内蒙古大兴安岭林区森林资源生态效益分析
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第44卷第7期2024年4月生态学报ACTAECOLOGICASINICAVol.44,No.7Apr.,2024基金项目:国家科技基础资源调查专项(2019FY100500);中央高校基本科研业务费专项资金(2572023CT18)收稿日期:2023⁃05⁃06;㊀㊀网络出版日期:2024⁃01⁃12∗通讯作者Correspondingauthor.E⁃mail:wanglinghlj@126.comDOI:10.20103/j.stxb.202305060941史恭发,徐诺,牛钊倩,孙炜伦,王好,石广振,王玲.内蒙古大兴安岭东部林下植物生物多样性海拔差异.生态学报,2024,44(7):3004⁃3015.ShiGF,XuN,NiuZQ,SunWL,WangH,ShiGZ,WangL.AltitudinaldifferencesofunderstoryplantbiodiversityineasternGreaterXingᶄanMountains,InnerMongolia.ActaEcologicaSinica,2024,44(7):3004⁃3015.内蒙古大兴安岭东部林下植物生物多样性海拔差异史恭发,徐㊀诺,牛钊倩,孙炜伦,王㊀好,石广振,王㊀玲∗东北林业大学园林学院,哈尔滨㊀150040摘要:海拔影响生物多样性分异,为探究寒温带山岭地区海拔对林下植物多样性分布影响,选择内蒙古大兴安岭东部地区,采用样地调研法,设置E1(200 350m),E2(350 500m),E3(500 650m),E4(650 800m),E5(800 950m),E6(950 1100m)6个不同海拔梯度,调研165个林地样点以了解不同海拔森林群落物种组成,研究林下植物生物多样性海拔差异性㊁地形因素㊁乔木层优势物种与林下植物生物多样性的相关性㊂研究得出:(1)调研区林下植物共277种隶属于53科135属,灌木32种㊁草本245种;(2)森林乔灌群落随海拔依次为蒙古栎⁃黑桦⁃榛⁃胡枝子群落(E1 E2)㊁落叶松⁃白桦⁃榛⁃胡枝子群落(E3)㊁落叶松⁃白桦⁃欧亚绣线菊⁃绣线菊群落(E4)㊁落叶松⁃白桦⁃兴安杜鹃⁃越橘群落(E5)㊁落叶松⁃白桦⁃越橘⁃偃松群落(E6);(3)林下植物群落生物多样性随海拔上升呈现明显的单峰格局㊂生物多样性草本层>灌木层,灌木层随海拔升高呈上升趋势,草本层呈先下降后升高再下降的波动下降趋势;(4)草本层物种替换速率远高于灌木层,E3 E4与E2 E3梯度内灌木层与草本层物种替换速率分别达到峰值;灌木层与草本层相邻海拔梯度间相似度指数均呈先下降后升高再下降的波动形式;(5)地理因素及优势乔木种不同能够显著影响林下植物α多样性,灌木层α多样性与海拔㊁纬度呈正相关,与经度㊁坡度呈负相关㊂草本层与海拔呈负相关,与纬度㊁坡向呈正相关,海拔对草本层α多样性影响高于灌木层㊂郁闭度与灌木层α多样性呈正相关,与草本层α多样性呈负相关;落叶松增多可提升灌木层生物多样性,黑桦会降低灌木层物种丰富度,而山杨会降低草本层物种分布的均匀度㊂研究结果为保护与利用内蒙古大兴安岭林下植物,丰富寒温带山岭地区林下植物多样性海拔分布理论提供科学依据㊂关键词:内蒙古大兴安岭;林下植物群落;生物多样性;海拔AltitudinaldifferencesofunderstoryplantbiodiversityineasternGreaterXingᶄanMountains,InnerMongoliaSHIGongfa,XUNuo,NIUZhaoqian,SUNWeilun,WANGHao,SHIGuangzhen,WANGLing∗CollegeofLandscapeArchitecture,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,ChinaAbstract:Inordertoexploretheeffectofaltitudeonthediversityofundergrowthplantsinthecoldtemperatemountainarea,weselectedtheeasternGreaterXingᶄanMountainsinInnerMongoliabyusingtheplotinvestigationmethod,andsetsixdifferentaltitudegradients:E1(200 350m),E2(350 500m),E3(500 650m),E4(650 800m),E5(800 950m),andE6(950 1100m).Weinvestigated165forestsitestounderstandthecompositionofforestcommunitiesatdifferentaltitudes,andstudiedtherelationshipbetweenthealtitudedifferenceinunderstoryplantbiodiversity,topographicfactors,anddominantspeciesinthearboreallayerandunderstoryplantbiodiversity.Theresultsshowedthat:(1)therewere277understoryplantspeciesbelongingto53familiesand135genera,including32shrubsand245herbs.