职称论文
摘要：为了解高程对东江湖环湖植被的生态影响，以东江湖大坝、白廊镇长盈头两个环湖区域为样本，采用单因素相关性分析、最小显著差异法等数学统计方法对物种组成、植物多样性、优势种进行了显著性检验。统计结果显示，环湖植被共有39种植物，一年生、多年生、灌木等分别有6种、11种、10种。生物多样性指标在不同高程之间存在不同显著差异性，随着高程的增加，总物种数、生物多样性指数呈增长趋势。不同高程区域优势种不同，以柠檬草为主的多年生植物分布在257.2~266.3 m高程，以野老鹤草等为主的一年生植物分布在266.3~275.6 m高程，以松树为主的乔木分布在275.6~285.1 m高程。统计结果准确反映了东江湖环湖植被的真实情况，表明采用生物多样性指数分析的数学统计方法能够应用于评价东江湖环湖植被的生态评价。
关键词：东江湖； 数学统计； 生态评价； 植被； 高程；
Abstract:In order to understand the ecological impacts of elevation on Vegetation in Dongjiang Lake, taking two area around the Dam of Dongjiang Lake and Changyingtou of Bailang Town as samples, the mathematical statistical methods of single factor correlation analysis and the least significant difference method were used to analyze the significance test of species composition, plant persity and dominant species. The survey results showed that there were 39 species of plants in the fluctuation zone, including 6, 11 and 10 species of annual, perennial and shrub, respectively. There are significant differences in the biopersity index between different elevations, and the number of total species and biopersity index showed an increasing trend with the increase of elevation. The dominant species in different elevation regions were different. The perennial plants with lemon grass as the dominant species were distributed in 257.2~266.3 m altitude, the annual plants with wild crane grass as the dominant species were distributed in 266.3~275.6 m altitude, and pine trees were mainly distributed in 275.6~285.1 m altitude. The statistical results accurately reflect the true situation of the vegetation around the Dongjiang Lake, and show that the mathematical statistical method using biopersity index analysis can be applied to the ecological evaluation of the vegetation around the Dongjiang Lake.
Keyword:mathematical statistics; ecological evaluation; vegetation; altitude;
目录
1调查与评价方法.........................................................1
1.1环湖植被群落调查.........................................................2
1.2数据统计及分析方法.........................................................2
2结果与分析.........................................................3
2.1高程对东江湖环湖植被物种组成的影响.........................................................4
2.2高程对东江湖环湖植被优势种的影响.........................................................4
2.3程对东江湖环湖植被多样性的影响.........................................................4
3结论.........................................................5
文内图表.........................................................6
表1东江湖环湖植被群落及不同高程植被的重要值.........................................................6
表2东江湖环湖不同高程植物物种数目及生活型.........................................................6
表3不同高程区域的植被多样性指数.........................................................6
参考文献.........................................................7
东江湖位于湖南省东南部的资兴市，水面宽160平方公里，蓄水量81.2亿立方米，相当于洞庭湖的一半，它是中国中南部最大的人工湖。湖泊水位变化对环湖不同高程的植被群落分布、生长发育有一定的影响，有些植被在水位变化下会逐渐衰亡，有些植被反而会生长得更加茂盛。国内外学者研究证明，湿地植被总是沿着一定的环境梯度分布在不同的地带。在水位变化较大的河间带或者湖间带，植被表现出沿水分梯度带状分布格局[1].对水生植物来说水深是影响植物丰富度的主要因子，也是影响水生植物分布的重要因素[2].刘永等[3]认为长时间的高水位和低水位以及非周期性的水位季节变动会影响植被的正常生长、繁衍和演替。谢冬明等[4]研究表明，在相似的水位条件下，鄱阳湖湿地景观的变化主要表现为居民区和裸地面积的增加，但水域变化不明显。不同水位条件下，鄱阳湖湿地景观变化显著，并通过景观变化驱动力分析表明，湿地水位变化是湿地景观变化的主要因素。Zheng等[5]研究东洞庭湖植被群落分布特征与分布地高程有关系并得出越靠近水域的地方植被群落数越少的结论。叶春等[6]通过数据源MODISEVI时间序列数据，尝试研究了鄱阳湖在退水过程中湿地植被的生长状况。张方方[7]研究鄱阳湖植被群落，结果表明鄱阳湖湿地草受草甸水位面积的影响呈现不同的分布特征。
因此，在环湖不同高程区域，植被群落的分布特征是值得调查和研究的。然而，目前尚未发现对东江湖环湖不同高程植被的调查研究[8].本文以东江湖环湖植被为研究对象，按照不同高程区域进行划分，采用最小显著差异法等数学统计方法研究高程对环湖植被物种组成和生物多样性的影响，以期为郴州市国家可持续发展议程创新示范区建设奠定理论基础。
1 调查与评价方法
1.1 环湖植被群落调查
为了使调查样地能够全面地反映环湖的植被特征，将样地分别设置在东江大坝、白廊镇长盈头两个环湖区域。并且，借助定位设备，在每个环湖区域设置三个水位高程区域，即257.2~266.3 m、266.3~275.6 m、275.6~285.1 m,在每个高程范围内沿湖泊方向设置一条10 m样线，然后在每一个高程范围内等距布置5个1 m×1 m样方进行植被群落调查。样方内每种植物的种名、数量、盖度、高度和植被生活型的统计结果见表1.
