笔架山植物物种多样性垂直分布及不同群落土壤肥力.docx

1、笔架山植物物种多样性垂直分布及不同群落土壤肥力笔架山植物物种多样性垂直分布及不同群落土壤肥力第二届云南大学本科生科研项目结题报告 笔架山植物物种多样性垂直分布及不同群落土壤肥力闫建荣(2004级) (云南大学生命科学学院， 650091) 摘要:通过对笔架山从海拔1785m到2348m范围的调查研究笔架山阔叶林群落和针叶林群落及群落下土壤肥力，得出安宁笔架山阔叶林群落物种多样性高，其群落下的土壤肥力也高，针叶林物种多样性及其土壤肥力就偏低，说明阔叶林群落下的土壤适于植物生长，而针叶林不适合多种植物生长。 关键词:物种 多样性 土壤肥力 指标 Abstract: By researching t

2、he plants species diversity of Bijia mountain, we know that the community of broad leaved forests species diversity of Bijia mountain is high and the soil fertility also is high. But the community of coniferous forests species diversity of Bijia mountain is low and the soil fertility also is low. Th

3、e results show that the soil about the community of broad leaved forest is good for the growthing of plants. However, the community of coniferous forest is harmful for the growthing of plants. 1 引言 1.1 问题的提出 生物多样性沿环境梯度的变化规律是生物多样性研究的一个重要话题，而物种多样性则是生物多样性的本质内容，其分布格局主要与气候，群落生产力和其他因子(如区域地理历史演化，群落演替等)相关(d

4、land & Birks，1999; Brienetal，2000)。物种多样性的空间分布格局受制于许多生态梯度的影响1(Grime1979;Palmer，1992;Huston，1994)，而海拔梯度被认为是影响物种多样性格局的决定性因素之一(Szaro，1989:DeBano,Schmidt， 1990;Lieberman et al ，1996;Zimme rman a1(， 1999;Lomolino，2001;Brown，2001)。对不同层次的多样性比较表明，植物群落不同层次的多样性对环境响应不尽一致(ReyBenayas，1995);不同生活型的物种由于受到不同因子的制约也呈现不

5、同的梯度格局(Ojedaetal.，2000;Hamilton&Per2rott，1981)。贺金生和陈伟烈(1997)总结了四类在区域尺度上影响物种多样性分布格局的生态因子，这些生态因子之间相互作用，在研究多样性的梯度特征时很难加以区分，而垂直海拔梯度由于包含了温度，湿度和光照等各种环境因子而成为生物多样性梯度格局研究的2重要方面。 尽管人们已经认识到了物种多样性随海拔梯度变化的现象，但就这一问题至今尚未形成普遍共识(Lomolino，2001) 许多研究表明，中海拔往往拥有最大的物种多样性，如热带雨林(Lieberman al，1996;Vazquez , Givnish，1998;Zim

6、merman et a1(，1999)和小型哺乳动物群落等(Heaney，2001;Rickart，2001;Md Nor(2001)。但也有许多相反的例证，即多样性与海拔梯度之间并无特定的关系(Ste(Veils，1992; Pausas(1994;Rey Benayas，1995)。Lomolino(2001)认为(多样性与海拔梯度格局的关系(正相关、负相关或单峰关系)在很大程度上依赖于环境变量之间的协变与互作。因此，在对环境因子全面测定和客观取样1 第二届云南大学本科生科研项目结题报告 的基础，不同分类群或不同山区物种多样的比较研究，对阐明物种多样性-海拔3梯度的关系仍然是至关重要和必须

7、的(Lonaolino，2001:Brown，2001)。 1.2国内外研究进展 山地植物群落的物种多样性随海拔高度的变化规律一直是生态学家感兴趣的问题，一般认为，物种多样性的海拔梯度格局反映了与纬度梯度格局相同的变化规律，即随着海拔的上升物种多样性降低。以往大部分关于物种多样性沿海拔梯度分布格局的研究工作集中于热带山地，而忽略了温带山地(Kessler，2000;Wilsonetal.，1996) 。 贺金生等(1997) 对国内外有关的研究进行了综述:落密度、均匀度及土壤4营养状况的不同,以及由此改变了生物多样性-生态系统生产力之间的关系。这些因子在自然状况下是多变的,而在生物多样性实验条