(2)TheforesttreeandshrubcommunitieswithdifferentaltitudeswereintheorderofQuercusMongolia,Betuladaturic,Corylusheterophylla,Lespedezabicolorcommunities(E1 E2),Larixgmelina,Betulaplatyphylline,Corylusheterophylla,Lespedezabicolorcommunities(E3),Larixgmelina,Betulaplatyphylline,Spiraeamedia,Spiraeasilicifiedcommunities(E4),Larixgmelina,Betulaplatyphylla,Rhododendrondauricum,Vacciniumvitis⁃idaeacommunities(E5),Larixgmelinii,Betulaplatyphylla,Vacciniumvitis⁃idaea,Pinuspumilacommunities(E6).(3)Thebiodiversityofunderstoryplantcommunitiesshowedanobviouslyunimodalpatternwiththeincreasesofaltitude.Theherblayerwashigherthantheshrublayer.Theshrublayershowedanincreasingtrendwiththeincreasingaltitude,whiletheherblayershowedafluctuatingdecreasetrendoffirstdecreasingandthenincreasinganddecreasing.(4)Thereplacementrateofspeciesinherbaceouslayerwasmuchhigherthanthatinshrublayer,withthereplacementrateinshrubandherbaceouslayerpeakinginE3 E4andE2 E3gradients,respectively.Thesimilarityindexbetweenshrublayerandherbagelayerdecreasedfirst,thenincreased,andfinallydecreased.(5)Thegeographicalfactorsanddifferentdominanttreespeciescouldsignificantlyaffecttheαdiversityofunderstoryplants.Theαdiversityofshrublayerwaspositivelycorrelatedwithaltitudeandlatitude,andnegativelycorrelatedwithlongitudeandslope.Theherbaceouslayerwasnegativelycorrelatedwithaltitude,butpositivelycorrelatedwithlatitudeandslopeaspect.Theeffectofaltitudeonαdiversityofherbaceouslayerwashigherthanthatofshrublayer.Thecanopydensitywaspositivelycorrelatedwiththeαdiversityofshrublayerandnegativelycorrelatedwiththeαdiversityofherblayer.Larixgmeliniiincreasedbiodiversityinshrublayer,Betuladahuricadecreasedspeciesrichnessinshrublayer,andBetuladahuricadecreasedspeciesdistributionevennessinherbaceouslayer.OurresultsprovidedscientificbasisfortheprotectionandutilizationofundergrowthplantsintheGreaterXingᶄanMountainsandthetheoryofaltitudinaldistributionofunderstoryplantdiversityinthecoldtemperatemountains.KeyWords:GreaterXingᶄanMountainregionofInnerMongolia;understoryplantcommunity;bio⁃diversity;altitudepattern㊀生物多样性的海拔差异是生态学研究的重要问题[1 2],海拔作为综合性驱动因子,能够引起光照㊁温度㊁降水等多方面环境因子的复合变化,对群落分布与物种多样性产生重要影响[3]㊂山地是具有一定海拔和坡度变化的地面[4],其具有浓缩的环境梯度㊁高度异质化的生境[5],通常具有明显的生物多样性与群落的垂直地带分异[6],始终是生态学研究热点[7],山地生物的垂直变化是水平梯度的近千倍[8],山地垂直带被认为是水平地带的 微缩模型 [9]㊂植被的垂直带性虽在形态上与水平地带性具有一定的相似性,但绝非等同水平地带的重复[4,10],山地生态系统植物多样性随海拔上升一般有5种形式,先升后降的单峰格局[11]与单调下降的格局较为普遍[12],此外还存在单调升高㊁先降低后升高㊁和不具相关性3种格局[12]㊂根据温度和水分差异,我国山地垂直自然带划分为大陆性和季风性两类带谱体系[13],不同地区㊁不同生活型的物种多样性海拔分布格局具有差异性,研究的区域不同得到的结果不同,因此对不同地区植物多样性海拔格局展开研究十分必要[12]㊂不同尺度区域下,植物群落分布的影响因子不同,小尺度区域植物群落主要由地形㊁土壤等方面影响,大尺度区域主要由气候㊁地势等方面决定[14]㊂许多单一山体按一定方向呈带状延伸形成山岭,相比于单个山体,山岭地区具有经纬度跨度更大的水平地带性与干湿度地带性,具有海拔变化梯度更大的垂直地带性,因此具有更丰富的 