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尕海-则岔国家级自然保护区不同海拔紫果云杉群落物种多样性特征

高晨雁

高晨雁. 尕海-则岔国家级自然保护区不同海拔紫果云杉群落物种多样性特征[J]. 四川林业科技, 2023, 44(3): 141−145 doi: 10.12172/202208120001
引用本文: 高晨雁. 尕海-则岔国家级自然保护区不同海拔紫果云杉群落物种多样性特征[J]. 四川林业科技, 2023, 44(3): 141−145 doi: 10.12172/202208120001
Gao C Y. Species diversity of Picea purpurea community at different altitudes in Gahai-Zecha National Nature Reserve[J]. Journal of Sichuan Forestry Science and Technology, 2023, 44(3): 141−145 doi: 10.12172/202208120001
Citation: Gao C Y. Species diversity of Picea purpurea community at different altitudes in Gahai-Zecha National Nature Reserve[J]. Journal of Sichuan Forestry Science and Technology, 2023, 44(3): 141−145 doi: 10.12172/202208120001

尕海-则岔国家级自然保护区不同海拔紫果云杉群落物种多样性特征


doi: 10.12172/202208120001
详细信息
    作者简介:

    高晨雁(1986—),女,助理工程师,学士,2753948686@qq.com

Species Diversity of Picea purpurea Community at Different Altitudes in Gahai-Zecha National Nature Reserve

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    出版历程
    • 收稿日期:  2022-08-12
    • 网络出版日期:  2023-03-04
    • 刊出日期:  2023-06-25

    尕海-则岔国家级自然保护区不同海拔紫果云杉群落物种多样性特征

    doi: 10.12172/202208120001
      作者简介:

      高晨雁(1986—),女,助理工程师,学士,2753948686@qq.com

    摘要: 以尕海-则岔国家级自然保护区的紫果云杉群落为研究对象,应用群落调查法,调查分析了群落中各层的物种组成及物种多样性。结果表明:(1)尕海-则岔国家级自然保护区紫果云杉群落内共有植物82种,隶属于41科60属,以菊科(Asteraceae)、蔷薇科(Rosaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)植物为主;(2)群落内各层丰富度指数(S)、Shannon-Wiener多样性指数(H)、Simpson优势度指数(D)以及Pielou均匀度指数(E)总体为灌木层>草本层>乔木层,随海拔的升高,乔木层、草本层的各项多样性指数随海拔升高呈先升后降的单峰曲线规律,灌木层物种多样性指数随海拔升高呈单调下降曲线变化规律;(3)海拔与乔木层、灌木层的各项多样性指数间呈现负相关关系,与草本层的物种丰富度指数(S)呈负相关关系,与草本层的其它指数间呈正相关关系。综合研究得出:尕海-则岔自然保护区紫果云杉群落物种多样性受海拔影响较大。

    English Abstract

    • 物种多样性是研究生物多样性的基础[1](汪殿蓓,2001),地球上的物种受经纬度、光照、水分、土壤、干扰等因子的影响使其分布不均匀[2](王威,2021),进而导致不同地区多样性存在差异。海拔梯度综合了温度、水分、土壤、光照、人类活动等多因素,在众多因子中,被认为是决定物种多样性差异的主要因素之一[3],海拔升高,气温降低,植物水分缺失,紫外线辐射增强均会导致植物生长受限,影响植物的分布以及群落的多样性[4](吕文敏)。因此,近年来物种多样性对海拔的响应成为植物群落学研究的热点问题之一[5]

      紫果云杉(Picea purpurea)是我国特有树种,在青藏高原东部地区,以紫果云杉为主要建群种的森林群落是该地区主要森林类型[6],紫果云杉群落在涵养水源、水土保持、生物多样性保育等方面发挥着重要作用[7]。群落中物种多样性的高低,是判断群落抵抗风险能力强弱和生态系统稳定性的基础[8]。因此,本研究以尕海-则岔国家级自然保护区的紫果云杉群落为研究对象,通过群落调查法,调查群落内的物种组成,分析各层植物物种多样性,以及与海拔梯度的相关性,为尕海-则岔国家级自然保护区紫果云杉群落生物多样性保护和可持续经营提供理论研究。

