山西吕梁山植被群落多样性的纬度变化Word文档格式.docx
《山西吕梁山植被群落多样性的纬度变化Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山西吕梁山植被群落多样性的纬度变化Word文档格式.docx（5页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
对此，不同学者分别提出了不同理论或假说进行解释，但得出的结论不尽相同。
山地以其复杂的地形地貌特征和生境的多样性，造就了多样的植被类型及复杂的生态系统复合体，因此是国内外学者研究的焦点[6]。
对大兴安岭物种多样性的研究表明，随着纬度减小植物物种多样性呈增大趋势[7]；
对云南山区种子植物属的研究发
现，热带地区的种子植物属多样性与纬度梯度呈负相关关系，温带地区的植物属多样性与纬度呈正相关关系[8]。
可见，不同山地不同种类的物种多样性及其空间分异的纬度格局存在差异，需要进一步探讨植物多样性沿纬度梯度分布的一般规律。
吕梁山本底自然环境属性恶劣，沟壑纵横，植被稀少，水土流失严重，森林覆盖率仅为18.5%，是重要的生态功能区，研究吕梁山植被对促进吕梁地区经济社会发展与人口资源环境相协调具有积极作用[9]。
以往对吕梁山植被生长特征的研究，多是针对单个山体，而从系统论的观点将吕梁山作为一个整体进行植被生长特征的纬度变化研究尚较少报道。
因此，本研究在吕梁山同时将北部的管涔山、中部的关帝山和南部的五鹿山作为研究区域，进行气候变化和人类干扰背景下吕梁山植被生长特征的纬度变化格局研究。
1材料与研究方法
1.1研究区概况
管涔山位于忻州市宁武县东寨镇（地理坐标为38°
57’〜
39°
03’N,112°
36’〜112°
37’E），年均温6〜7°
C,年均降水450〜500mm植被具明显垂直分布：
1300〜1500m为森林草原带，1350〜1700m为落叶阔叶林带，1700〜1850m为针叶混交林带，1750〜2600m为寒温性针叶林带，2450〜2772m为亚高山灌丛草甸带。
关帝山位于吕梁市交城县庞泉沟镇（地理坐标为37°
20’〜38°
20’N，110°
18’〜111°
18’E），年均温3〜4°
C,年均降水830.8mm植被垂直分布明显，划分为4个垂直带：
落叶阔叶林带（800〜1600m）、针阔叶混交林带（1600〜1750m）、寒温带针叶林带（1750〜2600m）和亚高山灌丛草甸带（2600〜2831m）。
五鹿山位于临汾市蒲县和隰县交界处（地理坐标为36°
23’〜36°
38’N,111°
2’〜111°
18’E）,年平均气温8.7°
C,年均降水量500〜560mm植被具明显过渡性，地带性植被为落叶阔叶林。
1.2样地设置
于2015年6月下旬，沿吕梁山南北走向选取实验样地。
首先，在水平方向上沿不同纬度将吕梁山分为北部的管涔山、中部的关帝山和南部的五鹿山，其平均纬度分别为38.5°
N、37.5°
N和36°
N进行吕梁山植被生长特征的水平格局调查。
然后，同一山体在垂直方向上分不同海拔高度进行吕梁山植被生长特征的垂直格局调查。
管涔山上调查到5种自然植被类型：
落叶阔叶林、针阔叶混交林、灌草丛、常绿针叶林和亚高山草甸；
关帝山上调查到4种自然植被类型：
灌草丛、针阔叶混交林、常绿针叶林和亚高山草甸；
五鹿山上调查到3种自然植被类型：
灌草丛、灌木林和落叶阔叶林。
最后，根据植物生活型设置不同面积的样方：
落叶、常绿乔木的样方大小为20mX50m面积为1000m2
同一海拔高度处采样1次；
落叶、常绿灌木的样方大小为10mx20m面积为200m2同一海拔高度处采样3次；
一年生、两年生、多年生草本的样方大小为1mx1m面积为1m2，同一海拔高度处采样5次。
本实验共设置样方108个，详见表1。
1.3植被调查
于2015年7月下旬，进行吕梁山植被生长特征调查，使用
GPS记录调查位置的地理坐标和海拔高度。
乔木按株调查其种类、数量、基径、胸径和高度；
