不同等级廊道杉阔林下植被物种的多样性分析

李际平，郑 柳，赵春燕，袁晓红

（中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004）

不同等级廊道杉阔林下植被物种的多样性分析

李际平，郑 柳，赵春燕，袁晓红

（中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004）

运用Shannon-Wiener物种多样性指数、Simpson生态优势度指数和物种差异性，对桃源县内三种不同等级廊道两侧的杉木林和阔叶林的灌木和草本层进行分析。结果表明：灌木和草本的数量有随廊道等级增加而逐渐减少的趋势；第三级廊道的生态优势度明显高于前两级廊道，第一级和第二级廊道生态优势度变化趋势不明显；灌木和草本的物种多样性随廊道等级增加而减少；灌木的物种差异性在不同等级廊道表现不同，第一级廊道物种差异性最小，其次为第三级廊道，第二级廊道物种差异性最大。

廊道等级；生态优势度；物种多样性；物种差异性

景观生态学中廊道是指不同于周围景观基质的线状或带状景观要素[1]，廊道的结构强烈影响和制约着区域内的景观生态过程，影响着信息、能量、物质、生物及人类在景观中的运动[2]。廊道可分为人工廊道和自然廊道。研究区内的廊道主要为人工廊道，人工廊道的主要功能有两个方面：一是传输通道功能。植物繁殖体、动物以及其他物质随植被或河流廊道在景观中运动；二是过滤和屏障功能[3]。廊道对景观中的能量、物质和生物流有过滤、阻碍、截留和屏障的功能[4]。

在西洞庭湖区的森林景观中，被廊道所包围的研究区域的斑块存在严重破碎化的情况。原本大面积的斑块被割碎成众多的小斑块，因为面积减少而失去研究价值[5]。因此，判断廊道是否起到分割斑块的作用，是避免斑块破碎化的主要方法。由于廊道的宽度不同，对廊道两侧植物的影响程度也不同[6]，本研究依据廊道的用途和宽度，将其分为四个不同等级，并采用物种优势度、生物多样性和物种差异性三个指标来分析不同等级廊道两侧植物，作为不同宽度廊道的阻隔和传输作用强度的依据，以此判别廊道阻隔作用的强弱。

1 研究区概况

西洞庭湖区桃源县位于湖南省西北部，地处中亚热带向北亚热带过度地段，属于亚热带季风气候。气候特点是冷热四级分明，干湿两季明显，多年平均气温为16.5℃.县域位于雪峰山北部以安化县为中心的多雨区边缘，雨量由南向北递减。年平均降水量为1 437 mm，区域总面积为444 100.2 hm2，其中阔叶类和杉木林的面积分别为89 165.3和45 090.7 hm2，分别占总面积的20.06%和10.14%。桃源县内主要河流为沅江，在桃园县境内有10条主要支流。桃源县道路组成：主要有3条国道，分别为G319和G56(杭瑞高速公路)，G5513(常张高速公路)、2条省道S227和S306、连接镇、乡、村的道路。

2 数据与方法

2.1 廊道分级方法

本文所研究的人工廊道主要为公路，廊道的分级采用公路的分级标准。公路根据使用任务、功能和适用的交通量分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路五个等级。农村公路建设标准原则上按《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)执行[7]。

研究区内的道路主要有村与村之间相通的小路或由于砍伐和搬运木材的需要在林间形成的小路、乡通行政村的公路、乡际公路和县通乡的公路、2条省道和3条国道。乡通行政村公路一般采用四级或四级以上公路，乡际公路一般采用三级或三级以上公路，县通乡的公路一般采用二级或二级以上公路。根据以上标准，将廊道的研究宽度划分为4个等级：第一级的廊道为小路：廊道宽度为0～3.5 m；由于三级公路的路面宽度最小值为7 m，而4级公路的公路宽度为6.5米，它们之间只相差0.5 m，故把它们合并成一级，则二级廊道的宽度为3.5～7 m；三级廊道为二级公路，路面宽度为9.5 m，三级廊道宽度为7～9.5 m；四级廊道为一级公路路面宽度大于9.5 m。

