卓资县生态公益林植物多样性分析研究

马海龙

（呼和浩特市林木种苗站，呼和浩特 012100）

生物多样性的研究已成为当前群落生态学研究中十分重要的内容和热点之一（黄忠良等2000）。物种多样性客观反映了物种水平，物种的状况，是一个地区内物种的总和。一般选取群落组织水平探究，也称为生态多样性或群落多样性（贺金生和马克平1997）。植物群落多样性是群落结构的重要指示标准，直观体现了物种组成、群落结构和功能复杂性，与外界环境、物种生物学特性等因子密不可分（贺金生和陈伟烈1997）。通过研究植物群落多样性，可以了解物种与物种的联系，分析出环境对植物物种的影响，能够为保护植物物种多样性提供基础材料，更好的保护植物多样性。因此，此次研究旨在调查分析卓资县生态公益林植物物种多样性，通过不同角度的分析，为卓资县生态公益林生物多样性保护和林业建设发展提供依据。

1 研究区概况

卓资县位于内蒙古自治区乌兰察布市西部，向东与察哈尔右翼前旗接壤，南依凉城县和丰镇市，西连呼和浩特市的武川县、新城区、赛罕区，北靠察哈尔右翼中旗。地理坐标为E110°51'～112°56'，W40°38'～41°16'。全县东西长92.6 km，南北宽67.7 km，总面积3 119 km2。

研究区位于内蒙古高原阴山山脉，地形呈西北高，东南低，海拔在1 229～2 206 m 之间，平均为1 750 m。属典型的干旱、半干旱大陆性季风气候，年均气温为2.5 ℃，年均日照数约3 000 h。年均降水340～480 mm，全年67%的降水集中在6～8 月。大风日数多，风力强，持续时间长。全县水资源总量为24 140.5万立方米，其中，地表水13 087.9万立方米，地下水11 052.6万立方米。

全县森林覆盖率为18.6%，生态公益林资源分布不均，西部上高台与南部保安两个国营林场集中了全县五分之三以上的林地面积，中东、中西、东南部集中了全县大部分人工林，西北部和东北部仅分布着极少的人工林。主要树种：乔木林有天然白桦、山杨、云杉，人工杨树、本地榆、华北落叶松等，灌木林有虎榛子、柠条、沙棘、山杏和樱桃等。天然草场分属低山干草原、原丘陵干草原和低洼地草甸草原三种草场类型。全县土壤共有3个土类9个亚类34 个土属157 个土种。其中地带性土壤为灰褐土、栗钙土和草甸土。

2 研究方法

采用样线法和标准地法，调查记录植物群落物种，通过Excel 2010 软件计算并分析植物多样性指数，对该区域植物物种多样性进行初步探讨，获取该地区植物物种多样性特征等数据。此研究选取物种数丰富度指数，用S表示；Simpson优势度指数，用SI 表示；Shannon-Wiener 变化指数，用SH 表示；均匀度指数，用E 表示；Margalef 丰富度指数，用M表示。

①香农多样性指数(Shannon's diversity index)

香农多样性指数用来估算群落多样性的高低，公式如下：

式中，S—总的物种数；Pi—第i个种占总数的比例。

当群落中只有一个居群存在时，香农指数达最小值0；当群落中有两个以上的居群存在，且每个居群仅有一个成员时，香农指数达到最大值lnk。

②物种均一度（Species Evenness）

物种均一度用来描述物种中的个体的相对丰富度或所占比例。是群落中不同物种的多度分布的均匀程度。公式为:

其中SH为香农指数，SHm是SH的最大值，

③辛普森多样性指数（Simpson's diversity index）

群落中全部植物物种种的概率合起来，就可得到辛普森指数SI，公式为：

S为物种数目，设种i的个体数占群落中总个体数的比例为pi，那么，随机取种i 两个个体的联合概率就为pi2。

SI 最小值为0，即只有1 个物种，最大值为SIm，SIm=1-1/S，即每个个体属于不同物种。

④Margalef指数

Margalef指数是指一个群落或环境中物种数目的多寡，反映了植物物种的丰富度。公式为：

M=（S-1）/LnN

式中：S—物种数目；N—群落中全部物种的个体数。

3 结果与分析

3.1 不同植被型物种多样性变化

卓资县生态公益林主要的植被类型有：针叶林、阔叶林、灌丛和草原。由表1可知，针叶林、阔叶林、草原、灌丛的S 和M 指数顺序依次减小；4 种植被型的SI 指数变化趋势与S 指数规律相同，SI 指数针叶林最大（0.59），灌丛SI 指数最小（0.53）；不同植被型的SH 指数的结果表现为物种多样性越多，SH 指数越大；不同植被类型中针叶林的E 指数最大（0.68），均匀度较低，具有较少的稀疏种和较多的富集种，该区植物种类丰富，优势种明显。