三维空间 分布现象,此外还具有人类干扰程度较小,对气候环境反应灵敏等特点,彼此之间相互交叉过渡,更容易形成生物多样性的聚集地㊂对于山岭地区植被随海拔梯度的分布规律相对于单一山体更能得出山地植被垂直分布的一般规律性㊂我国植物多样性海拔梯度的研究集中于单独山体[15 18],并且近一个世纪山地植被地带性垂直分布变化格局的相关研究集中于我国横断山区㊁青藏高原㊁太白山及秦岭区域[13],十分缺乏东北山岭地区植被地带性垂直分布格局的相关研究㊂大兴安岭位于大陆性气候和温带季风气候区分界线与我国地势二三级阶梯分界线,具有较大的海拔差异㊂内蒙古大兴安岭林区占整个大兴安岭的46%,森林面积8.37万km2[19]并以天然林为主,包括110万hm2未开发的原始森林,森林覆盖率78.39%,居国有林区之首,在东北地区具有丰富的植物资源㊂林下植物是森林生态系统的重要组成部分,在维持生态系统稳定性㊁促进群落演替更新㊁保证人工林生物多样性与生态功能5003㊀7期㊀㊀㊀史恭发㊀等:内蒙古大兴安岭东部林下植物生物多样性海拔差异㊀6003㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀可持续发展等方面具有重要作用[20 21]㊂林下植物蕴含大量药用㊁食用㊁观赏等方面的经济植物类群[22 24],在推动当地林下产业经济发展方面具有重大潜力㊂了解林下植物的物种组成和生物多样性梯度分布是进一步开展保护与开发内蒙古大兴安岭林下植物群落的先期工作㊂目前对于内蒙古大兴安岭植物研究多集中于典型森林群落多样性的纬度格局[25],多样性与群落结构间关系[26 27],林下经济植物资源分布与评价[22,28 31],落叶松林下植物多样性[32]与火烧迹地植物多样性[33]等方面㊂本文选取内蒙古大兴安岭东部林下植物多样性海拔分布差异为研究对象,通过200 1100m连续分布样地调研方法减少因局部小气候等因素产生的影响,根据重要值㊁α多样性指数与拟合曲线分析㊁β多样性指数,林下植物多样性与地理因素及优势乔木种的相关性等方法研究了内蒙古大兴安岭东部森林植被物种组成与林下植物多样性沿海拔梯度的分布规律,将灌木层与草本层相比较,分析两种群落层次间差异,考虑乔木层优势物种比重对林下植物多样性的影响,旨在深入了解内蒙古大兴安岭东部森林群落随海拔分布㊁林下灌木与草本物种多样性的海拔分布㊁地理因子与乔木优势物种组成对林下植物多样性的影响等问题㊂丰富了我国寒温带山岭森林植被垂直地带性分布的研究内容,填补了我国东北地区山岭植被垂直地带性分布的研究空缺,为了解大陆性和季风性两类带谱过渡地区垂直自然带谱分布特征及其规律,保护与利用内蒙古大兴安岭林下植物,开展不同海拔梯度人工林营造等工作提供科学依据㊂1㊀研究区概况研究区位于内蒙古大兴安岭林区东部莫力达瓦达斡尔族自治旗(莫旗)与鄂伦春族自治旗(鄂旗),为北半球中高纬度地区(48ʎ64ᶄ 51ʎ13ᶄN,122ʎ05ᶄ 125ʎ14ᶄE),位于大兴安岭东南坡㊂调研区属寒温带大陆性季风气候,冬寒夏暖,昼夜温差大,1月份平均气温-24 -31ħ,7月份平均气温16 20ħ,平均年降水量300 500mm,河流较多,以嫩江水系为主;地势沿东南至西北方向海拔迅速升高,坡度逐渐增加,海拔164 1484m之间,具有较大落差,以山地㊁丘陵㊁平原等地貌为主㊂2㊀研究方法2.1㊀样地设置与调研方法调研使用典型取样与随机取样相结合的样地调研方法,在内蒙古大兴安岭东部莫旗及鄂旗两地沿海拔200 1100m范围分布的森林设置6个不同海拔梯度样带:E1:200 350m,E2:350 500m,E3:500 650m,E4:650 800m,E5:800 950m,E6:950 1100m㊂根据实际可达性,选取165个森林样点开展实地调查(图1)㊂调查方法以王纯华等人[26,34 36]为参考,根据本调研目的做出调整㊂每个样点在半径500m范围内设置3个标准地(即3个重复),尽可能涵盖样点区域不同林地位置与方向以获取全面的物种分布信息,每个标准地由1个20mˑ20m乔木样方及其东北角1个5mˑ5m灌木样方㊁4个分布于4角的1mˑ1m草本样方组成,总调研495个标准地,调研面积198000m2㊂记录每个样点的经纬度㊁海拔㊁坡度㊁坡向㊁郁闭度㊁林型等信息(表1)㊂坡向数据以丛静等人[35]方法进行赋值,数字越大越向阳干热㊂乔木㊁灌木与草本样方中记录物种名㊁株数等;对各调研样点生境㊁林下植物均拍照记录㊂现场鉴定参考第二版‘东北植物检索表“[37],借鉴‘额尔古纳自然保护区生物多样性“植物名录辅助鉴定[38],最终植物正名参考中国植物志(网址:http://www.iplant.cn/frps)㊂调研时间为2022年6月 2022年9月㊂2.2㊀数据处理运用AdobeLightroomClassic管理样地植物照片,辅助植物鉴定与统计;运用OfficeExcel(2019)汇总数据并计算α与β多样性;使用IBMSPSSStatistics26进行单因素方差分析㊁Pearson相关性分析与线性回归分析;运用Origin(2021)生成α多样性与海拔散点分布图并使用SimpleFit插件生成α多样性与海拔的拟合方程㊂运用最小显著差异法检验群落相应条件下多样性指数在置信区间(P<0.05)水平上的差异显著性㊂图1㊀调研样点Fig.1㊀Surveysamplepoint表1㊀研究区6个海拔梯度调研样地特征Table1㊀Characteristicsofsixaltitudegradientsurveysamplesitesinthestudyarea海拔等级Altitudelevel海拔梯度Altitudegradient/m样点数量Numberofsamplepoints平均乔木高Averagetreeheight/m平均郁闭度Averagecanopydensity平均灌木高Averageshrubheight/mE1200 