中国鼠李科植物空间分布多样性研究

李雅丽，邱丽氚，王 建，路丹桂

(太原师范学院 地理科学学院，山西 晋中 030619)

我国鼠李科植物约有14个属，分布范围广，全国各个省区均有分布。该科植物在药用、观赏、食用、染料等方面具有较高的经济价值[1-4]，因此以鼠李科植物为研究对象，研究其空间分布的多样性特点及格局对日后合理开发、利用和保护鼠李科植物资源具有重要意义。

关于植物的多样性研究，前人主要集中在物种多样性、生态系统多样性[5-7]和遗传多样性[8-11]方面，在研究物种多样性时多利用文字[4,12]或表格[13-14]等形式对植物属、种进行统计。其中，常红秀[4]和陈西仓[12]对中国某个省的鼠李科植物物种进行了文字统计，并没有对全国鼠李科植物进行研究，而黄秀霞[15]虽然以全国鼠李科植物为对象，但仅以文字形式得出云南省为中国鼠李科植物属、种的丰富度中心，没有精确到县级单位，且没有利用地理信息系统技术，不能直观地从空间上得出各区域间植物的关系；Fang等[16]以县为基本单元制作了中国鼠李科植物种的分布图，但没有分析鼠李科植物属、种的空间分布多样性特征。随着地理信息系统技术在植物空间分布及其多样性格局研究中的广泛应用，郑维艳等[17]利用ArcGIS技术，以省为基本单元分析樟科、壳斗科在中国大陆北热带及亚热带地区的物种多样性及分布格局；张殷波等[18]通过制作野生兰科植物在中国的丰富度分布格局图，得出该科植物的地理分布及多样性格局特点。以上研究中均未采用空间分布多样性指标对植物多样性格局做进一步研究，而邱丽氚等[19]在研究壳斗科植物空间多样性时利用空间分布图及多样性指标获取了壳斗科植物在中国的空间多样性规律和特点。但是在鼠李科植物的研究中却很少见到采用地理信息系统技术，同时结合空间多样性指标分析中国鼠李科植物空间分布多样性格局的研究。

本文利用地理信息系统技术，以县为基本单元，孤立的一个县为一个斑块，属数或种数相同且相邻的县构成一个斑块，然后通过绘制中国鼠李科植物属数、种数丰富度地理分布图，计算空间分布多样性指标，得到中国鼠李科植物空间分布多样性特点及规律，为中国鼠李科植物在空间分布上的物种多样性保护、开发和利用提供理论依据。

1 数据与方法

1.1 数据

本文所用的中国鼠李科植物分布数据来源于FRPS《中国植物志》全文电子版网站、中国数字植物标本馆网站和国家标本资源共享平台，并以中国树木志、部分省的植物志以及正式发表的论文中鼠李科植物分布地点作为补充，获取的每种植物都要有县级单位的分布地点，将各类数据库出现同物异名的种的分布地点合并，不能确定种所在县的数据和栽培、杂交种类数据均不予采用。

1.2 方法

利用ArcGIS10.2软件制作鼠李科植物分布数据(图形数据和属性数据)，图形数据是以县为基本单元的中国地图，属性数据包括分布县、分布省、属数量和种数量，制作中国鼠李科植物属数、种数在县级尺度的丰富度地理分布图，计算空间分布多样性指数。

在属或种的空间分布中，孤立的一个县为一个斑块，属数或种数相同且相邻的县构成一个斑块，斑块中属或种的数量有所不同，形成不同的斑块类型。通过计算空间分布多样性指标，可得到属或种的空间分布多样性及其多样性特点。

空间分布多样性指标的计算公式为：

斑块丰富度(Patch richness，PR)：

PR=m

Simpson多样性指数(Simpson's diversity index，SIDI):

Shannon多样性指数(Shannon's diversity index，SHDI)：

Simpson均匀度指数(Simpson's evenness index，SIEI)：

Shannon均匀度指数(Shannon's evenness index，SHEI):

类型的面积(Class area，CA，单位：106hm2)：

类型所占景观面积的比例(Percentage of landscape，PLAND)：

斑块的个数(Number of patches，NP)：

NP=ni

最大斑块指数(Largest patch index，LPI)：

景观形状指数(Landscape shape index，LSI)：

上式中，m：属或种空间分布中斑块类型的数量；Pi：斑块类型i占其属或种分布区的比例；n：斑块；aij：斑块类型i中斑块j的面积；A：属或种分布的面积；ni：斑块类型i中斑块的个数；ei：斑块类型i的全部周长。

