文峪河上游河岸林下灌木和草本植物α多样性研究

李素新，张芸香，郭晋平

（山西农业大学 林学院，山西 太谷030801）

河岸林是以森林植被为主体的河岸带，在流域景观中发挥着独特的水文功能和环境功能，其生物多样性丰富，土地生产力高［1］。河岸林能为生物提供栖息地，过滤地表水的沉积物和污染物，稳定河岸，保持土壤，调节水温［2］，在维护流域景观稳定性和生态安全方面发挥着特殊作用［3，4］。

林下植被是森林生态系统的一个重要组成部分，对森林总生产力和生物地球化学循环具有重要的作用，影响着林分的养分循环和土壤肥力［5，6］。以文峪河上游河岸林植物群落为研究对象，研究河岸林下灌木和草本植物多样性的变化规律，以期进一步了解河岸林群落的结构特点，为河岸带植被保护和可持续利用提供理论依据。

1 研究地区自然概况

文峪河上游位于吕梁山脉中段，关帝山林区的庞泉沟国家级自然保护区，地理坐标为东经111°21′～111°37′，北纬37°45′～37°59′。气候属于受季风影响和控制的暖温带大陆性山地气候 ，年平均气温4.2℃，年平均降水量822.6mm。该区域自然植被茂盛，高中山地域以寒温性华北落叶松（Larix principis－rupprechtii）、青杄（Picea meyeri）和白杄（picea willsonii）为主，此外还有油松（Pinus tabulaeformis）、山 杨 （Popules davidiana）、红 桦 （Betula albo－sinensis）、白 桦 （Betula platyphylla）和辽东栎（Quercus wutaishanica）等。灌木主要有沙棘（Hippsphae rhamnoides）、毛榛（Corylus mandshurica）、金花忍冬（Lonicera chrysantha）、土庄绣线菊（Spiraea pubescens）、高山绣线菊（Spiraea alpina）、卫矛（Euonymus alatus）、美蔷薇（Rosa bella）、鬼见愁（Caragana jubata）、水栒子 （Cotoneaster multiflorus）、山 刺玫（Rosadavurica）、山麻子 （Ribes man－shuricum）、悬钩子（Rubus idaeus）、黄芦木（Berberisamurensis）、银露梅（Potentilla glabra）等。草本植物主要有披针苔草 （Carex lanceolata）、蕨类 （Gymnocarpium petaloideum）、落 新 妇 （Astible chinensis）、糙苏（Phlomis umbrosa）、瓣蕊唐松草（Thalictrum petaloideum）、蒿类（Artemisia Spp.）、禾草类（Poa spp.）、雪白委陵菜（Potentilla nivea）、舞鹤草（Ma－ianthemum bifolium）、玉竹（Polygonatum odorat－um）、乌头（Aconitum simthii）、山野豌豆（Vicia amoena）等。

2 研究方法

2.1 野外取样

在查阅小班档案和全面踏查的基础上，于2008年7月上旬在庞泉沟自然保护区内的文峪河上游选取5条有代表性的支流，在每条支流的典型地段设置宽10m长100m的样带，从河边开始，与河流走向垂直，分别记录每条样带基本概况，见表1。对每条样带按距离溪流的远近依次划分为5 m×10m，5m×10m，10m×10m，10m×10m，10m×10m，10m×10m，10m×10m，20m×10 m和20m×10m9个连续样方，对每个样方内的乔木进行每木检尺，记录其胸径、树高、密度及郁闭度；在每个样方内分别设置2个2m×2m的灌木层调查小样方和2个1m×1m的草本层调查小样方，分别调查记录灌木的种类、个体数和盖度，草本的种类、多度和盖度。

表1 研究区域样地位置及自然状况Table 1 Sampling sites and its condition of riparian zone along Wenyu River

2.2 数据分析方法

物种多样性指数是物种丰富度和均匀度的综合指标，对物种多样性的衡量可以通过对群落或生境内物种丰富度及均匀度的测量获得［7］，该研究采用α多样性指数计算法［8］，其中，Shannon－Wiener指数的大小表示群落的趋异度，其值越大则表明样地内物种的多样性就越高；Simpson指数表明群落的优势度集中在少数种上的程度指标，通常数值越大，优势种的比例就越低，群落的多样性就越高。Pielou指数反应的是群落内个体数在不同物种之间分配的均匀程度，其值越大，则说明个体数在物种间的分配越均匀。计算公式如下：

Shannon－Wiener指数：

式中，S为样地中的物种数目；

Pi为第i个物种的重要值。

所得数据用SPSS软件和EXCEL软件进行分析处理。

3 结果与分析

采用2.2所述的方法，对调查样带内的灌木和草本植物原始数据分别计算其重要值，然后计算出每条样带距离溪流不同距离处林下灌木和草本的Shannon－wiener指数、Simpson指数和Pielou指数，其分布状况见图1～图5。每条样带的优势树种及主要灌木和草本植物见表2。