350309.240.540.95E2350 500359.680.620.99E3500 6503412.210.671.08E4650 8002714.990.700.94E5800 9502813.870.660.80E6950 1100119.480.500.272.2.1㊀重要值[39]V=(相对盖度+相对频度+相对密度)/32.2.2㊀α多样性(1)物种丰富度指数(Patrick指数)(R)[20,40],指数值越高说明物种丰富度越高㊂R=S7003㊀7期㊀㊀㊀史恭发㊀等:内蒙古大兴安岭东部林下植物生物多样性海拔差异㊀8003㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀(2)物种多样性指数Shannon⁃Wiener(Hᶄ),指数值越高说明物种多样性越高[33,40]㊂Hᶄ=-ðSi=1PilnPi(3)辛普森指数(优势度指数)Simpson指数值(D),指假设在无限个群落随机抽取样本,样本中两个不同物种个体相遇的概率为多样性测度[20,26],指数值越高说明物种多样性越高,而物种优势度越低㊂数值范围在0 1之间㊂D=1-ðSi=1Pi2(4)均匀度指数Pielou指数(J),表示与物种丰富度无关的均匀度指数[7,40],指数值越高说明物种在样方内分布越均匀㊂数值范围在0 1之间㊂J=Hᶄ/lnSS表示研究系统中物种总数,Pi表示第i个物种的相对密度(Pi=Ni/N,N为所存在群落全部种的个数之和,Ni代表第i个种的个体数)㊂2.2.3㊀β多样性(1)Cody指数βC[1]βC=gH()+l(H)2g(H)为沿海拔梯度增加的物种数目;l(H)为沿海拔梯度失去的物种数目,βC数值越高表示海拔梯度间物种替换速率越快㊂(2)群落相似度指数CS[1]CS=2ca+bc为两群落共有的物种数,a和b分别为两群落各自物种数,CS数值越高表示海拔梯度间物种相似度越高㊂CS值在0.8 1.0之间为高度相似,0.6 0.8为中度相似,0.4 0.6为低度相似,0.2 0.4为非常低的相似,0 0.2表示海拔梯度间物种几乎没有相似之处㊂3㊀结果分析3.1㊀林下植物物种组成调研区林下植物共277种隶属于53科135属,灌木32种㊁草本245种㊂按照植物类群划分,蕨类植物共有4科5属6种㊁裸子植物共有2科3属3种㊁被子植物共有47科127属268种(其中单子叶植物共有9科14属27种,双子叶植物共有38科113属241种)㊂以属与种数量为依据排序前十科为菊科(24属63种)㊁蔷薇科(14属35种)㊁豆科(7属16种)㊁伞形科(8属15种)㊁毛茛科(4属14种)㊁桔梗科(3属10种)㊁牻牛儿苗科(1属9种)㊁石竹科(4属9种)㊁堇菜科(1属7种)㊁天门冬科(4属7种)共70属185种,占调研样地属种的51.85%与66.79%㊂以群落内植株数量为依据,灌木层群落以蔷薇科(50.61%)㊁桦木科(25.95%)㊁豆科(15.17%)㊁杜鹃花科(6.64%)等为优势科,草本层以莎草科(32.44%)㊁蔷薇科(15.57%)㊁杜鹃花科(8.79%)㊁天门冬科(7.09%)㊁菊科(6.05%)㊁鸢尾科(5.17%)等为优势科,不同海拔梯度常见科的种类与占比有所不同㊂由于实际分类精确问题,参考丁茂等人[39]方法,将林下莎草科(Cyperaceae)薹草属(Carexsp.)植物统一标记为薹草属㊂3.2㊀林地优势物种组成及其重要值沿海拔梯度变化随着海拔梯度的不断升高,乔灌草层内优势物种重要值发生明显变化(表2)㊂乔木层中落叶松㊁白桦呈上升趋势,蒙古栎㊁黑桦与山杨呈下降趋势;灌木层中榛㊁胡枝子集中分布于E1 E3梯度,并随海拔升高呈下降趋势㊂刺蔷薇㊁越橘㊁西伯利亚刺柏㊁杜香㊁偃松等随海拔呈上升趋势,西伯利亚刺柏㊁偃松等仅分布于E5E6梯度㊂土庄绣线菊㊁珍珠梅㊁绣线菊㊁兴安杜鹃㊁笃斯越橘等呈先上升后下降趋势;草本层红花鹿蹄草㊁石生悬钩子㊁舞鹤草等随海拔升高呈上升趋势,铃兰㊁莓叶委陵菜㊁路边青等随海拔呈下降趋势,而薹草属㊁蚊子草㊁单花鸢尾㊁草问荆㊁小玉竹㊁唐松草㊁褐苞蒿㊁柳兰㊁矮山黧豆等随海拔上升呈下降趋势㊂表2㊀内蒙古大兴安岭林区东部不同海拔梯度林地优势物种组成及其重要值Table2㊀ImportantvaluesofunderstoryplantsintheeasternpartoftheGreaterXingᶄanMountainsforestregion,InnerMongolia林层Forestlayer物种Species重要值Importancevalue/%E1E2E3E4E5E6乔木层Treelayer落叶松Larixgmelinii9.116.1847.2764.4961.8476.03蒙古栎Quercusmongolica53.1156.3116.532.711.350.83白桦Betulaplatyphylla9.5212.7520.4828.4729.9823.97黑桦Betuladahurica18.4716.633.471.030.27 山杨Populusdavidiana10.426.516.136.192.14 灌木层Shrublayer榛Corylusheterophylla46.5245.0022.008.556.35 刺蔷薇Rosaacicularis3.293.3611.2411.079.7513.75胡枝子Lespedezabicolor22.4535.8115.141.67 越橘Vacciniumvitis⁃idaea 1.114.156.0011.8829.36土庄绣线菊Spiraeapubescens0.961.4211.0115.636.82 珍珠梅Sorbariasorbifolia0.494.416.148.375.96 绣线菊Spiraeasalicifolia0.490.524.7410.443.584.51兴安杜鹃Rhododendrondauricum 