鹞落坪国家级自然保护区落叶阔叶林群落动态监测样地乔木物种多样性与空间分布研究

摘要

鹞落坪国家级自然保护区地处大别山腹地，保存了典型的暖温带山地落叶阔叶林生态系统，是落叶阔叶林群落物种多样性研究的代表性区域之一。调查该地区山地落叶阔叶林物种多样性，揭示群落分布格局与物种代替原因，有助于对山地落叶阔叶林植物资源的保护和开发利用，同时也对落叶阔叶林群落整体保护和生态系统服务功能的利用以及预测全球环境变化背景下的植被响应有着重要的意义。本研究按照CTFS（the Center for Tropical Forest Science）调查技术规范在鹞落坪国家级自然保护区核心区内建立11.56ha落叶阔叶林动态监测样地，并对样地内DHB≥1 cm乔木进行每木调查。通过对野外调查数据的统计与分析，尝试从物种多样性与物种空间分布规律两个层面去阐述山地落叶阔叶林物种组成结构与空间分布格局现状，揭示该群落演替状况，预测群落未来发展动向。主要研究结果如下：
　　1．动态监测样地建设
　　在鹞落坪国家级自然保护区核心区典型山地落叶阔叶林群落内，通过美国宇航局陆地资源卫星（Landsat Data Continuity Mission，Landsat8）遥感影像数据，结合野外踏查结果，遵照监测样地选址原则，选取具有代表性、生态敏感性、调查便捷性的区域，参照CTFS技术标准在选定位置修建11.56ha动态监测样地。目前已建成动态监测样地（N30°57′46.11-N30°57′47.81， E116°04′41.33-E116°04′41.08）位于鹞落坪国家级自然保护区核心区仰天窝。核心监测区为投影340m*340m正方形，采用全站仪结合实时动态监控系统（Real-Time Kinematic， RTK）划分为20m*20m的大样方，每个大样方四角端点处用样桩标识作为位置服务依据。监测样地包括山脉南北坡，山脊、峡谷、河流等山地代表性自然景观。所建监测样地首次为鹞落坪自然保护区典型性山地落叶阔叶林群落长期有效监测提供了大型的、综合性的系统研究平台。
　　2．群落乔木物种组成成分
　　通过对鹞落坪国家级自然保护区山地落叶阔叶林群落监测样地调查，经统计样地内胸径大于1cm乔木共24910棵，分属于35科、57属、103种。按照各科所含种数排序，样地内的优势科依次为蔷薇科（7属16种）、槭树科（1属6种）、冬青科（1属6种）、樟科（1属6种）、杜鹃花科（1属5种）、虎耳草科（3属5种）、桦木科（3属5种）、壳斗科（3属5种）。这些科所包含的属、种数占样地乔木植物属、种总数的35.0％和53.4％，在样地乔木植物组成上占据重要地位。统计样地内乔木科分布区类型。发现样地内热带地理成分较多，共计15科，占监测样地乔木总科数的42.8%，其中泛热带分布类型最多，有8科。温带地理成分次之，共计14科，占监测样地乔木总科数的40.0%。
　　3．群落物种多样性特征
　　对监测样地内胸径大于1cm乔木群落结构特征进行统计分析，按照物种个体数量排序，样地内优势物种依次为茅栗（2289棵）、雷公鹅耳枥（2023棵）、白檀（1990棵）、四照花（1913棵）、映山红（1678棵）；按照物种个体高度分析，样地内树高处于2m到8m之间个体数14030棵，占样地内个体总数的56.3%，其中处于4m到5m高的个体最多，达到3116棵；冠幅在高度上呈现单一层次分布，并未分化明显亚层；按照物种重要值（Importance Values，IV）由高到低排序，样地内优势物种依次是茅栗（0.45）、鹅耳枥（0.25）、黄山松（0.19）、四照花（0.19）、白檀（0.16），茅栗在重要值方面占据绝对优势，反应该地区植被类型为落叶阔叶林群落。对监测样地内物种多样性指标计算得出，样地内乔木空间频度（Distribution Frequency Index）为4.64070平方米/棵，香浓威尔指数（Shannon-Wiener Index）为3.64818，森普斯多样性指数（Simpson Ecological Dominant Index）为0.95499，普尔均匀度指数（Pielou Evenness Index）为0.78714。
　　4．群落乔木物种空间分布研究
　　以监测样地内胸径大于1cm乔木个体的空间坐标为基础数据，将监测样地内每个乔木个体均视为二维空间的一个点，组成空间分布的散点图，以散点图为基础进行物种空间分布格局分析。通过计算相对邻体密度指数（Adjacent Individual Density Index，AIDI）来衡量物种的空间分布格局和聚集程度。对监测样地内主要优势种（重要值排序前14）进行分析，结果表明监测样地内优势种在空间分布上呈现聚集分布但聚集强度大小存在异质性。平均聚集性强度指数约为0.239，其中小叶白辛树（0.301）、槲栎（0.301）、四照花（0.230）的聚集性强度较大，映山红（0.169）、雷公鹅耳枥（0.184）、蜡瓣花（0.191）等植物在空间分布格局上显得较为均匀。
　　5．群落乔木物种关联度分析
　　对监测样地内优势种（重要值排序前15）在空间分布上的关系进行研究，结果显示监测样地内优势种间在空间分布上存在一定的关联性。其中32个物种对之间存在着较为显著地相关性（χ2＞3.841），在较显著的相关性种对之间有18个种对呈现正相关约占总数的59%，14个种对呈现负相关约占总数的41%。使用种间联结系数（AC值）来反映监测样地内15个优势种的105个物种对的相互关联强度，结果显示，在呈现显著正关联的45对物种中，有7对物种关联强度较强占显著正关联，占总数的15.6%；有13对物种关联强度一般，占28.8%，有25对物种关联强度较弱，占55.6%。而在呈现显著负关联的26对物种中，有5对物种关联强度较强，占显著负关联总数的19.2%；有11对物种关联强度一般，占42.3%，有10对物种关联强度较弱，占38.4%。由此可知监测样地内整体关联强度较低，显著正关联物种对虽然在数量上多于显著负关联物种，但关联强度大部分集中在较低的水平。

目录

声明

第一章 研究综述

1 研究现状与进展

2 研究区域概况

3 研究的目的与内容

4 研究技术路线

第二章 保护区落叶阔叶林动态监测样地建设

1 原则与方法

2 结果

第三章 监测样地落叶阔叶林树种多样性分析

1 研究方法

2 研究结果

第四章 监测样地物种空间分布格局研究

1 研究方法

2 结果与分析

3 总结与讨论

参考文献

附1：样地示意图

附2：样地核心区乔木植物名录

附3：核心区样桩示意图

附4：核心区样桩GPS坐标

附5：监测样地乔木调查表

附6：样地核心区乔木物种重要值

附7：样地核心区乔木频数大于1%物种空间分布图

附8：样地核心区乔木重要值前十径级结构

致谢