摩天岭北坡东南段草本植物多样性对地形因子的响应

1、兰州大学学报 : 自然科学版 , 2017,53( 5) / 10 月Journalof LanzhouUniversity ： NaturalSciences ，2017 ， 53(5) / October摩天岭北坡东南段草本植物多样性对地形因子的响应宋玲玲, 李宗杰, 田青甘肃农业大学林学院 , 兰州 730070摘 要：通过对摩天岭北坡东南段植被及其环境因子的系统取样调查 , 采用相关分析和逐步回归分析阐释了摩天岭北坡典型森林群落内的草本植物多样性规律 , 探讨了森林群落草本多样性对地形因子的响应 . 结果表明 : 随着海拔梯度的升高, 草本植物的 Simpson 多样性指数、 Shan

2、non-Wiener多样性指数和 Pielou 均匀度指数变化趋势基本相同, 均呈先增加再降低、再增加再降低的变化趋势Simpson 优势度指数随海拔梯度的增加呈现先降再升、再降再升的变化趋势. 坡位是影响研究区植物多样性最重要的地形因子, 坡向和坡形也与植物多样性指数相关性显著, 坡度与多样性指数的相关性极不显著 .关键词：植物多样性 ; 草本层 ; 地形因子 ; 摩天岭北坡中图分类号： S718.51文献标识码： A文章编号: 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群落多样性研究是对生物群落组成、功能和要部分 , 也是生态学的主要研究内容. 群落多样性结构差异性的研究, 是生态系统多样性研究的主在一定程度上呈现了结构差异、群落组织差异以收稿日期：2016-06-20修回日期：2016-12-21基金项目：国家自然科学基金项目(31260122)作者简介：田青 (1974 - ), 女 , 甘肃临洮人, 教授 , 博士 , e-

8、mail: tqing,物生态规划, 通信联系人.研究方向为干旱区植物功能性状、园林植660兰州大学学报 : 自然科学版 , 2017, 53(5)及群落稳定度和生境状况的差异性, 也可以呈现成分复杂并且类型多样, 海拔梯度相差大 , 是一个群落植被组织程度的基础1 - 2. 已有很多关于森林典型的缩小了的环境梯度和海拔梯度差异性明显植物多样性随地形因子变化特征以及相互关系的的植物生长环境,气候因子和植被类型都呈明显报道 , 随着海拔梯度的升高, 草本植物 多样性基的垂直梯度分布,是岷山山系与秦岭山地的物种本呈先增后降再增的 “ N”型变化趋势 , 草本植物物和基因交流以及过渡的重要通道.种丰

9、富度和 Shannon-Wiener 指数随海拔梯度的升2材料与方法高整体呈下降抛物线的变化趋势. 草本植物群落和灌木植物群落的物种丰富度和多样性在环境梯2.1样带及样地设置度上呈单峰曲线变化趋势, 且乔木植物群落的物在摩天岭北坡海 拔 6731 520 m 地段 , 主要采种丰富度和多样性在环境梯度上的变化基本不明用样线法和样地法相结合的方法进行野外调查采显 . 基于草本、 乔木、灌木物种丰富度和多样性对集 . 主要的采样区域选择在摩天岭北坡东南部的环境梯度变化响应的研究显示, 其对环境梯度变碧峰沟保护站和竹园沟保护站, 在每个保护站按化的大小顺序为草本层灌木层 乔木层 . 关于资照海拔梯度

10、设置一条样线,在样线上海拔梯度每源的可利用程度而言 ,植物群落物种多样性在垂隔 100 m 设置一个调查样地, 共调查了 9 块样地 ,直环境梯度上的变化规律进一步反映了物种多样其中碧峰沟保护站的调查样线上调查了5块样地 ,性与资源生产力的关系内涵3- 7 .竹园沟保护站的调查样线上设置了4 块调查样生物多样性关乎人类生存和可持续发展,生地 . 样线的选择前提是尽量回避人为和自然干扰物多样性不但永续供给人类生存所需的物质,还较大的地段、 迹地和大型林窗 ,选择林相相对整齐在一定程度上对生态环境中的水土起到保持作的植物群落 . 调查时间 为 2013 年 8 月中下旬 .用, 并能够调节气候环境

11、、维持自然生态系统的健每块调查样地面积为400 m2(20 m 20 m), 设康平衡 , 是整个生态系统和人类社会可持续发展置 1 m1m 草本样方 4 个 . 调查每个小样方的种类必不可少的支柱 8 - 11. 摩天岭北坡是岷山山系的一组成、每种植物的个体数量及髙度、盖度 .2条样条山脉 , 植被类型多样, 资源十分丰富 . 本研究以线共设 36 个样方 , 共有草本植物65种 .摩天岭北坡草本层为研究对象, 通过对该区域植样地海拔高度用 GPS 测得 , 所测量的地形因物多样性相关指数的计算分析, 研究了摩天岭北子主要有坡向、 坡度、坡位及坡形 , 其中坡度由经坡典型森林群落内草本植物多

