（环境科学专业论文）贵州喀斯特灌丛植物多样性及其对影响因子的响应.pdf

贵州大学2 0 0 8 届硕二l 研究生毕业论文 p l a n td i v e r s i t yo fk a r s ts c r u bc o m m u n i t i e sa n dt h e r e s p o n s t ot h ef a c t o r sa f f e c t i n gp l a n td i v e r s i t yp a t t e r ni n j 1 1 i j n l z i i o ur r 0 v l n c e s u m m a r y v e g e t a t i o n w h i c hi st h et o t a lo f t h ep l a n tc o m m u n i t yc o v e r i n gt h ee a r t ha n di so n eo ft h e m o s ti m p o r t a n tn a t u r a le n v i r o n m e n tf a c t o r s h a st h ec r u c i a li n f l u e n c eo ne x i s t e n c eo fh u m a n b e i n g sa n da n i m a l s p l a n ts p e c i e sd i v e r s i t yi st h eb a s i so fb i o d i v e r s i t y t h ed e c l i n i n go fp l a n t s p e c i e sd i v e r s i t yc a nc a u s et h ee x t i n c t i o no fm a n ya d v a n c e da n i m a l sa n dt h el o s s o f e c o s y s t e mf u n c t i o n sa n ds e r v i c e s p l a n ts p e c i e sd i v e r s i t yh a sb e e ns t u d i e do nt h ed e p t ha n d w i d t ho fs t u d y i n gm e t h o ds i n c e19 8 0 s n o w t h es t u d yo fp l a n ts p e c i e sd i v e r s i t yh a sb e c o m e o n eo ft h em o s ti m p o r t a n ta s p e c ta n do n eo ft h eh o tt o p i c si ne c o l o g y t oc o n s e r v et h e b i o d i v e r s i t y s c i e n t i s t s d oas e r i e so fr e s e a r c ha b o u tt h eb a s a lt h e o r yi n c l u d i n gt h e c h a r a c t e r i s t i c so fp l a n ts p e c i e sd i v e r s i t yi nd i f f e r e n te c o s y s t e m s t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n d i v e r s i t ya n dc o m m u n i t yh a b i t a t i o n t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nd i v e r s i t ya n dc o m m u n i t y s t r u c t u r ea n df u n c t i o n s a n ds oo i l t h i ss t u d yc h o o s e sg u i z h o up r o v i n c ea sas a m p l e w h i c h l i e si nt h es o u t h w e s to fc h i n aa n dt h ek a r s th a v ed e v e l o p e ds t r o n g l y b e c a u s eo ft h ep a r t i c u l a r p h y s i o g n o m yo fg u i z h o u i tp r o d u c e st y p i c a lk a r s tf o r e s te c o s y s t e m a n db e c a u s e o fi t sw e a k a b i l i t ya g a i n s td i s t u r b a n c e e s p e c i a l l ys u f f e r sf r o mt h ec o n t i n u a la r t i f i c i a ld i s t u r b a n c e t h e k a