5.357.4015.929.13西伯利亚刺柏Juniperuscommunis 2.8110.82杜香Rhododendrontomentosum 0.153.406.056.12笃斯越橘Vacciniumuliginosum 1.842.114.151.23偃松Pinuspumila3.4519.15草本层Fieldlayer薹草属Carexsp.9.6411.3913.0312.5512.3911.93蚊子草Filipendulapalmata4.718.729.6018.8717.705.15红花鹿蹄草Pyrolaasarifolia 6.179.3512.9915.9519.19东方草莓Fragariaorientalis4.266.446.396.736.305.96地榆Sanguisorbaofficinalis5.346.094.205.295.273.36单花鸢尾Irisuniflora7.769.035.554.942.730.83大叶章Deyeuxiapurpurea4.524.245.174.758.947.38铃兰Convallariakeiskei8.807.257.425.214.523.75草问荆Equisetumpratense2.864.995.965.183.423.26莓叶委陵菜Potentillafragarioides8.283.622.561.201.11 小玉竹Polygonatumhumile2.463.115.403.512.06 唐松草Thalictrumaquilegiifolium2.492.592.751.491.120.80褐苞蒿Artemisiaphaeolepis0.740.781.271.770.86 北悬钩子Rubusarcticus1.042.273.003.421.910.82石生悬钩子Rubussaxatilis 1.472.413.254.10 柳叶蒿Artemisiaintegrifolia0.870.702.100.420.190.29路边青Geumaleppicum4.501.721.271.180.14 柳兰Chamerionangustifolium1.301.352.532.731.881.45舞鹤草Maianthemumbifolium 0.721.811.902.782.91矮山黧豆Lathyrushumilis1.312.052.681.250.40 ㊀㊀E1:200 350m,E2:350 500m,E3:500 650m,E4:650 800m,E5:800 950m,E6:950 1100m;乔木层列举重要值排名前5名物种,灌木层列举重要值排名前12名物种,草本层列举重要值排名前20名物种林下植物多样性与林地上层植被类型组成密切相关[41],根据物种重要值差异将同一海拔梯度内乔灌群9003㊀7期㊀㊀㊀史恭发㊀等:内蒙古大兴安岭东部林下植物生物多样性海拔差异㊀落类型进行划分[36],在200 1100m海拔高度内,以150m为1个海拔梯度,海拔由低至高乔灌群落依次为:蒙古栎⁃黑桦⁃榛⁃胡枝子群落(E1 E2)㊁落叶松⁃白桦⁃榛⁃胡枝子群落(E3)㊁落叶松⁃白桦⁃欧亚绣线菊⁃绣线菊群落(E4)㊁落叶松⁃白桦⁃兴安杜鹃⁃越橘群落(E5)㊁落叶松⁃白桦⁃越橘⁃偃松群落(E6)㊂3.3㊀林下植物α多样性沿海拔梯度变化α多样性是反映群落丰富度与均匀度的综合指标㊂研究发现(图2),灌木层α多样性Patrick㊁Shannon⁃Wiener与Simpson指数呈波动上升趋势,E4梯度Patrick与Simpson指数分别达到最高值4.62与0.79,Shannon⁃Wiener指数则于E6梯度呈现最高值0.683㊂Pielou指数波动较大,随海拔梯度上升呈现 W 型趋势;草本层α多样性随海拔梯度升高变化基本一致,呈现先下降后升高再下降的波动下降趋势,各α多样性指数在E3海拔梯度均达到最高;同一海拔梯度草本层α多样性指数均高于灌木层,说明研究区林下草本生物多样性大于灌木层,并且灌木层与草本层α多样性随海拔梯度的变化形式不同,灌木层总体呈现波动上升趋势,草本层呈现先下降后升高再下降的波动下降趋势,相比草本,灌木对于较高海拔梯度环境适应性更强㊂Shannon⁃Wiener指数能综合地描述物种多样性水平[17],以Shannon⁃Wiener指数为评判标准,灌木层与草本层物种多样性分别在E6与E3海拔梯度达到峰值㊂图2㊀林下植物灌木层与草本层α多样性指数海拔变化特征Fig.2㊀Shrubsandherbaceouslayersofunderstoryplantsαaltitudevariationcharacteristicsofdiversityindex进一步对林下植物群落α多样性指数随海拔升高变化绘制散点图,并使用多项式生成相应的拟合曲线(图3),拟合曲线均为二项式㊂调研区林下植物群落Patrick㊁Shannon⁃Wiener与Simpson指数均呈现较为明显地先升高后降低的单峰形式曲线㊂Patrick指数拟合曲线,E1 E2梯度内上升,至E3梯度达到峰值,E4 E6梯度内迅速下降(P<0.01),Shannon⁃Wiener指数拟合曲线,E1 E2梯度缓慢上升㊁E3 E6梯度缓慢下降(P<0.05)㊂Simpson指数拟合曲线在E1梯度内呈缓慢上升趋势,在E2 E6梯度呈现缓慢下降趋势(P<0.05),Pielou指数拟合曲线呈现随海拔升高而降低的趋势(P>0.05)㊂0103㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀图3㊀林下植物α多样性指数与海拔的拟合方程Fig.3㊀Understoryplantαfittingequationbetweendiversityandaltitude3.4㊀林下植物β多样性沿海拔梯度变化3.4.1㊀林下植物Cody指数(βC)随海拔梯度变化在E1 