不同等級廊道杉闊林下植被物種的多樣性分析

李際平，鄭 柳，趙春燕，袁曉紅

（中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長沙 410004）

不同等級廊道杉闊林下植被物種的多樣性分析

李際平，鄭 柳，趙春燕，袁曉紅

（中南林業(yè)科技大學(xué)， 湖南 長沙 410004）

運用Shannon-Wiener物種多樣性指數(shù)、Simpson生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)和物種差異性，對桃源縣內(nèi)三種不同等級廊道兩側(cè)的杉木林和闊葉林的灌木和草本層進行分析。結(jié)果表明：灌木和草本的數(shù)量有隨廊道等級增加而逐漸減少的趨勢；第三級廊道的生態(tài)優(yōu)勢度明顯高于前兩級廊道，第一級和第二級廊道生態(tài)優(yōu)勢度變化趨勢不明顯；灌木和草本的物種多樣性隨廊道等級增加而減少；灌木的物種差異性在不同等級廊道表現(xiàn)不同，第一級廊道物種差異性最小，其次為第三級廊道，第二級廊道物種差異性最大。

廊道等級；生態(tài)優(yōu)勢度；物種多樣性；物種差異性

景觀生態(tài)學(xué)中廊道是指不同于周圍景觀基質(zhì)的線狀或帶狀景觀要素[1]，廊道的結(jié)構(gòu)強烈影響和制約著區(qū)域內(nèi)的景觀生態(tài)過程，影響著信息、能量、物質(zhì)、生物及人類在景觀中的運動[2]。廊道可分為人工廊道和自然廊道。研究區(qū)內(nèi)的廊道主要為人工廊道，人工廊道的主要功能有兩個方面：一是傳輸通道功能。植物繁殖體、動物以及其他物質(zhì)隨植被或河流廊道在景觀中運動；二是過濾和屏障功能[3]。廊道對景觀中的能量、物質(zhì)和生物流有過濾、阻礙、截留和屏障的功能[4]。

在西洞庭湖區(qū)的森林景觀中，被廊道所包圍的研究區(qū)域的斑塊存在嚴重破碎化的情況。原本大面積的斑塊被割碎成眾多的小斑塊，因為面積減少而失去研究價值[5]。因此，判斷廊道是否起到分割斑塊的作用，是避免斑塊破碎化的主要方法。由于廊道的寬度不同，對廊道兩側(cè)植物的影響程度也不同[6]，本研究依據(jù)廊道的用途和寬度，將其分為四個不同等級，并采用物種優(yōu)勢度、生物多樣性和物種差異性三個指標來分析不同等級廊道兩側(cè)植物，作為不同寬度廊道的阻隔和傳輸作用強度的依據(jù)，以此判別廊道阻隔作用的強弱。

1 研究區(qū)概況

西洞庭湖區(qū)桃源縣位于湖南省西北部，地處中亞熱帶向北亞熱帶過度地段，屬于亞熱帶季風氣候。氣候特點是冷熱四級分明，干濕兩季明顯，多年平均氣溫為16.5℃.縣域位于雪峰山北部以安化縣為中心的多雨區(qū)邊緣，雨量由南向北遞減。年平均降水量為1 437 mm，區(qū)域總面積為444 100.2 hm2，其中闊葉類和杉木林的面積分別為89 165.3和45 090.7 hm2，分別占總面積的20.06%和10.14%。桃源縣內(nèi)主要河流為沅江，在桃園縣境內(nèi)有10條主要支流。桃源縣道路組成：主要有3條國道，分別為G319和G56(杭瑞高速公路)，G5513(常張高速公路)、2條省道S227和S306、連接鎮(zhèn)、鄉(xiāng)、村的道路。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 廊道分級方法

本文所研究的人工廊道主要為公路，廊道的分級采用公路的分級標準。公路根據(jù)使用任務(wù)、功能和適用的交通量分為高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路五個等級。農(nóng)村公路建設(shè)標準原則上按《公路工程技術(shù)標準》(JTGB01—2003)執(zhí)行[7]。

研究區(qū)內(nèi)的道路主要有村與村之間相通的小路或由于砍伐和搬運木材的需要在林間形成的小路、鄉(xiāng)通行政村的公路、鄉(xiāng)際公路和縣通鄉(xiāng)的公路、2條省道和3條國道。鄉(xiāng)通行政村公路一般采用四級或四級以上公路，鄉(xiāng)際公路一般采用三級或三級以上公路，縣通鄉(xiāng)的公路一般采用二級或二級以上公路。根據(jù)以上標準，將廊道的研究寬度劃分為4個等級：第一級的廊道為小路：廊道寬度為0～3.5 m；由于三級公路的路面寬度最小值為7 m，而4級公路的公路寬度為6.5米，它們之間只相差0.5 m，故把它們合并成一級，則二級廊道的寬度為3.5～7 m；三級廊道為二級公路，路面寬度為9.5 m，三級廊道寬度為7～9.5 m；四級廊道為一級公路路面寬度大于9.5 m。