8、件下则相对一致。生物多样性-生态系统生产力之间的关系还可能受到土壤元素可利用性的负反馈作用的影响。因此植物群落物种多样性与土壤养分的关系就变得非常重要。 1.3研究内容及研究意义 1.3.1研究内容 按照英美学派群落学样方调查方法对样方中的乔木植物进行调查，记录树种，胸径，树高，盖度，并记录样方中出现的所有物种。 按照群落英美学派学样方调查方法对样方中的灌木层进行调查，记录样方中灌木种类及其多度，盖度，高度，并记录样方中的草本物种。 对不同海拔高度不同植物群落样方内的土壤按“S”型布点采样。用于土壤肥力的各指标分析，主要对常绿阔叶林中的的滇青冈群落和针叶林的云南松群落进行肥力测定。 1.3.2

9、研究意义 通过本项目的研究，可以使我们更进一步的掌握生态学研究的基本方法和实验技能。进一步巩固生态学专业本科学生所学的专业知识。对安宁笔架山植物物种多样性垂直分布的研究，可以弄清笔架山植物物种多样性随海拔高度的变化规律。并且对土壤肥力的研究可以分析土壤养分水平与植物群落物种多样性之间的关系。也将有利于我们在学习的主动性、积极性和创造性方面得以发挥，激发我们的创新思维和创新意识，逐渐掌握思考问题、解决问题的方法、提高创新实践的能力。对我们来说是一个很好的锻炼，对我们的将来也会产生一定的影响。 对笔架山植物物种多样性垂直分布及其土壤肥力的研究，了解滇中地区即温带山地物种多样性沿海拔梯度分布格局的变

10、化情况。 2 研究区概况及研究方法 2.1 研究区概况简介 云南省所处纬度较低,地势较高，其气候深受印度洋西南季风和西风环流季节交替的影响，具有浓厚的季风气候特色。而云南省本身地形复杂，各个不同的区域又具有各自的气候特点，从而为多种类型植被的发育提供了条件。例如，1 700 m,1 900 m ，年平均温度14. 在以昆明为中心的滇中高原面上，平均海拔7 ?，最冷月平均7. 7 ?，?10 ?积温4 500 ?, 4 988 ?,有霜日数平均为5214 2 第二届云南大学本科生科研项目结题报告 d。年平均降水量1 011. 8 mm ，降水量的各月分配不均，5,10 月为雨季,降雨85 % ，

11、11,4 月为干季，年平均蒸发量达1 867. 7 mm ，属于干湿量占全年的在此气候条件下发育而成的顶极植被为半湿润常绿阔叶季分明的半湿润气候。 5 ,6 林，它是滇中高原的代表性植被 。 安宁笔架山地处滇中高原中部，滇池断陷湖盆西部，距安宁城区约8公里，离昆明市区40公里。东经102?29，北纬24?56，最高海拔2538米，最低海拔1280米。安宁笔架山为石灰岩母质发育地貌，土壤为红壤。属中亚热带低纬度高海拔地区，年平均气温13.6?C ，无霜期平均日数为232天，降雨量1087.2毫米，日照2047.5小时。具有冬暖夏凉，四季如春，干湿分明，雨量集中，雨热同季，年温差小，日温差大及十里

12、不同天等气候特征，山上树林茂密，植物物种多样，是典型的云南山地林。 2.2 研究方法 2.2.1 样地调查方法 按照英美学派群落学样方调查方法对样方中的乔木植物进行调查，研究植物物种多样性的垂直格局，在安宁笔架山上选取几个能代表这一海拔高度范围植被特征的样地，设置实验样方，其中乔木层、灌木层样方面积以10m10m设置，记录树种，胸径，树高，盖度，草本层在乔木层样方中以1m1m设置五个并记录样方中出现的所有物种。选取阔叶林中6个样地，针叶林中6个样地，进行研究。 2.2.2 多样性和多样性指数 多样性的分析包括多样性和多样性， 多样性采用物种丰富度，即样方中出现的物种数目来测定，它是生物多样性的

13、本质内容;而多样性可以用来分析多样性沿环境梯度不同生境之间群落的变化速率，并用以反映不同群落间物种组成的差异。 多样性 Shannon-Weiner 指数:H =-PilnPi Simpsons 指数(优势度指数): D= 1-Pi2 其中，Pi为种i种 的个体数占该样方内总个体数的比例，N为群落中全部物种的个体数。 多样性 Sorensen指数: SI=2c/a+b Jaccard指数:Cj=c/a+b-c Cody指数:c=g(H)+I(H)/2=a+b-2c/2 式中，a、b为两群落的物种数，c为两群落共有的物种数，g(H)为沿生境梯度H增加的物种数，l(H)为沿生境梯度H失去的物种数。