E6海拔梯度分别统计到16㊁12㊁22㊁25㊁15㊁19种灌木与135㊁166㊁151㊁116㊁65㊁28种草本,E4梯度灌木物种最丰富㊁E2梯度草本物种最丰富㊂灌木层与草本层相邻海拔梯度间Cody指数(βC)值均先上升后下降(表3),灌木层E3 E4海拔梯度间达到相邻海拔梯度间最高值10,此区间段内灌木物种替换速率最高㊂草本层在前两个相邻海拔梯度间达到44.5与49.5,随后逐渐下降,说明在E1与E2㊁E2与E3海拔梯度间,草本层物种具有较高的替换速率,并在E2与E3梯度间达到峰值㊂灌木层与草本层均在物种种类最丰富的海拔梯度间出现βC极值,此外,草本层βC值均远高于灌木层,说明草本层对于海拔升高产生的环境异质性较灌木层更加敏感,物种替换速率更高㊂3.4.2㊀林下植物相似度指数(CS)随海拔梯度变化灌木层与草本层相邻海拔梯度间相似度指数CS均呈先下降后升高再下降的波动形式(表3)㊂灌木层在E1与E2㊁E3与E4㊁E3与E5㊁E4与E5海拔梯度间均呈现中等相似水平;在E1与E3㊁E2与E3㊁E1与E4㊁E2与E4㊁E3与E6㊁E4与E6海拔梯度间均呈现低度相似水平,其余海拔梯度间呈非常低的相似水平㊂草本层在E1与E2㊁E2与E3㊁E3与E4海拔梯度间呈现中度相似水平,E1与E3㊁E1与E4㊁E2与E4㊁E1与E5㊁E2与E5㊁E3与E5㊁E4与E5㊁E5与E6海拔梯度间呈现低度相似水平,其余海拔梯度间呈现非常低的相似水平㊂3.5㊀林下植物多样性与地理因素及优势乔木种的关系地理因素㊁优势林木组成与林下植物多样性相关性分析表明(表4),灌木层Patrick与Shannon⁃Wiener指数与海拔呈显著正相关(P<0.05),相关性为0.191与0.225,与经度呈显著负相关(P<0.05),相关性为-0.161与-0.163,与坡度呈显著负相关(P<0.05),相关性为-0.238与-0.155;灌木层Patrick与Simpson指数与纬度呈显著正相关(P<0.05),相关性为0.368与0.180,Shannon⁃Wiener指数与纬度呈极显著正相关(P<0.01),相1103㊀7期㊀㊀㊀史恭发㊀等:内蒙古大兴安岭东部林下植物生物多样性海拔差异㊀关性为0.261;灌木层α多样性与坡向呈负相关但未达到显著性水平(P>0.05)㊂草本层Patrick㊁Shannon⁃Wiener与Pielou指数与海拔呈极显著负相关(P<0.01),相关性为-0.314㊁-0.244与-0.428;草本层Patrick与Pielou指数与纬度呈显著正相关(P<0.05),相关性为0.204㊁0.253,Shannon⁃Wiener指数与纬度呈极显著正相关(P<0.01),相关性为0.147;草本层Patrick与Shannon⁃Wiener指数与坡向呈显著正相关(P<0.05),相关性为0.335与0.245㊂说明灌木层α多样性随海拔与纬度的增高而升高,随经度与坡度的增高而下降㊂草本层α多样性随海拔升高而下降,随纬度增高与坡向朝阳而上升㊂海拔变化对草本层α多样性影响高于灌木层,坡度的升高对灌木层α多样性产生明显影响,而坡向则对草本层α多样性产生明显影响㊂表3㊀林下植物Cody指数(βC)与相似度指数(CS)Table3㊀Codyindexofunderstoryplantcommunity(βC)similarityindex(CS)指数Index海拔Altitude灌木层Shrublayer草本层HerblayerE1E2E3E4E5E6E1E2E3E4E5E6βCE10.004.009.009.5010.0011.500.0044.5063.5056.5057.0061.50E20.007.009.5011.0012.500.0049.5057.0060.5072.00E30.0010.005.007.500.0037.5053.0062.50E40.005.509.000.0037.5045.00E50.005.500.0023.50E60.000.00CSE11.000.710.490.440.380.331.000.700.560.550.430.25E21.000.470.540.350.381.000.690.590.480.26E31.000.620.650.521.000.720.510.30E41.000.740.471.000.590.38E51.000.591.000.49E61.001.00㊀㊀E1:200 350m,E2:350 500m,E3:500 650m,E4:650 800m,E5:800 950m,E6:950 1100m表4㊀林下植物群落物种多样性与地理因素及优势乔木种Pearson相关性Table4㊀Correlationbetweenspeciesdiversityofunderstoryplantcommunityandgeographicalfactorsandpearsondominanttreespecies项目ProjectPatrick指数PatrickindexShannon⁃Wiener指数Shannon⁃WienerindexSimpson指数SimpsonindexPielou指数Simpsonindexindex灌木层Shrublayer草本层Herblayer灌木层Shrublayer草本层Herblayer灌木层Shrublayer草本层Herblayer灌木层Shrublayer草本层Herblayer地理因素海拔/m0.191∗-0.314∗∗0.225∗-0.244∗∗0.096-0.0280.049-0.428∗∗Geographicfactors经度/(ʎ)-0.161∗-0.127-0.163∗-0.1360.077-0.0600.033-0.052纬度/(ʎ)0.368∗0.204∗0.261∗∗0.147∗∗0.180∗0.080-0.1300.253∗坡度/(ʎ)-0.238∗0.108-0.155∗0.1