2.2 數(shù)據(jù)來源

實驗區(qū)設(shè)置在西洞庭湖區(qū)桃源縣內(nèi)，實驗區(qū)內(nèi)沒有第四等級的廊道，選取前三級廊道兩側(cè)相對應(yīng)的杉木林和闊葉林斑塊。為了更好的調(diào)查灌木和草本，調(diào)研時間選擇在夏季，在2010年和2011年8月分兩次進行調(diào)研。先通過實地踏查，對所選取的斑塊對應(yīng)盡量保證面積大于25 000 m2，這樣能避免其他斑塊對邊緣地帶樣地的影響。共選取杉木林10塊，闊葉林10塊，設(shè)置樣地40塊，樣地設(shè)置情況如圖1。對樣地內(nèi)進行灌木調(diào)查，記錄其種類、平均高度、株樹和蓋度；草本植物記錄其種類、平均高度和蓋度。

2.3 測算方法

2.3.1 生態(tài)優(yōu)勢度的測算

生態(tài)優(yōu)勢度采用Simpson指數(shù)D[8]

式(1)中: Pi為第i個物種所占的比例；S為物種總數(shù)；Ni為第i個物種的個體數(shù)目；N為群落中所有中的個體總數(shù)。

2.3.2 物種多樣性的測算

物種多樣性采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：

2.3.3 物種差異性的測算

物種差異性采用下列公式計算：

式中，M為不同物種的數(shù)量；S為物種總數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 廊道兩側(cè)生態(tài)優(yōu)勢度和物種多樣性分析

根據(jù)不同廊道等級兩側(cè)杉木與闊葉樹調(diào)查的樣地，由式(1)、(2)分別計算出兩種樹種在不同廊道等級兩側(cè)的灌木層和草本層次上的生態(tài)優(yōu)勢度及物種多樣性指標，計算結(jié)果見表1和表2。

在闊葉林和杉木林中，灌木和草本種類均隨著廊道等級的增加而減少，即廊道越寬，灌木和草本的種類就越少。例如，杉木林中，一級廊道灌木種類平均為10.3；二級廊道灌木種類平均為6.4；三級廊道灌木種類平均為4.1。

表1 灌木生態(tài)優(yōu)勢度和物種多樣性Table 1 Results of ecological dominance and species diversity in shrub land

表2 草本層生態(tài)優(yōu)勢度和物種多樣性Table 2 Results of ecological dominance and species diversity in herb layer

生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)反映了各物種種群數(shù)量的變化情況，生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)越大，說明群落內(nèi)物種數(shù)量分布越不均勻，優(yōu)勢種的地位越突出。在樣地數(shù)據(jù)中，灌木和草本層中杉木林和闊葉林三級廊道的生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)增加的幅度與前兩級相比較為明顯。灌木層數(shù)據(jù)中，杉木林一級廊道的生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)的平均值為0.185 086，二級廊道的生態(tài)優(yōu)勢度平均值為0.245372，三級廊道的生態(tài)優(yōu)勢度平均值為0.404 875；草本層數(shù)據(jù)中，闊葉林一級廊道草本生態(tài)優(yōu)勢度平均值為0.237 040，二級廊道生態(tài)優(yōu)勢度平均值為0.289 391，三級廊道生態(tài)優(yōu)勢度平均值為0.490 188。灌木層數(shù)據(jù)中，杉木林一級廊道和二級廊道的生態(tài)優(yōu)勢度差異為0.06，而二級和三級廊道的生態(tài)優(yōu)勢度差異為0.16；草本數(shù)據(jù)中，闊葉林一級和二級廊道生態(tài)優(yōu)勢度差異為0.05，二級和三級廊道的生態(tài)優(yōu)勢度差異為0.21。二級廊道中，生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)與一級廊道相比略有增加，說明一級和二級廊道的物種分布程度比較相同且均勻，優(yōu)勢種不突出，而三級廊道的生態(tài)優(yōu)勢度明顯升高，產(chǎn)生這種情況的主要原因為三級廊道兩側(cè)的灌木和草本物種種類較少，大面積分布的均為一種或兩種物種，優(yōu)勢種的地位十分突出，造成生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)的數(shù)值相對較大的情況。

物種多樣性是物種豐富度和均勻度的綜合指標，數(shù)值越大則物種多樣性越高。在樣地數(shù)據(jù)中可以看出物種多樣性隨廊道等級的增大而減少，說明隨著廊道寬度的增加，物種多樣性呈減少的趨勢。例如，在灌木數(shù)據(jù)中，闊葉林一級廊道物種多樣性平均值為2.140 81，二級廊道物種多樣性平均值為1.787 50，三級廊道平均值為1.142 98；在草本數(shù)據(jù)中，杉木林一級廊道的物種多樣性指數(shù)的平均值為1.667 45，二級廊道的物種多樣性平均值為1.476 70，三級廊道的物種多樣性平均值為0.877 00。灌木林數(shù)據(jù)，闊葉林一級廊道和二級廊道的物種多樣性指數(shù)差異性為0.36，二級廊道和三級廊道的物種多樣性指數(shù)差異為0.60，草本數(shù)據(jù)情況相同。說明道路越窄，受到的影響因素越少，其物種就越豐富，物種多樣性就越高。