图1 针阔混交林下灌木和草本植物α多样性分布图Fig.1 The index of bush and herbα－diversity distribution map under conifer－broadleaf forest

图2 阔叶混交林下灌木和草本植物α多样性分布图Fig.2 The index of bush and herbα－diversity distribution map under broadleaved mixed forest

图3 云杉纯林下灌木和草本植物α多样性分布图Fig.3 The index of bush and herbα－diversity distribution map under spruce forest

图4 华北落叶松纯林下灌木和草本植物α多样性分布图Fig.4 The index of bush and herbα－diversity distribution map under larch forest

图5 油松纯林下灌木和草本植物α多样性分布图Fig.5 The index of bush and herbα－diversity distribution map under Chinese pine forest

从图1可以看出，在针阔混交林下距离溪流20m处之前灌木和草本植物的Shannon－wiener指数出现了不同的变化规律，草本植物Shannonwiener指数在距离溪流5m处出现了最高值2.612，灌木Shannon－wiener指数在距溪流10m处为较低值1.563。从20m处开始灌木和草本植物随着距溪流距离的增加呈现出较一致的变化规律。从图2和图5看出在距离溪流40m处灌木和草本植物的Shannon－wiener指数几乎相同，分别为2.1和1.9，图3中在距离溪流50m处灌木和草本植物的Shannon－wiener指数均为1.55。综合以上5个典型样带可以看出，不同林型下草本植物的Shannon－wiener指数普遍高于灌木。

将各条样带的Shannon－wiener指数、Simpson丰富度指数和Pielou均匀度指数值分别加和取平均值，做成柱状图见图6和图7。

图6 不同林型河岸林下灌木α多样性分布图Fig.6 The distribution map of bushα－diversity under different riparian forest

图7 不同林型河岸林下草本植物α多样性分布图Fig.7 The distribution map of herbα－diversity under different riparian forest

由图6看出，灌木Shannon－wiener指数在不同林型下的大小顺序依次为阔叶混交林＞针阔混交林＞油松纯林＞华北落叶松纯林＞云杉纯林。Simpson丰富度指数在阔叶混交林下最高为0.809，华北落叶松纯林下最低为0.616。Pielou均匀度指数也是阔叶混交林下最高为0.909，针阔混交林下最低为0.825。

由图7看出，草本植物Shannon－wiener指数在不同林型下的大小顺序依次为阔叶混交林＞华北落叶松纯林＞针阔混交林＞云杉纯林＞油松纯林，阔叶混交林下草本植物Shannon－wiener指数最高，云杉纯林下草本和灌木的Shannon－wiener指数较低。草本植物Simpson丰富度指数在阔叶混交林下最高为0.888，Pielou均匀度指数针阔混交林下最高为0.923。

这一分布特征和群落结构的组成有关，阔叶树混交林是强阳性树种，一般位于阳坡和半阳坡地区，其林分郁闭度较低，林下光照条件好，因此该群落具有最高的生物多样性，其养分含量也较高。而云杉则属于耐荫性树种，其林下光照条件较差，而导致了群落多样性的降低，不同林型下由于其植被的生活史差异而导致了不同的生物多样性［9］。

由图4看出，灌木和草本植物的Shannon－wiener多样性指数在距溪流不同距离处水平梯度上的分布格局图基本一致，在距溪流30m处出现了谷值，图1和图2表明在距溪流40m处灌木和草本植物的Shannon－wiener多样性指数出现了拐点。由图1～图5看出，不同林型下灌木和草本植物的Simpson丰富度指数和Pielou均匀度指数在距溪流不同距离处水平梯度上的分布格局图也基本一致，在距溪流30～50m处出现了拐点。由于河岸地区的地形较复杂，再加上河流季节性洪水干扰的影响，使得河岸地区在空间和时间尺度上的异质性增加，从而导致河岸林的高生物多样性。在不同的河岸地区和不同森林群落类型中其多样性指数也不尽相同，这与所选样带在地形变化上比较连续，空间质地上尽量避免较大的空间异质性有关。

4 结论与讨论

（1）通过对不同林型河岸林灌木和草本植物α多样性梯度格局分析，得出该研究地区草本植物和灌木Shannon－wiener指数都是阔叶混交林较高，云杉纯林下较低，这一分布特征和林地上乔木树种组成的生活史对策有关，阔叶树混交林属于强阳性树种，林内光照充足，为灌木和草本植物提供了适宜的生境，而云杉属于耐荫性树种，林下光照不足［10］，因而灌木和草本植物的α多样性较低。

（2）从不同林型河岸林下灌木和草本的α多样性指数（Shannon－wiener指数、Simpson 指数和Pielou指数）的分布格局可以初步判定该河岸林的边界在距溪流30～50m处。

（3）在每条样带上采用了统一的距离梯度点，有利于比较不同林分类型样带间的边界划分，但由于采样密度和范围的限制，使得结果具有相对性，如果将采样点设置采取大尺度和小尺度相结合的方法，可以获取更加详细准确的信息，这将有待于进一步研究。

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