典型野生刺梨(Rosa roxburghii Tratt.)灌草叢植物多樣性研究

伍 倩 王 藜 楊芷欣 成 侃

(1.安順學院資源與環境工程學院，貴州 安順561000;2.貴州省高校鄉村振興研究中心，貴州 安順561000;3.吉林農業大學 資源與環境學院，吉林 長春130118;4.安順市煙草公司普定縣分公司，貴州普定562100)

生物多樣性包括物種多樣性、基因多樣性和生態系統多樣性[1][2][3]。物種多樣性是生物多樣性中最不可忽略和缺少的，植物物種多樣性是植物群落在物種水平上的多樣化，在演替過程中，群落呈現不同物種相互替代，群落的物種組成是反映其結構變化的重要指示因子[4][5][6]。隨著轉基因生物安全和外來物種入侵等問題日益嚴重，人類也越來越注意到植物多樣性及其生存的地域對人類本身的生存和發展所起到的作用，也注意到了植物多樣性的間接價值[7][8]。大自然生物多樣性中最基本和最實質的核心問題就是物種多樣性，而這也受到了相關研究者極大的關注和重視[9]。

野生刺梨(RosaroxburghiiTratt.)作為云貴高原特有的野生品種，是野生刺梨生態系統的重要組成部分，一定程度決定著野生刺梨生態系統的眾多生態過程[10]。野生刺梨在貴州分布廣泛，其富含較高營養價值且具有良好的水土保持功能，能夠改善當地的生態環境，因此了解其所處的生態系統及其生態系統植物多樣性，對改善當地的生態環境極其重要。目前針對野生刺梨的研究主要集中在對其經濟利用價值的研究，對其植物多樣性的研究較缺乏，通過該研究可為該區野生刺梨種植、管理和水土保持等工作提供理論和數據支持。

1 研究區概況

安順市位于貴州省中西部，平均海拔1100米～1690米。冬無嚴寒，夏無酷暑，冬季多大霧天氣，較濕潤，部分河谷地區多干燥。

本文研究樣地選擇在安順市西秀區東南面的東屯鄉毛口村(106°14'—106°17'E，26°11'—26°16'N)。毛口村總面積為3.5km2，海拔1250m，氣候屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年降水量1200～1300mm，年平均氣溫14.5℃。

2 研究方法

2.1 樣地設置

按照研究要求，根據研究地實際情況確定樣方大小，采用樣方調查法，對安順野生刺梨灌草叢植被物種組成、個體數目及生長現狀進行記錄。在標地設灌木和草本各5個樣方，灌木樣方為2m×2m，草本樣方為1m×1m[10]。

2.2 調查指標

首先對整個標準地的坡度、坡向、坡位、土壤類型做記錄，用于對樣地環境因子進行分析。對每個灌木樣方內的物種數、個體數、冠幅進行記錄，以及草本植物的種數、個體數(或叢數)、蓋度做詳細記錄，用以進行群落內植物多樣性指標的計算和分析。

2.3 數據處理

2.3.1 數量指標的計算

計算各個物種的多度、密度、頻度、優勢度、重要值等數量指標，公式如下：

相對密度=單個種的個體數/所有種的個體數

頻度=某種植物出現的樣方數/全部樣方數

相對頻度=某種的頻度/所有種的頻度

灌木優勢度=樹冠的垂直投影面積(冠幅)/樣地總面積

草本優勢度=某種的優勢度/所有種的優勢度

重要值=相對密度+相對頻度+相對優勢度/3

2.3.2 植物多樣性分析指標的計算

根據不同的研究對象和研究目的，所提出的植物多樣性測量指標也不同。本文從豐富度、均勻度和多樣性三個方面充分描述所調查野生刺梨灌草叢植物的多樣性數量關系，物種多樣性指數能夠體現植被的群落構造。本論文所選用指標如下：

(1)物種豐富度

① Margalef 指數[12]通過群落中所有物種的個體數目來描述群落的豐富程度。公式為：

D=(S-1)/lnN

S：群落內物種數；N：觀察到的個體數總和

② Monk指數，公式為：

D=S/N

S：群落內物種數；N：觀察到的個體數總和

(2)均勻度指數

Pielou指數 E=H/Hmax其中Hmax=lnS(S為群落物種總數)