12、样性规律, 探讨了纬仪测得 , 采用实测值 , 而坡向、 坡位和坡形均采草本多样性分布与地形因子的关系, 以期为草本用赋值法 . 坡向 : 北向为 1、东北为2、西北为 3、植物多样性的恢复提供基础资料.东向为 4、西向为5、东南为6、西南为 7、南向为1 研究区概况8; 坡位 : 上坡位为1、中坡位为2、下坡位为 3; 坡摩天岭是白水江自然保护区主体部分, 地理形分凹、 平凹、 平、平凸、 凸 5 级 , 依次赋值 15;地形指数是坡形值和坡位值之和. 对全部地形因位置为 32 412532 4345N,105 0322105 1853E. 山脉略呈弧形 , 弧顶以西为北西西- 南东东子指数

13、做归一化处理 , 得到 01 的区间值 .走向 , 以东为近东西走向. 西段海拔高达3 500 m2.2数据整理与统计分析以上 , 由黑云母花岗岩体构成的保护区最高峰- 骆选用的 多样性指数为 :峰山 (4 072 m)及第二高峰(3 924m)均分布于西Shannon-Wiener 多样性指数 :段 . 东段海拔低 , 山脊线一般仅有2 0002 700 m,SH = -Pi ln Pi ,最东端甚至降到 1 500 m 左右 , 只具有中山的高i =1度, 山麓海拔也自西向东逐渐降低. 西段山麓可达SSimpson 多样性指数 : D = 1 -22 000 m 以上 , 东段仅有 600

14、800 m, 对研究区自然Pi ,i = 1Pielou 均匀度指数 : E =H界的垂直带性分异和带谱结构的东西差别都有深,刻影响 . 西边与青藏高原相连、东边与秦岭山地ln S2S相接、南部靠近横断山脉和华中地区, 各种植被区Simpson 优势度指数 : C =Pi,i = 1, 植被其中 , S 为物种数目 , Pi系都在摩天岭北坡东南缘森林植被区交汇为第 i 个物种的相对重要宋玲玲，等： 摩天岭北坡东南段草本植物多样性对地形因子的响应661值,P=N/N, N为第 i 个物种的重要值 , N为群落ii0i0样地中所有种重要值之和 .有关重要值的计算方法很多, 并且不同植被层次重要值计

15、算方法不同, 本研究对草本层的重要值采用如下计算方法:重要值 = 相对多度 + 相对高度 + 相对盖度 .32.3数据分析数据运用 SPSS 19.0 软件进行统计分析、 相关分析和逐步回归分析 , 运用 Oringe 8.0 软件作图 .的关于关山草原群落物种数的研究结论一致 . 植物盖度与海拔梯度呈显著负相关关系 , 回归方程为 :y= - 0.748 9x+10, R2 =0.421 3.其中 , x 为海拔 , y 为物种数 . 这与刘建泉等14 关于金露梅群落盖度的研究结果相反 . 植被高度与海拔梯度相关性不显著 (R2=0.031 3), 植被密度与海拔梯度相关性极不显著 , 关于

16、高度和密度的研究大体与前人的研究结果一致 15 .3 结果与讨论3.1草本多样性分析由图 1 可以看出 , 在海拔 1 218 m 草本层物种数达到最大 , 而海拔 993 m 草本层物种数最少 , 此结论与郝占庆等 12 的研究结论不一致 , 主要是由于摩天岭北坡地区的环境梯度变化显著, 且低海拔区域乔木和灌木的物种数较多, 这种条件下耐阴草本生长的较多, 所以在较低海拔区间生长的大多为耐阴草本, 喜阳植物不适宜这种环境, 最终导致草本层物种数在中海拔区间达到峰值. 相关分析表明物种数与海拔梯度呈显著正相关关系,回归方程为 :y=0.690 9x+7.60, R2 =0.293 0.13其中

17、 , x 为海拔 , y 为物种数. 此结论与胡远彬等图 1不同海拔梯度草本层植物物种数、盖度、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层多样性指数通过逐步回归分析得出 (图 2), D、H 与海拔梯度呈显著的正相关关系 ; C 与海拔梯度呈负相关关系, E 与海拔梯度呈正相关关系. 从总变化趋势看, 草本植物H、D、E 随海拔梯度的变化趋势基图 2草本 多样性与海拔梯度相关分析Fig. 2Correlatio

18、n analysis for diversity and elevation gradient for herb layer plant662本相同 , 都在海拔 1 115 m 处达到峰值 , 最低值也都出现在海拔 673 m 处 . H、D、E 均随海拔梯度的增加呈先升再降、 再升再降的变化趋势 (图 3). C随海拔梯度的增加呈现先降再升、 再降再升的变化趋势 , 优 势 度 指数 的 峰 值 出 现 在 海 拔 673 m处 , 最小值出现在其他 3 个指数峰值出现的海拔处(1 115 m).图 3 草本植物 多样性指数随海拔梯度的变化 Fig. 3 Relationship for

