摩天嶺北坡東南段草本植物多樣性對(duì)地形因子的響應(yīng)

1、蘭州大學(xué)學(xué)報(bào) : 自然科學(xué)版 , 2017,53( 5) / 10 月Journalof LanzhouUniversity ： NaturalSciences ，2017 ， 53(5) / October摩天嶺北坡東南段草本植物多樣性對(duì)地形因子的響應(yīng)宋玲玲, 李宗杰, 田青甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院 , 蘭州 730070摘 要：通過(guò)對(duì)摩天嶺北坡東南段植被及其環(huán)境因子的系統(tǒng)取樣調(diào)查 , 采用相關(guān)分析和逐步回歸分析闡釋了摩天嶺北坡典型森林群落內(nèi)的草本植物多樣性規(guī)律 , 探討了森林群落草本多樣性對(duì)地形因子的響應(yīng) . 結(jié)果表明 : 隨著海拔梯度的升高, 草本植物的 Simpson 多樣性指數(shù)、 Shan

2、non-Wiener多樣性指數(shù)和 Pielou 均勻度指數(shù)變化趨勢(shì)基本相同, 均呈先增加再降低、再增加再降低的變化趨勢(shì)Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)隨海拔梯度的增加呈現(xiàn)先降再升、再降再升的變化趨勢(shì). 坡位是影響研究區(qū)植物多樣性最重要的地形因子, 坡向和坡形也與植物多樣性指數(shù)相關(guān)性顯著, 坡度與多樣性指數(shù)的相關(guān)性極不顯著 .關(guān)鍵詞：植物多樣性 ; 草本層 ; 地形因子 ; 摩天嶺北坡中圖分類號(hào)： S718.51文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào): 0455-2059(2017)05-0659-05DOI: 10.13885/j.issn.0455-2059.2017.05.015Response of her

3、baceous plant diversity to terrain factors in the southeast stretch of the northern slope of MotianlingSong Ling-ling,Li Zong-jie,Tian QingCollege of Forestry, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, ChinaAbstract: Correlation analysis and stepwise regression analysis were used to illustrate

4、the herbaceous plant diversity pattern and discussthe diversity of forest communitys herbal responsesto terrain factors of the typical forest community in the northern slope of Motianling, through an investigation into vegeta-tion and environmental factors. The results showed that the Simpson divers

5、ity index, Shannon-Wiener di-versity index and Pielou evennessindex underwent the sametrend of first increasing and then lowering, along with the changes in elevation gradient; with the increase of the elevation gradient those indexes lowered first, then appeared the changing trend of rise and fall.

6、 The Simpson dominance index experi-enced a likewise trend. Slope was the most important terrain factor that affected the plant diversity in the study area, but slope direction and slope-shapealso influenced the plant diversity index significantly, and a highly significant correlation existed betwee

7、n the slope and diversity index.Key words: plant diversity; herb layer; terrain factor; the northern slopeMotianling群落多樣性研究是對(duì)生物群落組成、功能和要部分 , 也是生態(tài)學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容. 群落多樣性結(jié)構(gòu)差異性的研究, 是生態(tài)系統(tǒng)多樣性研究的主在一定程度上呈現(xiàn)了結(jié)構(gòu)差異、群落組織差異以收稿日期：2016-06-20修回日期：2016-12-21基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31260122)作者簡(jiǎn)介：田青 (1974 - ), 女 , 甘肅臨洮人, 教授 , 博士 , e-

8、mail: tqing,物生態(tài)規(guī)劃, 通信聯(lián)系人.研究方向?yàn)楦珊祬^(qū)植物功能性狀、園林植660蘭州大學(xué)學(xué)報(bào) : 自然科學(xué)版 , 2017, 53(5)及群落穩(wěn)定度和生境狀況的差異性, 也可以呈現(xiàn)成分復(fù)雜并且類型多樣, 海拔梯度相差大 , 是一個(gè)群落植被組織程度的基礎(chǔ)1 - 2. 已有很多關(guān)于森林典型的縮小了的環(huán)境梯度和海拔梯度差異性明顯植物多樣性隨地形因子變化特征以及相互關(guān)系的的植物生長(zhǎng)環(huán)境,氣候因子和植被類型都呈明顯報(bào)道 , 隨著海拔梯度的升高, 草本植物 多樣性基的垂直梯度分布,是岷山山系與秦嶺山地的物種本呈先增后降再增的 “ N”型變化趨勢(shì) , 草本植物物和基因交流以及過(guò)渡的重要通道.種豐