r s tf o r e s te c o s y s t e mh a r d l yr e c o v e r sn a t u r a l l yo ra tal o ws p e e d s oi tp r o d u c e ss h r u b v e g e t a t i o nc o m m u n i t ya f t e rf o r e s tv e g e t a t i o nd e s t r o y e d t h e nt h es k r u bv e g e t a t i o nh a sb i o l o g y o re c o l o g yc h a r a c t e r i s t i c sl i k ed r o u g h te n d u r a n c e i n f e r t i l i t ya n ds t r o n ga d a p t a b i l i t y w i t ht h e c o n t i n u o u se f f e c to fe n v i r o n m e n tf a c t o r s r o c k yd e s e r t i f i c a t i o n 一一a ne x t r e m ep h e n o m e n o no f s i o ld e g r a d a t i o nh a sf o r m e d w h i c hs e r i o u s l ya f f e c t st h ed e v e l o p m e n to fl o c a ll i v i n g c o n d i t i o n sa n de c o n o m y s o h o wt or e c o v e rt h ek a r s te c o s y s t e ma n dh o wt og o v e r nr o c k y d e s e r t i f i c a t i o n i ti sv e r yn e c e s s a r yt os t u d yn a t u r a ld i s t r i b u t i o na n ds t r u c t u r ea n dd i v e r s i t yo f t h es c r u bv e g e t a t i o n a n dt oa n a l y s et h es c r u bc o m m u n i t yd i v e r s i t ya n dt h er u l e si n t e r a c t e d w i t l le n v i r o n m e n tf a c t o r s c h o o s i n gt h et y p i c a lk a r s tr e g i o n si ng u i z h o up r o v i n c e a n dt h e m a i nr e s e a r c hm e t h o d si n c l u d i n gr e g i o n a lv e g e t a t i o ni n v e s t i g a t i o na n du s i n gt h ei n s t r u m e n ta t 2 贵州大学2 0 0 8 届硕士研究生毕业论文 t h es u r v e yl o c a t i o n s i n v e s t i g a t i n ga n dr e c o r d i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ev e g e t a t i o no ft h e k a r s ts c r u bc o m m u n i t yi nt h et y p i c a lp l o t s u s i n gl a i 2 0 0 0p l a n tc a n o p ya n a l y z e rt o m e a s u r et h ec o m m u n i t yc a n o p yi no r d e rt oo b t a i nt h el e a fa r e ai n d i c a t o r w h i c hi st h e m e a s u r a b l ei n d i c a t o r so ff o r e s tp r o d u c t i v i t y t h e nt h i sp a p e ra n a l y s e st h ei n t e r a c t i o nr e s p o n s e b e t w e e nt h em a j o re n v i r o n m e n tf a c t o r sa n dp l a n ts p e c i e sd i v e r s i t yo ft h ek a r s ts c r u b c o m m u n i t yi nd i f f e r e n th a b i t a t s t od i s c u s st h et r a i t so fp l a n ts p c i e sd i v