长白山区河漫滩草地植物多样性与功能性状研究

武玥

（东北师范大学生命科学学院吉林长春130022）

长白山区河漫滩草地植物多样性与功能性状研究

武玥

（东北师范大学生命科学学院吉林长春130022）

河漫滩草地对河流与河岸生态保护起着重大的作用，同时作为优良的牧草刈割草地，具有较高的经济价值.本文针对长白山区河漫滩草地群落的物种多样性和功能多样性进行了研究，以期实现对其更好地保护与开发利用.以五道白河河漫滩草地为研究区，采用样方法进行实验.结果显示，该地区主要优势物种为长芒野稗，物种的丰富度较低；群落中的α－多样性指数表现出相关性，其中均匀度、优势度指数与整个群落物种多样性线性相关，而物种的数目与多样性关系不是十分密切；生物功能性状间的相互关系非线性，叶片生物量与叶片面积表现出明显的正相关关系，而叶片生物量与比叶面积、比叶面积与植株高度间表现出比较明显的负相关关系；物种多样性与功能性也存在联系，与具体的生物特征有关.

长白山区；河漫滩草地植被；物种多样性；功能性状

生物多样性是陆地生态系统功能的基础,陆地生态系统功能也会影响生物多样性.生物多样性和生态系统功能都是维持生态系统正常运转的必不可少的物质基础［1］.随着人类活动和气候变化等因素对全球物种多样性和生态系统功能的不利影响日益加剧，生物多样性和生态功能间的关系及其与气候变化和人类活动间相互作用已经成为当前生态学研究的热点.随着生物多样性-生态系统功能关系研究的逐步深入，发现物种多样性相似的群落类型生态功能却表现出很大的差异，造成这种差异的主要原因是组成植物群落的物种不同［2-4］.此外，大量的研究发现：生物多样性对生态系统功能的影响，不仅仅取决于物种数量本身［5-6］，植物的功能性状在很大程度上也可以影响生态系统的功能和生产力［7-8］.因此越来越多的研究从传统的单纯物种多样性研究过渡到与植物功能性状有关的植物功能多样性的研究［6,9,10］.

研究植物群落的植物功能性状可以有效地揭示生物功能性状对生态系统功能多样性和生态系统生产力的影响.目前关于植物多样性及其性状间的关系研究多见于森林生态系统和草地生态系统.河漫滩是由于河流冲刷沉积而成的，其土壤成土过程和植被群落组成相对年轻.目前，关于河漫滩草地植物功能多样性及其与植物群落生产力的关系尚不清楚，因此本研究选择位于长白山地区五道江口河漫滩草地为研究对象，探讨植物功能多样性及其与植物群落间的关系，以期为该地区河漫滩草地的植被恢复提供理论依据.

1　材料和方法

1.1研究区概况

研究区位于长白山东部的吉林省白山市露水河镇，地处吉林省松花江水系流域，气候类型为典型的温带气候.采样地五道白河河漫滩位于露水河中游，地理位置为东经127°37.407'，北纬42°42.362'，海拔高度500 m，属于河曲型河漫滩.植被类型为草甸植物，土壤质地为细沙，代表植物为长芒野稗、头穗莎草、翼果苔草等.该地距离城镇较远，受人类干扰较弱，原生植被状态保留较为完整.

1.2采样方法

本研究设置15组1m×1m样方.记录样方中植被的高度（h）、密度（D）、种盖度（C）、生物量（W）.另在样地内随机选取50组0.8㎡的样圆，测定物种频度（F）.

1.3叶片功能测定

对于选定的头穗莎草、桃叶蓼、翼果苔草、长芒野稗、委陵菜、狼把草、小花蓼、石胡荽、灰绿藜、水蒿、小通泉草、飘拂草、大黄柳、风花菜、飞蓬、野大豆为调查对象.随机选取30片颜色鲜艳、形状完好、无遮阴的状况良好的叶片，进行叶片大小（LS）、生物量（W）、比叶面积植株高度(h)等的测定和计算.

1.4数据处理

1.4.1指标计算：

（4）香农－威纳指数（Shannon-Wiener index）

（7）丰富度指数（N）：为物种数目

1.4.2统计与分析

用Excel.软件进行数据统计，制作表格并绘图.用ZzStat.软件进行多样性指数之间关系的分析.