9、富度和 Shannon-Wiener 指數(shù)隨海拔梯度的升2材料與方法高整體呈下降拋物線的變化趨勢(shì). 草本植物群落和灌木植物群落的物種豐富度和多樣性在環(huán)境梯2.1樣帶及樣地設(shè)置度上呈單峰曲線變化趨勢(shì), 且喬木植物群落的物在摩天嶺北坡海 拔 6731 520 m 地段 , 主要采種豐富度和多樣性在環(huán)境梯度上的變化基本不明用樣線法和樣地法相結(jié)合的方法進(jìn)行野外調(diào)查采顯 . 基于草本、 喬木、灌木物種豐富度和多樣性對(duì)集 . 主要的采樣區(qū)域選擇在摩天嶺北坡東南部的環(huán)境梯度變化響應(yīng)的研究顯示, 其對(duì)環(huán)境梯度變碧峰溝保護(hù)站和竹園溝保護(hù)站, 在每個(gè)保護(hù)站按化的大小順序?yàn)椴荼緦庸嗄緦?喬木層 . 關(guān)于資照海拔梯度

10、設(shè)置一條樣線,在樣線上海拔梯度每源的可利用程度而言 ,植物群落物種多樣性在垂隔 100 m 設(shè)置一個(gè)調(diào)查樣地, 共調(diào)查了 9 塊樣地 ,直環(huán)境梯度上的變化規(guī)律進(jìn)一步反映了物種多樣其中碧峰溝保護(hù)站的調(diào)查樣線上調(diào)查了5塊樣地 ,性與資源生產(chǎn)力的關(guān)系內(nèi)涵3- 7 .竹園溝保護(hù)站的調(diào)查樣線上設(shè)置了4 塊調(diào)查樣生物多樣性關(guān)乎人類生存和可持續(xù)發(fā)展,生地 . 樣線的選擇前提是盡量回避人為和自然干擾物多樣性不但永續(xù)供給人類生存所需的物質(zhì),還較大的地段、 跡地和大型林窗 ,選擇林相相對(duì)整齊在一定程度上對(duì)生態(tài)環(huán)境中的水土起到保持作的植物群落 . 調(diào)查時(shí)間 為 2013 年 8 月中下旬 .用, 并能夠調(diào)節(jié)氣候環(huán)境

11、、維持自然生態(tài)系統(tǒng)的健每塊調(diào)查樣地面積為400 m2(20 m 20 m), 設(shè)康平衡 , 是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)和人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展置 1 m1m 草本樣方 4 個(gè) . 調(diào)查每個(gè)小樣方的種類必不可少的支柱 8 - 11. 摩天嶺北坡是岷山山系的一組成、每種植物的個(gè)體數(shù)量及髙度、蓋度 .2條樣條山脈 , 植被類型多樣, 資源十分豐富 . 本研究以線共設(shè) 36 個(gè)樣方 , 共有草本植物65種 .摩天嶺北坡草本層為研究對(duì)象, 通過(guò)對(duì)該區(qū)域植樣地海拔高度用 GPS 測(cè)得 , 所測(cè)量的地形因物多樣性相關(guān)指數(shù)的計(jì)算分析, 研究了摩天嶺北子主要有坡向、 坡度、坡位及坡形 , 其中坡度由經(jīng)坡典型森林群落內(nèi)草本植物多

12、樣性規(guī)律, 探討了緯儀測(cè)得 , 采用實(shí)測(cè)值 , 而坡向、 坡位和坡形均采草本多樣性分布與地形因子的關(guān)系, 以期為草本用賦值法 . 坡向 : 北向?yàn)?1、東北為2、西北為 3、植物多樣性的恢復(fù)提供基礎(chǔ)資料.東向?yàn)?4、西向?yàn)?、東南為6、西南為 7、南向?yàn)? 研究區(qū)概況8; 坡位 : 上坡位為1、中坡位為2、下坡位為 3; 坡摩天嶺是白水江自然保護(hù)區(qū)主體部分, 地理形分凹、 平凹、 平、平凸、 凸 5 級(jí) , 依次賦值 15;地形指數(shù)是坡形值和坡位值之和. 對(duì)全部地形因位置為 32 412532 4345N,105 0322105 1853E. 山脈略呈弧形 , 弧頂以西為北西西- 南東東子指數(shù)

