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珙桐DavidiainvolucrateBaill.系珙桐科珙桐属落叶乔木,中国特有的单型属植物,天然分布在我国的7个省,即贵州、湖北、湖南、陕西、四川、云南及甘肃[1].珙桐科仅一种一变种,即珙桐和光叶珙桐DavidiainvolucrateBaill.var.vilmoriniana.它们起源古老,是第三纪古热带植物的孑遗树种,属国家一级保护植物.珙桐具有极高的观赏价值,是世界上公认的著名观赏树种,开花时因其棕红色头状花序和洁白的苞片酷似展翅的白鸽,故有“中国鸽子树”的美称.自珙桐被人们发现之后,被国内外大量引种,目前的分布已远远跨越其天然保存的范围,而且引种的趋势是逐渐北移和海拔越来越低.但由于人为破坏和环境因素的影响,天然珙桐的种群数量和分布范围都在缩小,张清华等[8]认为到2030年,适宜珙桐分布的面积比当前气候条件下适宜珙桐分布的面积约减少20%.珙桐濒危的原因是多方面的,包括生境范围狭窄、自然更新困难、种子败育严重、人为砍伐破坏及挖掘野生苗等[9].因此,加强珙桐的保护和研究,合理地开发和利用具有重要的意义.我国从20世纪70年代开始对珙桐进行研究,主要集中在珙桐群落学、地植物学、人工繁殖技术及引种栽培、种群生态学、生物学特性、组织培养技术、形态解剖学等方面.进入21世纪以来,对珙桐的研究有了一定的进展,主要集中在生理、生化、繁育及分子生物学等方面,但利用分子标记对不同种群珙桐的遗传多样性研究还是相对缺乏.本文利用ISSR技术对分布于贵州省内的3个珙桐自然种群、2个珙桐人工种群、1个光叶珙桐人工种群及分布在湖北省内的1个珙桐人工种群的遗传多样性、种群内和种群间的遗传变异进行分析,旨在揭示珙桐种群的遗传多样性和遗传背景,为濒危植物珙桐的保护和合理开发利用奠定基础.
1材料与方法
1.1供试材料供试材料选取珙桐的6个种群和光叶珙桐的1个种群,取其新鲜幼嫩的叶片放在自封袋中,用冰盒带回实验室置于-80℃冰箱中保存.样品的来源及编号见表1.
1.2方法
1.2.1珙桐DNA的提取选用幼嫩叶片,参照改良的CTAB法[22]提取珙桐基因组DNA,DNA浓度和纯度用紫外分光光度计检测,波长260~280nm,OD值在1.8~1.9之间,所提取的DNA纯度较高,可用于ISSR扩增反应.
1.2.2ISSR扩增反应ISSR扩增反应的引物参照哥伦比亚大学公布的引物序列,由北京赛百盛公司合成,在Bio-Rad梯度PCR扩增仪中扩增.ISSR扩增反应20μL体系中进行,反应体系如下:模板40ng、1.0UTaq酶、10×buffer2.0μL、ISSR引物(10μmol/L)1.2μL、dNTP(2.5mmol/L)2.1μL、MgCl2(25mmol/L)1.8μL、双蒸水补足至20μL.PCR反应程序为:94℃预变性5min;94℃变性30s,43.8~57℃(不同引物退火温度不同)退火45s,72℃延伸1min,40个循环;72℃延伸7min.PCR产物在2%琼脂糖凝胶上进行电泳检测,凝胶中含有0.05%的溴化乙锭,以100bpMarkerDNA作为标准相对分子质量对照,在凝胶成像系统上观察并拍照记录.
1.2.3数据统计ISSR为显性标记,同一引物扩增产物中电泳迁移率一致的条带被认为具有同源性.电泳图谱中的每一条带均视为一个分子标记,代表一个引物的结合位点.对凝胶上的带进行统计,按清晰易变、重复稳定的原则读带,有带或弱带记为1,无带的记为0,获得二元数据矩阵.用POPGENE软件进行数据处理,计算各群体间和群体内的遗传参数.根据Neis遗传距离,按不加权成对算术平均法(UPGMA)建立系统聚类分支树状图.为了检测群体间遗传距离和地理距离的相关性,运用TFPGA程序进行了Mantel测试.
2结果与分析
2.1ISSR遗传多样性分析从100条引物中筛选出12条能产生条带清晰、重复性好的ISSR引物,对7个群体的117个个体进行扩增,共产生199条条带(表2).图1显示引物UBC881对贵州佛顶山(FDS)的扩增结果.在199条条带中,有177条具有多态性,多态百分率为(PPL)88.94%.每条引物平均产生16.58条条带,多态性百分率为85.0%~100%(表2),说明珙桐具有相对高的多态性.表3显示了不同群体的遗传多样性结果,在7个种群中,佛顶山(FDS)、梵净山(FJS)、湖北(HB)、宽阔水(KK)、林科院(LKY)、纳雍(NY)、植物园(ZWY)的多态百分率分别是39.20%,47.74%,40.70%,36.18%,48.74%,35.18%,35.68%,其中林科院(LKY)的多态百分率最高,而纳雍(NY)的多态百分率最低.Neis遗传多样性(He)在0.1260~0.1795之间,平均为0.1467.从表3还可以看出,各群体的Shannons信息指数(Ho)与多态百分率(PPL)和Neis遗传多样性(He)的大小变化趋势基本一致,即PPL高的群体其He和Ho也高.此外,还分析了物种水平的遗传多样性,在物种水平上PPL为88.94%,Ao,Ae,He和Ho分别为1.8894,1.4813,0.2784和0.4187.