e r s i t yi nt h r e eh a b i t a t s a n dt h ep r e s e r v a lc o n d i t i o n so fp l a n ts p e c i e sd i v e r s i t y a n dt h e nm a k eaf u r t h e rr e s e a r c ha n d f i n dt h er e g u l a r i t ya m o n ge n v i r o n m e n tf a c t o r sa n dp l a n ts p e c i e sd i v e r s i t ya n dt h eq u a n t i t a t i v e c h a r a c t e r i s t i c so fp l a n t o nt h eb a s i so fc o n c l u s i o n sa b o v et h i sp a p e rw i l lp r o p o s es o m e c o n s t r u c t i v es u g g e s t i o n sf o rv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o na n dp r e v e n t i n gr o c k yd e s e r t i f i c a t i o ni n k a r s tl a n d f o r mg u i z h o u p r o v i n c e k e y w o r d s k a r s tl a n d f o r m k a r s ts c r u bc o m m u n i t y p l a n ts p e c i e sd i v e r s i t y a f f e c t f a c t o r s q u a n t i t a t i v ec h a r a c t e r i s t i c so fp l a n t r o c k yd e s e r t i f i c a t i o n 3 贵州大学2 0 0 8 届硕 b 研究生毕业论文 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立 进行研究所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果 对本文的研究曾做 出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识 到本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 t 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留 使用学位论文的规定 同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被 查阅和借阅 本人授权贵州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 和汇编本学位论文 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 轴师签名 贵州大学2 0 0 8 届硕上研究生毕业论文 第一章前言 1 1 研究的意义 贵州省地处西藏高原余脉延伸的云贵高原东部斜坡地带 北纬2 4 0 3 5 2 9 0 5 9 东 经1 0 3 0 4 57 1 0 9 0 3 5 属亚热带湿润气候 国土总面积1 7 6 1 2 8 k m 2 境内山峦起伏 地 貌类型复杂 气候类型多样 自然景观独特 区域差异明显 贵州又是一个喀斯特强烈 发育的高原山区省 它不仅是中国喀斯特分布面积最大 发育最复杂的一个省区 而且 恰处于世界喀斯特集中分布的亚洲片区中心 喀斯特分布面积占全省面积的8 5 其中 出露的碳酸盐岩面积达1 5 万k m 2 占全省土地总面积的7 3 6 在全省3 9 0 0 万人口中 有近9 0 居住在碳酸盐岩岩溶地区 容丽等 2 0 0 4 由于喀斯特环境的特殊性及不合 理的人为活动 在谣南地区形成了一种土地退化的极端现象一石质荒漠化 简称石漠化 朱守谦等 2 0 0 2 对当地经济发展 社会进步和人民生活造成了严重的影响 据 调查 贵州省石漠化土地面积已达3 2 4 8 0 时 约占全省土地总面积的1 8 4 4 而且每 年以3 5 6 的速度递增 全省分布在岩溶地区的县 市 有7 3 个 其中有3 2 个县 市的土地石漠化面积大于全省平均水平 有1 4 个县 市 的土地石漠化面积大于3 0 有8 个县 市 的石漠化状况非常严重 土地石漠化面积大于4 0 贵州省i 瞎斯特石漠 化加速了环境恶化 致使水土流失 自然灾害频繁和生态系统退化 直接威胁到当地人 民的基本生存条件 加剧了喀斯特地区的贫困 造成了人与环境之间关系严重失调 经 过长期研究 对石漠化的成因及治理上 各方面的意见已经达成一致 即喀斯特石漠化 问题的一个主要原因就是人类活动导致植被破坏 要治理石漠化 关键就是要恢复植被 因此 研究喀斯特石漠化地区植物多样性和与所处环境之问的关系 