E=H’/lnS 其中：

(3)物種多樣性指數

①Simpson指數，其公式為：

D：多樣性指數,N：所有物種的樣本總數,

ni：第i個物種的個體數,S：物種的數目(種數)。

②Shannon-Wiener多樣性指[13]：

其中S是單位面積內的物種數；N是樣方中各物種多度指標總和；Pi是相對密度，Pi=Ni/N。

3 結果與分析

3.1 樣地內物種組成分析

3.1.1 樣地內灌木組成和數量特征

各樣地的灌木樹種組成如表1所示。在所調查的各樣方內，灌木樹種由薔薇科野生刺梨(RosaroxburghiiTratt.)和覆盆子(RubusidaeusL.)、紫草科基及(Carmona)、藤黃科金絲桃(HypericummonogynumL.)組成，以野生刺梨(RosaroxburghiiTratt.)為主，野生刺梨平均高度為140.75cm。各樣地的灌木樹種組成反映出樣地內灌木物種組成較為單調。

表1 灌木樣方中樹種組成及數量

3.1.2 草本樣方中物種組成和數量特征

各樣地的草本物種組成如表2所示。由表2可知，所調查樣地內草本植物種類以薔薇科植物、禾本科和菊科植物居多，禾本科植物數量較多。薔薇科植物有茅莓(RubusparvifoliusL.)、龍芽草(AgrimonialospiaLdb.)，禾本科植物有白茅(Imperatacylindrica(L.)Beauv.)、藎草(Arthraxonhispidus(Thunb.)Makino)，菊科有一年蓬(Erigeronannuus)、馬蘭(Kalimerisindica)、旋覆花(InulajaponicaThunb)、薊(Cirsiumjaponicum)、鼠曲草(GnaphaliumaffineD.Don)和黃鵪菜(YoungiaJaponica)。

表2 樣地內草本樣方中物種組成和數量。

3.2 樣方內物種的多樣性

3.2.1 樣方內物種豐富度

物種豐富度指群落中物種數目的多少，群落內物種豐富度越大說明群落內物種越豐富也越復雜，越小說明群落內物種數越少也越簡單。不同生境不同群落內由于物種的組成不同，各物種的數量不同，所以物種豐富度也會不同。本文采用Margalef指數和Monk指數對物種豐富度進行描述。

Margalef指數通過所調查的物種數目與個體之間的關系表示。各樣方內灌木和草本的 Margalef指數如表3。各灌木樣方Margalef指數平均值為0.22，各草本樣方Margalef指數平均值為1.02。樣方4和樣方5的灌木Margalef指數為0，表示樣方4和樣方5中灌木物種數均為1，除了野生刺梨外無其他物種。樣方1、樣方2和樣方3的灌木Margalef指數均大于0，表示樣方內除了野生刺梨以外還有其他灌木物種，樣方3的Margalef指數最大，為0.43。草本樣方中Margalef指數都大于0，其中最大的是樣方5，為1.70，表示樣方5內草本物種豐富度最高。

Monk指數由物種數目和個體數量之間的比值來表示。各樣方內灌木和草本的Monk指數由表3可知，各灌木樣方Monk指數平均值為0.11，各草本樣方Monk指數平均值為0.09。灌木樣方3的 Monk指數最大，為0.20，表明在灌木樣方中，樣方3的物種豐富程度最高。而草本Monk指數則是樣方5最大，為0.21，表明在各草本樣方中，樣方5的物種豐富程度最高，草本物種數最多。

表3 各樣方內灌木和草本的 Margalef指數和Monk指數

3.2.2 樣地內物種均勻度

均勻度指數指群落中全部物種個體數目的分配狀況，實際上反映了物種個體數目分配的均勻程度，可用來做不同多樣性指數間的比較[14]。本文采用Pielou均勻度指數對物種的均勻度進行描述。

各樣方內灌木和草本的Pielou指數如表4所示。由表4可知，在群落內所調查的灌木樣方中，樣方3的Pielou均勻度指數最高，為1，表示樣方中所有物種數量都均勻一致，樣方2為0.72，樣方1為0.67。在群落內所調查的草本樣方中，樣方1的Pielou均勻度指數最高，為0.82，表示該樣方內各物種之間數目相差最小。樣方4的Pielou均勻度指數最低，為0.49，表示該樣方內各物種之間數目相差最大。

表4 各樣方內灌木和草本的Pielou指數

3.2.3 樣地內物種多樣性指數

物種多樣性反映群落內物種數量及其在種間分布均勻程度，本文用Simpson指數和Shannon-Wiener指數來表示。

表5為各樣方內灌木和草本的Simpson指數和Shannon-Wiener指數。

表5 各樣方內灌木和草本的Simpson指數和Shannon-Wiener指數

Simpson指數通過群落內各物種的相對密度計算，反映物種優勢度和富集種的敏感度。如表5所示，灌木樣方中樣方3的Simpson指數最大，為0.50，表示樣方3內灌木物種多樣性程度最高。草本樣方中樣方1的Simpson指數最大，為0.73，樣方4的Simpson指數最小，為0.26，草本樣方Simpson指數均值為0.54，灌木樣方Simpson指數均值為0.22。草本樣方的標準差小于灌木樣方，說明草本各樣方的Simpson指數比灌木各樣方的Simpson指數更接近。 Shannon-Wiener指數反映樣地的群落總的物種信息，對稀疏種即數量較少的物種較為敏感，能夠體現群落的復雜程度[15]。