2.2群体间的遗传变异分析POPGENE软件的分析结果显示,珙桐群体间存在一定的遗传分化.7个群体间总的遗传多样性(Ht)为0.2793,而群体内的遗传多样性(Hs)为0.1468.根据总的遗传多样性(Ht)和群体内遗传多样性(Hs)计算不同群体间的分化水平(Gst),所分析的7个珙桐群体间Gst为0.4745,表明总的遗传变异中有47.45%的变异存在于群体间,群体内的遗传变异为52.55%.群体间每代个体的基因流(Nm)为0.5537.
2.3群体间的聚类分析计算Neis遗传一致度(I)和遗传距离(D)(表4),从表4中可见I值的变化范围为0.7690~0.8681,平均为0.8191;D值变化范围为0.1415~0.2626,平均为0.2003.其中LKY与FJS的遗传一致度(I)最高,ZWY与FDS的遗传一致度最低.利用UPGMA法构建群体遗传关系聚类图(图2),以0.26为阈值,7个群体分为2支.FDS的单独一支,其余6个聚为一支,表明佛顶山的群体与其余群体的亲缘关系较远.从图2中还可看出,FJS,ZWY和LKY聚在一起,表明这几个群体的亲缘关系相对较近.Mantel测试表明,群体间的遗传距离与地理距离之间没有显著的正相关性(r=0.1090,p=0.5930),说明珙桐的遗传变异没有明显的地域趋势.
3讨论
3.1珙桐的遗传多样性采用ISSR分子标记技术,对濒危植物珙桐的6个种群和1个光叶珙桐种群进行分析,结果表明珙桐具有丰富的遗传多样性.Hamrick等[26]研究了220个属662个种林木中的物种遗传多样性平均水平(P=64.7%,H=0.257).王静等[27]研究了濒危植物连香树的遗传多样性水平(P=69.59%,H=0.2313,I=0.3514).葛永奇等[28]研究了孑遗植物银杏的遗传多样性水平(P=70.45%,H=0.3599).与珙桐7个种群的遗传多样性水平(P=88.94%,H=0.2784,I=0.4187)相比,珙桐具有很高的遗传多样性水平.濒危植物珙桐在数百万年以前,曾在地球上广泛分布,经过第四纪冰川的影响,只在我国西南地区幸存下来.珙桐遗传多样性丰富的原因可能与幸存个体保留了其祖先丰富的遗传基础有关,使其现存物种具有较高水平的遗传多样性.
3.2珙桐群体的遗传结构群体的遗传结构是通过物种群体间和群体内的遗传分化来体现[29].本研究得出珙桐种群间遗传分化参数即Neis种群间遗传分化系数(Gst)为0.4745,表明有47.45%的遗传变异存在于种群间,而种群内的遗传变异占总变异的52.55%,表明其种群间发生了较大程度的遗传分化.影响自然群体遗传分化的原因有多种,包括植物的繁育体系、基因突变、种子传播机制、自然环境的选择作用和基因流等.珙桐7个种群的基因流(Nm)仅为0.5537.Slatkin认为[30],当Nm<1时基因流就不足以抵制种群内因遗传漂变而引起的种群分化.由传粉和种子传播产生的基因流是导致种群内遗传分化的主要因素之一[31].珙桐的基因流主要是通过虫媒传粉和果实迁移来实现的,珙桐基因流不足的原因可能与种子的生物学特性有关.珙桐的果实为核果,呈长椭圆形,具有肉质的果皮,内果皮骨质,表面有深沟,十分坚硬,不易萌发,种子的散布局限在树体1~10m环带附近[32];种子休眠期长,败育现象严重且具有生理后熟期[16]等,这些原因阻碍了珙桐的自然更新,使种群难以扩张,同时也造成了珙桐群体间较低的基因流动.
关键词:植物多样性;地理成分;海拔梯度;贺兰山西坡;浅山带
中图分类号:S718.54 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2013)23-5730-05
山地由于具有浓缩的环境梯度和高度异质化的生境、相对较低的人类干扰强度以及地质历史上常成为大量物种的避难所和新兴植物区系分化繁衍的摇篮等特点,发育和保存着较高的生物多样性,并成为全球生物多样性研究和保护的重点区域[1]。山地植物群落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。马克平等[2]在北京东灵山地区的植物群落多样性的研究表明,该地区的物种丰富度指数和物种多样性指数随海拔的升高而下降,物种均匀度则随海拔升高而增加;张丽霞等[3]对芦芽山植物群落多样性的研究结果也印证了这种变化趋势;赵淑清等[4]对长白山北坡植物群落物种多样性的研究结果表明,随着海拔的升高,乔木层和灌木层的物种丰富度呈下降趋势,而草本层没有明显变化;王国宏[5]在祁连山北坡的研究则表明,中等海拔地带草本层物种丰富度和多样性最高,灌木层次之,乔木层变化不明显。此外,还有不少山地生物多样性的案例研究[6,7]。然而,对于中国北温带草原和荒漠过渡带的贺兰山地区的植物群落多样性研究相对较少[8,9]。
贺兰山横跨宁夏、内蒙古两个自治区,隶属于北温带草原和荒漠的过渡带,位于银川平原和阿拉善高原之间。贺兰山以其特殊的地理位置、丰富的动植物资源、重要的水源涵养和独特的生态旅游资源,充分发挥着巨大的经济效益、社会效益和生态效益。贺兰山作为西北地区一道极为重要的生态屏障,不但阻隔了腾格里沙漠的东移,保护了宁夏平原,还对源于阿拉善的沙尘暴有巨大的拦截作用。通过实地考察,对位于内蒙古境内贺兰山西坡浅山带的植物多样性进行了较为全面和系统的研究,不仅可以为我国生物多样性研究提供新资料,而且可为贺兰山的生物多样性保护和资源的合理开发利用提供重要参考。
