沙日温都自然保护区植物多样性研究

张旭州，姜海燕*，郭 鑫，丛 林，王义贺，史东明，李少鹏，白 慧

（1 内蒙古农业大学林学院，内蒙古呼和浩特 010019；2 呼和浩特市新华公园管理处，内蒙古呼和浩特 010030）

植物多样性是指地球上的植物及其与其他生物和环境之间所产生的所有形式、层次、组合的多样化，以及与此相关的生态过程总和，是生物多样性的重要组成部分[1]。人类、动物的生活都离不开植物，在地球生态系统中，植物占有举足轻重的地位[2]。物种多样性又是植物多样性最核心、最直接的体现，是人类社会维持生存和发展的基础，对维护生态环境稳定、维持生态系统平衡有着十分重要的作用[3-4]。沙日温都自然保护区植被类型丰富，草木十分茂盛，大面积森林覆盖着这片土地，非林即草[5]。大量珍稀濒危植物与丰富的自然景观共同造就了这处天然的植物园，是一个森林生态系统保存完整的植物资源基因库。沙日温都自然保护区是内蒙古大兴安岭区域仅有的森林-灌丛-草原景观类型的保护区、西拉沐沦河下游重要水源涵养地、科尔沁草原生态功能区的重要组成部分，因而，它也是非常理想的科研和宣传教育基地[6]。截至目前，对于沙日温都自然保护区植物种类的基本组成、分布及植物多样性方面的调查和研究还未见报道，为了更好地保护、管理和利用其资源，调查沙日温都自然保护区的植物种类，分析其植物多样性就显得尤为重要。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

内蒙古沙日温都自然保护区属大兴安岭的南部山地，隶属赤峰市阿鲁科尔沁旗，且位于其西部。地理坐标为东经119°31′04″～119°44′07″、北纬44°05′51″～44°24′41″，南北跨度约35km，东西跨度约18km，占地24740hm2。研究区的土壤由草甸土、沼泽土、浅层的灰色森林土及地带性的棕色针叶林土等共同组成。保护区位于中纬度温带半干旱大陆性季风气候区，春季较为干旱，大风多，气温回升较快，且风多雨少蒸发量大；夏季雨热同期，降水较为集中；秋季短，气温下降快，昼夜温差较大，秋霜发生早；冬季漫长且寒冷干燥，风多雪少，光照充足，积温有效性高。

1.2 样地设置及采样

根据该保护区植被类型特征，选择了5 种具有代表性的植被类型（见表1），并对其进行踏查及样地调查。共设置80 个样方，其中20m×20m 乔木样方19个，5m×5m 灌木样方23 个，1m×1m 草本样方38 个。记录样地立地条件（经纬度、海拔、坡度、坡位、坡向）及植物的种类、数量、高度、频度、盖度等[7]。

表1 沙日温都自然保护区不同植被类型建群种

尽可能选择土质疏松的场所进行植被采集，选择健壮无病的植株，保证采集的矮小植株根部全部被挖出，相对较高的植物分为上、中、下三段采集，使其分别带有根、茎、叶、花（果），而后合为一个标本。采集到的标本整枝整叶悬挂采集标签后，及时按种分别用纸包好，并备注地点、日期等信息，适当记录周围生态环境特点和信息，随后夹入标本夹带回基地[8]。

1.3 植物鉴定、生态型及区系

依据《中国植物志》对比植物照片及标本的根、茎、叶、花（果）对植物进行形态学鉴定[9]。依据《内蒙古植被》中对植物生态型及区系地理成分划分标准对植物进行归类[10]。

1.4 植物多样性分析

多样性计算采用以下公式[11]：

式中R——为Patrick 丰富度指数；S——为群落中所包含的物种数；Dsim——为Simpson 指数；Pi——为物种i 的重要值比例；H——为Shannon-Wiener 指数；Jsw——为Pielou 均匀性指数。

2 结果与分析

2.1 沙日温都自然保护区植物基本组成

沙日温都自然保护区植物共有52 科131 属155种，其中蕨类植物2 科2 属2 种，裸子植物2 科4 属4种，被子植物48 科125 属149 种。在被子植物中，双子叶植物42 科107 属126 种，占绝对优势，单子叶植物6 科18 属23 种（见表2）。

表2 沙日温都自然保护区植物物种组成

2.1.1 蕨类植物。本区有蕨类植物仅2 科2 属2 种。分别为问荆（Equisetum arvense L.）及蕨[Pteridium aquilinum var.latiusculum(Desv.)Underw.ex Heller]，其科属组成见表3。

表3 沙日温都自然保护区蕨类植物科、属组成

2.1.2 裸子植物。由表4 可知，裸子植物有2 科4 属4种，其中松科3 属3 种，柏科1 属1 种，分别为云杉（Picea asperata Mast.）、落叶松[Larix gmelinii (Ruprecht)Kuzeneva]、油松（Pinus tabuliformis Carriere）及侧柏[Platycladus orientalis(L.)Franco]。

表4 沙日温都自然保护区裸子植物科、属组成

2.1.3 被子植物。由表5 可知，双子叶植物中，种数为1～5 的科有35 个，占总科数的83.33%；种数为6～10的有4 个，分别为毛茛科（6）、唇形科（6），占总科数的9.52%；种数为11～15 的科有2 个，分别为豆科（12）、蔷薇科（11），占总科数的4.76%；而种数大于20 的科仅1 个，菊科（23），占总科数的2.38%。属数为1～5 的科有36 个，占总科数的85.71%；属数为6～10 的科有5 个，占总科数的11.90%；属数为16～20 的科有1 个，占总科数的2.38%。种数为1～5 的属占据全部属。