2　结果与分析

2.1群落特征与物种多样性

选择16个样方、16个物种进行分析.其中共有长芒野稗群落有13个，飞蓬群落1个，头穗莎草-漂浮草群落1个，桃叶蓼-长芒野稗群落1个.根据优势度与重要值（见表1），发现长芒野稗是五道江口河漫滩草地群落中的典型优势种.

表1　物种的优势度与重要值

从图1可以看出，典型拟合结果R2=0.9536，说明物种的优势度与其重要值呈近线性相关.

图1　优势度-重要值关系

2.2多样性指数之间的相互关系

对五道江口河漫滩的共16个样方的优势度指数D、Shannon-Wiener指数H、均匀度指数J以及丰富度指数N进行相关分析.对D和H关系做散点图（见图2，R2=0.9627），二者呈显著线性负相关关系；对D和J的关系做散点图（见图3，R2=0.9674），显示二者呈显著线性负相关关系；对D与N做散点图（见图4，R2=0.0133），认为二者无线性关系.由此可以推论D与H、J呈线性负相关，H与J呈线性正相关，而N与D、H、J无相关性.说明五道江口河漫滩草地群落中物种的数目对物种α－多样性的影响并不十分明显.

2.3植物功能性状之间的相互关系

对五道江口河漫滩的共10种植物的4种功能性状，即叶片生物量（W）、比叶面积（SLA）、叶片大小（LS）和植株的高度（h）进行相关性的分析，结果表明，在不同物种之间，W与SLA为负相关关系（见图5）；W与h呈正相关关系（见图6）；W与LS呈正相关（见图7），但其R2均小于0.9，认为以上的关系均非强线性关系.

图2　优势度指数D-Shaannon-Wiener指数H

图3　优势度指数D-均匀指数J

图4　优势度指数D-丰富度N

图5　生物量W-比叶面积SLA

图6　生物量W-高度h

图7　生物量W-叶面积LS

2.4物种功能性状与重要值之间的相互关系

选择样地中功能性状可以量化的10种植物，把叶片生物量（M）、比叶面积（SLA）、叶片大小（LS）和植株的高度（h）与其重要值、优势度进行相关性分析.由于前面已经讨论过重要值与优势度的关系，二者基本呈线性关系，因此，选择优势度这一指标足以体现物种功能性状与其在群落中的地位的关系.

图8　优势度D-比叶面积

图9　优势度D-叶面积SL

图10　优势度D-叶片生物量W/g

图11　优势度D-高度h

结果表明，物种的重要值与比叶面积负相关（见图8）；与叶面积呈正相关（见图9）；与叶片生物量呈正相关（见图10）；与植株高度呈正相关（见图11）.但其R2均小于0.9，认为非强线性关系.

3　结论与讨论

河漫滩草地对河流与河岸生态系统的有着重要的作用，对于它的保护与利用也相应的体现出了相当的价值［12］.

五道江口河漫滩草地的物种丰富度较低，在所有样本中，最大丰富度指数为9，最小为5.其中较为优势的物种为长芒野稗.长芒野稗是一种典型的喜湿江湾草，在五道江口地区生长异常茂盛，其青刈产量极高，整个河漫滩草地也是优良的割草畜牧场［13］.长芒野稗的优势很可能是由于禾本科植物的分蘖生长和无性繁殖方式导致的，同时河漫滩的生境非常适合它的生长繁殖.相对于长芒野稗的高度优势性，其当地物种的多样性一定程度上受到了抑制.

本研究采用均匀度指数、丰富度指数、优势度指数与香浓威纳指数四个指标对五道江口河漫滩草地群落多样性进行分析.它们可以较好地显示大群落中的物种多样性情况与各个小群落中多样性的差异.研究结果显示，五道江口河漫滩草地的均匀度、优势度指数与整个群落物种多样性线性相关，而物种的数目与多样性关系不是十分密切.这很可能是是由于五道江口河漫滩草地的物种丰富度较低，即便有80%的变化范围，但数量变化仅为4，因而它对物种多样性的贡献不如均匀度与优势度.