1 研究区概况
由于贺兰山地处内陆,东南来的湿润气候因受秦岭、六盘山等高山阻挡,对其影响甚微,而西北直接受蒙古高压影响,全年为西北风所控制,加上西伯利亚冷空气入侵,形成典型的大陆性气候。冬季干燥严寒,盛行西北风,夏季天气干燥炎热,降水量很少。山麓地带由南向北,年平均气温8.2~8.6 ℃,其中,1月平均气温-6.8 ℃,7月平均气温23.8 ℃;年≥10 ℃的活动积温3 209.2 ℃;年降水量250~438 mm,降水量少而集中,多集中在7、8、9月,3个月的降水量占全年降水量的60%~70%;年蒸发量1 600~1 800 mm,年平均无霜期229 d[10]。
2 研究方法
根据2005年9月和2006年6月对贺兰山西坡浅山带(105°43′-105°56′E,38°24′-39°08′N)典型植被的调查结果,结合《贺兰山国家级自然保护区植被类型图》(1990年版),在贺兰山西坡山麓由南向北依次设置5条10 m宽的样带,包括在南段的狭子沟、中段的哈拉乌沟、南寺以及北段的大西沟、乱柴沟;在对每条样带分布的植被群落调查时,沿海拔梯度设置样方,其中狭子沟设置8个样方,南寺设置6个样方,哈拉乌沟、大西沟和乱柴沟各设置12个样方,5条样带共计50个样方。灌丛样方4 m×4 m,调查记录灌木、幼树的物种名、高度、多度和盖度,并记录样方内出现的物种数和个体数;草本样方1 m×1 m,调查记录草本、灌木物种名、高度、多度和盖度,同时记录样方内出现的物种数。
3.2 贺兰山西坡浅山带植物科多样性
3.3 贺兰山西坡浅山带植物物种多样性
由图1可以看出,在海拔1 250-2 200 m,随着海拔的升高,贺兰山西坡的物种丰富度指数总体呈增大趋势,海拔1 250 m处的物种丰富度指数仅为0.743,海拔2 200 m处的物种丰富度指数高达2.440,是海拔1 250 m处的3.28倍。Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数均表明,在海拔1 250-1 950 m,贺兰山西坡的植物物种多样性指数较低,分别为0.559~0.846和0.889~2.099,在海拔 1 950-2 200 m,植物多样性指数明显升高,Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数最大值分别达到0.902和2.438。Pielou均匀度指数和Gini均匀度指数在贺兰山西坡浅山带呈双峰形,即低海拔和高海拔植被带具有较高的均匀度,中海拔植被带具有较低的均匀度。
3.4 贺兰山西坡浅山带植物区系地理成分多样性
贺兰山地处蒙古高原中部南缘、华北黄土高原西北侧,西南临近青藏高原东北部,所以成为来自蒙古、华北、青藏高原以及其他植物成分相互渗透的汇集地,不仅使该地区植物区系的地理成分变得复杂多样,而且具有显著的过渡性特征。植物区系地理成分主要包括亚洲中部草原成分、哈萨克-蒙古成分、亚洲中部荒漠成分等9个分布型和4个变型,代表性的乔灌木及草本物种见表2。
4 讨论
物种多样性的空间分布格局受制于许多生态梯度的影响[11,12],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[13,14]。尽管几个世纪以前,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。
对贺兰山西坡植物多样性的研究结果表明,该地区物种丰富度指数随海拔的升高而增大,多样性指数在中、低海拔带较小,高海拔带较大,均匀度指数在中海拔带较小,在低海拔、高海拔带较高。显然,贺兰山地区的植物多样性分布规律与北京东灵山具有较大差异,与同属西北干旱区山地的近邻祁连山的植物多样性分布规律也有一定的差异。这可能与贺兰山正好是我国北温带草原与荒漠的过渡带有关。在贺兰山西坡,随着海拔的升高,降雨量逐渐增加,气温逐渐下降,土壤水分条件有所改善,导致海拔梯度上物种丰富度指数呈逐渐增大的趋势。低海拔带由于降雨量稀少,蒸发强烈,加上近50多年的放牧干扰,导致1 600 m以下植被盖度较小,多样性指数较低;尽管中海拔带降雨量有所增加,气温有所下降,水热组合在该范围内也达到了最佳,但由于形成了针茅属群落的单优势种,导致了海拔 1 600-1 800 m范围内植物多样性较低,也正是由于在该梯度范围内形成了针茅属群落的单优势种,才使得中海拔带的均匀度指数明显小于低海拔带和高海拔带。在高海拔带,灰榆、小叶金露梅、蒙古扁桃等灌木的盖度并不大,这些稀疏的灌木枝条可以给地面提供更多的光照,加上适宜的温度和降水,导致高海拔带具有较高的植物多样性。
贺兰山西坡植物群落的均匀度指数呈双峰形表明,海拔 1 800 m处的生境异质性较高。因此,1 800 m可能是荒漠草原带和疏林灌丛带的分界线,基于此,今后植物资源保护工作的重点有必要放在这个地段。
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关键词:园林绿化 植物配置 多样性 分析
