重庆市与厦门市草本植物物种多样性与用途结构的关系比较分析

刘梦晴

【摘要】：近年来，关于物种多样性与生态系统功能的关系研究正受到越来越多研究者的重视。[1]由于在气候变化和人为干扰等因素的影响下，很多地区的生物多样性正不断减少，濒危植物的数量却不断增加，亟需加强对这些地区植物多样性的保护与研究。[2]重庆和厦门就是其中的两个代表城市。因此，本文将重庆市与厦门市草本植物物种多样性与用途结构的关系进行比较分析，共采用4个物种多样性指数，并对两个城市各种用途的植物种类的组成结构进行分析。以期解决如下科学问题：重庆市和厦门市草本植物物种多样性各个指数之间有何关系？重庆市和厦门市草本植物物种多样性的各个指数值随着调查样方数的变化有何变化？重庆市和厦门市草本植物用途结构是否丰富？

【关键词】：重庆市；厦门市；草本植物；物种多样性；用途结构

研究区域

重庆市地处中国西南部、位于长江上游地区，四面环山，属亚热带季风性湿润气候，年平均气温在16到18℃之间，年平均降水量丰富，降水多集中在5至9月。重庆市多雾，素有“雾都”之称。在各种环境因素的影响下，重庆市物种丰富，各类植物高达6000余种。

厦门市地处中国东南沿海部分，以滨海平原、台地和丘陵为主要地形，属亚热带海洋性季风气候，气候温和，年平均气温在21℃左右，冬无严寒，夏无酷暑。年平均降雨量在1200毫米左右，降水多集中在5～8月。厦门市生物资源丰富，尤其表现在大田作物、果树资源、草本资源和林业资源上。

研究方法

2.1植物调查

在重庆与厦门两个城市采用城市植物分层随机抽样的调查方法，对两个城市的植物进行调查。首先根据乔灌草的异质性，将城市植物分为乔木、灌木和草本3层，本研究只对草本层植物进行调查与分析。[8]在两个城市的斑块中设置适当的取样点（斑塊取样要求植物异质性较高而且能够有效地完全取样），在重庆市共随机抽取了132个有效取样点，在厦门市共随机抽取了85个有效取样点，在每个有效取样点随机抽取3个样方进行调查，每个样方的面积为2×1〖 m〗^2。[9]

2.2植物种类的辨认

根据《中国植物志》的命名标准，对能现场辨认的植物按照规范作相应记录，并为辨认的依据拍照；对不能现场辨认的植物可采集其标本并拍摄详细的辨认参考照片，可通过请教分类学的专家等方法再次辨认，实在不能辨认的植物种类就只记录到属。[10]

2.3数据处理

2.3.1盖度计算

植物盖度=植物地上部分的垂直投影面积/样方面积×100%

2.3.2物种多样性计算

为了避免单一指数选取造成的不足，本文共选取4个常见的物种多样性指数。[4-6]即Patrick丰富度指数（R_0）、Shannon-Weiner多样性指数（H）、、Pielou 均匀度指数（J）和Simpson 优势度指数（D）。

Patrick丰富度指数： R_0=S

Shannon-Weiner多样性指数： H=-∑_（i=1）^S?P_i ln?〖P_i 〗

Pielou 均匀度指数： J=H/ln?S

Simpson 优势度指数： D=1-∑_（i=1）^S?〖P_i〗^2

以上式子中，S为样方中的总物种数，P_i表示第i个种的盖度比例，S为种i所在样方的物种总数。[3]

S表示群落中物种数目的多寡，H是物种丰富度和均匀度的综合指标，J表示群落中物种数目分配的均匀程度，D是对多样性的反面即集中性的度量。[7]

功能结构计算

比例=具有某种用途的物种数/总物种数×100%

数据统计分析

采用 Microsoft Excel 2010 进行物种多样性指数与用途结构的关系拟合及作图。

研究结果

3.1 Patrick丰富度指数比较

由图1可知，两个城市草本植物的物种丰富度随着样点数目的线性增加而增加，重庆市R^2=0.9321，厦门市R^2=0.9847，因此两个城市增加的差异性并不明显。样点数相同时，重庆市的Patrick丰富度指数始终大于厦门市。