本研究选取的四种功能性状可以在一定意义上反应群落功能多样性.将各种功能性状进行对比，可以看出，不同的功能性状间存在一定的相关性.其中，叶片生物量与叶片面积表现出明显的正相关关系，而叶片生物量与比叶面积、比叶面积与植株高度间表现出比较明显的负相关关系，并且，这些关系都较大偏离线性关系.这说明不同物种的各种功能性状之间存在着一定的联系，或相互促进或相互抑制，这是与具体生境中的条件密切相关的.这些功能性状之间的关系显得相对复杂，因此，应当尽可能全面得将各种性状包涵在内，使功能性状就可以更好地刻画群落中的多样性.

五道江口的物种多样性与功能多样性也存在一定的关系.将不同物种在群落中的重要性数量化为重要值后与相应的功能性状进行比较，发现部分功能性状与其重要值有明显的相关关系，但也有部分物种对这种关系表现出较大的偏差，例如漂浮草.漂浮草植株矮小，叶片退化，各项功能性状都表现出相对于其他物种的弱势，但其重要值与优势度并非群落中最小.笔者认为这主要是它特殊的生存策略决定的，漂浮草由于贴近地面生长，因而接受的光照较少，但其繁殖力相对较高，故可保证种群的数量.

［1］Grime J P.Biodiversity and ecosystem function：file debate deepens[J].Science，1997，277：1260-1261.

［2］Hooper D U，Vitousek P M.The effects of plant composition and diversity on ecosystem processes[J].Science，1997，277：1302-1305.

［3］Tilman D.Distinguishing between the effects of species diversity and species composition[J].Oikos，1997，80(1)：185.

［4］Hector A，Schm id B，Beierkuhnlein C，et al.Plant diversity and productivity experiments in European grasslands[J].Science，1999，286：1123-1127.

［5］Walker B，Kinzig A，Langridge J.Plant attribute diversity，resilience and ecosystem function：the nature and significance of dominant and minor species[J].Ecosystems，1999，2：95-113.

［6］Diaz S，Cabido Vive la difl Krence.Plant functional diversity matters to ecosystem processes[J].Trends in Ecology&Evolution，2001，16：646-655.

［7］孟婷婷，倪健，王国宏.植物功能性状与环境和生态系统功能[J].植物生态学报，2007，31(1)：150-165.

［8］肖玉，高地，安凯，等.基于功能性状的生态系统服务研究框架[J].植物生态学报，2012,36(4)：353-362.

［9］Tilman D.Functional diversity[M].Encyclopedia of biodiversity，2001，3：109-120.

［10］Petchey O L，Gaston K J.Functional diversity(FD)，species richness，and community composition[J].Ecology Letters，2002，5(3)：402-411.

［11］孙儒泳.普通生态学[M].北京：高等教育出版社，1993：131-141.

［12］孙国钧，张荣，周立.植物功能多样性与功能群研究进展[J].生态学报，2003，23(7)：1431-1435.

［13］肖文一.江湾草长芒野稗，酸模叶蓼青贮试验报告[J].饲料博览.1989，6：8-10.

Study on Plant Diversity and Functional Properties of Flood Plain Grassland in Changbai M ountain Area

WU Yue
（School of Life Science,NortheastNormal University,Changchun 130022,Jilin,China）

Flood plain grassland,which plays important roles in sustaining the ecological functions of the rivers, belongs to the most important terrestrial ecosystems on earth.This study concentrates on plant diversity and functional properties of the grassland vegetation of flood plain in the area of Changbai moutain,where Echinochloa caudate is the dominantspecie.Itmay help us to understand the composition and plant diversity there,and provide a theoretical basis to protect local environment.The Alpha-diversity indexesshowed a close relationship toeach other. Meanwhile,significant correlations between different functional traits of various species were observed.It also find that these functional traitsare related to the importantvalueofdue species.

Changbai mountain area;grassland vegetation of flood plain;diversity of species;functional traits

TP751.1

A

1007-5348（2016）08-0050-06

2016-06-19

东北师范大学中央党校基本科研业务专项资金项目

武玥（1995-），女，河北保定人，东北师范大学生命科学学院应届毕业生，硕士；研究方向：草地生态学.

（责任编辑：闫文龙）