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秦岭冷杉群落物种多样性和稳定性研究 冷杉是中国特有的保护植物，逐渐恶化。它只分布在秦巴县和高丸寺的海拔地区。在河南省主要以零星斑块状分布在鲁山、嵩县、灵宝、栾川、内乡等地,但是数量极少。秦岭冷杉树干通直、木材松软、富含冷杉胶,是优良的用材和林化产品资源树种,更为重要的是秦岭冷杉在水源涵养和维持生物多样性及生态平衡方面发挥着重要作用。近年来,秦岭冷杉的濒危状态虽已引起不少学者关注,但有关秦岭冷杉的研究报道仍然较少。河南省石人山自然保护区的秦岭冷杉种群是河南省最大的秦岭冷杉种群,但是近年来,由于气候变化、虫害、人为干扰等因素的影响,其种群数量急剧减少,目前正处于极度濒危状态。笔者以石人山自然保护区的秦岭冷杉群落为研究对象,运用丰富度指数、多样性指数、均匀度指数研究了其群落总体多样性及其乔木层、灌木层和草本层物种多样性,并运用改进的M.Godron稳定性测定方法研究了群落的稳定性,旨在为石人山自然保护区濒危植物秦岭冷杉的深入研究和有效保护提供基本资料和科学依据。 1 材料和方法 1.1 保护区5+2 石人山自然保护区位于河南省鲁山县西部(112°14′～112°17′E,33°42′～33°45′N),面积1 333 hm2,保护区边界海拔1 090 m,最高海拔2 153 m,保护区内相对高度1 063 m。属北亚热带向南暖温带过渡的大陆性季风气候,年平均温度10 ℃左右,极端最高气温35.4 ℃,极端最低气温-18℃,年平均降雨量1 180 mm,成土母质以花岗岩风化、半风化物为主,土壤为山地棕壤。 1.2 调查内容和方法 在野外全面勘查秦岭冷杉分布区的基础上,采用典型取样法设置20 m×20 m的调查样地20个,在每个样地的四角及中心机械布设5个2 m×2 m灌木样地和5个1 m×1 m草本样地,记录的主要项目有:(1)生境,包括地貌地形、土壤、海拔、坡向、坡位、人为干扰程度等。(2) 群落学特征,含乔木层逐株调查,记录乔木名称、数量、高度、胸径、冠幅,乔木的幼苗记录基径、高度;灌木层样地记录灌木名称、高度、盖度、基径;草本样地记录草本的种类、数量、 盖度、高度。 1.3 群落多样性指数 群落物种重要值的测度方法参见文献,群落多样性指数有物种丰富度指数R,Simpson多样性指数D,Shannon-Wienner多样性指数H′,Pielou均匀指数J和Alatalo均匀度指数E。群落分层多样性测度法,是分别计算群落中的乔、灌、草各层的多样性指数;给定加权参数群落总体多样性测度: D=W1D1+W2D2+W3D3 其中,D为群落总体多样性指数;D1、D2、D3分别为乔木层、灌木层、草本层的多样性指数;W1、W2、W3分别为给定乔木层、灌木层、草本层的权重系数, 这里系数采用0.5、0.25、0.25。 1.4 群落稳定的测量 稳定性的测定参照郑元润改进的M.Godron稳定性测定方法,在模拟散点图平滑曲线过程中采用SPSS软件进行曲线模拟。 2 结果与分析 2.1 冷杉群落的生物多样性 2.1.1 物种多样性的指数变化 石人山自然保护区的秦岭冷杉群落为暖温带的针阔混交林,植物群落的结构特征和环境特征见表1。 各植物群落结构不同,这种差异主要受制于组成物种的不同的生态生物学特性,因而作为反映群落组织水平的物种多样性指数,在一定程度上可表现出各群落的一些生态学习性。5种群落的总体多样性和各生活型多样性见表2。 从表2可以看出,物种多样性指数、Simpsion指数、Shannon-Wienner指数和物种丰富度指数变化趋势基本一致,但是两种均匀度指数(Pielou指数和Alatalo指数)却表现出不同的变化趋势,它们在群落2、5中较大。这种结果的出现是因为物种多样性的各项指数与群落类型和结构有关:首先,物种丰富度指数随群落中物种数量的增加而增加;其次,群落结构越复杂,物种丰富度指数和多样性指数越大,均匀度指数越小。如群落3、4、5垂直结构较复杂,因而其物种丰富度指数和多样性指数较大,均匀度指数相应较小。而群落2因为垂直结构简单,所以其物种丰富度指数和多样性指数也较小,但是其两种均匀度指数都较大。 另外,5种物种多样性指数在各个群落类型间存在着一定的差异,它反映了石人山自然保护区秦岭冷杉不同群落类型在物种组成或群落组织化水平方面的差异。其中变异最大的是Shannon-Wienner指数,Alatalo指数次之,变异最小的是Simpsion指数(表2)。 2.1.2 结构的结构特征 植物生活型是表示群落外貌特征和垂直结构的重要指标。基于调查地区秦岭冷杉植物群落的结构特征,主要讨论乔木层、灌木层和草本层的物种多样性特征,因为该群落层间植物种类极少,将其以灌木计算。暖温带森林中,生物量和所占空间均是乔木层最大、灌木层次之、草本层最小,但其物