由于调查程度不足，所引起的种的相似性差异过大，这在一定程度上增加了聚类信息的丰富性。相比种的相似性系数，海棠山属的相似性系数增加较为明显，分析一方面可能是海棠山在与其他保护区相同的属中部分种类未调查完全，导致种的相似性计算偏小；另一方面可能是海棠山在相同属中的独有种类较多，造成种的相似性系数偏小。其他保护区整体属的相似性变化趋势不大，与种的相似性聚类基本吻合。

3 讨论

不同的分类阶元对整体的相似性有重要的影响，提高分类阶元，能提高相似性，掩饰差异性，属级水平还能够有效揭示各生态区域的相似关系，而科级水平已不适宜用于省级区域分析，必须更大的地理区域才能发挥作用[25]。文中只对种和属的多元相似性进行分析。

研究首次采用多元相似性分析方法(MSCA)，对不同地区内大型真菌进行定量分析，初步探讨了不同地区内大型真菌的相似性。虽然一定程度上受不同地区调查程度不同的影响，但对不同保护区之间的相似性有了初步了解，这对指导不同地区大型真菌的保护及进一步的调查研究有着重要的意义。

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AMultivariateSimilarityClusteringAnalysisfortheMacro-fungiinLiaoningProvince

Wei Yongzhong

(Experimental Forest Farm of Liaoning Province,Qingyuan 113311,China)

Q939.53

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.09.025

1005-5215(2017)09-0071-04

2017-08-16

魏永忠(1968-)，男，辽宁抚顺人，大学，工程师，现从事林业研究.