      • 尕海-则岔国家级自然保护区坐落在甘肃省碌曲县境内,地处青藏高原东部的边缘,是黄土高原、陇南山地与青藏高原的交汇带,是黄河水系洮河和长江水系白龙江的发源地。也是我国少有的以保护森林和野生动物、高原湿地、高原草甸三重功能为一体的自然保护区,保护区由尕海高寒沼泽湿地生态系统和则岔森林和高寒草甸生态系统两部分组成[9]。本研究区选择在则岔林区,地理坐标102°22′15″—102°47′39″E,34°06′35″—34°32′16″N,海拔2900~4400 m之间,高差1500 m。属青藏高原高寒湿润气候区,受地形及东南季风的影响,气候多变,年均气温较低为2.3℃,一年之中7月温度最高,平均温度12.4℃,1月温度最低,平均温度−9.5℃,年均日较差15.4℃,无绝对无霜期,有效积温2 059℃。7月至9月为集中降水期,年降水量634 mm,年蒸发量 1206 mm[10]。土壤以灰褐土,高山、暗黑色草甸土为主。主要的木本植物有云杉(Picea asperata)、紫果云杉、青海云杉(Picea crassifolia)、巴山冷杉(Abies fargesii)、红桦(Betula albosinensis)、蔷薇(Rosa sp.)、忍冬(Lonicera japonica)等。

      • 对尕海-则岔国家级自然保护区全面勘踏后,选择紫果云杉集中分布区域为研究区,按紫果云杉的天然分布特征,在海拔2 948 m、3 255 m、3 328 m、3 412 m处设置4块20×30 m的标准样地,在每个样地内设置2个10 m×10 m的灌木样方和5个1 m×1 m的草本样方。应用群落调查法,对标准样地内的乔木进行每木检尺,并对灌木和草本开展群落调查。样地概况见表1

        表 1  样地基本信息

        Table 1.  Basic information of the research sites

        样地号
        Sample plot
        海拔/m
        Altitude /m
        坡向
        Slope aspect
        坡度/°
        Slope gradient /°
        平均胸径/cm
        Mean DBH /cm
        平均高度/m
        Average height /m
        主要树种
        Dominant species
        12948NW3316.29.1紫果云杉
        23255NE3521.912.3紫果云杉
        33328NW2615.39.2紫果云杉
        43412NW281111.2紫果云杉
      • 多样性指数[11]计算:

        (1)丰富度指数(S):样地内全部物种种数(2) Shannon-Wiener多样性指数(H):${\text{H}} = - \displaystyle\sum_{{\text{i}} = {\text{1}}}^{\text{s}} {{{\text{P}}_{\text{i}}}{\text{ln}}{{\text{P}}_{\text{i}}}}$

        (3)Simpson优势度指数(D):${\text{D}} = {\text{1}} - \displaystyle\sum\limits_{{\text{i}} = {\text{1}}}^{\text{s}} {{\text{P}}_{\text{i}}^{\text{2}}}$

        (4)Pielou均匀度指数(E):$ {\text{E}} = {{\text{H}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\text{H}} {{\text{lnS}}}}} \right. } {{\text{lnS}}}} $

        式中,S为样方内的所有物种数,Pi为种i的相对重要值。

      • 使用Excel进行数据统计,应用SPSS 19.0对各多样性指数进行Pearson 相关性分析,文中所有图均采用Origin 2019软件。

      • 调查结果显示,尕海-则岔国家级自然保护区紫果云杉群落有41科60属82种植物,蔷薇科、菊科、忍冬科最多,分别为12种、9种、9种,三科植物占调查植物种数的36.6%。图1得出,海拔2948 m有21科33属45种植物,其中,乔木3种,灌木19种,草本23种;海拔3255 m有29科39属50种植物,其中,乔木3种,灌木17种,草本30种;海拔3328 m有24科34属43种植物,其中,乔木3种,灌木14种,草本26种;海拔3412 m有17科24属30种植物,其中,乔木3种,灌木12种,草本15种。随海拔的升高,乔木层物种数无变化,灌木层植物呈减少趋势,草本层植物呈先增加后减少的趋势。