330.0570.035-0.0740.094坡向-0.0100.335∗-0.0020.245∗-0.0790.163-0.036-0.049优势林木组成郁闭度Canopydensity0.153∗∗-0.413∗0.183∗-0.362∗-0.088-0.155∗-0.144-0.035Dominantforestcomposition落叶松L.gmelinii/%0.227∗∗-0.1180.171∗-0.1030.180∗-0.0580.0120.042蒙古栎Q.mongolica/%-0.2290.108-0.0740.1300.0960.072-0.0220.055白桦B.platyphylla/%-0.015-0.0540.0270.0390.0240.115-0.0260.065黑桦B.dahurica/%-0.187∗0.096-0.148-0.0390.070-0.1430.055-0.146山杨P.davidiana/%-0.158-0.014-0.141-0.0940.070-0.1360.034-0.158∗㊀㊀∗:P<0.05;∗∗:P<0.01灌木层Patrick指数与郁闭度呈极显著正相关(P<0.01),相关性为0.153,Shannon⁃Wiener指数与郁闭度呈显著正相关(P<0.05),相关性为0.183;草本层Patrick㊁Shannon⁃Wiener与Simpson指数则与郁闭度呈显著负相关(P<0.05),相关性为-0.413㊁-0.362与-0.155㊂说明郁闭度的升高对于灌木层与草本层α多样性存在相反的影响,灌木层α多样性随郁闭度升高略有升高,草本层α多样性随郁闭度升高而下降明显㊂林木组成2103㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀同样对林下植物多样性产生影响,林间落叶松数量占比与灌木层Patrick指数呈极显著正相关(P<0.01),相关性为0.227,与灌木层Shannon⁃Wiener和Simpson指数呈显著正相关(P<0.05),相关性为0.171与0.180;林间黑桦数量占比与灌木层Patrick指数呈显著负相关(P<0.05),相关性为-0.187;林间山杨数量占比与草本层Pielou指数呈显著负相关(P<0.05),相关性为-0.158㊂说明调研区落叶松增多可提升灌木层生物多样性,黑桦增多会降低灌木层物种丰富度,而山杨的增多会降低草本层物种分布的均匀度㊂4 讨论调研区为内蒙古大兴安岭的东南坡,地势沿东南至西北方迅速升高,随纬度升高逐渐升高,为寒温带气候区内典型的山岭地区,拥有广袤的森林地带㊂林下植物是森林生态系统的重要组成部分,研究寒温带山岭地区林下植物生物多样性随海拔差异变化有助于了解寒温带山岭地区植物随海拔梯度分布规律,丰富生物多样性海拔格局理论,掌握内蒙古大兴安岭地区林下植物资源现状㊂调研区林下植物共277种隶属于53科135属,灌木32种㊁草本245种,与张喜亭等人[42]对大兴安岭多布库尔国家级自然保护区调研的269种植物相似㊂调研区森林乔灌群落随海拔梯度不断变化,乔木层由低海拔梯度以蒙古栎㊁黑桦为主,逐渐变为以落叶松㊁白桦为主,灌木层由以榛㊁胡枝子为主过渡到兴安杜鹃㊁越橘等为主,与邻近地区类似海拔梯度如鄂伦春旗多布库尔保护区(400 600m)[42]㊁呼中森林自然保护区(800 1200m)[43]乔灌群落构成具有较高的相似性㊂林下植物调查中发现了野大豆(Glycinesoja)㊁大花杓兰(Cypripediummacranthos)㊁蒙古黄芪(Astragalusmembranaceusvar.mongholicus)㊁紫点杓兰(Cypripediumguttatum)㊁樱草(Primulasieboldii)等多种国家珍稀濒危㊁重点保护植物,使得了解与保护内蒙古大兴安岭东部林下植物生物多样性更有必要㊂林下植物α多样性随海拔梯度呈现先上升后下降趋势,与常见的生物多样性随海拔升高的单峰格局相符[17,36,44]㊂林下草本层为林下植物生物多样性的主要贡献层,其α多样性高于灌木层,这与岳永杰[25]㊁张殷波等人[45]研究一致㊂林下草本层与灌木层α多样性的海拔差异性存在明显不同,随海拔上升,草本层α多样性均先下降,在E2区间内达到谷值,至E3梯度到达最高峰后持续下降的变化趋势,与传统的单峰格局有所不同,根据实际调研情况,E2梯度多位于莫旗与鄂旗的东南部,此地区人口相对较多,森林内部常出现大量农田区域,一方面严重破坏了森林连续度,另一方面农田耕作造成明显的水土流失㊁农药污染,加之此地区的放牧㊁采山等活动,推测其为E2梯度林下草本群落α多样性下降的重要原因之一㊂灌木层Patrick㊁Shannon⁃Wiener与Simpson指数随海拔梯度升高呈逐渐上升趋势,而Pielou指数呈波动下降趋势,灌木层相比于草本层更能适应高海拔梯度的生境㊂灌木层Cody指数在E2与E3㊁E3与E4相邻两海拔梯度值逐渐升高,在E3与E4海拔区域内灌木物种替换速率最高,灌木也在此区间内由植株较高,叶片较大的榛㊁胡枝子㊁珍珠梅等,转变为了植株较矮,叶片较小的土庄绣线菊㊁绣线菊㊁刺蔷薇等植物,随着海拔进一度升高,越橘㊁杜香㊁笃斯越橘㊁偃松等植叶片更小的灌木逐渐变为优势物种㊂草本层则具有更高的Cody指数,在E2与E3区间内物种替换速率最高㊂大尺度区域内,植物群落多样性主要受到气候㊁地势的影响,小尺度区域易受到区域小气候㊁土壤等方面的影响[14]㊂相比于单独山体的植物多样性海拔差异性研究[15 18],山岭地区植物多样性不仅会受到小区域山体坡向㊁坡度的影响,同时受到经度与纬度与海拔相结合的多重影响㊂林下灌木层多样性与海拔㊁纬度呈现正相关㊁与经度呈现负相关,根据相关性,这三种因素对于灌木层生物多样性影响排序为纬度>海拔>经度,调研区随着纬度的上升海拔逐渐升高㊂草本层与海拔呈负相关,与纬度呈正相关,结合调研区地势随经纬度变化的情况,这种相关性符合前面的结果,值得注意的是,纬度同时与灌木层㊁草本层均呈正相关,推测一方面这是由于调研区东南部低纬度地区人口密集,农耕放牧活动对森林生态造成的破坏导致林下植物生物多样性的下降,与另一方面调研区西北部纬度较高地区相较于东南部具有更复杂的地形起伏更高的环境异质性,并且良好的封山育林环境促使林下生物多样性上升导致的㊂从行政区域表现则为莫旗林下植物多样性低于鄂旗㊂坡度方面,平缓地区灌木多样性较高㊂坡向方面,草本层多样性阴坡小于阳坡,而对灌木层多样性影响不明3103㊀7期㊀㊀㊀史恭发㊀等:内蒙古大兴安岭东部林下植物生物多样性海拔差异㊀。