中图分类号:K928.73 文献标识码:A 文章编号:
园林绿化是指在一定的地域运用工程和艺术手段,通过改造地形(或进一步的筑山、叠石、理水)、种植树木花草、营造建筑和布置园路等途径创作而成的美的自然环境和游憩境域。而城市的园林绿化反映了一个城市经济、物质、人文发展的综合水平,是一个城市的重要工程。为了能更好的达到城市园林绿化的效果,就要对园林中的植物进行合理、充分的配置,有效的利用不同植物的特点来进行绿化工程,一个优秀的植物配置工程不仅能营造优美的自然环境,还能进一步的保护和改善环境,以下我们就对园林绿化中植物配置的多样性进行简单的讨论。
1 园林绿化中植物配置的意义
园林绿化植物的配置,有科学性又具有艺术性,要根据植物的不同生长习性及其对生长环境的要求、因地制宜选择合理的树种,植物配置应采用多种种植手法,构成一幅错落有致、疏密相间、晦明变化的美丽图景。不同的植物配置将产生不同的风格,不同的风格相辅相成,我国古典的园林有“模仿自然、效法自然、崇尚自然”的美学思想,形成了独特的自然艺术风格,在世界园林艺术界独树一帜。随着园林绿化事业的发展,植物应用范围扩大,配置艺术变得更加的重要,园林绿化的配置问题也越来越多的引起人们的关注,西方的“城市森林”概念就反映了这一趋势。为了提高我国园林绿化配置的艺术水平,我们既要研究古典园林艺术来吸收有益的配置原则和手法,又要把实践经验不断的提高到理论的高度来加快园林绿化建设。
2 园林绿化中植物配置的现状分析
园林绿化的艺术特点和人文特点在一定的程度上取决于植物配置的多样性,如果不注意对不同颜色、花色、形状、大小不同的植物间合理的搭配,随便栽上几株就会使景观显得杂乱无章,人们也不会对这种园林产生美的感觉。因此,从不同园林的特点和需求来考虑植物配置的多样性,我国的园林绿化也呈现出了自己的特点。例如在亭林公园中,前山古迹景点分布最多,人流量也最大,所以采用了大型乔木配置观花植物来供游人欣赏,而后山古迹景点较少,游人也相对较少,所以主要以常绿高大乔木与灌木配植,自然野生的群落分布来体现幽静的环境氛围。我国上世纪80年代中叶开始进行园林绿化研究,以生态学原理为指导确立了生态园林的概念,目前已经取得了大量的成果和经验,我国的园林植物配置遵循了植物生长的自身规律及对环境条件的要求,因地制宜,合理科学配置,使各类植物喜阳耐阴,喜湿耐旱,各重其所。乔木、灌木、地被、岩生、水生以及常绿、落叶、草木等植物共生共存,简而言之,就是我们常说的“师法自然”。
3 对园林绿化中植物配置多样性的分析
为了能更好的发挥园林绿化的作用就要对园林中的植物进行合理的配置,这就要根据园林所在地域的地理位置和特点来选择合理的植物进行绿化,既要经济实用,又要美化、改善环境。
3.1 植物配置的原则
园林植物配置首先要根据以人为本的原则,要充分考虑到园林的所在位置与这个位置间人们的欣赏能力与人文精神。其次在植物的配置中要遵循一定的艺术性原则,在植物的景观设计中植物颜色、形状、花期、花色、比例都要有一定的差异性,通过这种差异性的变化来显示出园林景观的多样性,但又要使它们之间保持一定的相似性来引起统一感,同时还要注意植物间的相互作用与联系,体现协调的原则。在对不同类型的植物进行配置时,要遵循均衡的原则使景观稳定、和谐。
3.2 植物的配置方式
自然式的树木配置方法可根据树木的形状特点,根据不同的种类、数量、种植方式来划分为不同的配置方式。其中最主要的方法有孤植、丛植、群植和带植。
孤植是单株树独立种植,它在园林中一方面既能作为独立的庇荫树,也可作为一棵观赏树。另一方面是单纯的为了艺术上的需要。孤植能将树木的个体美充分的展现出来,它既可以用来作园林绿化的主要景色,也可以用来作为主景的衬托。
丛植是指一个树丛由几株同种或异种树木不等距离的种植在一起成一个整体,是园林中普遍应用的方式,可用作主景或配景或隔离措施,这种种植方式既能表现植物的群体美也能表现树种的个体美。
群植是一两种乔木为主体,与数种乔木和灌木搭配,组成较大面积的树木群体,树木的数量较多,以表现群体为主。
带植的林带组合原则与树群一致,以带状形式栽种数量很多的各种乔木、灌木。多应用于街道、公路的两侧,如用作园林景物的背景或隔离措施应该密植并形成树屏。
3.3 植物配置的艺术手法
在园林空间中,无论是以植物为主景还是植物与其他园林要素共同构成的主景,在植物的选择、数量的确定、位置的安排和方式的采取上都应强调主体,做到主次分明来表现园林空间景观的艺术风格。在实际的植物配置中,可以利用植物不同的形态特征,运用高低、姿态、叶形、叶色、花形、花色的对比手法来表现一定的艺术构思来衬托出植物景观的美感。为了克服景观的单调,可以用乔木、灌木、花卉、地被植物进行多层的配置,不同花色花期的植物相间分层配置,也可以使植物景观丰富多彩。
3.4 植物配置的掌控要点