如表5 所示，各樣方內灌木和草本的Shannon-Wiener指數，灌木樣方中樣方3的Shannon-Wiener指數最大，為0.69。而在草本樣方中，樣方1的Shannon-Wiener指數最大，為1.47，樣方4的Shannon-Wiener指數最小，為0.54。草本樣方Shannon-Wiener指數均值為1.11，標準差為0.34；灌木樣方Shannon-Wiener指數均值為0.33，標準差為0.28。灌木樣方Shannon-Wiener指數的標準差小于草本樣方，說明灌木各樣方的Shannon-Wiener指數比草本各樣方的Shannon-Wiener指數更接近。

3.2.4 樣方內物種的重要值分析

重要值是判斷群落優勢種的重要依據，可通過群落中某一物種的重要值在群落中所有物種的重要值之間的位置來判斷該物種是否為群落中的優勢種。表6是灌木樣方內各物種重要值。

表6 灌木樣方內各物種重要值

灌木樣方內各物種重要值由表6可知，在灌木層，樣方4中野生刺梨重要值最大，為48.66，其次是樣方5中野生刺梨，重要值為42.45，樣方1中的基及的重要值最小，為7.27。在各樣方中，野生刺梨都為樣方內的灌木優勢種。

表7為草本樣方內各物種重要值。由表7可知，在草本樣方1中，白茅的重要值最大，為8.58，龍芽草的重要值最小，為2.49；樣方2中車軸草(Galiumodoratum(L.)Scop.)的重要值最大，為12.69，馬蘭的重要值最小，為2.17；樣方3中旋覆花的重要值最大，為9.02，水芹(Oenanthejavanica)的重要值最小，為1.68；樣方4中白茅的重要值最大，為7.94，薊的重要值最小，為1.75；樣方5中黃鵪菜的重要值最大，為7.48，風輪草(ClinopodiumchinensisO.Kze)的重要值最小，為1.36。在草本樣方中，車軸草的重要值最大，為12.69，說明在草本層車軸草為優勢種。

表7 草本樣方內各物種重要值

4 討論

在本研究所調查的野生刺梨灌草叢中，物種數目、物種豐富度指數和物種多樣性指數均較低，均勻度相對較高。調查地處于陽坡坡腳，上層沒有喬木，氣候溫暖濕潤，土壤為黃壤，降雨充足，排水良好，生長環境中其他灌木樹種少，種間競爭小，適宜野生刺梨生長，但土壤肥力不高，導致地徑均較小。由于人為干擾小，該地野生刺梨灌草叢內草本物種豐富度和多樣性較高，保持著一個自然完整的野生刺梨的生長環境。

本研究表明，由于各物種豐富度指數的側重不同，所計算出的指標的數值也各不相同。Margalef指數主要體現樣地物種的豐富度，本研究中草本層的Margalef指數平均值大于灌木層，這一結果與呂碩、王美仙等[16]關于山西太原市綜合公園植物多樣性研究所得的草本層>灌木層的結果相同。Monk指數側重物種數與總的個體數的關系，本研究中Monk指數則是灌木樣方的平均值大于草本樣方的平均值。

正如茹文明、張金屯等[17]所認為的，樣方內物種的均勻度指數與物種的數量和群落中總的個體數無關，而與各物種的個體數在群落中是否均勻有關。在本研究中，每個樣方內，無論物種數是多少，所有的物種的個體數越相近，物種的均勻度指數就越趨近于1，與物種數無關。如樣方3中，各灌木樹種的個體數相同，則均勻度為1。

灌木層中Simpson指數越大的樣方Shannon-Wiener指數也越大，草本層中也呈現這一趨勢。這與韓飛騰[11]研究的河北唐縣大茂山主要森林群落植物物種多樣性的結果相似。

重要值這一指標研究的是各物種在群落中所處的地位和所發揮的作用。由重要值可得，在灌木層中，野生刺梨為優勢種。在所有草本樣方中，車軸草的重要值最大，為12.69，說明在草本層中車軸草為優勢種。

5 結論

各樣地灌木樹種以野生刺梨為主，野生刺梨屬于灌木層的優勢種。草本植物以薔薇科植物、禾本科和菊科植物居多；

在所調查的野生刺梨灌草叢內物種豐富度Margalef指數是草本層>灌木層，而Monk指數是灌木層>草本層；

均勻度指數灌木層>草本層，灌木層中各物種間的個體數量比草本層更相近；

物種多樣性Simpson指數和Shannon-Wiener指數均為草本層>灌木層。