黔中喀斯特山地不同孤岛生境的群落组成及物种多样性研究(2011-05-23)

黔中喀斯特山地不同孤岛生境的群落组成及物种多样性研究胡方彩1，罗庆莲2，孙云3（1.贵州省黔中水利枢纽工程建设管理局，贵州贵阳550002；2.贵州省林业种苗站，贵州贵阳550001，3.花溪区林业绿化局，贵州贵阳550025）摘要：为了解黔中喀斯特山地孤岛生境植被演替过程中物种组成及物种多样性，采用以空间序列代替时间序列的研究方法对不同类型孤岛进行样方调查，对群落物种组成及物种多样性进行了分析。结果表明：喀斯特山地孤岛生境植被演替过程中，随着演替的进展，群落高度逐渐增大，阴性植物逐渐迁入，每个阶段木本植物都有不同的优势种。草本层的物种丰富度在灌草丛阶段最大，然后逐渐减小；灌木层物种丰富度在灌木林阶段最大。草本层的多样性指数逐渐递减，均匀度指数在灌木林阶段最大；灌木层的多样性指数在灌草丛阶段最小，其次是乔木林阶段，在灌木林阶段最高,均匀度指数在灌草丛最高；灌木层的生态优势度在乔木林最大，乔木林中乔木层的优势度约为灌木层的3倍。关键词：黔中；喀斯特；孤岛生境；群落组成；物种多样性CommunityCompositionandSpeciesDiversityofDifferentIslandHabitatofKarstMountainousinCentralGuizhouHUFang-cai1,LUOQing-lian2，SUNYun3(1.HydroEngineeringConstructionAuthorityofCentralofGuizhou,GuizhouGuiyang550002;2.GuizhouForestrySeedStation,GuizhouGuiyang5500013.GuizhouHuaxiDistrictForestGreenOffice,GuizhouGuiyang550025)Abstract:ThemostofKarstmountains,centralGuizhou,issurroundedbyfarmland,belongtothefragmentedanddiscontinuoushabitat.InordertounderstandcommunityspeciescompositionanddiversityofdifferentislandhabitatsofKarstmountainousincentralGuizhou,Aquadratsurveysubstituteaspaceseriesmethodforatimecoursemethod，wasconductedindifferentislandhabitatsinHuaxiofGuiyangandAnshun,Guizhouprovince.Communityspeciescompositionanddiversitywereanalysed.Theresultsindicatedthattheheightofcommunityincreasegradually,heliophilousplantwasgraduallyreplacedbyshade-toleranceplantsinvegetationsuccessionalprocessesofKarst.Andtherearedifferentdominantspeciesofwoodyplantsineverysuccessionalstage.Speciesrichnessofherblayerinshrub-grasslandisthelargest,thenitgraduallyreduced;speciesrichnessofshrublayerinshrubisthelargest.Simpson’sdiversityindexandshannon-Wienerindexofherblayerweregraduallydecreasing,evennessindexofherblayerinshrubisthelargest;Simpson’sdiversityindex,shannon-Wienerindexofshrublayerinshrub-grasslandisthelowest,arborforestfollowing,andthehighestisinshrub,Evennessindexisthelargestinshrub-grassland;Ecologicaldominanceofshrublayeristhelargestinarborforest,ecologicaldominanceofarborlayeris3timesasmuchasshrublayerinarborforest.Keyword:CentralGuizhou;Karst;IslandHabitat;CommunityComposition;SpeciesDiversity收稿日期：2011年月日基金项目：贵州省林业厅科学技术研究项目（2007-05）：贵州省天保工程区喀斯特山地生境孤岛植物多样性分布特征及保护方案研究作者简介：胡方彩（1978-），女，贵州习水人，工程师，从事林业、园林、水土保持等工作。喀斯特石漠化是指在亚热带脆弱的喀斯特环境背景下，受人类不合理社会经济活动的干扰破坏，造成土壤严重侵蚀，基岩大面积出露，土地生产力严重下降，地表出现类似荒漠景观的土地退化过程[1]。喀斯特石漠化现已成为中国西南喀斯特生态系统退化的主要形式。喀斯特石漠化地区与北方的沙漠和黄土高原并称为我国三大脆弱生态区[2]。贵州是中国喀斯特分布的中心地区，亦是中国石漠化分布面积最大、危害最严重的省份。随着人口剧增，人类活动日益频繁，对土地开发利用的广度和深度都在不断扩展，导致喀斯特地区生境破碎化程度不断加重，从而导致石漠化的形成与面积的不断扩大。