        图  1  不同海拔紫果云杉群落物种组成

        Figure 1.  Species composition of P. purpurea community at different altitudes

      • 由不同海拔紫果云杉群落各层物种多样性指数得出(见图2),紫果云杉群落各层的物种丰富度指数(S)在各海拔梯度均表现为草本层>灌木层>乔木层;Shannon-Wiener多样性指数(H)在海拔2948 m和3412 m处表现为灌木层>草本层>乔木层,在海拔3255 m和3328 m处表现为草本层>灌木层>乔木层;Simpson生态优势度指数(D)在海拔2948 m和3412 m处表现为灌木层>草本层>乔木层,在海拔3255 m处表现为灌木层=草本层>乔木层,在海拔3328 m处表现为草本层>灌木层>乔木层;Pielou均匀度指数(E)在海拔3255 m处表现为灌木层>乔木层>草本层,在其余海拔处表现为灌木层>草本层>乔木层。随海拔梯度的增加,乔木层的物种丰富度指数(S)不变,其它多样性指数均表现为先缓慢升高,在海拔3255 m达到最大,随后急剧下降的变化趋势;灌木层的各项多样性指数均表现为在海拔2948 m处最大,随后逐渐降低的变化趋势;草本层的各项多样性指数均表现为先缓慢升高,在海拔3255 m达到最大,随后急剧下降的变化趋势。

        图  2  不同海拔紫果云杉群落各层物种多样性指数

        Figure 2.  Species diversity index of different layers of P. purpurea community at different altitudes

      • 表2得出,海拔与乔木层的物种丰富度指数(S)、Simpson生态优势度指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H)、Pielou均匀度指数(E)均呈负相关关系;与灌木层的Shannon-Wiener多样性指数(H)间呈显著负相关关系(P<0.05),与其它指数间均呈负相关关系;与草本层的物种丰富度指数(S)呈负相关关系,而与其它指数间呈正相关关系。

        表 2  海拔与各层多样性指数间相关性分析

        Table 2.  Correlation analysis of species diversity index of tree layers of P. purpurea community

        指数
        Index
        乔木层
        Tree layer
        灌木层
        Shrub layer
        草本层
        Herb layer
        S−0.630−0.830−0.183
        D−0.061−0.9160.296
        H−0.164−0.951*0.074
        E−0.159−0.8890.230
          *. 在0.05 水平上显著相关(双侧)。
          *. means significant at the 0.05 probability level.
      • 通过研究得出,尕海-则岔国家级自然保护区紫果云杉群落有41科60属82种植物,随海拔梯度的增加,总体上物种呈先增加后减少的变化趋势。相关性分析得出各层物种丰富度指数均与海拔呈负相关关系。研究表明,海拔引起温度及降水的变化,是导致组成群落的物种发生变化的原因[12],海拔升高,导致林内水热、养分条件的下降,从而引起物种间的激烈竞争,导致物种被淘汰[11]。本研究区位于相对高海拔地区,适应该生境的物种相对较少,从而导致物种数随海拔升高呈减少趋势。而海拔3255 m处的样地位于半阳坡,相比于阴坡,半阳坡的温度较高,从而增加了草本植物的种类,故紫果云杉群落内物种随海拔升高,总体上出现先增加后减少的变化趋势。

        海拔梯度是影响物种多样性变化的主要因子[13,14]。有关研究表明,青藏高原地区随着海拔的升高物种多样性先升高后降低[15-17]。本研究区位于青藏高原东北边缘,研究得出紫果云杉群落乔木层、草本层的各项多样性指数随海拔升高出现先升后降的单峰曲线,符合这一普遍规律,而灌木层物种多样性指数随海拔升高出现逐渐降低的单调下降曲线。灌木层多样性差异的原因可能是由于,紫果云杉树体高大,林内遮光严重,使林内光照不足,造成灌木种类随海拔升高而减少,进而导致物种多样性降低。

      • 尕海-则岔国家级自然保护区紫果云杉群落内有41科60属82种植物,蔷薇科、菊科、忍冬科植物最多。群落内各层多样性总体上表现为灌木层>草本层>乔木层,随海拔的升高,乔木层、草本层的各项多样性指数随海拔升高出现先升后降的单峰曲线,灌木层物种多样性指数随海拔升高出现逐渐降低的单调下降曲线。海拔与乔木层、灌木层的各项多样性指数间呈现负相关关系,与草本层的物种丰富度指数(S)呈负相关关系,与草本层的其它指数间呈正相关关系。

    参考文献 (17)

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