公益林监测区不同群落类型草本层物种多样性分析——以通辽市扎鲁特旗为例

领梅

（内蒙古自治区第二林业和草原监测规划院，乌兰浩特 137400）

物种多样性是衡量监测区森林资源质量的重要指标，为全面掌握扎鲁特旗公益林物种多样性现状，并对扎鲁特旗公益林资源的质量综合评价提供依据，对公益林监测区固定样地开展了物种多样性调查。

1 公益林资源现状分析

扎鲁特旗现有生态公益林地总面积43.94 万公顷。

按事权等级划分：国家级公益林43.31 万公顷，地方公益林0.63万公顷，分别占全旗公益林地总面积的98.57%和1.43%。

按地类划分：有林地面积12.76 万公顷，疏林地面积0.18 万公顷，灌木林地面积31.01 万公顷，分别占全旗公益林地总面积的29.03 %、0.40 %和70.56%。

按权属划分：国有11.15万公顷，集体30.52万公顷，个人2.27万公顷，分别占全旗公益林地总面积的25.37%、69.46% 和5.17%。

按林种划分：扎鲁特旗公益林地全部为防风固沙林43.94 万公顷，占全旗公益林地总面积的100%。

按生态区位划分：全部为荒漠化和水土流失严重地区43.94 万公顷，占全旗公益林地总面积的100%。

2 监测方法与监测结果

2.1 固定样地设置

对全旗公益林资源状况监测，采用固定样地监测方法，在固定监测小班的基础上，综合考虑扎鲁特旗公益林资源分布特点，分别按灌木（分天然林、人工林）、乔木（分天然林、人工林）选择有代表性的固定监测小班作为设置固定监测样地的小班。根据全区公益林资源数据库以及扎鲁特旗国家级重点公益林补偿方案与数据库，结合当地林业建设布局情况共布设固定样地29块，即乔木林17块、灌木林12块。

2.2 样方设置

在已布好的固定监测样地（10 m×40 m）内，沿对角线设置3 个2 m×2 m 灌木样方，在每个灌木样方中各设置一个1 m×1 m 的草本样方，用于草本资源调查。监测流程及样方设置如图1、图2。

图1 监测体系图

图2 样方设置示意图

2.3 草本生物量调查方法

调查记录样方内的草本植物（不包括苔藓、地衣等）的种名、盖度、平均高等因子。

草本生物量调查采用全部收获法。首先，在样地外找3 个与调查样地内样方相似的样方进行取样，收集样方内所有草本植物地上部分和地下部分（根径小于2 mm排除外），直接称其总鲜重；然后，把样地外3 个样方草本进行混合，取混合后草本样品200～500 g，称其鲜重；最后，把这些样品带回化验室，烘干称重。

2.4 含碳量（含碳率）测定及生物量计算

2.4.1 草本含碳量测定实验方法

采用美国EAI 公司的CE-440 ELEMENTAL ANALYZER 型元素分析仪测定草本样品中的碳。开机后，设定燃烧管温度为975 ℃，还原管温度为650 ℃，升温预热约5 h，高纯He 1.1 MPa，高纯O21.7 MPa，检测器的温度一定达到80 ℃，C、H、N 桥路电压平衡在2 000～5 000 V。仪器运行条件满足并稳定后，仪器的测试条件设置为吹扫时间20 s，燃烧时间20 s，分别做条件实验、空白实验及K 因子实验，然后对烘干的样品进行含碳量测定。

2.4.2 草本层生物量计算方法

根据草本层样方调查的样品鲜重、样品干重，按下式计算各样地草本层生物量。

式中：Mgrass—单位面积草本生物量，t·hm-2；

mgrass—sample—草本样方干重，kg；

Pgrasss—草本干鲜比；

Mgrass—wet—样方草本层总鲜重，kg；

Ssample—草本样方面积，m2。

在化验室内测量含碳量（碳含率）结果及计算出的生物量结果如表1。

表1 扎鲁特旗公益林固定样地草本层含碳量及生物量

2.5 测度指标

物种的多样性具有两种含义：其一是种的数目或丰富度，它是指一个群落或生境中物种数目的多寡，其二是种的均匀度，它是指一个群落或生境中全部物种个体数目的分配状况，它反映的是各物种个体数目分配的均匀程度。本次调查中选取的Margalef指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数与均匀度指数能从不同的角度测度监测区的草本层物种多样性。

①玛格列夫（Margalef）指数。仅考虑群落的物种数量和总个体数，将一定大小的样本中的物种数

量定义为多样性指数。计算公式为：

在式中，D为玛格列夫指数；N为总个体数量；S为总物种数量；为自然对数，底数2.718 283 8。

②香农（Shannon-Wiener）指数。该指数假设在无限大的群落中对个体随机取样，而且样本包含了群落中所有的物种，个体出现的机会即为多样性指数。计算公式为：

在式中，H′为香农指数；pi 为第i 个种在全体物种中的重要性比例，如以个体数量而言，ni 为第i 个种的个体数量，N为总个体数量，则有pi=ni/N。

③辛普森（Simpson）指数。该指数假设，对无限大的群落随机取样，样本中两个不同种个体相遇的概率可认为是一种多样性的测度。计算公式为：

在式中，D为辛普森指数；N为总个体数量；ni为第i个种的个体数量。

④均匀度指数

式中：H 为实际观察的物种多样性指数，Hmax为最大的物种多样性指数，Hmax=S（S 为群落中的总物种数）。

Shannon-Wiener指数用于描述种的个体出现的紊乱和不确定性，不确定性越高多样性也就越高。Simpson指数是反映群落物种优势度的指数，其值在0～1之间，指数值越大优势种越少。这两个指数数值越大，说明多样性就越高，反之越低。Margalef 指数，是反映群落物种丰富度的指数，值越大说明生物物种越多，多样性就越高。均匀度指数反映群落中物种分布的均匀程度，均匀度指数越高，各物种的分布均匀，群落结构更稳定。

2.6 不同群落类型草本层物种多样性分析

依据表1 数据，运用4 个测度指标公式计算结果如表2。

表2 扎鲁特旗公益林监测区草本层物种多样性指数

不同类型公益林样地草本层Margalef 指数由高到低表现为:天然乔木林＞人工乔木林＞天然灌木林＞人工灌木林。说明天然乔木林群落物种较丰富，从表中也能看出天然乔木林地群落物种种类数最多，人工乔木林地、天然灌木林地次之，人工灌木林地最少。

Shannon-Wiener指数主要反映物种个体出现的不确定性，Shannon-Wiener 指数越大，不确定性越高，生物种类越多，群落复杂性越高，多样性水平也就越高。不同群落类型Shannon-Wiener 指数依次为天然乔木林＞天然灌木林＞人工乔木林＞人工灌木林。

从Simpson 指数来看，不同类型样地中，人工灌木林最大，其次为人工乔木林与天然乔木林，天然灌木林地较小。

从均匀度指数来看，不同类型公益林样地均匀度指数由高到低依次为人工灌木林＞人工乔木林地＞天然乔木林＞天然灌木林地。

3 结果分析

监测结果显示，监测区天然群落Margalef指数、Shannon-Wiener 指数均高于人工群落，说明扎鲁特旗公益林监测区天然群落物种多样性高于人工群落。这主要与不同起源的乔木林、灌木林地所处的生境有关，天然群落草本层自然生长茂盛，而人工群落采取人工除草等措施减少了物种的多样性，这些因素都制约着植物的生长。人工群落Simpson 指数、均匀度指数均高于天然群落，表示与天然群落相比，人工群落物种分布较均匀，草本层优势种优势度不如天然群落高。