黑龙江太平沟国家级自然保护区森林群落植物多样性特征.pdf
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1、第 39 卷 第 5 期2023 年 9 月森 林 工 程FOREST ENGINEERINGVol.39 No.5Sep.,2023doi:10.3969/j.issn.1006-8023.2023.05.005黑龙江太平沟国家级自然保护区森林群落植物多样性特征韩铭1,李华2,蔡体久1(1.东北林业大学 林学院,哈尔滨 150040;2.上海农林职业技术学院 生物医药与健康系,上海 201699)摘 要:以保护区内 4 种典型森林群落(云冷杉红松林、白桦林、山杨林和蒙古栎林)为研究对象,采用野外调查与冗余分析的方法,探究黑龙江太平沟国家级自然保护区森林群落的物种组成、群落结构和物种多样性。研
2、究结果表明,4 种群落类型共有植物 164 种,分别属于 62 科 124 属。4 种群落类型乔木层和灌木层物种丰富度均低于草本层,云冷杉红松林的物种丰富度指数由大到小表现为草本层(3.06)、乔木层(2.89)、灌木层(1.64);白桦林的物种丰富度指数由大到小表现为草本层(3.22)、灌木层(1.02)、乔木层(0.33);山杨林的物种丰富度指数由大到小表现为草本层(5.09)、乔木层(1.29)、灌木层(0.89);蒙古栎林的物种丰富度指数由大到小表现为草本层(4.74)、灌木层(0.88)、乔木层(0.59)。除草本层外,云冷杉红松群落的物种多样性指数 Menhinick 丰富度指数(
3、R)、Pielou 均匀度指数(E)、Shannon-Wiener 多样性指数(H)和 Simpson 多样性指数(H)均高于其他 3 种群落,4 种指数乔木层与灌木层的值分别为 2.89、0.90、2.21、0.90 和 1.64、0.94、1.67、0.83。从坡度、海拔、树高、郁闭度、灌木高和草本高等多指标量化了群落特征。由此可知,保护区内 4 种森林群落垂直结构分层明显,其中乔木层优势种明显,优势种重要值远大于其他伴生种,灌木层和草本层的物种重要值相对较为分散。云冷杉红松群落总丰富度主要受乔木层和草本层的共同影响,其余 3 种群落的总丰富度主要受草本层丰富度的影响。排序分析得出坡度、树
4、高和郁闭度是引起多样性变化的显著因子。通过以上研究,以期为该保护区生物多样性保护提供科学依据。关键词:植物多样性;丰富度;均匀度;优势度;森林群落中图分类号:S759.93 文献标识码:A 文章编号:1006-8023(2023)05-0040-08Plant Diversity of Forest Community in Taipinggou National Nature Reserve,Heilongjiang ProvinceHAN Ming1,LI Hua2,CAI Tijiu1(1.School of Forestry,Northeast Forestry University,
5、Harbin 150040,China;2.Department of Biomedicine and Health Sciences,Shanghai Vocational College of Agriculture and Forestry,Shanghai 201699,China)Abstract:Taking four typical forest communities(spruce,fir,red pine forest,birch forest,poplar forest,and Mongolian oak for-est)within the protected area
6、as research objects,this study explored the species composition,community structure,and species diver-sity of forest communities in the Taipinggou National Nature Reserve in Heilongjiang Province through field investigation and redundan-cy analysis methods.The research results indicated that there w
7、ere a total of 164 plant species belonging to 62 families and 124 genera in the four community types.The species richness of the tree layer and shrub layer of the four community types was lower than that of the herb layer.The species richness index of the spruce,fir,and red pine forest was shown as
8、herb layer(3.06),tree layer(2.89),and shrub layer(1.64)from large to small.The species richness index of the birch forest showed from large to small in the herb layer(3.22),shrub layer(1.02),and tree layer(0.33).The species richness index of poplar forest showed from large to small in the herb layer