13、做歸一化處理 , 得到 01 的區(qū)間值 .走向 , 以東為近東西走向. 西段海拔高達(dá)3 500 m2.2數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)分析以上 , 由黑云母花崗巖體構(gòu)成的保護(hù)區(qū)最高峰- 駱選用的 多樣性指數(shù)為 :峰山 (4 072 m)及第二高峰(3 924m)均分布于西Shannon-Wiener 多樣性指數(shù) :段 . 東段海拔低 , 山脊線一般僅有2 0002 700 m,SH = -Pi ln Pi ,最東端甚至降到 1 500 m 左右 , 只具有中山的高i =1度, 山麓海拔也自西向東逐漸降低. 西段山麓可達(dá)SSimpson 多樣性指數(shù) : D = 1 -22 000 m 以上 , 東段僅有 600

14、800 m, 對(duì)研究區(qū)自然Pi ,i = 1Pielou 均勻度指數(shù) : E =H界的垂直帶性分異和帶譜結(jié)構(gòu)的東西差別都有深,刻影響 . 西邊與青藏高原相連、東邊與秦嶺山地ln S2S相接、南部靠近橫斷山脈和華中地區(qū), 各種植被區(qū)Simpson 優(yōu)勢(shì)度指數(shù) : C =Pi,i = 1, 植被其中 , S 為物種數(shù)目 , Pi系都在摩天嶺北坡東南緣森林植被區(qū)交匯為第 i 個(gè)物種的相對(duì)重要宋玲玲，等： 摩天嶺北坡東南段草本植物多樣性對(duì)地形因子的響應(yīng)661值,P=N/N, N為第 i 個(gè)物種的重要值 , N為群落ii0i0樣地中所有種重要值之和 .有關(guān)重要值的計(jì)算方法很多, 并且不同植被層次重要值計(jì)

15、算方法不同, 本研究對(duì)草本層的重要值采用如下計(jì)算方法:重要值 = 相對(duì)多度 + 相對(duì)高度 + 相對(duì)蓋度 .32.3數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)運(yùn)用 SPSS 19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、 相關(guān)分析和逐步回歸分析 , 運(yùn)用 Oringe 8.0 軟件作圖 .的關(guān)于關(guān)山草原群落物種數(shù)的研究結(jié)論一致 . 植物蓋度與海拔梯度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系 , 回歸方程為 :y= - 0.748 9x+10, R2 =0.421 3.其中 , x 為海拔 , y 為物種數(shù) . 這與劉建泉等14 關(guān)于金露梅群落蓋度的研究結(jié)果相反 . 植被高度與海拔梯度相關(guān)性不顯著 (R2=0.031 3), 植被密度與海拔梯度相關(guān)性極不顯著 , 關(guān)于

16、高度和密度的研究大體與前人的研究結(jié)果一致 15 .3 結(jié)果與討論3.1草本多樣性分析由圖 1 可以看出 , 在海拔 1 218 m 草本層物種數(shù)達(dá)到最大 , 而海拔 993 m 草本層物種數(shù)最少 , 此結(jié)論與郝占慶等 12 的研究結(jié)論不一致 , 主要是由于摩天嶺北坡地區(qū)的環(huán)境梯度變化顯著, 且低海拔區(qū)域喬木和灌木的物種數(shù)較多, 這種條件下耐陰草本生長(zhǎng)的較多, 所以在較低海拔區(qū)間生長(zhǎng)的大多為耐陰草本, 喜陽(yáng)植物不適宜這種環(huán)境, 最終導(dǎo)致草本層物種數(shù)在中海拔區(qū)間達(dá)到峰值. 相關(guān)分析表明物種數(shù)與海拔梯度呈顯著正相關(guān)關(guān)系,回歸方程為 :y=0.690 9x+7.60, R2 =0.293 0.13其中