内蒙古大兴安岭林区不同恢复阶段森林生物量特征与影响因素
内蒙古大兴安岭林区是中国北方最大的林区之一,这里原生态森林面积广阔,拥有丰富的生物资源,但过度的人类活动和自然灾害等因素给大兴安岭的森林带来了严重的破坏,导致森林生物量明显下降。
为了重建大兴安岭林区的生态系统,多年来在这里开展了大规模的森林恢复工作。
不同恢复阶段的森林生物量特征和影响因素如下:
1. 恢复初期:主要特征是林下植被多样性丰富,森林生物量低;主要影响因素包括植被覆盖度、土壤水分和养分等。
2. 恢复中期:森林生物量逐渐增加,但仍低于自然状态;主要影响因素是森林类型和恢复措施等。
3. 恢复后期:森林生物量逐渐接近自然状态,生态系统功能恢复良好;主要影响因素是气候变化、自然干扰和人类活动等。
在大兴安岭林区的森林恢复过程中,需要全面考虑各种影响因素,采取综合措施,如加强监测和研究、加大植树造林力度、改善生态环境等。
只有这样,才能保证大兴安岭林区的生态系统逐步恢复和稳定发展,给我们的生活和自然环境带来健康的效益。
大小兴安岭的原始森林与野生动植物大小兴安岭的原始森林与野生动植物大小兴安岭位于中国东北地区,是我国最大的原始森林之一。
这片独特的自然保护区不仅拥有丰富的野生动植物资源,还扮演着重要的生态角色。
本文将着重介绍大小兴安岭的原始森林与野生动植物,探讨其生态意义及保护现状。
一、原始森林的景观大小兴安岭的原始森林面积庞大,风景秀丽。
漫步其中,可以感受到浓厚的大自然气息。
这里的植被类型多样,包括针叶林、阔叶林和针阔混交林等不同类型的森林。
这片原始森林被誉为“东北绿肺”,有着重要的生态功能。
在这片森林中,各种珍稀的野生动植物生存繁衍,构成了一个完整的生态系统。
二、珍稀野生动植物的栖息地大小兴安岭是众多珍稀野生动植物的栖息地,这里拥有丰富的物种资源。
原始森林为各种珍稀濒危动物提供了重要的保护环境,如东北虎、黑鳃鲶等。
这些动物在大小兴安岭原始森林中繁衍生息,形成了与森林相互依存的生态系统。
除了动物,这里还有大量珍稀的植物,如红松、樟子松等。
这些植物对于维护生态平衡和保持水土的稳定起着重要作用。
三、生态意义与保护挑战大小兴安岭原始森林及其野生动植物对于维护地球生态平衡具有重要意义。
首先,它们是大气净化的重要一环,通过吸收二氧化碳进行光合作用,释放氧气,持续维持着地球上的氧气来源。
同时,大小兴安岭还是水源涵养区,森林内的植物和土壤起到了重要的水土保持作用,维护着区域的水环境稳定和水资源的可持续利用。
然而,大小兴安岭原始森林和野生动植物面临着许多保护挑战。
首先,人类的活动对原始森林的破坏日益加剧,包括乱伐乱烧等行为,损害了森林的生态功能。
此外,违法盗猎等非法采集行为对于野生动植物的生存造成了严重威胁。
加之气候变化等全球性问题的影响,大小兴安岭的生态系统面临更大的压力。
四、保护措施与成效为了保护大小兴安岭的原始森林与野生动植物,相关政府部门和环保组织采取了一系列措施。
首先,严格限制乱伐破坏行为,加大监督执法力度。
此外,加强野生动植物资源的调查研究,加强对珍稀濒危物种的保护和监测。
发展林下经济实现森林生态健康化和经济的可持续发展摘要:林下经济是森林经济的应有之意,是发展森林经济的重要方面和重要实现形式,就是彻底转变依赖木材资源发展经济的传统模式,依托森林特有的生态环境进行综合开发,发展循环经济,实现森林生态健康化和经济的可持续发展。
关键词:林下经济森林可持续发展中图分类号:c93 文献标识码:a 文章编号:1674-098x(2012)08(c)-0213-01内蒙古大兴安岭重点国有林区开发利用林下野生植物资源有着得天独厚的自然条件,据1986年林业规划院进行的林区植物调查显示,林区共有维管植物107科465属1123种,其中蕨类植物12科19属36种,种子植物96科427属1161种。
除木材利用植物外,还有大量林下野生经济植物,按种类可以分为:淀粉类、蜜源类、观赏类、药用类、植物性农药类、芳香油类、饲料类、食用类(酿酒类)、元油脂、鞣料类、绿肥类、纤维类、食用色素类等多种类型。
其中最主要的食用类植物及果实有蕨菜、黄花菜、偃松籽、榛子,酿酒类有笃斯、越桔、兰靛果忍冬,药用类有金莲花、五味子、黄芪,观赏类有兴安杜鹃、柳兰等。
此外,林区野生真菌种类也非常丰富。
据东北林业大学出版的《内蒙古大兴安岭大型经济真菌》书中统计,林区已经查明有真菌38科88属277种。
其中,食用类真菌有31科64属199种,占我国已知食用菌总数的20%左右;药用菌有26科64属141种。
林区的林下经济植物和真菌构成了林区丰富的林下野生经济资源,种类之多,分布之广、种群量之大,在全国林业地区中也是少有的,这是大自然赐予林区的宝贵财富,也是我们可以凭借的重要资源。
合理开发利用得天独厚的林下资源,是林区生态保护、经济转型、改善民生的必然选择。
2010年,国务院批复下发了《大小兴安岭林区生态保护与经济转型规划》(以下简称规划),《规划》明确指出,要加强林区生态修复与保护,加快转变经济发展方式,充分发挥林区自然资源禀赋好、生态环境优良、劳动力资源丰富的优势,积极发展绿色、生态和大量吸纳就业的产业,构建以生态为主导的现代林区绿色产业体系,实现林业经济向林区经济转型;《规划》还在发展食用菌和特色山野菜、野生浆果、经济动物养殖、北药开发等产业项目建设上提出了指导意见。