2.2 数据来源

实验区设置在西洞庭湖区桃源县内，实验区内没有第四等级的廊道，选取前三级廊道两侧相对应的杉木林和阔叶林斑块。为了更好的调查灌木和草本，调研时间选择在夏季，在2010年和2011年8月分两次进行调研。先通过实地踏查，对所选取的斑块对应尽量保证面积大于25 000 m2，这样能避免其他斑块对边缘地带样地的影响。共选取杉木林10块，阔叶林10块，设置样地40块，样地设置情况如图1。对样地内进行灌木调查，记录其种类、平均高度、株树和盖度；草本植物记录其种类、平均高度和盖度。

2.3 测算方法

2.3.1 生态优势度的测算

生态优势度采用Simpson指数D[8]

式(1)中: Pi为第i个物种所占的比例；S为物种总数；Ni为第i个物种的个体数目；N为群落中所有中的个体总数。

2.3.2 物种多样性的测算

物种多样性采用Shannon-Wiener多样性指数：

2.3.3 物种差异性的测算

物种差异性采用下列公式计算：

式中，M为不同物种的数量；S为物种总数。

3 结果与分析

3.1 廊道两侧生态优势度和物种多样性分析

根据不同廊道等级两侧杉木与阔叶树调查的样地，由式(1)、(2)分别计算出两种树种在不同廊道等级两侧的灌木层和草本层次上的生态优势度及物种多样性指标，计算结果见表1和表2。

在阔叶林和杉木林中，灌木和草本种类均随着廊道等级的增加而减少，即廊道越宽，灌木和草本的种类就越少。例如，杉木林中，一级廊道灌木种类平均为10.3；二级廊道灌木种类平均为6.4；三级廊道灌木种类平均为4.1。

表1 灌木生态优势度和物种多样性Table 1 Results of ecological dominance and species diversity in shrub land

表2 草本层生态优势度和物种多样性Table 2 Results of ecological dominance and species diversity in herb layer

生态优势度指数反映了各物种种群数量的变化情况，生态优势度指数越大，说明群落内物种数量分布越不均匀，优势种的地位越突出。在样地数据中，灌木和草本层中杉木林和阔叶林三级廊道的生态优势度指数增加的幅度与前两级相比较为明显。灌木层数据中，杉木林一级廊道的生态优势度指数的平均值为0.185 086，二级廊道的生态优势度平均值为0.245372，三级廊道的生态优势度平均值为0.404 875；草本层数据中，阔叶林一级廊道草本生态优势度平均值为0.237 040，二级廊道生态优势度平均值为0.289 391，三级廊道生态优势度平均值为0.490 188。灌木层数据中，杉木林一级廊道和二级廊道的生态优势度差异为0.06，而二级和三级廊道的生态优势度差异为0.16；草本数据中，阔叶林一级和二级廊道生态优势度差异为0.05，二级和三级廊道的生态优势度差异为0.21。二级廊道中，生态优势度指数与一级廊道相比略有增加，说明一级和二级廊道的物种分布程度比较相同且均匀，优势种不突出，而三级廊道的生态优势度明显升高，产生这种情况的主要原因为三级廊道两侧的灌木和草本物种种类较少，大面积分布的均为一种或两种物种，优势种的地位十分突出，造成生态优势度指数的数值相对较大的情况。

物种多样性是物种丰富度和均匀度的综合指标，数值越大则物种多样性越高。在样地数据中可以看出物种多样性随廊道等级的增大而减少，说明随着廊道宽度的增加，物种多样性呈减少的趋势。例如，在灌木数据中，阔叶林一级廊道物种多样性平均值为2.140 81，二级廊道物种多样性平均值为1.787 50，三级廊道平均值为1.142 98；在草本数据中，杉木林一级廊道的物种多样性指数的平均值为1.667 45，二级廊道的物种多样性平均值为1.476 70，三级廊道的物种多样性平均值为0.877 00。灌木林数据，阔叶林一级廊道和二级廊道的物种多样性指数差异性为0.36，二级廊道和三级廊道的物种多样性指数差异为0.60，草本数据情况相同。说明道路越窄，受到的影响因素越少，其物种就越丰富，物种多样性就越高。