植物配置的多样性应注意植物本身的不同特点、植物花色与花期的不同以及植物在不同季节而产生的不同反应等一系列的关系。因此植物配置的多样性在不同的地点都有一些应该掌控的要点。例如广场绿化的植物配置应使广场的主要功能发挥更好的作用,广场的植物配置要多样性要考虑广场大小和特征,使园林绿化能更好地修饰广场,改善环境,更有利于游人的活动和观赏。交通岛周边的植物配置多样性主要应强调其向导作用,在行车视距范围内应采用通透式的植物配置,绿岛上自然的配置树丛和孤植树,这样在开阔的空间中更能显示出树形的自然形态,与道路两边的绿化带就形成了不同的景观。而园林景观路是道路绿化的重点,主干路是城市道路网的主体,贯穿于整个城市,因此主干路植物配置要考虑空间层次、色彩搭配来体现城市道路绿化特色。
4 园林绿化中植物配置多样性存在的问题
虽然我国的园林绿化有了很大程度的发展,也形成了自己独有的特点,但是在一些城市中植物配置的多样性仍然存在着不同种类的问题。例如植物的种类单一,搭配欠佳,使人感觉呆板、空洞与乏味,这就需要我们在进行植物配置时相应的增加植物的种类来充实我们的视觉感观。又或者说植物的色彩单一,在我国的很多绿化工程中用的都是单一的植物材料色彩,几乎全部都是绿色而没有其他的颜色,这就会使人产生审美疲劳,因此我们在植物配置的过程中要充分利用植物的不同色彩来进行科学的配置,不同的季节让植物以不同的色彩呈现在我们的面前,使人们在四季的变换中感受大自然的美好。
结束语:由以上的分析我们可以知道,园林绿化中植物配置的多样性不仅能让人们感受到大自然的美好,使人充分的享受自然环境,在一定的程度上也能改善自然,净化自然。但在我国园林绿化中植物配置的多样性还不能说尽善尽美,它在一定程度上还有不少的问题,因此我们在进行植物的多样性配置时要充分考虑园林所在环境的特点和植物的不同特征来进行科学合理的配置,使植物配置的多样性最大限度的发挥作用,为人类与自然环境的和谐相处提供更加便利的条件。
参考文献:
[1] 廖振军 刘旭红 园林植物配置的艺术表现[J] 宜春学院学报 2005(2)
[2] 朱炜 高瞻 浅述园林植物配置的艺术手法[J] 四川林业科技 2005(5)
关键词:新校区;植物多样性;多样性指数;均匀度指数
1.新校区环境概况
四川师范大学新校区即成龙校区,位于东经104.19°,北纬30.56°,海拔504m;属于亚热带季风气候区,夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥。气候地质条件优越,适合多种植物的生长和繁殖,该区占地面积129hm2,其中建筑面积48hm2,校区的绿地面积占该校区总面积一半以上。整个校园以正大门、中心湖区、图书馆为对称轴,将成龙校区分为教学行政区、学生生活区和体育运动区。
2.新校区植物配置多样性分析
2.1物种统计分析
经实地调查知,四川师范大学新校区共有园林植物138种83科,其中乔木69种32科,灌木42种29科,草本27种14科。在新校区绿化中应用数量最多的植物是银杏科(Ginkgoaeeae)的银杏(Ginkgobiloba)和杉科(Taxodlaeeae)的水杉(Metasequoiaglyptostroboides)。据统计,成龙校区内有60多株银杏,且都是高大挺拔、长势良好,给人庄严肃穆之感。杉科(Taxodiaceae)中的水杉(Metasequoiaglyptostroboides)共有300多株,主要分布在龙湖与图书馆之间。
2.2新校区植物多样性指数、均匀度指数分析
现调查成龙校区典型的绿化带――龙湖大道区域。采用机械布点和典型抽样法,列出每个样方内所有现存的植被名目表。其中乔木样方10m×10m,灌木2m×2m,草本1m×1m。统计2个样方内乔木、灌木、草本种类、棵(丛)数。计算样方物种多样性指数、物种均匀度指数,分析成龙校区校园植物配置的多样性。
Simpson多样性指数(D)即优势度指数,是对多样性的反面即集中性的度量,其集中性高,即多样性程度低。从图1可以看出,Simpson多样性指数(D)在0.882~0.9959,成龙校区校园乔木为0.9959;接近最大值1,校区内的灌木是0,970;校区内的草本是0.882,由此可见,校区内的多样性排序为乔木层大于灌木层,灌木层大于草本层。
物种均匀度是衡量各种类分布均匀程度的重要指标。从图2可以看出,成龙校区乔木层的均匀度指数fJsD是0.9924,灌木层的均匀度指数(JSI)是0.967,草本层的均匀度指数(JSI)是0.879。由此可见,成龙校区校园绿化植物种类比较丰富,各种植物数量也相对比较均衡。
2.3新校区植物层落分析
据调查统计知,成龙校区1、2年生草本层植物占各校园植物物种总数的比例为58.9%-59.0%,灌木层比例为21.7%~22.0%,乔木层比例为18.8%~19.0%。可见,成龙校区1、2年生草本植物种植较丰富,根据生态学上“种类多样性导致群落稳定性”的原则,成龙校区充分利用了植物群落的下层生态位资源,合理构建了生态稳定层次分明的花园式校园。对于整个区域而言,灌木层植物占校园植物物种总数的比例21.7%-22.0%,乔木层植物占校园植物物种总数的为18.8%~19.0%。由此可见,灌木和乔木的种植比例相对于草本层植物较少,灌木林对净化空气、防风固沙、水土保持、土壤改良等有重要作用,而乔木是高校校园绿化的支柱,乔木既可以充分利用校园植物群落的上层生态资源,增强群落的生态稳定性,又可以增加校园的遮荫度,还可以增强校园景观的立体感等。
关键词:香农-威纳指数;均匀度;物种多样性;多度