表1 不同植被类型多样性指数比较

3.2 植物群落不同龄组（盖度级）物种多样性比较

卓资县生态公益林主要几种植物群落不同龄组（盖度级）物种多样性变化规律较明显，如图1 所示：针叶林中的落叶松林随着林龄增加SI 指数和SH指数均呈现减小的趋势，E指数和M指数随着林龄增加整体呈现下降的趋势，不同之处在于E指数是先减小后增加，而M指数是先增加后减小。随着林龄的增加，枯落物层逐渐加厚，抑制了林下植被的生长，使其物种丰富度、多样性变小，同时优势物种更加突出，均匀度增加。阔叶林中杨树林不同龄组物种多样性指数均表现为幼龄林＞成熟林；而白桦林的正好和杨树林相反，均表现为中龄林＞幼龄林。随着白桦林的生长，林下水分条件和土壤肥力逐渐改善，林下环境向着有利植物生长发展，物种越来越丰富，多样性越来越高。柠条灌丛不同盖度级多样性指数变化规律均表现为中盖度＞疏盖度。生长柠条的环境往往不良，而随着柠条的生长，其盖度一般会增加，从而防风固沙、保水固土，进一步改善植物生境，促使植被恢复。虎榛子灌丛不同盖度级多样性指数变化规律差异较大，其中SI指数和SH指数变化规律一致。虎榛子灌丛根部相连，其他物种一般很难入侵，另外，加上其生长环境为海拔较高且为阴坡，均表现为先减小后基本不变，M 指数表现为先减小后增加，而E 指数基本不变，另外，从其SI指数均值（0.54）可以得出其物种多样性非常有限，只有常见的苔草等喜阴植物。不同龄组（盖度级）所有群落M指数大小依次为：落叶松中龄林＞白桦中龄林＞落叶松幼龄林＞白桦幼龄林＞虎榛子疏＞柠条中＞杨树幼龄林＞落叶松成熟＞柠条疏＞山杏疏＞虎榛子密＞虎榛子中＞杨树成熟林；SI 指数大小依次为：白桦中龄林＞落叶松幼龄林＞杨树幼龄林＞虎榛子疏＞山杏疏＞白桦幼龄林＞柠条中＞落叶松中龄林＞落叶松成熟林＞虎榛子中＞虎榛子密＞柠条疏＞杨树成熟林；SH指数大小依次为：白桦中龄林＞落叶松幼龄林＞白桦幼龄林＞杨树幼龄林＞落叶松中龄林＞虎榛子疏＞柠条中＞落叶松成熟林＞山杏疏＞虎榛子密＞虎榛子中＞柠条疏＞杨树成熟林；E 指数大小依次为：落叶松幼龄林＞白桦中龄林＞虎榛子疏＞杨树幼龄林＞虎榛子中＞虎榛子密＞山杏疏＞落叶松成熟林＞白桦幼龄林＞柠条中＞落叶松中龄林＞柠条疏＞杨树成熟林。

图1 各植被类型不同龄组（盖度级）群落多样性指数

3.3 不同群落类型间物种多样性比较

对卓资县公益林林区7个典型植物群落进行分析。其中森林群落3 个，分别为落叶松林、白桦林和杨树林。灌丛群落3 个，分别为柠条灌丛、虎榛子灌丛和山杏灌丛。草原群落1 个，即针茅草原。各群落多样性值见表2。

表2 不同群落多样性指数

在统计的7 个植物群落类型中，白桦林样地内的平均物种数（S）最多（图2）为25.75 种，其次是落叶松林、针茅草原和柠条灌丛，物种数分别为22、20.5 和20 种，虎榛子灌丛和杨树林分别为17.94 和15.5种，山杏灌丛最低，为13种。M指数与S指数变化规律较为一致，见图3。

图2 不同群落丰富度指数S

图3 不同群落M 指数

落叶松林、白桦林、针茅草原和山杏灌丛的SI指数和SH 指数均较高，而杨树林的SI 指数和SH指数相对较低；7种群落的SI指数和SH 指数大小排序依次为：白桦林＞落叶松林＞针茅草原＞山杏灌丛＞虎榛子灌丛＞柠条灌丛＞杨树林。详见图4和图5。白桦林和落叶松林生长在阴坡，枯枝落叶厚，土壤湿润且肥力高，改善了林下生长环境，促使植被的生长，物种多样性较高；杨树林和柠条灌丛分布在海拔较低的地方，靠近居民点，林内有动物践踏痕迹人为干扰，物种多样性较低。

图4 不同群落SI 指数

图5 不同群落SH指数

由图6 可知，E 指数变化趋势和SI 指数和SH 指数不同，白桦林和虎榛子灌丛最高（0.72），柠条灌丛最低（0.54）；指数大小排序依次为：白桦林、虎榛子灌丛＞山杏灌丛＞落叶松林＞针茅草原＞杨树林＞柠条灌丛。白桦林和虎榛子灌丛为天然林，其群落演替到达一个相对稳定的状态所以物种均匀度比较高且相对稳定，而其他群落均为人工林，受人为干扰，水热条件等环境因子的影响较大，所以均匀度较低且不稳定。

图6 不同群落E指数

4 结论

一是卓资县生态公益林不同植被型物种多样性表现为，针叶林植物物种丰富，均匀度较低；灌丛植物物种较单一，阔叶林和草原植物物种均匀度较高。

二是随着林龄的增加，落叶松林和杨树林植物群落物种丰富度变小，优势种逐渐突出，均匀度逐渐增加；白桦林植物群落物种丰富度增加，多样性越来越高。

三是柠条灌丛不同盖度级植物多样性指数变化规律一致，均表现为随盖度的增加植物物种丰富度提高；虎榛子灌丛物种多样性指数整体呈现降低的趋势，即随着盖度的增加物种丰富度变小，优势种越来越单一突出。

四是在统计的7 个植物群落类型中，白桦林样地内的平均物种数（S）和M 指数最高，山杏灌丛最低，由高到低排行依次为白桦林、落叶松林、针茅草原、柠条灌丛、虎榛子灌丛、杨树林、山杏灌丛；此外，落叶松林、白桦林、针茅草原和山杏灌丛的SI 指数和SH 指数较高，而杨树林的SI指数最低，7种群落的SI 指数和SH 指数大小排序依次为：白桦林＞落叶松林＞针茅草原＞山杏灌丛＞虎榛子灌丛＞柠条灌丛＞杨树林；而均匀度指数E大小排序依次为：白桦林、虎榛子灌丛＞山杏灌丛＞落叶松林＞针茅草原＞杨树林＞柠条灌丛。