17、 , x 為海拔 , y 為物種數(shù). 此結(jié)論與胡遠(yuǎn)彬等圖 1不同海拔梯度草本層植物物種數(shù)、蓋度、高度和密度Fig. 1Species,coverage, height and density with differentelevation gradient for herb layer plant3.2不同海拔梯度下草本層多樣性指數(shù)通過(guò)逐步回歸分析得出 (圖 2), D、H 與海拔梯度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系 ; C 與海拔梯度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系, E 與海拔梯度呈正相關(guān)關(guān)系. 從總變化趨勢(shì)看, 草本植物H、D、E 隨海拔梯度的變化趨勢(shì)基圖 2草本 多樣性與海拔梯度相關(guān)分析Fig. 2Correlatio

18、n analysis for diversity and elevation gradient for herb layer plant662本相同 , 都在海拔 1 115 m 處達(dá)到峰值 , 最低值也都出現(xiàn)在海拔 673 m 處 . H、D、E 均隨海拔梯度的增加呈先升再降、 再升再降的變化趨勢(shì) (圖 3). C隨海拔梯度的增加呈現(xiàn)先降再升、 再降再升的變化趨勢(shì) , 優(yōu) 勢(shì) 度 指數(shù) 的 峰 值 出 現(xiàn) 在 海 拔 673 m處 , 最小值出現(xiàn)在其他 3 個(gè)指數(shù)峰值出現(xiàn)的海拔處(1 115 m).圖 3 草本植物 多樣性指數(shù)隨海拔梯度的變化 Fig. 3 Relationship for

19、diversity with the changeofaltitude gradient for herb plant3.3不同坡向、 坡位和坡形條件下草本植物多樣性指數(shù)從圖 4 可以看出 , C 大小為西向 西南 西北 東南 南向 東北 東向 ; H、D 隨著坡向由東北方向依次到向南變化趨勢(shì)基本一致 , 但多樣性指數(shù)的大小有略微的差別 , D 大小為東向 東北 南向 東南 西北 西南 西向 , 而 H 大小為東向 東北 南向 西南 東南 西北 西向 ; E 大小為東南 南向西北 東向 東北 西南 西向 . 這主要是由于陰坡 (東、南和東南 ) 的土壤水分含量高于陽(yáng)坡 (西、北和西北 ), 陽(yáng)

20、坡較陰坡溫度高、 濕度小、 蒸發(fā)量大、土壤的物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化都強(qiáng) , 使得土壤腐殖質(zhì)和其他有機(jī)成分積累較少 , 植被生長(zhǎng)發(fā)育不好造成的 . 從不同坡位來(lái)看 , 只有 C 大小為上坡位蘭州大學(xué)學(xué)報(bào) : 自然科學(xué)版 , 2017, 53(5)中坡位 下坡位 , 而 H、D、E 大小均為下坡位 中坡位 上坡位 , 此結(jié)論與冶民生等 16 的研究結(jié)論相反 , 主要是由于山坡下部坡度較緩 , 人類干擾較少 , 也是一個(gè)養(yǎng)分和水分流失的匯 , 土壤質(zhì)地相對(duì)較好 , 支持較高的多樣性 . 坡中部以及上部生物多樣性依次遞減 , 這可能與研究區(qū)植被的分布情況有很大關(guān)聯(lián) , 坡中部地勢(shì)相對(duì)平緩 , 是人們從事農(nóng)

21、業(yè)活動(dòng)較多的地段 , 對(duì)生物的干擾也較大 , 故在此位置出現(xiàn)較低的多樣性 . 從不同坡形來(lái)看 , C 大小為平坡 平凹 平凸 凹坡 凸坡 ; H、D 變化趨勢(shì)一致 : 凹坡 凸坡 平凹 平凸 平坡 ; C 大小為凸坡 凹坡 平凸 平坡 平凹 ; 凹坡不同于平坡和凸坡,它是凸坡和平坡養(yǎng)分水分流失的一個(gè)匯, 養(yǎng)分經(jīng)過(guò)淋溶主要集中在凹坡, 有較高的土壤養(yǎng)分和水分 , 支持著較高的多樣性 .3.4 草本多樣性對(duì)地形因子的響應(yīng)以及相關(guān)性經(jīng)相關(guān)性分析得出( 表 1), H、D、E、C 均呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與坡向和坡形等地形因子呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系. H 、D、E 與坡位均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系 , 而與坡向和

