江西国家级自然保护区种子植物相似性的聚类研究

邹生根，帅晓鹏，刘年生，叶金山，刘晓华*

（1.永丰县官山林场，江西 吉安 331506；2.江西省林业科学院）

江西国家级自然保护区种子植物相似性的聚类研究

邹生根1，帅晓鹏1，刘年生1，叶金山2，刘晓华2*

（1.永丰县官山林场，江西 吉安 331506；2.江西省林业科学院）

建立自然保护区是生物资源就地保护的有效手段。江西省国家级自然保护区数量较多，但缺乏它们之间的系统研究。本研究在校对及统计了分布在江西省12个国家级自然保护区野生种子植物状况的基础上，选用Rogers 和Tonimoto指数，通过聚类分析，得出了基于种子植物种级水平各保护区之间的关系，较属级水平的聚类支序图的聚类效果更佳，该省12个保护区聚在三大分支（赣北平原区、赣南山地区及赣中周边山地）。另外，本研究还建立了江西10个森林类型国家级自然保护区野生种子植物物种—面积岛屿效应模型，S=11.885×0.542A，较高的z值（0.542）反映了保护区种子植物生境异质性高的特点。

江西省；国家级自然保护区；种子植物；聚类分析；物种—面积关系

江西省12个国家级自然保护区（官山、九岭山、武夷山、阳际峰、马头山、井冈山、九连山、齐云山、桃红岭、庐山、鄱阳湖、南矶山），各保护区有关野生种子植物均做了详实的记载［1］，为开展保护区野生种子植物聚类分析提供了数据基础［2-13］。涂飞云等［1］利用江西省12个国家级自然保护区种子植物资料，从属级水平，基于Sorenson指数进行了研究。结果表明，某些国家级自然保护区（官山、九岭山、井冈山、武夷山、马头山、阳际峰）之间的关系没有得到解决，并提出基于种子植物种级水平可能解决它们之间的关系。许多学者［14-16］以Rogers和Tonimoto指数对动物地理分布进行聚类分析，并取得较佳的地理区划。张显理等［16］研究了宁夏哺乳动物地理分布，认为Rogers和Tonimoto指数拟合最佳，优于Sorenson指数2a/（2a+b+c）、Jaccard指数a/（a+b+c）的拟合效果。

涂飞云等［1］统计了江西省12个国家级自然保护区的面积及保护区种子植物物种数量状况，然而，却未对物种数—面积关系做进一步研究。许多研究［17-20］表明，物种数与面积关系遵循岛屿物种—面积经验模型S=c×zA，其中z值在一定程度上反映了各保护区岛屿化程度，也能更客观反映区域植物地理状况。

本研究目的∶一是基于种子植物属、种水平，选用Rogers和Tonimoto指数，期望解决它们之间的关系，为区域植物地理区划提供科学参考；二是通过对种子植物物种—面积关系的研究，进一步认识区域植物地理特征。

1 方法

参照涂飞云等［1］相关资料，对江西省12个国家级自然保护区野生种子植物属、种进行了核对与统计，详见表1。

表1 12个国家级自然保护区种子植物属、种和面积表

在统计的基础上，按照张显理等［16］的方法进行二元属性对属、种编码，即将有分布编码为“1”，无分布的编码为“0”，选用Rogers和Tonimoto指数，S=（a+d）/（a+2b+2c+d），其中 a，b，c，d分别是“1，1”，“1，0”，“0，1”，“0，0”匹配的物种数，建立二元数据指数矩阵。聚类分析均采用SPSS17.0软件，聚类方法选用组内联接，区间度量标准使用Euc1idean距离。

假定各保护区是独立的岛屿，遵循岛屿效应物种-面积模型S=c×zA，式中S为物种数，A为面积，c、z为常数。研究认为，物种—面积关系以对数函数拟合的线性方程1gS=1gc+z×1gA的效果好且应用广泛［21-23］。因此，本研究采用对数函数进行拟合，并进行显著性检验。本研究分两个层面：一是江西省12个国家自然保护区种子植物物种与面积关系研究；二是因鄱阳湖和南矶山是湿地类型自然保护区，生境类型差异大，故开展其余10个森林类型的国家级自然保护区物种—面积关系研究。相关性分析的显著性检验采用GraphPad Prism 5软件。

2 结果

2.1 保护区种子植物属的相似性聚类

从图1看，鄱阳湖与南矶山聚在一支，再同桃红岭聚在一支；九连山与齐云山聚在一起；阳际峰、马头山聚在一支；官山、九岭山聚一支，同这两支关系最近的是武夷山，其次是庐山、井冈山；阳际峰（或马头山）同官山（或九岭山）之间的关系并不清楚。

图1 基于种子植物属的相似性自然保护区聚类支序图

2.2 保护区种子植物种的相似性聚类

由图2可见，保护区聚为三大支，分别是赣北平原区（鄱阳湖、南矶山、桃红岭、庐山）、赣南山地区（九连山、齐云山）及赣中周边山地（阳际峰、马头山、官山、九岭山、武夷山、井冈山）。保护区之间，鄱阳湖和南矶山聚在一支，再和桃红岭聚在一起，其次是庐山；九连山和齐云山聚在一支；阳际峰与马头山聚在一支，再同官山聚在一起，其次是九岭山、武夷山、井冈山。