1.2 数据统计及分析方法
对调查数据首先采用单因素相关性分析，然后分别计算重要值、Shannon-Weiner指数、Pielou均匀度指数、Simpson优势度指数、R丰富度指数等生物多样性指数[9,10,11,12],最后采用最小显著差异法（t检验）对植物多样性指数等进行显著性检验。生物多样性指数计算公式如下。
（1） 重要值（Iv）：Iv=（相对密度+相对频度+相对盖度）/3;
（2） Shannon-Weiner指数（H）：H=-∑（pilnpi），其中Pi为物种i的相对重要值；
（3） Pielou均匀度指数（E）：E=Hln（S），其中S为物种的个数；
（4） Simpson优势度指数（D）：D=N（N?1）∑ni（ni?1），其中ni为物种i的个体数，N为所有物种的个体总数；
（5） Patrick丰富度指数（R）：R=S,其中S为样方物种总数。
2 结果与分析
2.1 高程对东江湖环湖植被物种组成的影响
东江湖环湖区域物种群落调查结果如表1所示。区域内植被共有22科37属39种（见表1）：蔷薇科6属6种；禾本科6属6种；菊科4属4种；豆科2属3种；木犀科1属2种；桑科2属2种；苋科、荨麻科、漆树科、凤尾蕨科、牻牛儿苗科、伞形科、堇菜科、鼠李科、唇形科、茄科、松科、杨柳科、大戟科、罂粟科、中国蕨科、葡萄科均为1属1种。其中禾本科、蔷薇科、菊科植物物种数最多，分别占东江湖环湖区域总物种数目的15.38%、15.38%、10.26%,其它科单种单属现象明显。
高程对植被群落的影响分析结果如表2所示。从表2可知，不同高程的植被群落组成有明显差异。随着高程的增加，即出露的时间越长，物种数量也在增加，即分别为9种、29种、30种。随着高程的升高，一年生和多年生植物所占比例下降，灌木所占比例上升。
在环湖257.2~285.1 m高程区域内，植物种类分布随着高程的升高而增加，这与一些研究结果相一致[13,14].环湖植物分布受很多环境因素的影响，其中水分是决定环湖植被分布的主导因素[15].由于257.2~266.3 m高程区域受水淹的时间比较久，在这种极端环境下，大多数植物不能生存，因为它们不能完成它们的生命周期。这一高程区域只有9种植物分布。随着高程的增加，环境对植被的压力逐渐减小，水位变化对湖岸的影响逐渐减小，能够存活的植物数量逐渐增加，266.3~275.6 m高程区域和275.6~285.1 m高程区域植被种类分别有29种和30种。
对环湖植物生活型统计发现，一年生、多年生和灌木分别占总物种数目的15.4%、28.2%、25.6%,这与王业春有关植物生活型分布研究[16]有所差异，王业春等指出，三峡库区一年生草本植物远远多于多年生草本植物。东江湖库区以多年生草本植物为主，这可能是由于不同地区植被组成和特殊性的差异，不同库区的土壤、气候和人为干扰也会影响植被群落的分布。
2.2 高程对东江湖环湖植被优势种的影响
从表1的统计结果可知，东江湖环湖不同高程区域的植被有不同的优势种。从重要值中可以看出，257.2~266.3 m和275.6~285.1 m高程区域的优势种分别是柠檬草（14.46）和松树（36.24），266.3~275.6 m高程区域优势种不明显，重要值比较大的是野老鹤草（19.61）、小蓬草（17.6）、堇菜（15.26）。高程变化对环湖植被分布的影响较大。从整个环湖物种分布来看，随着高程的升高，柠檬草的重要值越来越小，松树的重要值越来越大。以柠檬草为代表的植物主要分布在环湖的中下层，松树主要分布在环湖的中上层。
因为高程变化会导致环湖区域形成不同的生境，适应该生境的植物就会存活并且可以繁殖，所以不同高程区域就会展现出不同的植被特征，也就是说不同的高程区域就会有不同的植被类型。环湖不同高程区域会进行优势种的替换[17],优势种对植被群落结构和环境有控制作用，优势种不同最终会导致植被群落多样性的不同。以柠檬草为主的多年生植物主要分布在257.2~266.3 m高程区域，以野老鹤草、小蓬草、堇菜为主的一年生和多年生植物主要分布在266.3~275.6 m高程区域，以松树为主的乔木主要分布在275.6~285.1 m高程区域。