上述空间分布多样性格局指标的计算均在Fragstats3.3软件中完成。

2 结果与分析

2.1 中国鼠李科植物的空间分布多样性

中国鼠李科植物共有14个属181个种(包含变种)，其分布范围广泛，在全国各个省区(包括台湾、香港和澳门地区)均有分布，西起新疆塔什库尔干塔吉克自治县，东至黑龙江饶河县，南自海南三亚市，北至内蒙古额尔古纳市，跨越经纬度分别为74°29′～134°10′E、18°9′～53°18′N，说明鼠李科植物的适应能力极强。鼠李科植物中有些属、种具有聚集性，其中最多有11个属、34个种(图1)聚集在一个斑块或一个县，它们分别占总属数、总种数的78.57%和18.78%。

从中国鼠李科植物属、种的分布数量及分布区形状看，秦岭—淮河一线以南地区属、种丰富度明显高于该线以北地区(图1)，秦岭—淮河一线以南，各个省区均有鼠李科植物分布，且呈现不规则的连续分布，分布区几乎连成一个整体，聚集度较高，说明南方地区的气候、环境等条件更适合鼠李科植物的生长。云南南部的景洪市是中国鼠李科植物属数最多的区域，从景洪市往东的区域范围内属数较多，其中包括云南南部及东南部、广西西南及西北部、贵州西南部和广东中南部，以这些属数较多的区域为中心向周围扩散，鼠李科植物属数逐渐减少，但分布范围扩大，分布区连成一片。景洪市也是中国鼠李科植物种数最多的区域，从种数最多的区域往周围地区扩展，种数逐渐减少，种数较多的区域主要分布在滇黔桂地区，当种数减少到22种时，分布区仍呈现稀疏的分散分布。云南景洪市作为中国鼠李科植物属数和种数分布最多的区域，形成了中国鼠李科植物属、种的分布及多样性中心，其次鼠李科植物属、种分布较多的区域也应是今后中国鼠李科植物物种多样性的重要保护地区。

秦岭—淮河一线以北地区，鼠李科植物总体呈连续分布，当属数、种数较多时呈分散分布。北方地区属和种的分布区域相同，但种的数量明显多于属的数量。它们在西藏和青海的大部分地区没有分布，而新疆、西藏西部及西南部、青海的东部和南部呈零星分布，在北方地区的中东部及东北地区呈连续分布，所以西藏南部及东南部、青海东部和甘肃中部连接形成的区域成为鼠李科植物在北方地区分布的分界线，分界线以西鼠李科植物呈零星分布或没有分布，分界线以东呈连续分布。

图1 中国鼠李科植物空间分布多样性图Fig.1 Spatial distribution diversity patterns of Rhamnaceae in China

2.2 中国鼠李科植物的空间分布多样性格局

中国鼠李科植物属、种的斑块丰富度分别为11和34，即属、种分别有11、34个类型的斑块，属的类型是由属的数量1-11组成，种的类型是由种的数量1-34组成。属的类型为1，表示该斑块类型中只有一个属；属的类型为2，表示斑块中有两个属，以此类推，属的类型与属的数量相同，种也如此。当属或种的类型为1时，表示一个属或一个种可独立分布，当属或种的类型大于1时，表示不同属或不同种聚集在一个县或一个斑块。

属和种的的斑块丰富度分别为11、34，即属有11个类型的斑块，种有34个类型的斑块(表1)，从多样性指数看，属的Simpson多样性指数和Shannon多样性指数均较低，原因是属的斑块类型少，而种的斑块类型多，与图1一致；从均匀度指数看，属的Simpson均匀度指数和Shannon均匀度指数与种的对应指标相近，说明属数较多和种数较多的斑块在整个中国尤其是南方地区整体呈现较均匀的分布。

从多样性指数看，种的指标均明显比属的指标高，说明斑块类型多，多样性就会更高；从均匀度指数看，种的指数和属的指数接近，说明属、种的斑块分布都比较均匀。可见植物的空间分布多样性格局可以通过均匀度指数和多样性指数来衡量。属、种在空间分布上形成的多样性格局的差异与两者的分类等级不同有关。

从中国鼠李科植物属的空间分布多样性格局看(表2)，属的11个类型斑块中，当属的类型为1，即属数为1时，该类型的面积、占景观面积比例、斑块个数、最大斑块指数、形状指数均为最大值，说明中国鼠李科植物中主要以一个属单独分布为主，其分布较分散，破碎度较高，与图1相一致。当属数达到最大，即多样性最高时，其空间多样性格局指标均最低，这与属在空间分布上的多样性特点有关。