3.2 Shannon-Weiner多样性指数比较

由图2可知，重庆市与厦门市的Shannon-Weiner多样性指数H均在4.5～6之间。两个城市的Shannon-Weiner多样性指数均随着样点数目的增加而增加。当样点数相同时，重庆市的Shannon-Weiner多样性指数始终大于厦门市。

图 1 Patrick丰富度指数比较

图 2 Shannon-Weiner多样性指数比较

Pielou 均匀度指数比较

由图4可知，两个城市的Pielou 均匀度指数都在0.92以上。重庆市草本植物的Pielou 均匀度指数随着样点数目的增加变化趋势不大、无明显规律且波动性较大，而厦门市草本植物的Pielou 均匀度指数随着样点数目的增加基本呈不断增加的状态，且越来越接近于1。样点数相同时，厦门市草本植物的Pielou 均匀度指数基本都高于重庆市草本植物的Pielou 均匀度指数。

图 3 Pielou 均匀度指数比较

图 4 Simpson 优势度指数比较

3.4 Simpson 优势度指数比较

由图3可知，两城市草本植物的Simpson 优势度指数均大于0.98。两城市草本植物Simpson 优势度指数的差异性不再明显，并且优势度指数随着样点数增加程度越大变化越小，其值越发接近于1。

3.5草本植物用途结构比较

由图5可知，两个城市的草本植物主要用途为药用、观赏、食用、饲用、工业原料和其它用途共6个方面。具有药用价值的草本植物占比均大于80%，其次是具有观赏价值的草本植物。而其它用途（食用、饲用、工业原料等）的草本植物所占的比例均小于20%。

图 5 用途结构比较

结果分析

研究发现，重庆市草本植物的物种丰富度明显比厦门市草本植物的物种丰富度高。重庆市和厦门市草本植物Pielou 均匀度指数和Simpson 优势度指数均接近于1，说明两个城市草本植物的分布都较均匀，并且这两个指数不会随着样点数的变化而作规律性变化，说明两个城市草本植物的Patrick丰富度指数和Shannon-Weiner多样性指数与Pielou 均匀度指数和Simpson 优势度指数并无明显线性相关关系。重庆市与厦门市草本植物的用途并不丰富，结构单一，由此可推测草本植物物种多样性与其用途结构之间并无太大联系。

讨论

草本植物物种多样性的各个指数，包括Patrick丰富度指数、Shannon-Weiner多样性指数、Pielou均匀度指数和 Simpson 优势度指数，这4个指数理论上并无太大联系。假设随着样方数目的增加，直至将所调查城市的所有面积覆盖，这时物种丰富度将会达到最高状态，而均匀度指数却并不会因为面积增大而与之呈正线性关系。

草本植物物种多样性与其用途结构之间并无太大联系，在草本植物物种丰富度较小时，物种数目的增加会在一定程度上导致其用途增加，但当其物种丰富度已较大时，其用途结构的变化是很小的，这时再讨论两者之间的关系是无益的。

【参考文献】：

[1]李禄军，曾德慧.物种多样性与生态系统功能的关系研究进展

[2]董世魁，汤琳等.青藏高原高寒草地植物多样性测定的最小样地面积

[3]许彬，张金屯等.百花山植物群落物种多样性研究

[4]董鸣. 陆地生物群落调查观测与分析

[5]姜隽.生物群落的物种多样性研究综述

[6]陈廷贵，张金屯.十五个物种多样性指数的比较研究

[7]薛倩妮，闫明，毕润成.山西五鹿山森林群落木本植物功能多样性

[8]赵娟娟，欧阳志云等. 城市植物分层随机抽样调查方案设计的方法探讨

[9]赵娟娟. 北京市建成区城市植物的种类构成与分布格局

[10]吕婷婷. 草本植物群落功能多样性与生态系统功能关系研究