对喀斯特地区植被群落的研究，研究者们已经做了大量工作[3~6]，目前对喀斯特地区群落不同恢复阶段的研究也有不少，如喻理飞[7]等对喀斯特植被恢复的群落动态的研究，区智[8]等对广西岩溶植被多样性的研究等。但是对喀斯特植被恢复的研究，特别是对自然干扰下形成的破碎化孤岛生境的研究还需要大量工作。生态系统内物种组成及多样性特征是系统功能维持的生物基础，而贵州省中部地区大部分喀斯特山体被农田所包围，属于破碎化的不连续生境。一个生态系统的物种组成及多样性特征是该系统功能维持的生物学基础[9]。因此，对该地区进行物种组成和物种多样性研究，揭示这一地区植被类型特征，为这一类喀斯特地区植物多样性保护与破碎生境的修复提供背景资料和基础数据，具有重要意义。1研究区概况与研究方法1.1研究区概况实验区位于贵州省中部的贵阳市花溪区和安顺市，花溪地理位置为106°27′E～106°52′E，26°11′N～26°34′N，平均海拔为1100m，年平均气温14℃～15.5℃，年降雨量1100mm～l200mm，无霜期270天，年均相对湿度82％。安顺位于105°13′E～106°34′E，北纬25°21′N～26°38′N，平均海拔高度在1102m～1694m之间，雨量充沛，年平均降雨量1360mm，年平均气温14℃。都属于典型的高原型湿润亚热带季风气候，母岩以石灰岩为主，发育形成的喀斯特地貌，土壤为石灰土，植被为中亚热带湿润常绿落叶阔叶混交林，以常绿林为主。样地基本概况见表1。表1：样地基本概况演替阶段坡度/°土层厚度/cm土壤类型岩石裸露率/%群落平均高度/m植被平均盖度/%灌草丛4021～28石灰土500.2213灌木林4525～42石灰土151.1354乔木林5030～42石灰土108.59801.2样地设置采用“以空间序列代替时间序列”的调查研究方法，对黔中喀斯特山地孤岛生境不同演替阶段的群落进行物种组成和多样性分析。样地均为黔中地区喀斯特孤岛生境，以喀斯特植被正向演替方向选择了14个样地包括乔木林群落（4个样地）、灌木林群落（8个样地）和灌草丛群落（2个样地）3个不同演替阶段。其中，乔木林样地面积20m×30m，灌木灌丛及灌草样地面积为20m×8m，每个样地再根据乔、灌、草分别设10个6m×10m的乔木样方、2m×2m灌木样方和1m×1m的草本样方。调查并记录每个样地乔、灌木的种类、数量、胸（地）径、高度、冠幅和盖度，草本植物的种类、平均高度和盖度。1.3数据处理①相对重要值=(相对密度＋相对频度＋相对显著度)/3第i种植物的相对密度=第i种植物的密度/所有植物的密度和第i种植物的相对频度=第i种植物的频度/所有植物的频度和第i种植物的相对显著度=第i种植物的胸（地）径断面积和/所有植物的胸（地）径面积总和②物种丰富度指数：S=样地内物种数；③Simpson指数[10]：SN=1－)1()1(1NNNisiin④Shannon-Wiener指数[10]：SW=3.3219(lgN－N1NiNisilg1)⑤均匀度指数[10]：PW=NaaBaBSaNNiNiNN)1lg()1(lg)(lglg1lg⑥生态优势度指数：])1(/[)1(NNNiNi式中：N为样地内林木个体总数，Ni为第i种的个体数，S为样地内林木种数，B为N被S整除以后的余数，α为（N－B）/S。2结果与分析2.1黔中不同类型孤岛生境的物种组成分析2.1.1灌草群落灌草丛是黔中喀斯特孤岛生态系统恢复演替初期最普遍的类型。由于长期的自然或人为活动，导致基岩裸露，土被不连续，植物生长不均匀，植被退化极为严重。根据调查，该类型样地内主要为草本植物，同时生长一定数量的匍匐类藤本和灌木，这些植物多为喜光、耐干旱瘠薄生境的先锋性种类。其中，草本主要有白茅（Imperatacylindricavar.major）、假俭草（Eremochloaophiuroides）、荩草（Arthraxonhispidus）、西南萎陵菜（Potentillafulgens）、牡蒿（Artemisiajaponica）、杏叶沙参（Adenophoraaxilliflora）、野胡萝卜（Daucuscarota）、风轮草（Clinopodiumchinensis）、野菊（Dendranthemaindicum）、千里光（Senecioscandens）、山莴苣（Mulgediumsibiricum）、小蓬草（Conyzacanadensis）、牛至（Origanumvulgare）、黄茅（Heteropogoncontortus）等。藤本植物主要是地瓜藤（Ficustikoua），灌木则以蠔猪刺（Berberisjulianae）、火棘（Pyracanthafortuneana）、六月雪（Serissafoetida）等为主。2.1.2灌木群落由于近十多年来国家和地方实施了天然林保护工程以及石漠化综合治理工程，黔中地区很多地段的植被得到较大程度的恢复。但由于喀斯特地区严酷、脆弱、多样化的生境背景，林木生长缓慢，大多数喀斯特植被恢复区仍处于灌木灌丛状态。因此，灌木灌丛是黔中地区喀斯特孤岛最具代表性亦最普遍的植被类型。在此阶段，由于前期多年生草本和先锋树种的迁入并繁殖生长，大大改善了喀斯特地区原有的严酷生境，为大量次先锋性树种的入迁提供了基本条件，灌木层在群落中的作用逐渐取代草本层原有的作用，群落盖度、高度都在不断增加。同时，草本植物类型发生了较大变化，原先的先锋性阳性草种大多数退出而被喜阴性的草种取代，如千里光（Senecioscandens）、贯众（Cyrtomiumfortunei）、苔草（Carexspp.）、粉条儿菜（Aletrisspicata）等。木本植物种类增多，并出现部分乔木种类，主要灌木种类有竹叶椒（Zanthoxylumplanispinum）、金佛山荚蒾（Viburnumchinshanense）、中华绣线菊（Spiraeachinensis）、火棘（Pyracanthafortuneana）、马桑（Coriarianepalensis）、铁仔（My