对恢复该区植被的 意义是显而易见的 喀斯特 k a r s t 是一种具有特殊物质 能量 结构和功能的生态系统 其总体特征 是生态敏感度高 环境容量低 抗干扰能力强 稳定性差 王世杰等 2 0 0 3 在喀斯 特地区 由于基岩裸露 岩石裂隙透水 漏水 保水性差 加之土被不连续 土层浅薄 因此形成了干燥 贫瘠的特殊环境 由于喀斯特特殊的环境特征 在此环境中生长发育 的植物常常多具石生 旱生 喜钙等生态特点 形成的植被也具有鲜明的独特性 谢双 喜等 2 0 0 1 这些独特性主要是 1 喀斯特环境由于生境的异质性 生态系统具 有丰富的植物多样性 根据研究 贵州喀斯特生态系统有植物5 0 0 0 多种 是全国植物多 样性最高的几个省份之一 植物多样性仅排在云南 广西 西藏和四川之后 2 岩 4 贵州大学2 0 0 8 届硕 j 二研究生毕业论文 溶植被地域性比较强 形成了自己相对独特的植被类型 贵州喀斯特植被 不仅受气候 的影响 使其在外貌上具有同气候带地带性植被相似的特征 同时 这种地带性植被发 生在岩溶环境上 它的形成又受喀斯特环境的影响 在植被外貌 种类组成上 与非喀 斯特环境下形成的同一个气候带的植被类型比 又具有自己的特点 3 石漠化灌丛 是轻 中 重度等各石漠化程度生境上分布面积最大的一类植被 该植被类型足植物群 落逆行演替的产物 因此 研究石漠化地区这种特殊生境植物多样性与环境问的关系 有利于了解该区植物多样性现状 多样性维持的机理 以此来丰富全国植物多样性科学 理论 本研究针对这些大背景 把研究工作定位于喀斯特灌丛植物多样性及对生境的响应 上 通过对贵州石漠化最集中的典型县 市 峰丛洼地山丘的山顶 山腰和山脚不同生 境植被调查 了解石漠化灌丛群落多样性 物种多样性及物种多样性对非生物生境和生 物生境的响应 探明石漠化灌丛的类群和植物物种多样性特征 及在不同生境的影响下 植物物种多样性的表现 植物多样性与非生物和植物生境问到底有什么样的关系 为i 咯 斯特地区灌丛植被的分类恢复以及利用提供理论依据 1 2 国内外研究现状 对喀斯特灌丛植物多样性的研究工作 第一个方面是灌丛群落多样性的研究 研究 工作根据 植物群落学一生态学原则 在以植物群落本身特征为主要依据的同时 又 十分注意群落生态特征 对喀斯特灌丛植物群落进行分类 中国植被 1 9 8 0 黄威 廉等 1 9 8 8 贵州喀斯特灌丛群落的分类也是依此为基本原则 但是 略斯特灌丛群 落分类本身是对特定生境中 特定类型的群落进行的分类 因此其分类只能是在界定的 喀斯特生境中 对灌丛植被型之下的中或低级单位进行分类 阳含熙等 1 9 8 1 据此 主要是根据其组成群落的优势种类和种类的积算优势度进行的 按照这一原则 喀斯特 地区灌丛主要划分为山地常绿灌丛 山地常绿落叶藤刺灌丛 山地落叶灌丛和山地肉质 多浆灌丛等四个植被型 其中喀斯特山地常绿灌丛有分布于黔中地区的月月青灌丛 黔 南一带的龙须藤 樟叶英莲灌丛和黔西北高原的金花小檗 平枝枸子灌丛 喀斯特山地 常绿落叶藤刺灌丛则在全省都有分布 主要是由常绿成分金花小檗 火棘和小果蔷薇 悬钩子等落叶成分混杂组成 由于优势种的组合不同而形成多种类型 喀斯特山地落叶 灌丛主要由圆果化香 马桑等落叶成分为主构成 分布于喀斯特极其发育 地势较陡的 5 贵州大学2 0 0 8 届硬 l r 曰f 究生毕业论文 坡位 分布面积不大 屠玉鳞 1 9 9 5 第二方面 过去的工作对灌丛植物区系多样性进行了研究 据屠玉麟 1 9 9 5 研究 表明 贵州喀斯特灌丛植物区系地理成分类型中 温带性质的属数量稍多 占5 5 6 4 大于热带性质的属 后者仅占4 4 3 6 贵州喀斯特灌丛植物区系中的世界分布型共有2 4 属 如悬钩子属 r u b u s 鼠李属 r h a m n u s 金丝桃属 h y p e r i c u m 志远属 p o l y g a l a 车前属 p l a n t a g o 毛萸属 r a r u n c u l u s 等 世界分布性的植物借助于多种多样的传 播能力广泛传播 其中人为活动的影响更加剧了其传播的空间范围 其中的悬钩子属种 类多 生长势旺 在喀斯特灌丛中占重要地位 总体而言 喀斯特灌丛的植物区系具有 温带植物区系和热带 亚热带植物区系并重的特点 第三方面 对灌丛物种多样性做了深入研究 根据研究 贵州共有维管束植物2 5 0 科 1 5 5 1 属 5 6 9 1 种 变种 其中蕨类植物约5 3 科 1 4 7 属 8 0 8 种 包括变种 变型和杂 交种 种子植物约2 0 0 科 1 2 7 6 属 5 5 3 0 种 俞锦标等 1 9 9 0 贵州植物志 1 9 8 6 是中国植物种类较丰富的省区之一 例如木本植物全省有1 0 3 科 4 3 3 属 1 5 9 9 5 1 变种 其属数占全国木本植物9 5 9 属的4 5 1 5 蕨类植物共1 4 7 属 约占全国蕨类2 2 2 属的6 6 2 其种数也占全国2 6 0 0 种的3 1 1 种类的丰富程度在全国仅次于云南 四川 广东 广 西等省区 位居前列 其中包括5 0 种以上的科就有2 7 个 贵州被子植物中富含古老的类 群和特有种 如珙桐 鹅掌楸 连香树 水青树 香果树等 现存的裸子植物有1 0 科 2 8 属 1 9 3 种 分别为中国裸子植物科 属 种总数的1 0 0 6 4 7 和3 2 6 