14、Sorensen指数和Jaccard指数反映群落或样方间物种的相似性。Cody指数则反映样方物种组成沿环境梯度的替代速率。 2.2.3 笔架山不同群落土壤肥力指标 对不同海拔高度不同植物群落(阔叶林和针叶林)样方内的土壤按“S”型布点采样。采集用于常规土壤养分分析的土壤样品和土壤生物学活性测定的样品。对采集的不同群落土壤样品进行相关土壤养分的室内分析测定，对土壤进行pH值、有机质、全氮、有效氮、全磷、有效磷的测定。 3 第二届云南大学本科生科研项目结题报告 3 结果与分析 3.1 样地物种调查结果及Simpsons指数分析 结果见表1: 7表1 各样地物种统计 样地 1 2 3 4 5 6 7

15、 8 9 10 11 12 海拔(m) 1785 1890 1901 1914 1918 1922 2065 2179 2184 2204 2214 2348 种类合计 8 12 14 12 10 15 10 14 9 11 10 11 数量合计 36 81 109 152 204 76 203 134 195 83 171 110 Simpson 0.82 0.85 0.83 0.81 0.75 0.89 0.81 0.79 0.76 0.75 0.81 0.79 从表1可看出，随着海拔的增加，植物物种的种类和数量都在增加，但海拔增加到一定程度物种的种类和数量开始下降。植物群落物种多样性的梯

16、度特征是指在群落组织水平上物种多样性的大小随着某一生态因子梯度的有规律性的变化。对于一个地区(区域尺度) ，影响物种多样性梯度变化的生态因子主要可分为4 类:(1)可作为资源的生态因子，如土壤养分，水分条件及光照等;(2) 对植物有直接生理作用的生态因子，但不能作为资源被消费，如温度、胁迫(毒性，8, 9 土壤pH 值等) ;(3) 干扰及异质性;(4) 生物因子，如竞争、演替状态、捕10, 食等。对于一个大的地理尺度，地质历史时期一些事件的影响也应该考虑在内11 。尽管如此，在研究物种多样性的梯度特征时，很难把这些因子之间的作用区分开来，往往是几个因子的综合作用，如沿着海拔梯度，不仅温度条件

17、发生12, 13变化，同时也经常伴随着水分、光照条件的改变。所以推测以上某些生态因子是影响笔架山物种种类和数量的因素。图中各样地Simpsons指数相差不大，但还是有差异的，其中多样性最高的是样地编号为6的样地，最低的是编号为5和10 的样地。 3.2 样地土壤肥力指标分析 表2 笔架山不同群落土壤肥力指标 pH值 有机质% 全氮g/kg 有效氮mg/kg 全磷% 有效磷mg/kg S1 4.14 2.22 0.48 23.25 0.03 4.61 S2 4.86 4.58 1.08 63.53 0.02 2.86 表2中，S1各指标为统计学方法处理的针叶林群落下的土壤肥力指标，S2为按照统计

18、学处理下的阔叶林群落下的土壤肥力指标。S1与S2在pH值、全磷两个指标相差不大。有机质、有效氮、全氮指标是S2的明显高于S1的，4 第二届云南大学本科生科研项目结题报告 即阔叶林群落下的土壤肥力指标高于针叶林群落下的土壤肥力指标，阔叶林所在地海拔低于针叶林所在地，即土壤肥力高的样地处在低海拔，相反土壤肥力低的样地处在高海拔，这样的土壤肥力与调查的样地内物种多样性基本相符。 土壤肥力是土壤的基本属性,是植物群落的重要环境因子，从研究结果看，由于其地上植物群落不同，其土壤肥力亦不相同。其中土壤肥力各指标值都是常绿阔叶林下的山地红壤的高，而针叶林下的红壤肥力指标低。所以阔叶林下的土壤适于植物生长。

19、4 讨论 在云南滇中地区顶级群落为阔叶林群落，针叶林群落的衍化趋势即阔叶林，安宁笔架山的植物物种多样性符合物种多样性随海拔变化的基本规律，即随着海拔的升高，物种的多样性减少，即低海拔为阔叶林，高海拔为针叶林。 研究表明，阔叶林土壤肥力高于针叶林土壤肥力。在调查中发现，阔叶林群落下的地被物即枯枝落叶明显多于针叶林群落下的，而且阔叶林群落下的土壤腐殖质也是明显高于针叶林群落下的土壤腐殖质，所以阔叶林群落土壤肥力高于针叶林群落土壤肥力。 安宁笔架山处于滇中高原的一个区域，当地的植被是滇中高原半湿润常绿阔叶林的典型代表，研究当地植被对了解滇中高原半湿润常绿阔叶林的结构有很大的帮助。 参考文献: 1王国

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