辽宁老秃顶子国家自然保护区典型森林群落生物多样性研究

魏忠平，刘 阳，王 婷 ，刘红民 ，魏文俊 ，于景华 ，王骞春

（1.辽宁省林业科学研究院，辽宁 沈阳 110032；2.辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000；3.中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁 沈阳 110016）

辽宁老秃顶子国家自然保护区典型森林群落生物多样性研究

魏忠平1，刘 阳1，王 婷2，刘红民1，魏文俊1，于景华3，王骞春1

（1.辽宁省林业科学研究院，辽宁 沈阳 110032；2.辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000；3.中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁 沈阳 110016）

对辽宁老秃顶子国家自然保护区内的6种典型森林群落的生物多样性进行研究，结果表明：同一森林群落中，人工落叶松林和岳桦林的物种丰富度指数表现为草本层＞乔木层＞灌木层，其他群落各层的物种丰富度指数则是草本层＞灌木层＞乔木层；人工落叶松林、人工红松林和岳桦林群落中的Simpson指数和Shannonwiener指数的变化规律为乔木层＜灌木层＜草本层，其他群落的多样性指数则无明显规律；除杂木林外，均匀度指数在各群落中的高低顺序是乔木层＜灌木层＜草本层；均匀度指数与Shannon-wiener指数具有相似的变化规律。

典型森林群落；生物多样性；老秃顶子国家自然保护区

生物多样性一方面反映环境因子与群落之间的关系，另一方面也反映了群落或生境中物种的丰富度及分布格局[1]，因此，群落和生态系统的结构类型[2]、组织水平、发展阶段、生境差异及生产力等群落和生态系统的特征可以用物种多样性指示。目前，关于物种多样性已开展多项研究[3-5]，这些研究为植物多样性的保护提供了理论依据，也为科学合理制定保护管理措施提供了借鉴[6]。

辽宁老秃顶子国家自然保护区的主要植被是红松阔叶混交林，但目前已经破坏殆尽。恢复该地区原生型顶级群落最重要的就是认识群落所处的演替阶段及特点，各异的生态环境存在于每个植被带中，辽东山地生态系统也正是这些生态环境的组合构成。本项研究通过在辽宁老秃顶子国家自然保护区内设置调查样地，统计区内群落的物种组成数量，分析包括落叶松人工林、红松人工林、蒙古栎林、杂木林、云杉-臭冷杉林、岳桦林共计6种典型植物群落类型的物种多样性分布，比较分析区内不同植物群落各层物种多样性指标和分布特征，能够为制定区域生物多样性保护对策提供科学依据。

1 研究区概况

辽宁老秃顶子国家自然保护区位于辽宁省东部新宾县、桓仁县两县交界处的平顶山、华来、八里甸子三个乡镇境内，地理坐标为东经124°41′13″～ 125°5′15″， 北纬 41°11′11″～ 41°21′34″， 是 辽宁省生物多样性保护和研究的重点区域，总面积15 217.3 hm2。区内年平均气温6.3℃，年降雨量870～1 060 mm，年平均相对湿度67%，属于温带大陆性季风湿润气候，是省内最湿润的地区之一；土壤类型主要多由花岗岩残积母质发育而成，故多为棕壤和暗棕壤，有机质含量高，土壤较为疏松，养分含量高，能够为植物的繁育提供适宜的立地条件；保护区生物多样性丰富，森林覆盖率达到97%[7]。

2 研究方法

2.1 样地设置

2014年7月，根据辽宁老秃顶子国家自然保护区的地形地貌特点，在线路调查的基础上，根据地形、地势、海拔、坡向、坡位、地质、土壤以及植物群落的生态结构和主要组成成分的特点，选择适当样地，共设置面积为20 m×20 m的正方形标准地8块，在每块标准地内随机布设5块2 m×2 m的灌木样方，在每块灌木样方内随机布设1 m×1 m的草本样方，共计40块灌木样方和40块草本样方。表1记录了标准地所处环境因子的基本情况。对乔、灌、草各层进行植被状况调查，同时对群落优势树种和珍稀濒危植物的种子、更新苗木、大小及生活力等级、物候、生活型、样地内植物资源的枯损情况进行重点调查和记载。