灌木按株或丛进行调查，指标包括种类、数量、高度和冠幅，所用工具为5m高塔尺；
草本按种进行
调查，测量时每个物种视其数量取其平均值作为记录数据，指标
有种类、数量、高度、盖度和频度，其中高度的测量工具为3m长钢卷尺，频度和盖度的测量工具为自制1mx1m的铝质样方框
（内部分100个10cmX10cm小格）。
调查中的陌生种用标本夹采回在实验室利用植物检索表或由从事植物分类学研究的专家进行鉴定，不同物种生活型（落叶、常绿乔灌木和一年生、两年生、多年生草本）的辨认，则由《中国植物志》查阅得到。
1.4数据分析
采用a多样性指数（Margalef指数、Simpson指数、
Shannon-Wiener指数、Pielou指数）对吕梁山不同纬度灌木、草本植物的物种多样性进行计算分析，公式如下：
式中，IV为重要值，ra为相对多度，rh为相对高度，rf为相对频度，rc为相对盖度；
H为Simpson指数；
H为Shannon-Wiener指数；
E为Pielou均匀度指数；
i为实验样地样方框内的植物物种，S为实验样地样方框内所有植物种类的总和（即Margalef指数）。
用SPSS16.0软件和Origin8.1软件进行方差分析和绘制分析图。
2结果与分析
2.1吕梁山不同纬度乔木植物的生长特征吕梁山乔木植物的基径和高度随纬度呈现出先增后减的单峰变化格局（图1A）,其中37.5°
N处的乔木基径和高度显著高于38.5°
“和36°
N（P0.05）（图1B）;
落叶阔叶乔木的基径和高度随纬度降低表现为先增后减的变化趋势，其中基径在37.5°
N处显著高于38.5°
N和36°
N（P36°
N>
38.5°
N（P38.5°
37.5°
N,表明吕梁山中部的灌木群落稳定性最小，物种竞争最大；
Margalef指数、Simpson指数、Shannon指数的最小值均出现在38.5°
N处，最大值均出现在36°
N处，表明物种多样性随纬度降低而增加。
常绿灌木和落叶灌木的重要值随纬度表现为不一致的变化趋势（表2）。
随纬度降低，常绿灌木的物种数和重要值呈增加趋势，落叶灌木的物种数表现为递增，但重要值递减。
以上表明，吕梁山灌木植物生长趋向于南部。
但就生活型而言，常绿灌木生长趋向于吕梁山南部，而落叶灌木生长趋向于吕梁山北部。
2.3吕梁山不同纬度草木植物的物种多样
性
吕梁山草本植物的物种多样性指数随纬度呈先增后减的单峰变化格局，其最大值均出现在37.5°
N处，且Margalef指数和Shannon指数在36°
N处出现较大幅度降低（图3）。
就物种重要值而言（表3），一年生草本的重要值与物种数在37.5°
N处出现最大值；
多年生草本的重要值在36°
N处出现最大值，但该处的物种数大幅度低于37.5°
N和38.5°
N,这表明一年生草本在吕梁山中部占优势，而多年生草本在吕梁山北部优势明显。
但整体而言，不同纬度处的物种多样性指数都是多年生草本高于一年生草本（表4），说明吕梁山的草本植物以多年生草本占优势。
一年生草本植物的物种多样性指数的变化趋势为
37.5°
N>
38.5°
36°
N;
多年生草本植物的Simpson指数和Shannon指数的变化趋势为37.5°
N，Pielou指数的变化趋势为37.5°
2可见，吕梁山草本植物的物种多样性分布格局倾向于中部最大。
3讨论
3.1乔木植物基径和高度的变化乔木生长受立地条件等因素影响较大，其分布格局是不同尺度上地形、土壤、气候等各种环境因子作用的结果[10]。
本研究得到吕梁山乔木植物的基径和高度均随纬度升高呈现先增后减的单峰变化格局，在吕梁山中部乔木植物长得更为高大;
乔木植
物的纬度梯度结构异质性较强，落叶阔叶乔木多集中于吕梁山中
部，而常绿针叶乔木生长趋向于吕梁山北部。
这可能是由于纬度
梯度和人类干扰影响了吕梁山乔木群落的分布。
北部的管涔山位
于吕梁山较高纬度，易受蒙古高原气候影响，
大陆性气候特点明
显，处于暖温带落叶阔叶林与温带草原过渡区，
广泛分布有云杉
（Piceaasperata）、白?
e（Piceameyeri）、青?