中图分类号:S728.9 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2013)15-3510-04
矿产资源开发活动过程中,废石尾渣、选矿废水、废气浮尘中的多种重金属元素成为矿区环境的主要污染源,通过污染灌溉、大气降尘等导致矿区土壤重金属污染。而矿山土壤的重金属污染,不仅可以通过杂草、粮食、蔬菜等各级食物链对人体健康造成影响[1,2],而且长期矿业开采地区,一系列的开发活动对这些地区的物种多样性造成威胁,生态平衡遭到破坏,长此以往人类将无法在此生存[3]。潼关金矿区位于秦岭北麓,由于该地区的矿业开采,致使土壤受到了严重污染,当地人们已经“意识到”自己脚下的水不能饮用,只能用于洗衣和灌溉[4];多种国家保护的动、植物已经不能在此栖息,当地物种多样性受到严重威胁。本研究以金矿生产区废水沟沿线植物为研究对象,对植物进行抽样调查、标本采集、鉴定,分析和研究植物的构成特点和各调查样区植物多样性,为金矿区及周边土壤重金属污染的植物修复研究提供科学依据,并对该区生态系统的自然演替规律、生态保护、资源开发利用、区域生态体系安全以及经济社会可持续发展具有重要意义。
1 研究区概况
研究区域位于潼关县附近某金矿排水沟沿岸区域。该区域地理坐标34°23′-34°35′N,110°15′-110°25′E。海拔高度为400~500 m,土壤主要为黄土质棕壤,属暖温带大陆性半干旱季风气候。光能资源较充足,热量和降水量偏少,常年平均日照时间为2 269 h。年平均气温12.8 ℃,年平均降水量为625 mm,年植被蒸发量1 193 mm,四季多风,年平均风速3.2 m/s。
2 研究方法
2.1 样地调查
2011年9月,通过踏查和路线标记对潼关县某金矿污水流经区域及周围植物进行实地调查并照相,选取有代表性的样地,样地面积为10 m×10 m,选2~6个1 m×1 m草本样方。共设草本样方32个。
2.2 样品采集及鉴定
以典型抽样的方法[5]对样地植物进行采集、标记并拍照,根据《中国植物志》相关卷册、《中国高等植物图鉴》及其补编、《中国西北内陆盐地植物图谱》、《黄土高原植物志》、《秦岭植物志》等植物分类工具书对所采集的标本进行鉴定。记录群落的数量标志,灌木层和草本层要求调查多度、盖度和频度。
2.3 计算方法
2.3.1 香农-威纳指数 香农-威纳指数用来描述种的个体出现的紊乱和不确定性。不确定性越高多样性也就越高。其计算公式为:
2.3.2 内梅罗综合污染指数[6] 计算公式为:
3 结果与分析
3.1 各样区土壤污染分析
内梅罗指数法是当前国内外进行综合污染指数计算的最常用的方法之一,考虑到多种污染物的综合效应。本试验以各样区土壤中Pb、Cr、Cd、Ni等21种重金属为研究对象,以中国土壤元素背景值算术平均数[7]为标准,采用内梅罗综合污染指数评价各种重金属对该区域的污染程度。各样区污染指数统计结果见表2。
由表1和表2可知,矿区沿线区域的综合污染指数高出国家背景值的100倍之多,污染非常严重。该区域生长的杂草及各种农作物产品中含有的重金属通过各级食物链在人体内富集,严重威胁着人类的健康[8]。另外本地区如果不及时处理各种污染物,长期污染物的积累会导致生态退化,环境更加恶劣。因此,必须采取相关措施治理污染,恢复生态平衡。
3.2 物种组成的数量特征
多度是衡量植物群落中物种个体数目多少的一种指标,在植物群落的野外调查中,采用Drude的七级制多度[9],各级表示如下:
对矿区排水沟沿线调查的32个样方中,各种植物多度的结果见表3。
由表3可知,矿区周围各种植物中禾本科的狗牙根[Cynodondactylon(Linn.) Pers.]和桑科的葎草[Humulus scandens (Lour.) Merr.]分布极多,特别是葎草是蔓生植物且地上部分生物量较大,生长旺盛,适应性强。旋花科的打碗花、禾本科的拟金茅和狗尾巴草以及菊科的艾蒿分布也很多,对环境有较好的适应性。分布极多、很多的植物多为该生态系统中的优势种类,对矿区环境的改善起良性作用。而在整个调查样区中分布稀少和个别的物种数目较多,分别占物种总数的22%和16%。其中禾本科的竹节草、豆科的野大豆和伞形科的水芹菜等,不仅在矿区的数量分布很少,在调查样方内仅有1株或两株,是偶见种,且地上部分生物量较少,在物种之间的竞争中处于劣势。随着环境的继续恶化,最终在此地区可能濒临灭绝。早开堇菜、灰灰菜和蒲公英分布较少或稀少的植物种类在治理污染、恢复生态平衡的过程中也是重点保护的种类,以增加物种多样性,利于改善生态环境。
3.3 各样区植物多样性
物种多样性具有两种涵义,一方面是物种的数目,即一个群落中物种数目的多少;另一方面是一个群落中个体数目的分配状况。而多样性指数是反映丰富度和均匀度的综合指标,本研究采用香农-威纳指数来确定样地群落的植物多样性。