9、(5.09),tree layer(1.29),and shrub layer(0.89).The species richness index of Mongolian oak forest showed from large to small in the herb layer(4.74),shrub layer(0.88),and tree layer(0.59).Outside the herb layer,the species diversity indices of the spruce,fir,and red pine communities were Menhinick ri
10、chness index(R),Pielou evenness index(E),Shannon-Wiener di-versity index(H),and Simpson diversity index(H),which were higher than the other three communities.The values of the four in-dices for the tree and shrub layers were 2.89,0.90,2.21,0.90,and 1.64,0.94,1.67,and 0.83,respectively.The community
11、characteristics were quantified from multiple indicators such as slope,altitude,tree height,canopy density,shrub height,and herb height.From this,it can be seen that the vertical structure stratification of the four forest communities in the protected area was obvi-ous,among which the dominant speci
12、es in the tree layer were obvious,and the importance value of the dominant species was much greater than that of other accompanying species.The species importance values in the shrub layer and herb layer were relatively scat-tered.The total richness of the spruce,fir,and red pine communities was mai
13、nly influenced by the combined effects of the tree and herb layers,while the total richness of the other three communities was mainly influenced by the richness of the herb layer.Sorting analysis showed that slope,tree height,and canopy density were significant factors that cause diversity changes.T
14、hrough the above re-search,we aim to provide scientific basis for the conservation of biodiversity in this protected area.Keywords:Plant diversity;richness;evenness;dominance;forest community收稿日期:2022-12-06基金项目:国家重点研发项目(2021YFD2200405)。第一作者简介:韩铭,硕士研究生。研究方向为植物多样性研究。E-mail:1191928897 通信作者:李华,讲师。研究方向为环
15、境生态学。E-mail:lih 引文格式:韩铭,李华,蔡体久.黑龙江太平沟国家级自然保护区森林群落植物多样性特J.森林工程,2023,39(5):40-47.HAN M,LI H,CAI T J.Plant diversity of forest community in Taipinggou National Nature Reserve,Heilongjiang ProvinceJ.Forest Engineering,2023,39(5):40-47.第 5 期韩铭,等:黑龙江太平沟国家级自然保护区森林群落植物多样性特征0 引言生物多样性对于维护环境稳定和生态平衡具有重要的意义,是人类赖
16、以生存和发展的基础1。植物多样性作为生物的重要组成部分,是衡量生态系统中植物群落物种丰富度及分布均匀性的一项重要指标2。深入了解森林群落的物种组成、结构类型和组织水平,在对森林生态功能评价中起着至关重要的作用。目前森林植物多样性的研究已成为生物多样性研究领域的热点问题3。国内外的研究学者对森林植物多样性开展了广泛的研究,特别是在对森林植物多样性影响因素方面3。研究发现森林环境因子4、间伐水平5、景观格局6以及人为干扰等因素均会对森林植物多样性产生影响7。黑龙江太平沟国家级自然保护区位于我国小兴安岭中俄边界,森林类型多样,动植物资源丰富,目前已形成集资源保护、科研监测、公众教育及可持续发展于一体
17、的自然保护体系。近年来,已有许多学者在小兴安岭地区开展了关于森林生物多样性的研究,其中包括 beta 多样性特征及其组分格局8、苔藓植物多样性和垂直分布特征9、早春草本植物多样性及其环境解释等10,然而通过个体大小、群落结构、多样性和丰富度等多角度来探究典型天然林林分结构与植物多样性等方面研究还比较少。本研究选择该保护区内 4 种典型森林群落(云冷杉红松林、白桦林、山杨林和蒙古栎林)为研究对象,调查和分析群落的物种组成、群落结构和物种多样性,旨在为该区生物多样性保护和可持续利用提供科学的理论依据与数据支撑。1 材料与方法1.1 研究区概况黑龙江太平沟国家级自然保护区位于黑龙江省小兴安岭北坡,地