e（Piceawilsonii）等天然针叶林[11]；
中部的关帝山和南部的五鹿山位于吕梁山偏中纬度和较低纬度，属暖温带南部落叶阔叶林亚地带向暖温带北部落叶阔叶林亚地带的过渡地带，多分布有辽东栎（Quercuswutaishanica）、山杨（Populusdavidiana）等天然或人工阔叶林[11]。
同时，北部管涔山作为国家森林公园，游客众多，盲目开发对乔木自然生长造成一定影响；
中部及南部的关帝山和五鹿山开发条件良好，过度砍伐较为严重[12]。
因此，在不破坏吕梁山自然形成的纬度梯度格局情况下，限制人类活动干扰是保护吕梁山乔木群落的有效措施。
3.2灌木植物物种多样性的变化物种多样性研究在整个生物多样性研究中占有非常重要的
地位，是群落生态学研究的重要课题[13]。
Gentry等[14]研究
了植物物种多样性随纬度梯度的变化规律，发现随纬度降低植物群落物种多样性和丰富度明显增加。
谢晋阳等[15]对温带森林植物物种多样性的研究结果表明，随着纬度不断降低落叶阔叶林的灌木层物种多样性指数不断增加。
本研究得到吕梁山灌木植物物种多样性趋向于南部，结果与上述的纬度梯度变化特征相一致。
影响吕梁山灌木植物物种多样性变化的因素很多，导致多样性纬向分异的因素主要有温度、水分、土壤养分、演替进程等[16]吕梁山南部地区水肥条件良好，较低的乔木层多样性使灌木层得到很好发展，加之人类对灌木层干扰较少，因此灌木植物物种多样性相对较高。
本研究还得到吕梁山灌木植物不同生活型在不同纬度梯度呈现不一致的变化趋势：
落叶灌木趋向于吕梁山北部，常绿灌木趋向于吕梁山南部。
在影响植物生长的环境因子中，温度的变化是引起植物生活型改变的重要动力，由季节性差异引起的降水增加或减少对植物生长产生的负面影响，可能会由于温度的提高而部分被抵消[17]。
吕梁山由北部管涔山到南部五鹿山，年平均气温、1月平均气温、7月平均气温等指标都呈增高的变化趋势[18]。
由于常绿灌木对温度的要求更高，其分布趋向于南部的五鹿山，而落叶灌木则趋向于北部的管涔山。
3.3草本植物物种多样性的变化不同层次、不同生活型的植物对环境因子的响应程度存在差异，导致植物整体随环境梯度表现出不同的分异格局[19，20]。
巴图娜存等[21]研究发现，草本植物物种多样性呈现由北向南逐渐升高的态势。
孙菊等[7]研究也表明，随着纬度降低草本层物种多样性逐渐增大。
本研究得到吕梁山草本植物的物种多样性分布格局倾向于中部最大。
这是由于位于吕梁山南部的五鹿山与管涔山、关帝山相比，其海拔明显降低，且位于暖温带大陆季风性半湿润气候区，适合次生森林和灌丛植被生长，而草本层生长受到一定限制，导致吕梁山草本层多样性中心偏移至中部的关帝山。
本研究得到吕梁山草本植物不同生活型随纬度梯度的变化趋势不同：
一年生草本在中部占优势，而多年生草本在北部优势明显。
草本植物不同生活型的出现主要受降水条件的影响，而在降水条件相似的情况下，还须考虑水、热和光照条件[22]。
吕梁山由北往南，年均降水量的增加使一年生草本的种类、成分增加[22]，同时中部的关帝山水热配合条件与北部的管涔山相比更适宜一年生草本植物的生长。
但就整个山脉而言，吕梁山处于暖温带大陆性季风气候区，四季分明，春季干旱多风，气温回升快，昼夜温差较大，符合多年生草本的生境特征。
因此，受纬度梯度影响的水热分配状况决定了吕梁山草本植物不同生活型的纬度分布格局。
4结论
吕梁山从北部的管涔山到南部的五鹿山，随着纬度降低，植被类型呈减少趋势，植物生活型变得单一。
①乔木植物在吕梁山中部长得更为高大，其纬度梯度结构异质性较强，其中落叶阔叶乔木多集中于吕梁山中部，而常绿针叶乔木生长趋向于吕梁山北部。
②灌木植物物种多样性趋向于吕梁山南部，但不同生活型在
不同纬度处呈现不一致的变化格局，即落叶灌木趋向于吕梁山北部，而常绿灌木趋向于吕梁山南部。
③草本植物物种多样性对纬度梯度响应不敏感，其中一年生草本在吕梁山中部占优势，而多年生草本在吕梁山北部优势明显，草本多样性的纬度分布格局尚需进一步探讨。
因此，纬度梯度导致的水热环境差异和人类干扰强度对吕梁山植被生长特征的纬度变化格局产生了重要影响。
升级会员 