2.2 丰富度指数计算

以下3种指标代表物种在群落各层中地位[8]和生态重要性。

（1）物种丰富度指数

Margalef指数[9]的计算公式：

表1 标准地基本情况Table 1 The overview of the standard plots

式中：S为群落中所有物种数目，N为群落中所有个体数量。

（2）多样性指数

Simpson多样性指数[9]计算公式：

Shannon-Wiener多样性指数[9]计算公式：

（3）均匀度指数

Pielou均匀度指数[9]计算公式：

式中：H指观察所得的物种多样性指数，Hmax=lnS。

3 结果与分析

3.1 不同森林群落类型的物种多样性指标

本研究以标准地内的调查数据为基础，统计了区内调查数据间的数量关系，对表2所示的6种森林群落类型的物种多样性指标进行了分析，为了更系统清晰的反映辽宁老秃顶子国家自然保护区森林群落的生态学习性，采用群落的垂直结构进行研究。通过表2可以看出，各森林群落之间在结构和功能上存在较大差异，群落间的这些差异导致了物种多样性指标的不同。

3.2 物种丰富度指数在不同森林群落类型上的分布

各森林群落类型物种丰富度指数的大小和植物片层的分类，是各森林群落间物种多样性空间分布格局的充分反映。由图1可知，乔、灌、草层物种丰富度指数随着森林群落类型不同存在显著差异，从数值上可以看出，草本层的物种丰富度指数在2～4之间，物种丰富度指数相对较高，其中人工落叶松林草本层的物种丰富度指数最高，达到3.678 9，蒙古栎林草本层次之，为3.437 8，其余群落草本层的物种丰富度指数则在2～3之间。与草本层相比，灌木层的物种丰富度指数相对较低，大部分在1～3之间，而乔木层的物种丰富度指数则在0～3之间，说明乔木层中林分单一，其中蒙古栎林、人工红松林表现尤为明显，物种丰富度指数仅为0.647 1和0.738 5。在同一森林群落类型中，人工落叶松林和岳桦林的物种丰富度指数表现为草本层＞乔木层＞灌木层，其余群落各层次的物种丰富度指数则表现为草本层＞灌木层＞乔木层，均达到显著差异，这主要与调查样地的土壤类型、林分密度、所处的环境等因素有关。

表2 典型森林群落的物种多样性指标Table 2 The species diversity and indicators of typical plantcommunities

图1 丰富度指数（F）在不同群落类型上的分布Fig.1 The distribution of richness index (F) in different communities

3.3 多样性指数在不同森林群落类型上的分布

不同群落植物物种多样性指数可分为优势度和变化度两类指数。Simpson指数取决于物种的优势度，而Shannon-Wiener指数则取决于物种的数量[10]。多样性指数还受植物群落所位于的海拔和所处的生境条件影响[11]。由图2可知，人工落叶松林、人工红松林和岳桦林群落中的乔木层、灌木层、草本层的Simpson指数表现出相同的变化规律，由低到高的顺序为乔木层＜灌木层＜草本层，蒙古栎林则表现出相反的变化规律，为乔木层最高，灌木层次之，草本层最低，杂木林和云杉-臭冷杉林则是灌木层的Simpson指数最高。由图3可知，人工落叶松林、人工红松林、蒙古栎林和岳桦林群落中的乔木层、灌木层、草本层的Shannon-wiener指数变化规律一致，表现为乔木层＜灌木层＜草本层，而杂木林则呈现相反的变化规律，这可能是由于杂木林郁闭度大而抑制了草本植物的生长所致。人工落叶松林和人工红松林各层的Shannon-wiener指数具有显著差异，可能的原因是人工落叶松林和人工红松林主林层物种单一使得上层空间利用不充分，人为的干预为草本的生长创造了良好条件造成的。

图2 Simpson（D）指数在不同群落类型上的分布Fig.2 The distribution of simpson (D) index in different communities

图3 Shannon-wiener(H)指数在不同群落类型上的分布Fig.3 The distribution of Shannon-wiener (H) index in different communities