表1 东江湖环湖植被群落及不同高程植被的重要值
表2 东江湖环湖不同高程植物物种数目及生活型
不同高程区域的优势种差异是对高程（水位变化）的一种体现，缺氧是深淹条件下植物面临的最主要的压力。周期性或长期的缺氧会干扰植物在电子传递水平上的正常呼吸[18],由于抗氧化酶和脱氢酶在植物酶系统中的作用，植物在休眠状态下能长期保持活力，随着水位的下降，植物从水中出来后能迅速恢复生长[19],这就是257.2~266.3 m高程区域多年生植物比例较高的原因。
266.3~275.6 m高程区域植被群落就比较复杂，多呈斑块分布，每个群落都有自己的优势种，这也导致了266.3~275.6 m高程区域优势种不明显，野老鹤草、小蓬草、堇菜等均分布较广。造成这种情况的原因可能是这个区域的出露时间较长，大多数植物的生长需求都能够得到满足。275.6~285.1 m高程区域生境条件与陆地相似，植被群落相对稳定，可进行像陆地生态系统一样的植被演替。
2.3 高程对东江湖环湖植被多样性的影响
为了进一步分析高程对环湖植被的影响，对不同高程区域内植被的四类多样性指数进行了计算，并采用最小显著差异法检验了不同高程之间生物多样性指数差异的显著性，结果见表3.
由表3可知，随着高程的升高，四个生物多样性指数会随之变大，但它们在三个高程之间的差异显著性特征不同。对于Shannon-Wiener指数和Patrick丰富度指数，三个高程区域之间均存在显著性差异（标注了不同的字母），能够精细化描述环湖植被群落的生物多样性。而Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数在266.3~275.6 m和275.6~285.1 m高程之间不存在显著性差异，而与更低高程之间存在显著性差异，表明这两种多样性指数对高程相对来说没有Patrick丰富度指数敏感。
表3 不同高程区域的植被多样性指数
a、b、c分别代表统计分析显示差异显著（p<0.05），相同字母标记的值在统计学上认为无显著差异，不同字母标记的值具有显著差异。
具体来说，257.2~266.3 m高程区域的生物多样性指数明显低于其它两个高程区域，说明257.2~266.3 m高程区域的植被群落状况比其它两个高程区域的差。266.3~275.6 m高程区域和275.6~285.1 m高程区域的多样性指数相比，前者的丰富度指数（Patrick）低于后者，说明275.6~285.1 m高程区域植被群落的丰富度高于266.3~275.6 m高程区域。257.2~266.3 m高程区域的植被生物多样性指数明显低于其它两个高程区域，尤其是丰富度指数，这可能是由于水位变化对不同高程区域的种子库的影响[20].东江湖环湖水位变化导致257.2~266.3 m高程区域水土流失严重，以致该地区土壤种子大量减少。同时，由于土壤侵蚀，沉积岩覆盖了该区域的土壤，使土壤中的种子无法发芽。
根据查阅文献，并结合东江湖区域的生态特点，湖南的本土植物香附子适合在环湖区域生长，在种植时不用担心外来物种入侵带来的危害等。刘旭等[21]研究表明香附子在轻度水分胁迫下表现为正光合响应，在淹水胁迫下表现为负光合响应。洪明等[22]在研究环湖香附子对水陆生境变化响应中得出，香附子对水陆生态环境变化的生态适应策略主要表现为香附子的快速恢复生长、种群密度的调整以及地上地下生物量分配的调整，尤其是在部分水淹环境表现更为显著。
3 结论
本文以数学统计方法计算了东江湖环湖植被的生物多样性指数，探究了高程对东江湖植被的生态影响，掌握了植被对高程水位变化的响应关系，为东江湖环湖植被的完善提供了理论参考。环湖257.15~266.3 m高程区域淹水时间长，水土流失严重，生物多样性较低，自然恢复能力较差。保护和修复东江湖环湖的植被是郴州市国家可持续发展议程创新示范区建设的重要课题之一，对保护水库水质、防止水土流失、保护物种多样性具有重要的作用。
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