表5 沙日温都自然保护区双子叶植物科、属数量

由表6 可知，单子叶植物中，种数为1～5 的科有4个，占总科数的66.67%；种数为6～10 的科有2 个，占总科数33.33%。属数为1～5 的科有4 个，占总科数的66.67%；属数为6～10 的科有2 个，分别为百合科（10）、禾本科（8），占总科数的33.33%。种数为1 的属有14个，占总属数的77.78%；种数为2 的属有3 个，占总属数的16.67%；种数为3 的属有1 个，占总属数的5.56%。

表6 沙日温都自然保护区单子叶植物科、属数量

2.1.4 沙日温都自然保护区植物与内蒙古自治区植物比较。沙日温都自然保护区植物科数占自治区野生维管束植物的比例为39.69%，属数占19.85%，种数占7.15%。由此可见，保护区植物科在自治区占比较高，自治区超过1/3 的科在保护区均有发现，近1/5 的属分布在保护区，但种数在自治区占比较低，具体植物类别占自治区野生维管束植物比例见表7[12]。

表7 沙日温都自然保护区不同类别植物的自治区占比

2.2 沙日温都自然保护区植物生态型

由表8 可知，沙日温都自然保护区的155 种植物分别属于湿生植物8 种，占比5.16%；旱生植物12 种，占比7.74%；中生植物135 种，占比87.10%，中生植物占主要优势。中生植物中，湿中生植物7 种，占比4.52%；典型中生植物82 种，占比52.90%；旱中生植物46 种，占比29.68%。

表8 沙日温都自然保护区植物生态型

2.3 沙日温都自然保护区植物多样性分析

由表9 可知，Simpson 多样性指数在类型I 中表现为草本层＞乔木层=灌木层，类型II 中表现为草本层＞灌木层＞乔木层，类型III 中表现为乔木层＞草本层＞灌木层，乔木层及灌木层在类型IV 和类型V 中为0，其余3 种植被类型乔木层的Simpson 多样性指数依次为类型I（0.46）＞类型II（0.37）＞类型III（0.35），灌木层为类型II（0.47）＞类型I（0.46）＞类型III（0.32），草本层的Simpson 多样性指数依次为类型V（0.72）＞类型II（0.70）＞类型I（0.69）＞类型IV（0.67）＞类型III（0.34）。

表9 沙日温都自然保护区植物多样性分析

Shannon-Wiener 多样性指数和Patrick 丰富度指数在类型I 和类型III 中均表现为草本层＞乔木层＞灌木层，类型II 中草本层＞灌木层＞乔木层。除类型IV 和类型V 外，其余3 种植被类型乔木层的Shannon-Wiener 多样性指数依次为类型I（0.77）＞类型III（0.60）＞类型II（0.59），灌木层为类型I（0.73）＞类型II（0.71）＞类型III（0.49），草本层的Shannon-Wiener 多样性指数依次为类型V（1.50）＞类型I（1.48）＞类型IV（1.46）＞类型II（1.38）＞类型III（0.65）。

Patrick 丰富度指数除类型IV 和类型V 外，其他植被类型中乔木层种类平均为2.5～3 种，依据不同具体群落，最少2 种，最多7 种。乔木层的丰富度依次为：类型I（3.00）＞类型III（2.67）＞类型II（2.50）；灌木层种类平均为2～2.7 种，最少2 种，最多5 种。灌木层的丰富度依次为：类型II（2.70）＞类型I（2.50）＞类型III（2.00）。草本层种类平均为3.17～7.5 种，最多10 种，最少仅2 种。5 种植被类型草本层的丰富度依次为：类型IV（7.00）＞类型I（6.57）＞类型V（6.50）＞类型II（6.14）＞类型III（3.17）。

Pielou 均匀度指数：在类型I 中表现为灌木层＞草本层＞乔木层，类型II 表现为草本层＞灌木层＞乔木层，类型III 为灌木层＞乔木层＞草本层。除类型IV 和类型V 外，乔木层及灌木层的均匀度均表现为：类型I＞类型II＞类型III；5 种植被类型草本层的均匀度依次为：类型I（0.81）＞类型V（0.80）＞类型II（0.78）＞类型IV（0.75）＞类型III（0.53）。

3 结论与讨论

近年来，许多专家学者对内蒙古自治区不同类别植物的多样性[13-16]与空间分布格局[19]关系等方面进行较深入的研究，本研究主要对沙日温度自然保护区5种植被类型中的植物多样性进行初步研究，以期为日后对该保护区植物有关方面的研究提供参考及依据。

经对内蒙古沙日温都自然保护区5 种植被类型中植物鉴定，得出52 科131 属155 种。其中蕨类植物和裸子植物在该地区种类较少，被子植物占据优势，尤其双子叶植物的种类最多，且所含科和属的数量在自治区的野生维管束植物中占比较大。菊科、豆科、百合科、蔷薇科所含种数大于10。与刘贵峰等[20]对内蒙古东部地区罕山自然保护区研究结论相似，与王敏超[19]对内蒙古东部地区的6 个国家级自然保护区的研究结果相符。

张楠楠等[20]对内蒙古东部地区的白音敖包国家自然保护区植物生态型的研究发现，中生植物占主要优势，这也与本研究对生态型研究结果相符。

沙日温都自然保护区5 种植被类型的Simpson 指数除人工林外均表现为草本层最高，说明人工林林下植物种类受人为因素影响显著，而乔木层和灌木层的表现复杂；5 种植被类型的Shannon-Wiener 指数及Patrick 丰富度指数同样表现为草本层最高，且落叶阔叶林和人工林的乔木层指数高于灌木层；Pielou 均匀度指数在5 种植被类型中表现复杂。受地貌地势所限，森林资源分布不均，此观点与李彬等[21]对该地森林资源现状的研究结果相符。