3.4 均匀度指数在不同森林群落类型上的分布

由图4可知，人工落叶松林的乔木层均匀度指数最低，仅为0.057 1，人工红松林乔木层的均匀度指数次之，为0.181 9，这是因为该区人工林面积占90%以上，受人为因素的影响所致。相比之下，杂木林由于受人为因素干扰较小，乔木层均匀度指数最高，达到1.811 7。除杂木林外，其它各群落类型的均匀度指数由低到高顺序为乔木层＜灌木层＜草本层，由此可知落叶阔叶林及针叶林这种群落生境较适宜在该地区生长。此外，均匀度指数与Shannon-wiener (H) 指数两者之间的变化规律相同。

4 结 论

（1）物种丰富度反映了各森林群落间物种多样性空间分布格局，不同森林群落类型的各层物种丰富度表现出明显的差异性，在同一森林群落类型中，人工落叶松林和岳桦林的物种丰富度指数表现为草本层＞乔木层＞灌木层，其余群落各层次的物种丰富度指数则表现为草本层＞灌木层＞乔木层。

图4 均匀度指数在不同群落类型上的分布Fig.4 The distribution of evenness index in different communities

（2）群落中生物种类越多，群落越复杂；不同森林群落之间多样性指数不尽相同，人工落叶松林、人工红松林和岳桦林群落中的Simpson指数的变化规律为乔木层＜灌木层＜草本层，蒙古栎林则表现出相反的变化规律，而杂木林和云杉-臭冷杉林则是灌木层的Simpson指数最高。

（3）Shannon-wiener指数在人工落叶松林、人工红松林、蒙古栎林和岳桦林群落中具有相同的片层变化规律，表现为乔木层＜灌木层＜草本层，而杂木林则呈现相反的变化规律；人工落叶松林和人工红松林各片层间的Shannon-wiener指数具有显著差异。

（4）杂木林乔木层的均匀度指数最高，人工落叶松林乔木层的均匀度指数最低，人工红松林乔木层次之；除杂木林外，各片层均匀度指数在各群落类型中表现出乔木层＜灌木层＜草本层的变化规律，杂木林则表现出相反的规律；均匀度指数与Shannon-wiener (H)指数具有相似的变化规律。

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Study on biodiversity of typical forest communities in Laotudingzi national natural reserve of Liaoning

WEI Zhong-ping1, LIU Yang1,WANG Ting2, LIU Hong-min1, WEI Wen-jun1, YU Jing-hua3, WANG Qian-chun1
(1.Liaoning Provincial Academy of Forestry Sciences, Shenyang 110032, Liaoning, China; 2.LiaoNning University of Technology, Fuxin 123000, Liaoning, China; 3.ShenyangInstitute of Applied Ecology, CAS, Shenyang 110016, Liaoning, China)

s: 6 kinds of typical forest communities such asPinuskoraiensisplantation,Larixolgensisplantation,Quercusmongolicaplantation,Betulaermaniinaturalforest,Picea-Abiesforestand shrub forest, are selected for biodiversity studying in Laotudingzi national natural reserve in Liaoning province. The results show that, richness index for herb layer inLarixolgensisplantation andBetulaermaniinatural forest are the largest, the tree layer are the middle one, and the shrub layer are the last one; richness index for herb layer in other forests are the largest, followed by the shrub layer, and the tree layer are the smallest. Simpson index and Shannon-wiener index of herb layer inPinuskoraiensisplantation,Larixolgensisplantation andBetulaermaniinatural forest are the largest, followed by shrub layer and tree layer, however, Simpson index and Shannon-wiener index in other forests have no obvious characteristics; apart from shrub forest,evenness index in other forests are all in accordance with the following traits: tree layer＜ shrub layer＜ herb layer; evenness index and Shannon-wiener index have similar variations.

typical plantcommunity; plant diversity; Laotudingzi national natural reserve

S718.54

A

1673-923X(2016)04-0068-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.04.013

http: //qks.csuft.edu.cn

2015-07-15

辽宁省农业攻关及成果产业化项目（2014207011）；国家林业公益性行业专项（200904064）

魏忠平，高级工程师，硕士

刘红民，高级工程师，硕士；E-mail：l.hm@163.com

魏忠平，刘 阳，王 婷，等. 辽宁老秃顶子国家自然保护区典型森林群落生物多样性研究[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(4): 68-72.

[本文编校：吴 彬]