3.2 廊道兩側(cè)物種差異性分析

本數(shù)據(jù)主要以闊葉樹的斑塊對作為研究對象，用廊道兩側(cè)相對應(yīng)的闊葉樹斑塊的灌木種類進行差異性分析，得出圖2。

圖2 闊葉林灌木物種差異性Fig. 2 Shrubs’ species diversity of broad-leaved

物種差異性表現(xiàn)為廊道系統(tǒng)中能量流動和物質(zhì)交換的能力。物種差異性越高，廊道系統(tǒng)的能量流動能力越強。一級廊道物種差異性為10.5%；二級廊道的物種差異性為35.9%；三級廊道的物種差異性為23%。二級廊道的物種差異性最大，其次為三級廊道，一級廊道的物種差異性最小。一級廊道兩側(cè)灌木種類數(shù)量最多，灌木種類的差異性也為最小，一級廊道主要為小路，道路狹窄，人或車的通過率都很低，廊道兩側(cè)的灌木種類受人類活動影響效果不明顯，均處于自然生長狀態(tài)。二級廊道兩側(cè)灌木種類有所增多，但物種差異性較大，例如14號樣地的物種差異性僅為38.5%，造成這個現(xiàn)象的主要原因是，兩側(cè)植物處于自然生長狀態(tài)，但人類活動頻繁，促使這一級廊道系統(tǒng)的能量流動能力較強，增加了物種的流動性，使得兩側(cè)植物的差異性增大。三級廊道比二級廊道物種差異性小，因為高速公路雖然為第三級廊道，使用頻率較高，但高速公路為人工修建，兩側(cè)灌木物種也以人工種植為主，相似度非常高，例如20號樣地物種相似性為11.2%。

4 結(jié) 論

(1)廊道的寬度對廊道兩側(cè)灌木和草本的均有一定的影響。生態(tài)優(yōu)勢度方面：一級、二級廊道的阻隔作用相近，三級廊道的廊道作用強度比前兩級高；物種多樣性方面：廊道作用隨廊道寬度的增加而增大，廊道作用最強的為三級廊道，其次為二級廊道，一級廊道的廊道作用最弱；物種差異性方面：二級廊道的廊道作用最強，其次為三級廊道，最小的為一級廊道。

(2)采用的3個指標中，一級廊道的廊道作用均為最小，說明一級廊道的阻隔能力很弱，為了減少研究區(qū)內(nèi)斑塊破碎化的情況，可以去除一級廊道，因為這一級廊道起不到分割斑塊的作用。研究區(qū)域內(nèi)主要起到分割作用則為二級廊道和三級廊道。

(3)以本研究數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合尺度分析，選取二級廊道和三級廊道，使它們形成一個閉合的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的斑塊面積大小要滿足研究要求，選取的廊道能起到了良好的阻隔作用，讓斑塊受到周圍影響最小，減小對研究結(jié)果的影響。

(4)由于研究區(qū)域，廊道兩側(cè)以杉木林和闊葉林為主，所以選擇這兩種樹木作為研究對象， 如果廊道是其他樹種，是否也存在杉木林和闊葉林同樣的規(guī)律，這還有待于進一步的深入。

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Species diversity of China fir and broadleaf’s undergrowth on different grade corridor

LI Ji-ping, ZHENG Liu, ZHAO Chun-yan, YUAN Xiao-hong
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

By using Shannon-Wiener indeх, Simpson ecology dominance indeх and species differences,the shrub and herb layers of China fir and broadleaf stand along both sides of three grade corridors in Taoyuan county were studied. The results show that the number of shrub and herb had an downward trend as increasing grade of corridor; the ecological advantage degree of the third grade corridor was obviously higher than that of the first two grade corridor, the ecological advantage degree of the first grade and the second level corridor had not obvious changes. Species diversity of shrub and herb species was decreased with the increase of corridor’s grade; shrubs species diversity in different classes corridor performance was different, the first grade had minimum difference, the third grade corridor followed, the second grade corridor species diversity was the largest.

corridor grade; ecological dominance; species diversity; species diversity

S718; S718.5

A

1673-923X(2012)02-0064-06

2011-07-12

國家自然科學(xué)基金adhh項目“森林景觀斑塊耦合網(wǎng)絡(luò)模型研究”（30972362）

李際平(1957—)，男，湖南醴陵人，博士，教授，博導(dǎo)，研究方向：林業(yè)系統(tǒng)工程；鄭 柳（1985-）， E-mail: 38226244@qq.com

[本文編校:羅 列]