是中国裸 子植物最多的省区之一 周政贤 1 9 8 7 贵州的苔藓和地衣资源也十分丰富 地衣共 有1 0 科1 7 属7 1 种 3 变种 1 亚种 而喀斯特地区的苔藓资源 仅黄果树喀斯特区就有4 4 科1 0 4 属2 1 4 种 其中中国西南新记录3 种 低等原核植物一蓝藻 对喀斯特地区地表环 境的形成意义重大 其种类也十分丰富 仅白云岩发育的山体云台山上 蓝藻就有1 1 科 5 3 属2 2 8 种 其中适钙蓝藻 气生和亚气生蓝藻占优势 值得指出的是贵州的植物宝库 中 有的种类分布极其局限 在国内其它地方都没有分布 仅仅见于贵州 成为 贵州 特有植物 而分布于喀斯特地区的贵州特有植物更是种类繁多 如贵州苏铁 c y c a s g u i z h o u e n s i s 荔波鹅耳枥 c a r p i n u sl i p o e n s i s 岩生鹅耳枥 c a r p i n u sr u p e s t r i s 石山桂 c i n n a m o m u nc a l c a r e u m 荔波蚊母树 d i s t y l i u ml i p o e n s e 贵州石楠 p h o t i n i ab o d i n m r o 石山新木姜 n e o l i s t e ac a l c i c l o a 黔鼠束u r e ag u i z h o u e n s i s 石山胡颓子 e l a e a g n u s c a l c a r e a 石生鼠李 r h a m n u sc a l c i c o l u s 贵州槭 a c e rg u i z h o u e n s e 贵州金花茶 c a m e l i a 6 贵州大学2 0 0 8 届硕一i 研究生毕业论文 h u a n a 贵州石蝴蝶 p e t r o c o s m e ac a v a l e r i e o 灰岩生苔草 c a r e x c a l c ic o l a 贵州鹤顶兰 e h a i u s g u i x h o u e n s i s 等 许兆然等 1 9 8 5 其中许多仅生长于i 瞎斯特地区 证明贵州 的珍稀植物资源具有很明显的地方特色 此外 在生物多样性方面贵州独有的喀斯特环 境特征 形成了丰富多彩的类型和栽培品种 表现出丰富的遗传多样性 喀斯特地区独 特的地上地下二元结构 地形起伏多变 形成了类型多样的生态系统类型 其受冰川影 响较小 保留了许多北半球其它地区早已灭绝的古老孑遗和残遗的种类 因此具有物种 高度丰富 特有属种繁多 区系起源古老等物种多样性的特点 但由于喀斯特环境自身 的脆弱性 加上人类不合理的开发和利用 使得区内的自然资源和人工环境不断地遭到 破坏 物种种类 数量正急剧减少 总体来说 贵州的植物多样性特点可以总结为 区 系起源古老 环境类型多样 物种高度丰富和特有属 种繁多等特点 植物多样性的研究工作 自1 9 8 7 年以来 在全球范围内 已成为生态学研究的 热点问题 植物多样性研究的深度 广度 研究的方法和内容都有巨大的扩展 短短几 十年 人们已经深刻地认识到保护生物多样性对整个地球生态系统的重要意义 陈灵芝 等 1 9 9 3 植物种多样性是生物多样性的基础 植物种多样性的下降 导致了许多高 等动物的灭绝 生态系统功能和服务的丧失 为了实现生物多样性保护 人们对不同生 态系统或植物群落植物种多样性特征 多样性与群落生境间关系 多样性与群落结构和 功能关系等进行了一系列基础性的理论研究 2 0 世纪5 0 年代以来 许多生态学研究涉 及了不同尺度多样性特征的研究 从物种 基因 生态系统 景观水平等尺度 利用各 种定量的方法研究了全球生态系统可能蕴藏的基因 物种数和生态系统的多样性程度 结合动植物区系 地理和群落学等方面的研究 开展特定生态系统编目多样性 区系成 分多样性的研究 如吴征镒等对中国植物区系及组成的研究 蒋有绪等对海南岛热带林 物种组成和区系组成多样性的研究 利用各种多样性指数测定不同生态系统群落内 群 落问和地区间的物种多样性 a p 丫多样性测定 分析i f p 丫多样性尺度变化特征 和多样性测度模型的适合性 通过物种的年龄 种基因型 进化史 分类学上的意义及 人类干扰 土地利用 生态学和生殖生物学特征 对某物种在所处地理群落中现实生物 多样性等条件下的濒危状况进行基础性评级 以了解其灭绝的危险性及保护的可能性及 策略等 王震洪等 2 0 0 6 7 贵州大学2 0 0 8 届硕 研究生毕业论文 1 3 目前要解决的问题 随着植物多样性的研究越来越受到各国学者的重视 国内外对于该方面的研究在理 论和实验方法上都得出了很多重要的观点和假说 如世界和我国的植物多样性特点的总 结 多样性的研究层次和研究实验方法等 且在研究中不断提出新的研究内容 如生物 多样性和生态系统功能关系方面等 张全国等 2 0 0 3 黄建辉等 2 0 0 0 但在贵州喀斯特灌丛 大量的研究工作定性描述比较多 特别是群落多样性和物种 多样性的研究上 目前 国内外植物多样性的研究工作已深入到定量分析研究上 如群 落多样性研究常常采用数量分类的方法使不同植物群落按数量特征指标的变化进行分 类 物种多样性采用各种评价模型进行评估 使不同生境植物多样性或不同群落植物多 样性能很好地定量化 其次 在贵州喀斯特灌丛 很多工作关注于区域尺度的植物多样性研究 