18、处中温带,属温带大陆性季风气候,四季明显,春迟夏短,秋早冬长。年平均气温1,年平均降水量 550 mm,降水主要集中在夏秋季。容易形成秋涝,春季降雨少。无霜期 111 d 左右,年日照时长 2 580 h,年积温 2 150(统计标准为 10)。地带性土壤为暗棕壤,间或有草甸土、沼泽土和泥炭土等分布。保护区内以阔叶林为主,主要建群种有蒙古栎(Quercus mongolica)林、山杨(Populus davidiana)林和白桦(Betula platyphylla)林等,此外还分布有一些针叶混交林,常见的为云冷杉红松(Picea koraiensis-Abies nephrolepis-P
19、inus ko-raiensis)林。1.2 研究方法1.2.1 样地调查在前期大量踏查基础上,选取保护区内具有典型特征的 4 种林型,即云冷杉红松林、白桦林、山杨林和蒙古栎林。在每一林型典型地段分别设置 3 块20 m30 m 的调查样地,对样地内所有乔木进行每木调查,测量其树高和胸径,并记录胸径3 cm 乔木的测量值。同时,在每块样地内沿对角线设置1 m1 m 的草本样方和 5 m5 m 的灌木样方各 5个,分别记录样方内草本和灌木的种名、株(丛)数和盖度等。并对样地的海拔、坡度和坡向等生境条件进行详细的调查和记录。详见表 1。表 1 样地基本情况Tab.1 Basic situation
20、 of four forest types森林类型 Forest types海拔/mAltitude坡度/()Slope坡向 Aspect林分密度/(株hm-2)Stand density平均树高/m Mean tree height平均胸径/cm Mean DBH树种组成 Plant species composition郁闭度 Canopy density117.864253东北1 6786614.882.2920.351.153 红 3 冷 2 鱼 1 紫 1 榆0.9132.633036东北1 3615911.131.8015.463.799 白 1 蒙0.6121.415359东北1
21、 6564216.812.4019.271.427 山 1 槭 1 榆 1 黑0.893.743846东北1 3671512.991.7614.473.557 栎 2 槭 1 黑0.8注:.云冷杉红松林;.白桦林;.山杨林:.蒙古栎林;冷.臭冷杉(Abies nephrolepis);红.红松(Pinus koraiensis);鱼.鱼鳞云杉(Picea jezoensis);紫.紫椴(Tilia amurensis);榆.家榆(Ulmus pumila);白.白桦(Betula platyphylla);栎.蒙古栎(Quercus mongolica);山.山杨(Populus da-vid
22、iana);黑.黑桦(Betula dahurica);槭.色木槭(Acer pictum)。Note:.spruce,fir,and red pine forests;.Betula platyphylla forest;.mountain poplar forest:.Mongolian oak forest;Abies nephrolepis;Pinus koraiensis;Picea jezoensis;Tilia amurensis;Ulmus pumila;Betula platyphylla;Quercus mongolica;Populus davidiana;Betula
23、dahurica;Acer pic-tum.14森 林 工 程第 39 卷1.2.2 重要值计算计算群落样地内乔、灌、草各层次不同种群的重要值,公式如下11相对频度=(某一种的频度所有种的频度之和)100%。(1)相对多度=(每一种的个体数全部种的个体数)100%。(2)相对盖度=(某一种的基面积之和所有种的基面积之和)100%。(3)重要值=(相对多度+相对频度+相对盖度)3。(4)1.2.3 物种多样性计算物种多样性分析参照陈廷贵等12的方法,计算群落的 Menhinick 丰富度指数(R)、Pielou 均匀度指数(E),得出植物群落的物种丰富度与均匀度,再通过计算 Shannon-Wi
24、ener 多样性指数(H)和 Simpson多样性指数(H)得到植物群落的物种多度的均匀程度和优势度。公式如下R=S/N。(5)E=H/lnS。(6)H=-Si=1(PilnPi)。(7)H=1-Si=1Ni(Ni-1)N(N-1)。(8)式中:S 为样方内所有物种的总数;N 为样方中所有物种的个体数之和;Ni为样方中物种 i 的个体数;Pi为物种 i 的个体数占群落总个体数的比例(本研究中的多样性指数中的 Pi选用物种的相对重要值来计算,优势度指数仍按 Pi计算)。1.2.4 数据分析与处理数据分析采用 Excel 2016 和 SPSS 进行。利用单因素方差分析和 LSD 检验比较不同森林
25、群落以及同一群落内不同层次之间的 4 种多样性指数的差异性。采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)的方法研究群落结构特征与物种多样性的关系。所有的统计分析均处于 P 0.05 或 P 0.01 的显著水平。所有图表均由 Excel 2016 绘制。RDA 采用Canoco 5.0 分析软件。2 结果和分析2.1 保护区典型森林群落物种组成及重要值4 种森林群落的总植物种数由大到小表现为:山杨林、云冷杉红松林、白桦林、蒙古栎林,且不同森林群落中乔木层和灌木层的物种丰富度均低于草本层,见表 2。4 种森林群落重要值在 5%及以上的乔木物种数、灌木物种数和草本物种数均存在差异
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