19、diversity with the changeofaltitude gradient for herb plant3.3不同坡向、 坡位和坡形条件下草本植物多样性指数从图 4 可以看出 , C 大小为西向 西南 西北 东南 南向 东北 东向 ; H、D 随着坡向由东北方向依次到向南变化趋势基本一致 , 但多样性指数的大小有略微的差别 , D 大小为东向 东北 南向 东南 西北 西南 西向 , 而 H 大小为东向 东北 南向 西南 东南 西北 西向 ; E 大小为东南 南向西北 东向 东北 西南 西向 . 这主要是由于阴坡 (东、南和东南 ) 的土壤水分含量高于阳坡 (西、北和西北 ), 阳

20、坡较阴坡温度高、 湿度小、 蒸发量大、土壤的物理风化和化学风化都强 , 使得土壤腐殖质和其他有机成分积累较少 , 植被生长发育不好造成的 . 从不同坡位来看 , 只有 C 大小为上坡位兰州大学学报 : 自然科学版 , 2017, 53(5)中坡位 下坡位 , 而 H、D、E 大小均为下坡位 中坡位 上坡位 , 此结论与冶民生等 16 的研究结论相反 , 主要是由于山坡下部坡度较缓 , 人类干扰较少 , 也是一个养分和水分流失的汇 , 土壤质地相对较好 , 支持较高的多样性 . 坡中部以及上部生物多样性依次递减 , 这可能与研究区植被的分布情况有很大关联 , 坡中部地势相对平缓 , 是人们从事农

21、业活动较多的地段 , 对生物的干扰也较大 , 故在此位置出现较低的多样性 . 从不同坡形来看 , C 大小为平坡 平凹 平凸 凹坡 凸坡 ; H、D 变化趋势一致 : 凹坡 凸坡 平凹 平凸 平坡 ; C 大小为凸坡 凹坡 平凸 平坡 平凹 ; 凹坡不同于平坡和凸坡,它是凸坡和平坡养分水分流失的一个汇, 养分经过淋溶主要集中在凹坡, 有较高的土壤养分和水分 , 支持着较高的多样性 .3.4 草本多样性对地形因子的响应以及相关性经相关性分析得出( 表 1), H、D、E、C 均呈极显著负相关关系, 与坡向和坡形等地形因子呈显著负相关关系. H 、D、E 与坡位均呈极显著正相关关系 , 而与坡向和

22、坡形呈显著正相关关系. H 、E 以及坡位均呈极显著正相关关系, 与坡向和坡形呈显著正相关关系, 与坡位呈极显著正相关关系 . E 与坡形和坡位均呈显著正相关关系. 地形因子之间 , 只有坡向和坡形呈极显著的正相关关系,其他地形因子之间关系不显著. 坡度与其他地形因子以及多样性指数关系都不显著.坡位是影响研究区多样性最重要的地形因子 , 与 H、D、E、C 相关性显著 . 主要是由于在黄土高原丘陵沟壑区 , 地貌形态比较复杂 , 坡位是以沟沿线作为基准线划分的 , 在相当程度上揭示了黄土地貌的空间变异态势 , 不同坡位之间在土壤、水分、养分、光照、风速以及土壤侵蚀等各方面存a 坡向b 坡位c

23、坡形图 4不同坡向、 坡位和坡形条件下植物多样性指数Fig. 4Plant diversity index with different slope direction, slope position and slope form宋玲玲，等： 摩天岭北坡东南段草本植物多样性对地形因子的响应663表 1植物多样性指数与地形因子相关性Table 1Correlationanalysisfor plant diversity index and terrain factor植物多样性指数与地形因子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 水平上显著相关, b 表示在 P0.05 水平上显著相关 .在很大差异 , 影响不同坡位植物的生长状况、 分布格局 , 从而影响到 多样性指数 . 坡向和坡形也与多样性指数相关性显著 , 但

25、显著程度不及坡位 .这可能是由于坡向只影响林地的光照 , 从而影响植物的光合作用 , 影响植物多样性 ; 而坡形很大程度上影响着与植物生长密切相关的立地的土壤肥力和养分的分布, 也间接影响着植物多样性. 坡度与多样性指数的相关性极不显著 , 可能是由于坡度对立地土壤肥力以及光合作用等与植物生长必需条件的影响十分有限所致 . 当然地形因子就是通过对土壤肥力、 养分和光照等的影响进而影响植物多样性 .4 结论4 江小雷 , 张卫国 . 功能多样性及其研究方法J. 生态学报, 2010, 30(10): 2766-2773.5 马克平 , 黄建辉 , 于顺利 , 等 . 北京东陵山地区植物群落物种多

26、样性的研究 J. 生态学报 , 1995, 15(3): 268-277.6 孔令伟 , 陈祥伟 , 鲁绍伟 , 等 . 华北落叶松林木生长、 草本植物多样性及地形因子之间的关系J. 水土保持通报, 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 苏洁琼 , 李新荣 , 鲍婧婷 . 温性荒漠草原不同功能型草本植物对氮沉降的响应 J. 兰州大学学报 : 自然科学随着海拔梯度的变化, 草本植物 D、H、E 的变化趋势基本相同 , 均呈先增加后降低、 再增加再降低的变化趋势 . 不同的是 , 随着海拔梯度的增加 C 呈