对局域尺 度的研究很少 而在世界范围内 在区域尺度上植物多样性格局比较清楚的条件下 局 域尺度已成为一个研究热点 因为局域尺度的研究工作不但可以揭示植物多样性格局 更重要的是通过局域尺度上各种环境因子的调查分析 可以了解植物多样性维持的机 制 从而为生态系统植物多样性保护和恢复提供依据 王震洪等 2 0 0 3 本研究正是立足贵州植被现状 选取典型喀斯特灌丛为研究对象 在大量植被调查 获得植被数据的基础上 对这些资料进行聚类分析 用数量方法研究喀斯特灌丛群落多 样性 对不同生境植物多样性进行评价 分析不同生境植物多样性与非生物环境因子和 生物环境因子的关系 研究植物多样性对这些因子的响应 论证灌丛群落植物多样性特 征 了解喀斯特灌丛主要植物种 优势程度及其与生境的关系 深化对喀斯特灌丛植物 的认识 在理论上丰富喀斯特灌丛植物多样性等方面的生态研究 在实践中为我国的喀 斯特山地这种土被不连续 土层浅薄 土壤保水性差的退化群落植被的保护和恢复提供 理论依据 8 贵州大学2 0 0 8 届硕二i 研究生毕业论文 第二章研究区域概况 2 1 自然地理概况 对于贵州省的整体生态环境和区域特点如前言1 1 研究意义中有述 在此不重复赘 述 本研究在前期资料收集基础上选择贵州高原中西部喀斯特比较典型的八个县市 区 普定县 花溪区 清镇市 惠水县 关岭县 兴义市 水城县 威宁县进行研 究 所有调查区域的气候类型均为亚热带季风湿润气候 其中普定县位于黔中腹地 属 贵州省安顺市 季风交替明显 全年气候温和 雨量充沛 日照少 辐射能量低 年平 均气温1 5 1 年平均日照时数l1 6 4 9 小时 年平均降水1 3 7 8 2 m m 属全省三大降雨 中心地区之一 普定也是贵州喀斯特强烈发育的典型县 喀斯特面积占全县总面积的 8 0 水土流失面积占近5 0 石漠化面积占3 7 本研究中在普定县的样地设置主要 选择在城关镇新普村 样地海拔在1 2 0 0 15 0 0 m 花溪区和清镇市地处黔中 同属贵阳市辖区 雨量充沛 花溪区的年均气温1 4 9 c 年均降雨量在1 1 0 0 1 3 0 0 m m 清镇市的年均气温和降雨量与花溪区相差不大 样地主 要设置在花溪区民族学院附近的峰从洼地山丘海拔在11 0 0 1 3 0 0m 和清镇市的簸箩村 海拔在8 0 旺1 l o o m 惠水县位于贵阳市正南面 地处黔中高原南部边坡 地势北高南 低 年平均气温1 6 3 c 年降水量1 1 5 4 m m 样地选择在惠水县甲戎乡青屯大寨 海拔 高度在10 0 0 12 0 0 m 关岭布依族苗族自治县同属于贵州省安顺市 位于黔西南地区 境内气候呈立体状 跨越南温带 北亚热带 中亚热带 主要以中亚热带季风湿润气候为主 年平均最高气 温为1 6 9 c 年降水量1 2 0 5 1 一1 6 5 6 8 m m 是全省降水中心之一 该地区的基岩为白 云质石灰岩母岩 也是典型的喀斯特地区 关岭县的野外调查在两个地段进行 分别是 关岭县城和关岭县花江峡谷段 海拔高度在8 8 0 1 2 0 0 m 兴义市地处贵州省西南部 是黔西南布依族苗族自治州的首府 位于滇 黔 桂三 省结合处 昼夜温差小 年均气温1 3 6 1 9 1 雨量充沛 就喀斯特地貌而言兴义是贵 州省喀斯特比较集中和独特的地区之一 本研究在兴义的样地设置在顶效镇 海拔高度 在1 0 0 0 1 3 0 0 m 水城县位于贵州省西北部 隶属六盘水市 境内以山地为主占全州面积的6 8 喀 斯特地貌较为典型 年平均温度1 2 8 c 年降雨量1 0 1 8 m m 野外调查样地设置在水城 县的边界与威宁县交界处 海拔高度1 4 0 0 1 6 0 0 m 9 贵州大学2 0 0 8 届硕 i 1 0 究生毕业论文 威宁彝族回族苗族自治县是贵州省面积最大 海拔最高的县 同时也是喀斯特地貌 比较独特的县之一 年均气温1 0 6 c 年降雨量9 2 6 m m 相比较而言较其他调查地区 低 样地设置在威宁县1 0 2 省道交叉的典型喀斯特丘陵山地 设置样地的海拔高度在 2 0 0 0 2 3 0 0 m 之间 根据调查地段结合m a p g i s 软件绘制出调查地区的布点示意图如下2 1 图中标有圆 点的部分为设置样地的地区 图2 1 调查区域布点图 f i 簖 1l o c a t i o no fs t u d ys i t e s 1 0 贵州人学2 0 0 8 届硕 t 1 i o f 究生毕业论文 第三章研究方法及数据处理 3 1 研究方法 3 1 1 野外植被调查 在每个县市 区 选择典型峰丛洼地地貌特征明显的区域 确定植被调查点 在 每个植被调查点确定石灰岩山丘三种生境 山腰 山脚和山顶作为植被调查的三种生境 在峰丛洼地 峰丛之间平地大多己被开垦成农田 睢有比较陡峭的山丘分稚着自然演替 的植被 在山脚 尽管土层较厚 植被生长的土壤条件较好 但人类和牲畜频繁活动 对植被干扰比较严重 生境干旱 在山腰 人类活动明显减少 生境较湿润 但较陡峭 土层薄 在山顶 地形常常为小平台 但几乎没有土层 生境较干 植被在石逢和石沟 中生长 在已选定的山脚 山腰和山顶分别设罨2 4 个不等的样方 植被调查样地均设置为 5 x 5 m 对木本植物进行逐一调查 记录的项目有 木本植物种名 株数 株高 冠幅 和地径 调查中要对每株是实生或萌生起源进行判断 之后 