3.2 廊道两侧物种差异性分析

本数据主要以阔叶树的斑块对作为研究对象，用廊道两侧相对应的阔叶树斑块的灌木种类进行差异性分析，得出图2。

图2 阔叶林灌木物种差异性Fig. 2 Shrubs’ species diversity of broad-leaved

物种差异性表现为廊道系统中能量流动和物质交换的能力。物种差异性越高，廊道系统的能量流动能力越强。一级廊道物种差异性为10.5%；二级廊道的物种差异性为35.9%；三级廊道的物种差异性为23%。二级廊道的物种差异性最大，其次为三级廊道，一级廊道的物种差异性最小。一级廊道两侧灌木种类数量最多，灌木种类的差异性也为最小，一级廊道主要为小路，道路狭窄，人或车的通过率都很低，廊道两侧的灌木种类受人类活动影响效果不明显，均处于自然生长状态。二级廊道两侧灌木种类有所增多，但物种差异性较大，例如14号样地的物种差异性仅为38.5%，造成这个现象的主要原因是，两侧植物处于自然生长状态，但人类活动频繁，促使这一级廊道系统的能量流动能力较强，增加了物种的流动性，使得两侧植物的差异性增大。三级廊道比二级廊道物种差异性小，因为高速公路虽然为第三级廊道，使用频率较高，但高速公路为人工修建，两侧灌木物种也以人工种植为主，相似度非常高，例如20号样地物种相似性为11.2%。

4 结 论

(1)廊道的宽度对廊道两侧灌木和草本的均有一定的影响。生态优势度方面：一级、二级廊道的阻隔作用相近，三级廊道的廊道作用强度比前两级高；物种多样性方面：廊道作用随廊道宽度的增加而增大，廊道作用最强的为三级廊道，其次为二级廊道，一级廊道的廊道作用最弱；物种差异性方面：二级廊道的廊道作用最强，其次为三级廊道，最小的为一级廊道。

(2)采用的3个指标中，一级廊道的廊道作用均为最小，说明一级廊道的阻隔能力很弱，为了减少研究区内斑块破碎化的情况，可以去除一级廊道，因为这一级廊道起不到分割斑块的作用。研究区域内主要起到分割作用则为二级廊道和三级廊道。

(3)以本研究数据为基础，结合尺度分析，选取二级廊道和三级廊道，使它们形成一个闭合的区域，区域内的斑块面积大小要满足研究要求，选取的廊道能起到了良好的阻隔作用，让斑块受到周围影响最小，减小对研究结果的影响。

(4)由于研究区域，廊道两侧以杉木林和阔叶林为主，所以选择这两种树木作为研究对象， 如果廊道是其他树种，是否也存在杉木林和阔叶林同样的规律，这还有待于进一步的深入。

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Species diversity of China fir and broadleaf’s undergrowth on different grade corridor

LI Ji-ping, ZHENG Liu, ZHAO Chun-yan, YUAN Xiao-hong
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

By using Shannon-Wiener indeх, Simpson ecology dominance indeх and species differences,the shrub and herb layers of China fir and broadleaf stand along both sides of three grade corridors in Taoyuan county were studied. The results show that the number of shrub and herb had an downward trend as increasing grade of corridor; the ecological advantage degree of the third grade corridor was obviously higher than that of the first two grade corridor, the ecological advantage degree of the first grade and the second level corridor had not obvious changes. Species diversity of shrub and herb species was decreased with the increase of corridor’s grade; shrubs species diversity in different classes corridor performance was different, the first grade had minimum difference, the third grade corridor followed, the second grade corridor species diversity was the largest.

corridor grade; ecological dominance; species diversity; species diversity

S718; S718.5

A

1673-923X(2012)02-0064-06

2011-07-12

国家自然科学基金adhh项目“森林景观斑块耦合网络模型研究”（30972362）

李际平(1957—)，男，湖南醴陵人，博士，教授，博导，研究方向：林业系统工程；郑 柳（1985-）， E-mail: 38226244@qq.com

[本文编校:罗 列]