22、坡形呈顯著正相關(guān)關(guān)系. H 、E 以及坡位均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系, 與坡向和坡形呈顯著正相關(guān)關(guān)系, 與坡位呈極顯著正相關(guān)關(guān)系 . E 與坡形和坡位均呈顯著正相關(guān)關(guān)系. 地形因子之間 , 只有坡向和坡形呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系,其他地形因子之間關(guān)系不顯著. 坡度與其他地形因子以及多樣性指數(shù)關(guān)系都不顯著.坡位是影響研究區(qū)多樣性最重要的地形因子 , 與 H、D、E、C 相關(guān)性顯著 . 主要是由于在黃土高原丘陵溝壑區(qū) , 地貌形態(tài)比較復(fù)雜 , 坡位是以溝沿線作為基準(zhǔn)線劃分的 , 在相當(dāng)程度上揭示了黃土地貌的空間變異態(tài)勢(shì) , 不同坡位之間在土壤、水分、養(yǎng)分、光照、風(fēng)速以及土壤侵蝕等各方面存a 坡向b 坡位c

23、坡形圖 4不同坡向、 坡位和坡形條件下植物多樣性指數(shù)Fig. 4Plant diversity index with different slope direction, slope position and slope form宋玲玲，等： 摩天嶺北坡東南段草本植物多樣性對(duì)地形因子的響應(yīng)663表 1植物多樣性指數(shù)與地形因子相關(guān)性Table 1Correlationanalysisfor plant diversity index and terrain factor植物多樣性指數(shù)與地形因子CDHE坡向坡形坡位坡度C1.000aD- 1.000a1.000aH- 0.754a0.754a1.0

24、00aE- 0.711a0.711a0.757a1.000坡向- 0.360b0.360b0.302b0.1001.000a坡形- 0.316b0.316b0.425b0.302b0.434a1.00坡位- 0.362a0.362a0.390a0.339b0.154a0.1581.00坡度- 0.150a0.150a0.019a- 0.111a0.017a- 0.132- 0.1101a 表示在 0.01 水平上顯著相關(guān), b 表示在 P0.05 水平上顯著相關(guān) .在很大差異 , 影響不同坡位植物的生長(zhǎng)狀況、 分布格局 , 從而影響到 多樣性指數(shù) . 坡向和坡形也與多樣性指數(shù)相關(guān)性顯著 , 但

25、顯著程度不及坡位 .這可能是由于坡向只影響林地的光照 , 從而影響植物的光合作用 , 影響植物多樣性 ; 而坡形很大程度上影響著與植物生長(zhǎng)密切相關(guān)的立地的土壤肥力和養(yǎng)分的分布, 也間接影響著植物多樣性. 坡度與多樣性指數(shù)的相關(guān)性極不顯著 , 可能是由于坡度對(duì)立地土壤肥力以及光合作用等與植物生長(zhǎng)必需條件的影響十分有限所致 . 當(dāng)然地形因子就是通過(guò)對(duì)土壤肥力、 養(yǎng)分和光照等的影響進(jìn)而影響植物多樣性 .4 結(jié)論4 江小雷 , 張衛(wèi)國(guó) . 功能多樣性及其研究方法J. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(10): 2766-2773.5 馬克平 , 黃建輝 , 于順利 , 等 . 北京東陵山地區(qū)植物群落物種多

26、樣性的研究 J. 生態(tài)學(xué)報(bào) , 1995, 15(3): 268-277.6 孔令偉 , 陳祥偉 , 魯紹偉 , 等 . 華北落葉松林木生長(zhǎng)、 草本植物多樣性及地形因子之間的關(guān)系J. 水土保持通報(bào), 2014, 34(5): 60-66.7 Hamilton A C, Perrot R A. A study of altitudinal zona-tion in the montane forest belt of Mt. Elgon, Kenya/ UgandaJ. Vegetation, 1981, 45: 107-125.8 Dolezal J, Srutek M. Altitudinal changes in composition and structure of mountain temperate vegetation: a case study from the Western CarpathiansJ. Plant Ecology, 2002, 158: 201-221.9 蘇潔瓊 , 李新榮 , 鮑婧婷 . 溫性荒漠草原不同功能型草本植物對(duì)氮沉降的響應(yīng) J. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào) : 自然科學(xué)隨著海拔梯度的變化, 草本植物 D、H、E 的變化趨勢(shì)基本相同 , 均呈先增加后降低、 再增加再降低的變化趨勢(shì) . 不同的是 , 隨著海拔梯度的增加 C 呈