利用冠层分析仪 测定叶面积指数 l a i 叶面积指数 作为研究群体结构的 重要植被参数 其在研究群落结构中是必要的 叶片是树木进行光合作用与外界进行水 气交换的主要器官 叶面积的大小直接影响植物的受光 它的变化影响着植物群落结构 和环境 如植物种类组成 各物种的多度 土壤水分状况 群落温度和湿度条件等 植 物群落具有合理的叶面积 它能充分利用光能 保证林分生物量形成 除此其还控制着 植被的许多生物物理过程 l a i 可为植冠表面最初能量交换提供化定量信息 因此 通 过测定叶面积指数 可分析群落结构与植物多样性的关系 评估植物多样性对植物因素 的响应 及其灌丛群落生产力 王希群等 2 0 0 5 徐英等 2 0 0 6 l a i 实地测量方法 包括直接测量方法和间接光学测量方法 方秀琴等 2 0 0 3 考虑到本研究的实际情 况在实地测量中采用的是间接光学测量方法 此种方法是采用新型树冠分析仪l i 口 l a i 2 0 0 0 型仪器对样地的灌丛群落进行实地测量 p i e r c e 1 9 9 8 该仪器是2 0 世纪9 0 年 代开发的新型植被调查测量装置 仪器主要由主控制器 鱼眼 成像信息采集器 光 子探头传感器 水平计等五部分组成 其核心部件是l a i 2 0 5 0 光量子感应器 即 鱼h 艮 测量中鱼眼成像信息采集器 传感器获取的是二维空间的植被冠层结构信息 并通过主 控制器的软件进行数据处理 实际测量中该仪器可通过收集器获得的冠层透射率计算出 贵州大学2 0 0 8 届硕 l 研究生毕业论文 叶片数量进而计算出叶面积指数 该方法可以避免传统收获法所造成的大规模破坏森林 的缺点 不受时间的限制 获取的数据量大 仪器容易操作 方便快捷 结合本研究的 实际情况具体测定方法为 将每个样地按两条相交对角线 并在每条对角线上各取均匀 的7 个点分别对灌丛植被的l a i 进行测定 每个点分别测量树冠上方空白值作为参考对 照值 之后对树冠下层进行三次测量 数据自动被仪器记录并按相关软件进行计算 根 据仪器特点和研究需要在数据处理时取多个冠层下数值来进行空问平均 3 1 2 喀斯特灌丛群落生境特征调查 在进行样地植被数据调查的同时 记录样地所处生境的环境特征 主要方法为 用g p s 测定样地所处地理位置的经纬度和海拔 用罗盘仪测定样地的坡向 坡度 人为干扰情况 对样地内的人为干扰情况进行观察 记录 如放牧 旅游 砍伐等活动 留下的痕迹和植被状况的好坏 然后根据定性描述 对每个样地进行干扰强度的赋值 石漠化程度的测定 是根据裸露石块长宽的测定 估算裸露面积 按岩石裸露面积占 样地面积的百分比判断石漠化面积 在此基础上结合一般对石漠化的分级 样地的水土 流失状况初步判定样地的石漠化程度 潜在石漠化 岩石裸露面积 7 0 小生境类型的确定 喀斯特生境是一系列小生境类型组合而成 小生 境的划分没有统一的定量标准 朱守谦 1 9 9 3 对喀斯特森林进行研究 将其划分为石 面 土面 石槽 石沟等几种类型 本研究结合具体的研究地和研究对象按小生境组合 比例细化为土面型 石面型和石土型 3 2 研究的技术路线 笔者认为 以上所选择的8 个县市 区 是贵州喀斯特集中分布的区域 灌丛分布 面积比较大 通过这些县市 区 研究点上的植被调查工作 所得植物群落数量特征数 据能够评估贵州喀斯特灌丛群落和物种多样性 认识喀斯特灌丛植物多样性变化规律 在每个点上的研究工作 能够得到山腰 山脚和山顶不同生境条件下的植被数据和生境 条件参数 由于植物群落在不同生境条件下演替 植物多样性形成中会对多利 生境 包 括非生物生境和生物生境 条件会发生不同的响应 通过植物多样性指数和非生物生境 及生物生境条件参数关系分析 可以评估植物多样性对不同生境因子的响应规律 本论 文在以上地区共设置了8 6 个样方做调查研究 图3 1 为本研究的技术路线图 1 2 贵州火学2 0 0 8 届颀七研究生毕业论文 图3 1 技术路线示意图 f i 9 3 一lf l o wc h a r to fr e s e a r c hp r o c e s s 1 3 贵州火学2 0 0 8 届硕一i r o f 究生毕业论文 3 3 数据的处理和分析方法 3 3 1 群落分类 群落类型多样性的数据分析处理 对某一地区的植物群落进行分类 一般是根据 植物群落学 生态学原则 在 以植物群落本身特征为主要依据的同时 又十分注意群落的生态特征 孙儒泳等 1 9 9 9 贵州喀斯特灌丛群落的分类也应以此为基本原则 但是 喀斯特灌丛群落分类本身是对 特定生境 喀斯特生境 中 特定类型 灌丛 的群落进行分类 因此 其分类只能足 在界定的喀斯特生境中 对灌丛植被型之下的中 低级单位分类 在此 分类的具体依 据则应迸一步具体化 本项确定的主要依据为以上两点原则 1 组成种类的积算优势度 s d r 4 值 不同的喀斯特灌丛因生境水热条件的差 异和人为活动干扰影响程度差异 其组成种类有较大的不同 植物生存的生境若水热条 件良好 人为活动干扰影响较小的喀斯特生境 其发育的灌丛群落种类一般均较丰富 相反 灌从群落的种类则较简单 但是 不管是何种情况 灌丛群落的优势种却是十分 明显的 因此 把群落组成种类的优势种作为分类的重要依据 不但符合群落分类的基 本原则一植物群落学原则 而且在喀斯特灌丛群落的中低分类中也是可行的 为了定量地表征群落组成种类在群落中的地位和作用 