天然草原生物多样性与土壤水分的关系

文│吴迪（辽宁省林业发展服务中心）

干旱半干旱草原区是我国草原生态系统的主体组成部分，是我国生态条件较脆弱的地区之一。近年来，我国干旱频发，对植物群落生产力的影响进一步加剧，植被生物多样性受到严重威胁。水是干旱半干旱草原区生态系统的限制性资源，土壤水是陆地水循环中的重要组成部分，是土壤、植物与其环境间进行各种物质交换的媒介，对植被的生长发育有着重要作用。

本文在辽西北干旱半干旱天然草原区进行植物群落调查和土壤含水量测定，研究草原植被生物多样性与土壤水分的定量关系。

一、研究方法

1.植被调查与土壤测定。调查和取样工作于8月植被生长盛期进行。选取7个辽西北半干旱草原区典型天然草原样地（编号1～7），在每个样地布设3个1米×1米的观测样方，调查样方内的植物种类、高度、盖度、密度（株丛数）。在每个样方旁约1米处做土壤剖面，用土钻按3点取样法进行0～10厘米、10～20 厘米分层取样，混合后装入封口袋带回实验室，用于土壤水分测定。土壤水分测定采用烘干法。

2.数据处理。

◎图1 物种丰富度指数（S）

（1）重要值计算。物种重要值根据样方中所测物种的高度、盖度、密度（株丛数）计算，公式为：

（2）多样性指数计算。采用物种丰富度指数（S）、Si米pson多样性指数（D）、Shannon-Winener多样性指数（H）和Pielou均匀度指数（J）来反映草原生物多样性。计算方法如下：

◎图2 Si米pson多样性指数（D）

Si米pson多样性指数

Shannon-Winener多样性指数

式中，（3）、（4）中，Pi为某个物种i相对重要值。

◎图3 Shannon-Winener多样性指数（H）

◎图4 Pielou均匀度指数（J）

（3）数据统计与分析。利用Excel 2010进行数据统计和作图，利用SPSS 25.0软件进行Pearson相关性分析和显著性检验。

二、结果与分析

1.草原生物多样性。由图1至图4可知，5号样地的物种丰富度指数、Si米pson多样性指数和Shannon- Winener多样性指数最高，2号样地的Pielou均匀度指数最高。1号样地的Si米pson多样性指数、Pielou均匀度指数最低，4号样地的物种丰富度指数、Shannon-Winener多样性指数最低。

2.土壤含水量。由图5可知，5号样地0～10厘米、10～20厘米的土壤含水量最高，1号样地0～10厘米、10～20厘米的土壤含水量最低。

3.草原生物多样性与土壤含水量的相关性。由表1可知，物种丰富度指数与Si米pson多样性指数、Shannon-Winener多样性指数呈极显著正相关关系（P＜0.01），Si米pson多样性指数与Shannon- Winener多样性指数呈极显著正相关关系（P＜0.01），Pielou均匀度指数与Si米pson多样性指数、Shannon- Winener多样性存在极显著的正相关性（P＜0.01）。

表1 生物多样性与土壤水分的Pearson相关性

土壤含水量与物种丰富度指数、Si米pson多样性指数和Shannon-Winener多样性指数均达到极显著的相关关系（P＜0.01），而与Pielou均匀度指数的相关性不显著（P＞0.05）。

三、结论与讨论

该研究发现，土壤水分含量是辽西北干旱半干旱天然草原区植物群落的限制因子，土壤含水量与物种丰富度指数和Si米pson多样性指数、Shannon-Winener多样性指数之间存在极显著的正相关关系。随着土壤含水量的升高，植被物种数量和多样性显著增加。土壤含水量降低，草原植被对水分的竞争变得激烈，物种数量和多样性随之减少。本研究还发现，土壤含水量与Pielou均匀度之间不存在显著的相关性，说明除土壤水分外还有其他因素影响辽西北半干旱草原区的植被群落结构。

◎图5 土壤含水量