山西五台山草甸不同区域植物多样性研究

史雅楠

(山西省林业和草原科学研究院，山西 太原 030012)

植物多样性作为生物群落的重要评价指标，对维持生态系统的稳定性具有重要作用[1]。草地生态系统的群落组成和多样性对维系生态平衡和其他系统稳定十分重要[2]。五台山草甸具有典型的高山-亚高山草地生态系统，是华北地区生物多样性保护的重点区域之一[3]。之前对五台山草甸的研究多集中在不同海拔梯度植被分布和多样性分析上[4]，而对五台山5个台峰和不同坡向的植物多样性研究较少。笔者以五台山5个台峰和不同坡向自然分布的植物群落为研究对象，探究其不同区域的植物多样性变化规律，旨在为五台山不同区域植被保护和修复提供科学参考。

1 研究区域概况

山西五台山草甸位于山西省北部，草甸总面积约3 400 hm2，地处五台、繁峙等县境内，介于北纬38°55′～39°66′、东经113°29′～113°39′之间。最低处海拔仅624.0 m，最高处(北台顶)海拔3 061.1 m。属于暖温带半干旱型森林草原气候带，年均温7.2 ℃左右。其较大的海拔差异，形成了具有代表性的高山草甸和亚高山草甸地带。

2 研究方法

2.1 野外调查

2021年8月在五台山草甸东、中、西、北、南5峰选择具有典型性和代表性的地段进行样方调查，海拔范围1 973.1 m～3 051.0 m。分别在阳坡、半阳坡、半阴坡、阴坡设置样地，各样地内按照坡上位、坡中位和坡下位，随机设置3个样方，每个峰共设置36个1 m2的样方。记录每个样方内的植物物种、多度、高度、盖度等，同时记录样地的经纬度和海拔高度等环境因子。

2.2 物种多样性计算

物种重要值(Pi)是研究某个物种在群落中的地位和作用的综合数量指标，采用相对多度、相对频度和相对高度的平均值计算各物种的相对重要值[2,3]，公式如下：

Pi=(相对多度+相对频度+相对高度)/3。

(1)

物种多样性指数是反映物种丰富度和均匀度的综合指标，依据物种多样性测度指数应用的广泛程度，选取以下4种指数测度物种多样性[5]。

Patrick丰富度指数：R=S，

(2)

(3)

(4)

Pielou均匀度指数：E=H′/ln(S)。

(5)

式中：S为每个样方的物种数量；Pi为相对重要值。

2.3 数据分析

采用Excel 2010进行数据处理和作图，用SPSS软件分别对五台山5个台峰和4个不同坡向的物种数和多样性指数进行分析。

3 结果与分析

3.1 草甸物种种类

根据样方调查数据统计，五台山草甸共有草本植物98种，隶属69属29科。其中，东台32种,中台25种,西台28种，北台26种，南台39种。在5个峰均广泛分布的植物为瓣蕊唐松草(ThalictrumpetaloideumL.)、高山嵩草[Kobresiapygmaea(C. B. Clarke) C. B. Clarke]、火绒草[eontopodiumleontopodioides(Willd.) Beauv.)L]、铃铃香青(AnaphalishancockiiMaxim.)和珠芽蓼(PolygonumviviparumL.)。包含种类最多的科为菊科(Compositae)、禾本科(Poaceae)和蔷薇科(Rosaceae)，属于这3个科的种数分别占总种数的18.7%、10.7%和9.3%。

3.2 不同区域物种多样性比较

五台山草甸不同区域的Patrick丰富度指数见图1。

图1 五台山草甸不同区域的Patrick丰富度指数

如图1所示，整个研究区域中草甸植被的Patrick丰富度指数在14～19之间(P>0.05)。西台和南台的Patrick丰富度指数最高，为19；北台的Patrick丰富度指数最低，为14。

五台山草甸不同区域的Simpson多样性指数见图2。

图2 五台山草甸不同区域的Simpson多样性指数

由图2可知，五台山草甸的Simpson多样性指数在0.953～0.997之间，变动范围不大，且无显著性差异(P>0.05)。5个台峰的Simpson多样性指数从大到小依次为南台>东台>北台>中台>西台，南台的Simpson多样性指数最高，表示南台的多样性最好，这是因为南台的物种数和物种丰富度最高。

五台山草甸不同区域的Shannon-wiener多样性指数见第9页图3。

图3中显示，五台山草甸Shannon-wiener多样性指数H′的变化幅度在1.686～3.352之间，差异不显著(P>0.05)。变化趋势与Simpson多样性指数相反，表现为东台>北台>西台>中台>南台。东台的Shannon-wiener多样性指数最高，表示群落的复杂程度最高。

图3 Shannon-wiener多样性指数

均匀度能体现群落物种中物种分布的均匀程度。五台山草甸不同区域的Pielou均匀度指数如图4所示。

图4 五台山草甸不同区域的Pielou均匀度指数

由图4可知，五台山5个台峰Pielou均匀度指数(E)的平均值在0.460～0.992之间，变化范围较大。北台的E值最大，其次是中台、东台、西台，南台最低(P>0.05)，表明北台的多样性最丰富。西台和南台的Patrick丰富度指数相等，但是西台的均匀度值比南台的大，表示西台的物种多样性丰富度较南台高。

3.3 不同坡向物种多样性的比较

此次调查分阳坡、阴坡、半阴坡和半阳坡进行，不同坡向的植物种类和多样性指数不同。阳坡有植物47种，阴坡有44种、半阴坡47种、半阳坡48种，大多数植物在每个坡向均有分布。五台山草甸不同坡向的Patrick丰富度指数见图5。

图5 五台山草甸不同坡向的Patrick丰富度指数

由图5可知，五台山草甸Patrick丰富度指数从高到低依次为阴坡19.00、半阳坡17.00、半阴坡16.25、阳坡16.00。说明五台山草甸阴坡的物种较为丰富。

五台山草甸不同坡向的Simpson多样性指数、Shannon-wiener多样性指数和Pielou均匀度指数见图6、图7和图8。

图6 五台山草甸不同坡向的Simpson多样性指数

图7 五台山草甸不同坡向的Shannon-wiener多样性指数

图8 五台山草甸不同坡向的Pielou均匀度指数

物种多样性指数的计算结果显示，不同坡向的多样性指数无明显差异(P>0.05)，变化范围较小。如图6、图7所示，Simpson多样性指数变化范围在0.919 5～0.936 0之间，Shannon-wiener多样性指数变化范围在2.644 0～2.832 3之间。两种多样性指数变化趋势均为阴坡>半阴坡>半阳坡>阳坡，阴坡的多样性指数最高，阳坡最低，半阴坡比半阳坡高。表示阴坡的植物多样性丰富，这可能与当地气候温差比较大有关，阴坡的群落更为复杂。分析Pielou均匀度指数E发现(图8)，半阴坡的均匀度指数最高，其次为阴坡、阳坡和半阳坡，阳坡和半阳坡差异较小(P>0.05)。

4 结论与分析

物种多样性指数的大小与群落中物种丰富度和均匀度有关，植物生长环境，如光照时间、温度等对植物生长和分布均有显著影响。本研究从五台山不同台峰和不同坡向2个方面进行分析，发现植物的物种多样性指数和丰富度指数均无显著性差异(P>0.05)。但是相对于其它区域，南台的物种较为丰富，稳定性也相对较高，这可能与南台的地理位置有关。南台春季来的最早,冬季来的最晚，更适宜较多植物的生长和繁殖。而阴坡的植物多样性指数较其它坡向高，与其常年年均温较低有关，且五台山草甸上阴坡生长的植物具有更强的群落稳定性。