由表4可知,不同样方的多样性指数不同,样方4、11、12、17、24的香农-威纳指数和均匀度均较高,说明样区中物种组成较丰富且各物种个体数目分配较均匀,物种多样性较其他样区高,其中样区11的香农-威纳指数为所有调查样方中最高,其值为2.47,且均匀度也较高,其值为0.82;根据实地调查结果可知,这些样区多位于较湿润的阴面或农田附近,受环境或人为施肥的影响综合体现较其他样区更适合于植物品种的生长。样方32位于三条污水河的交叉口附近,生态污染非常严重,此样区已被污水长时间冲刷为裸地,无植物组成。而样方9、20、22、23、27中虽然生长植物,但各样区的植物组成匮乏,香农-威纳指数和均匀度均较低,物种多样性较低,可见土壤的污染已严重威胁到当地植被的生长。但这些样方中生长的葎草、叉枝蒿和狗牙根等植物能够在高重金属浓度和高污染的环境中生长良好,说明这些植物具有抗逆性较强的特点,可以为建立人工生态系统、治理污染和恢复生态平衡时利用。
4 结论
1)本次调查结果中各调查样区物种总体组成单一,许多样方只有一种或两种植物,且多为常见种类,无稀有种。植物多样性低,各个样方的植物多样性指数值差异大,平均值在0.42左右。本次调查区域为金矿废水沟附近土壤和植物,由于受到矿区污染影响,许多生物不能长期适应当地环境条件,生长状况不良或不能生存,所以,综合导致各样区植物种类减少,生物多样性降低。而植物多样性的提高不仅可以增强生态系统的稳定性,而且可以提高生态系统的生产力[10],生态系统内生物多样性越高或群落结构越复杂, 系统就越稳定[11]。所以,改善矿区环境,提高生物多样性,治理矿区污染迫在眉睫。
2)本次调查结果中各样区中分布稀少的植物种类较多,占整个调查物种的38%,并常以偶见种或伴生种形式存在,可能是对该矿区的污染环境不适应,生态位逐渐缩小的种类,也有可能是适应性很强的物种扩大其生态位,刚刚在本地区定居的植物种类。在所有调查样区中,禾本科植物分属13个属,共14种,为最多;菊科植物分属10个属,共13种,居其次。其中禾本科的狗牙根和桑科的葎草,分布极多,特别是葎草是蔓生植物且地上部分生物量较大,生长旺盛,适应性强。这些植物种类在建立人工生态系统修复土壤污染时,为增加物种多样性,改善区域环境,是可以利用的种类。
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关键词:巨尾桉;马占相思;植物多样性
中图分类号:S727 文献标识码:A 文章编号:1674-0432(2013)-06-0178-2
1 研究的目的及意义
生物多样性是生态系统持续发展和生产力的核心,是人类赖以生存的条件,是社会经济持续发展的基础。桉树[1]和相思树[2]是我国在经济发展中引进的两大速生树种,在我国南方种植面积不断扩大。随着人类对生态环境保护的日益重视,构建与环境资源相协调的、结构良好的、生态功能优化的森林植被,受到社会各界的广泛关注。林下植被作为森林生态系统的一个重要组成部分,在促进人工林养分循环,维护森林的多样性、生态功能稳定性和持续立地生产力方面具有不可忽视的作用[3],研究人工林下植物物种的自然演替和恢复过程中的物种多样性变化和发展,对于查明其生态过程和加快生态系统恢复具有重要意义。
2 研究区概况
2.1 研究地区概况
研究地点在广西高峰林场界牌分场内,位于南宁市北郊20km处,其地理位置约为东经:108°20’05,北纬:22°58’35。年平均气温21.8℃,极端最高气温40℃,≥10℃年积温7200℃,年降雨量1200~1500mm,降水多集中在5~9月,相对湿度79%。年蒸发量1250~1620mm。年日照时数1450h~1650h ,相对湿度80%以上。土壤为赤红壤,土层厚度60~100cm。
2.2 林分概况
研究林分位于广西南宁市高峰林场界牌分场内,林地内主要种植马占相思,混交桉树。其林龄为5年生,株行距3×3m,其中巨尾桉的平均树高19.43m,平均胸径为19.76cm,马占相思平均树高10.27m,平均胸径为10.68cm。林地所处地形为低丘,海拔200m~350m左右,坡度为25~30°。林下灌木主要有中平树、木姜子、白花酸藤子等;草本植物主要有蔓生莠竹、五节芒、画眉草等。
3 研究方法
3.1 样地设置
根据实地考察,选择地形地貌、母岩、土壤类型等相同或相近的桉树和马占相思林分设置样地,样地必须具有代表性,按南北坡向设置2个样区,每个样区设立2块固定样地,每个样地面积为400m2(20m×20m),总共设立4个样地,调查样地的总面积为1600m2。
3.2 样地调查
在样方内分乔木层、灌木层、草本层和藤本植物,对其植物种类进行仔细调查记录,对乔木层按种类测定其树高、胸径和株数等;对灌木层、草本层和藤本植物按种类测定其高度、株数、盖度等信息。根据调查结果,按标准地类型统计各个物种的株数和相对盖度。
4 结果与分析
4.1 林下植被科属组成分析
对1600m2样地的调查结果进行统计,共有维管束植物58种。植物群落中双子叶植物比例最高,其次为单子叶植物,比例最低的为裸子植物。其中灌木种有42种,占总种数的72.4%,分属20科36属;草本16种,占总种数的27.6%,分属11科15属。
在林下植被灌木层中多属多种的科有紫金牛科(3属4种)、樟科(3属3种)、榆科(2属2种)、桑科(2属5种)、茜草科(5属6种)、马鞭草科(3属3种)、菊科(2属2种)、大戟科(3属4种)、百合科(1属2种)等9科,占总科数的45.0%;林下植被中单属单种的科有11科,分别是芸香科、野牡丹科、五桠果科、五加科、松科、杉科、蔷薇科、漆树科、葡萄科、壳斗科、豆科。主要种有木姜子、白花酸藤子、中平树、杜茎山、越南悬钩子、路边青、山油麻等。