2.3 物种—面积关系研究

由图3可知，江西省12个国家级自然保护区的种子植物物种与保护区面积之间不存在显著的相关性（F=2.479，P=0.146）；而排除鄱阳湖和南矶山后剩余的10个国家级自然保护区种子植物物种与保护区面积之间存在显著的相关性（F=57.47，P＜0.000 1），这10个国家级自然保护区种子植物物种（对数）—面积（对数）拟合方程：1gS=0.542× 1gA+1.075，R2=0.878。由此推导出物种—面积方程：S=11.885×0.542A。

图2 基于种子植物种的相似性自然保护区聚类支序图

图3 保护区种子植物物种—面积关系图

3 讨论

3.1 保护区种子植物属、种相似性聚类

鄱阳湖、南矶山聚在一支，齐云山和九连山聚在另一支，该结果与涂飞云等［1］研究结果一致。各保护区基于属级水平相似性研究，其结果显示阳际峰（或马头山）和官山（或九岭山）之间的关系并不清楚；地处赣北平原的庐山与地处赣西南的井冈山相似性高，不符合它们的地理分布和气候特点。物种分布反映物种对特定地理区域的适应性。作者认为相比属级水平，种级水平更能反映区域地理特征及关系。基于种子植物相似性聚类关系得到全面的呈现，可划为3大地理区域，赣北平原区、赣中周边山地、赣南山地区。其中分布在赣中部及周边山地区的保护区种子植物相似性关系较为复杂，如分布在武夷山脉的武夷山，与九岭山、官山的相似性高，而非同处武夷山脉且距离较近的马头山、阳际峰［1］。原因可能是武夷山保护区面积大，海拔跨度大，随着海拔的升高，表现出高纬度种子植物特点［1］，与纬度偏北的九岭山、官山的较为相似。李言阔等［24］对江西13个保护地的两栖类聚类分析表明，地处武夷山脉的马头山与九岭山脉的九岭山的相似性高，而非距离较近的阳际峰，这可能也是个印证，但需要进一步的研究。

3.2 物种—面积相关性

研究认为z值能反映研究类群的所在岛屿的生境异质性［18，25］。有学者［26-27］针对z值确定了3个不同的等级∶生物地理区之间（0.50～1.00）、生物地理区内（0.20～0.49）和岛屿（或隔离生境斑块）（0.10～0.19）。本研究中的z值（0.542）处于生物地理区之间的水平，该值高于Rosenzweig［27］记载的许多研究有关z值的范围（0.10～0.40），并且显著大于研究区域为岛屿时的z值（0.35）［27］。影响z值大小的因素有生物类群［28］、扩散限度［28-29］、生境异质性［25］及其相互之间的共同效应等因素［28-29］。Aranda等［28］研究表明，种子植物取得的物种—面积模型中的z值高于蕨类植物、苔藓植物。Shen 等［29］认为，研究类群的扩散限度及其生境异质性共同影响着物种—面积关系。高的z值（0.542）可能既反映了种子植物的扩散特点，又反映了保护区的生境异质性高的特点。

物种—面积关系可以估算区域的物种数量、评价区域物种多样性的丧失［30-31］。本研究利用10个森林类型国家级自然保护区种子植物物种数—面积数据，得到关系方程，并由此推算出江西省森林类型自然保护区的种子植物多样性状况，可为保护区种子植物多样性研究提供参考。

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（责任编辑：杨婷婷）

Clustering Study on the Similarity of Seed Plants in National Nature Reserves in Jiangxi Province

ZOU Shenggen1，SHUAI Xiaopeng1，Liu Niansheng1，YE Jinshan2，LIU Xiaohua2*
（1.Guanshan Forest Farm of Yongfeng County，Ji’an 221506，Jiangxi，China；2.Jiangxi Academy of Forestry）

Establishing nature reserves is an effective means of in-situ conservation of biological resources.There are a dozen of national nature reserves in Jiangxi Province which were lack of systematic study.In this paper，based on check and statistics of the wild seed plants in the 12 national nature reserves distributed in Jiangxi Province，a clustering analysis was made with Rogers&Tonimoto indexes.The results showed the clustering relationship among the reserves based on the species-level of seed plants and the clustering effect is better than that of the genus-level clustering cladogram.The 12 reserves cluster in 3 classes（North Jiangxi Plain Region，South Jiangxi Mountainous Region&Mountainous Region Surrounding Central Jiangxi）.Besides，the species-area island effect models of the wild seed plants were established in the 10 forest-type national nature reserves in the province，S=11.885×0.542A，with a relatively high z value（0.542），indicating characteristics of high heterogeneity of seed plant habitats in the reserves.

Jiangxi Province；National nature reserve；Seed plants；Clustering analysis；Species-area relationship

S718.3

A

2095-0152（2016）03-0010-04

2016-03-30

2016-04-14

邹生根，男，林业工程师，主要从事营造林工作。

刘晓华（1980-），女，从事野生动植物研究。E-mail：410623173@qq.com