表1 中国鼠李科植物空间分布多样性格局Table 1 Spatial distribution diversity patterns of Rhamnaceae in China

表2 中国鼠李科植物中属的空间分布多样性格局Table 2 Spatial distribution diversity patterns of Rhamnaceae in China

鼠李科植物属数从1到11，各类型的面积、占景观面积的比例、斑块个数、最大斑块指数、景观形状指数基本呈递减的趋势(表2)。说明随着属数量的增加，属的多样性逐渐明显，各类型斑块聚集度逐渐升高，但景观优势呈降低趋势。结合图1可看出，当属数由少变多，属的分布范围由大变小。

从中国鼠李科植物种的空间分布多样性格局看(图2)，种的34个类型斑块中，当种的类型为1，即种数为1时，该类型的面积、占景观面积的比例、斑块个数、最大斑块指数、形状指数均为最大值，与属数为1时得出的结果相似。当属和种数量均为1时，属的类型的面积、类型所占景观面积的比例、最大斑块指数均高于种的相应值，这是由于属的分类等级高，一个属会有许多种。当一个县有多个种分布，而这些种属于同一个属，这时属的数量为1，而种的数量却不是1。

鼠李科植物种数从1到34，各类型的面积、占景观面积的比例、斑块个数、最大斑块指数、景观形状指数基本呈递减的趋势(图2)，与属数从1到11得出的结果类似，说明属和种均以单独分布为主，但属之间、种之间也有联系，如多个属或种分布在一个县或一个斑块。

图2 中国鼠李科植物种的空间分布多样性格局Fig.2 Spatial distribution diversity patterns of species in Rhamnaceae of China

3 结论与讨论

中国鼠李科植物在秦岭—淮河一线以南地区呈连续分布且聚集性较强，而北方地区整体呈连续分布，但属数和种数较多时呈分散分布。南方地区的属、种丰富度明显高于北方地区，即呈南高北低的空间分布多样性格局，这与中国木本植物物种多样性格局特点相似[20]，也与许多被子植物的分布格局相似，如壳斗科植物[19]、兰科植物[21]和蔷薇科植物[22]等。但不同科的被子植物有明显不同的分布和多样性中心，这是各科植物生态习性有差异且环境因素不同造成的。黄秀霞[15]曾得出云南省是中国鼠李科植物种、属丰富度分布中心。本研究精确到县级单位，不仅得出云南是中国鼠李科植物属、种丰富度分布中心，而且还进一步得出云南景洪市为中国鼠李科植物属、种分布及多样性中心。云南东南部、广西西南及西北部和贵州西南部的属、种数量较多，是中国鼠李科植物物种多样性的重要分布及保护地区；西藏南部及东南部、青海东部和甘肃中部连接形成的带状区域成为鼠李科植物在北方地区分布的分界线，分界线以西鼠李科植物呈零星分布或没有分布，分界线以东呈连续分布。

本研究采用的空间分布多样性格局各指标中，种的多样性指标远大于属的相应值，说明种的斑块类型更多，而种的均匀度指数却与属的相应值相近，说明属、种的斑块分布都较均匀。所以植物的空间分布多样性格局可以通过均匀度指数和多样性指数来较好地衡量。多样性指数和均匀度指数采用Simpson指数和Shannon指数，属、种的Shannon多样性指数差值明显大于Simpson指数差值，而属、种的Simpson均匀度指数差值大于Shannon均匀度指数差值，所以研究空间分布多样性格局时，选择Shannon多样性指数和Simpson均匀度指数即可。邱丽氚等[19]在中国壳斗科植物空间多样性格局研究中认为应采用Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数，这与本文有所不同，可见在研究多样性格局时，应选择合适的指标。

当中国鼠李科植物属数和种数均为1时，其斑块数量、类型所占面积、面积占景观的比例、最大斑块指数、景观形状指数均最大，说明属和种的独立性分布占明显优势，这一现象主要体现在北方地区。当属数和种数逐渐增加时，属、种的多样性越来越明显，但所有指标值均呈递减趋势，分布范围明显缩小，这个特点主要表现在南方地区，其原因是我国南方地区属于热带、亚热带气候，气候、环境等条件十分优越，区系成分复杂，另外南方山地垂直变化大，随着高度的变化温度变化明显，为鼠李科植物不同属、种创造了各自适宜的生存条件，所以分布数量较多，但各属、种分布范围小，所有指标值均较低；而北方属于温带地区，气温低，山体温度变化小，属、种分布数量较少，但分布范围广，所有指标值较高。