结合考虑灌木植物的多度 a 盖度 c 平均高度 h 和频度 f 然后分别计算出相对值 相对多度 a 相对高度 h 相对盖度 c7 相对频度 f7 最后按以下公式计算 求出积算优势 度 s d r 4 值 积算优势度 s d r 4 a h f7 c7 4 祝廷成等 1 9 8 8 此项 指标在喀斯特灌丛的实地调查和数据获取上 有较好的可操作性 将本项研究中实地调查的8 6 个样地作为分类实体 以群落中木本植物的积算优势 度 s d r 4 值作为属性 用系统聚类进行分类 3 3 2 群落物种多样性各指标计算与处理分析 1 每种植物的重要值计算 重要值 i v 相对密度 e 相对优势度 i t d o 相 对频度 r f e 3 其中 相对密度 样方内某种植物的密度 样方内所有物利t 密度的总和 某种植物的密度 该植物的株树 总株树 相对优势度 样方内某种植物的投影盖度 样 方内所有物利 投影盖度总和 植物的投影盖度 d l d 2 4 2 x 3 1 4 其中d 表示植物 树冠的横向和纵向直径 相对频度 某种植物的频度 所有植物的总频度 某种植物的 频度 该植物出现样方数 总样方数 2 群落物种组成和多度统计 根据调查地的物种及其株树进行实际记录 对标本 1 4 贵州火学2 0 0 8 届硕二i 研究生毕业论文 鉴定后在e x c e l 中完成统计 3 伍 植物多样性指数 关于物种多样性指数有多种 本研究采用的是传统物种多 样性测度方法中的a 多样性指数 该指数主要用于描述局域群落的物种多样性 一般 受到小环境和生物之间作用的影响 本文采用以下几个计算公式 物种丰富度s 即样地 内实际记录的物种数 s h a n n o n w i e n e r 指数h h p i l n p i 该指数是物种多样性的信息 指数 其综合反映了丰富度和均匀度 生态优势度s i m p s o n 指数d i z n i n i 一1 n n 1 均匀度指数采用p i e l o u 均匀度指数 p i l n p i l n s 在上述公式中 s 为样方中的物种数 p i n i n 表示种i 的相对多度 其中n i 为种i 的绝对多度即样地内实际包含的利i i 的个体 数 n 为所有植物的个体数和 计算公式主要参考刘灿然等的研究工作 1 9 9 8 4 对三种不同生境即山腰 山顶和山脚的生境条件资料和多样性特征分别进行 统计 用散点图比较分析三种生境条件下两者间的差异性和相关性 论证物种多样性对 生境的响应及植物间的相互作用 群落结构的数量特征 对多样性特征的维持 5 回归分析及显著性检验 用方差分析比较不同海拔 石漠化程度 人为干扰程 度 小生境类型 地理位置 坡度和坡向等环境影响因子作用下的物种多样性的差异显 著性 用回归分析建立回归方程分析主要环境因子对植物多样性特征的作用 所有统计 分析均在e x c e l 和s p s s l 3 0 统计软件中完成 1 5 贵州大学2 0 0 8 届硕士研究生毕业论文 第四章结果与分析 4 1 喀斯特灌丛植物群落多样性 4 1 1 群落的类型分类结果 将本项研究中实地调查的8 6 个样地作为分类实体 以群落中木本植物的积算优势 度 s d r 4 值作为属性 用系统聚类进行分类 聚合的距离在1 0 8 3 3 2 9 0 之间 以距离2 4 3 1 作为阈值 可将8 6 个样地分为1 8 类 类型l 包括样地l 8 0 1 8 1 9 2 2 3 3 6 5 6 7 7 9 2 3 2 9 7 3 2 l 2 7 5 2 3 1 2 3 4 3 5 5 l 1 4 3 6 7 4 8 4 8 3 7 8 1 4 2 8 2 6 7 6 6 3 8 5 0 5 7 7 l l 3 0 5 9 6 6 5 2 0 8 5 9 4 3 5 5 6 1 1 0 4 9 7 8 3 1 7 5 8 4 1 3 5 6 5 8 8 2 4 2 6 4 6 8 4 6 类型2 包括样地4 4 4 5 7 2 类型3 包括样地1 5 5 4 类型4 仅3 2 样地 类型5 仅3 9 样地 类型6 仅4 0 样地 类型7 包括样地6 9 7 1 7 0 类型8 仅7 7 样地 类型9 仅8 6 样地 类型1 0 包括样地2 2 5 5 3 6 3 类型l l 仅6 2 样地 类型1 2 仅1 7 样地 类型1 3 仅8 3 样地 类型1 4 仅4 l 样地 类型1 5 仅6 0 样地 类型1 6 仅1 6 样地 类型1 7 仅4 7 样地 类型1 8 仅2 4 样地 按以上聚合分类结果 再结合考虑样地特征 分布及亚优势种构成等群落特点 采 1 6 贵州火学2 0 0 8 届硕 t 形f 究生毕业论文 用定量 对群落植被的积算优势度的统计 与定性相结合的方法 将喀斯特灌丛群落划 分为1 8 个主要类型 各类型均以优势种命名 并根据优势种的生活型特征 归并为3 个高级单位 植被亚型 即 喀斯特常绿落叶阔叶灌丛 喀斯特常绿阔叶灌丛 喀斯 特落叶阔叶灌丛 本研究所调查群落的分类区别于屠玉麟等 1 9 9 5 在上世纪8 0 年代 对贵州喀斯特灌丛群落类型的划分 结合本研究得出贵州喀斯特灌丛植物群落分类系统 具体如下 i 喀斯特常绿落叶阔叶灌丛 1 异叶鼠李群落 样地1 8 0 1 8 1 9 2 2 3 3 6 5 6 7 7 9 2 3 2 9 7