草本多属或多种科有禾本科(5属5种)、铁线蕨科(1属2种)2科,单属单种科占大多数,有乌毛蕨科、鳞毛蕨科、蓼科、茜草科、里白科、海金沙科、凤尾蕨科、蚌壳蕨科、百合科等9科,占总科数的80.82%。植物种主要有五节芒、蔓生莠竹、画眉草、粽叶芦、耳草、铁芒萁等。
4.2 林下植物多样性分析
由表4-1、4-2、4-3可以看出巨尾桉和马占相思混交林林下植物多样性的总体概况。
在各个样方测定得出的多样性指数中,灌木层物种丰富度S平均值为7.5,H'指数平均为1.7075,D指数平均为0.7697,均匀度指数平均为0.8810,Jsi平均为0.9131;草本层物种丰富度S的平均值为4.1,H'指数平均为0.8237,D指数平均为0.4714,均匀度指数平均为0.6045,Jsi平均为0.6263。灌木层的物种较丰富,也比较均匀,草本的各项多样性指数都较低。
5 结论
5.1 林下植被组成
巨尾桉和马占相思混交林的林下植被组成共有58种,其中有灌木和小乔木42种,占总种数的72.4%,分属20科36属;草本16种,占总种数的27.6%。分属11科15属。从植物区系组成上看,该群落中双子叶植物比例最高,其次为单子叶植物,比例最低的为裸子植物。
林下的灌木层中,物种树木较多,较丰富,其中中平树是主要的建群种,植被个体数目多,分布广;木姜子、白花酸藤子、路边青、杜茎山组成了林下次优势种群。草本的物种数目较少,在草本层中,蔓生莠竹占据着绝对的优势。
5.2 林下植物多样性
在本次林下植被多样性的调查中,物种丰富度S、Shannon-Wiener指数(H')、优势度指数(D)、均匀度指数Jsw和Jsi在灌木层中分别为7.5,1.7075,0.7697,0.8810,0.9131;草本层为4.1,0.8237,0.4714,0.6045,0.6263。从调查结果来看,灌木层的物种丰富度比草本层的要高,各项多样性指数都比草本的大。
参考文献
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关键词:北京动物园;植物多样性;调查;分析
中图分类号:S731 文献标识码:A DOI:10.11974/nyyjs.20161132162
前言
在自然界中,植食性昆虫取食植物,天敌又捕食或寄生植食性昆虫,植物-害虫-天敌3者之间构成了完美的三级营养结构[1]。昆虫多样性是一个生态系统是否稳定的重要指标,而植物的群落结构直接影响昆虫的群落结构和时序动态。北京动物园内的植物种类多样,开花植物种类多、数量大,这对昆虫有着很大的影响。
北京动物园是一座城市动物园,同时还是野生动物保护场所,在植保工作中降低化学农药的使用量,对动物健康安全与游人游览环境安全均具有重要意义。为进一步加强北京动物园有害昆虫无公害防治工作,北京动物园于2013―2015年开展了为期3a的昆虫多样性调查,在调查中,同时对全园的植物进行了全面普查,以期摸清北京动物园植物与昆虫的活动关系,在今后的园林景观建设中更多的为形成稳定的生态系统服务。
1 材料与方法
1.1 北京动物园基本情况
北京动物园总面积约90hm2,其中水面面积约9hm2,兽舍及运动场面积约46.7hm2,公共绿地面积约34.3hm2。
1.2 调查范围
将覆盖园区全部公共绿地。按照道路及兽舍分布空间,将园区公共绿地划分为18个区域。
1.3 调查方法
通过实地勘察及查阅工程图纸资料与植物养护管理资料,对全园公共绿地植物进行调研。对植物群落内乔木、灌木、地被、草坪及水生植物的种类与配植情况进行统计整理。
1.4 数据处理方法
用Excel 2010对数据进行多样性分析[2]。
2 结果与分析
2.1 北京动物园植物多样性调查
通过调查统计,北京动物园的常植植物种类184 种,隶属于63 科126 属,根据园林植物的生活习性将其分为落叶乔木、常绿乔木,落叶灌木、常绿灌木,藤本以及竹类和草本植物(含水生植物)7类,其中落叶乔木65 种,常绿乔12种,落叶灌木52种,常绿灌木11种,落叶藤本3种,草本37 种,竹类4 种。乔灌木比例接近 1:1.2,常绿树和落叶树比例接近1:5.5(详见表1、图1)。
分析可知,在物种多样性方面,乔木(77 种)>灌木(66 种)>草本(37种)>竹类(4 种)>藤本(3 种),乔木在北京动物园的植物群落中具有物种优势,灌木次之,藤本及地被植物(含水生植物)再次之。
在数量方面,灌木的数量差不多是乔木的数量的14.8倍,特别是常绿灌木的数量远远高于其他几种类型,这主要与园区绿化使用了大量大面积的绿篱色块有关。常绿乔木中油松、桧柏为优势树种,落叶乔木中柳树、杨树、槐树、构树、栾树、银杏为优势树种。常绿灌木中大叶黄杨、小叶黄杨为优势树种,落叶灌木中珍珠梅、金银木、丁香为优势树种。
2.2 北京动物园植物群落调查
植物群落是由生长在一定地区内,并适应于该区域环境综合因子的许多互有影响的植物个体所组成,它有一定的组成结构和外貌,它是依历史的发展而演变的。在环境因子不同的地区,植物群体的组成成分、结构关系、外貌及其演变发展过程等就都有所不同[3]。
通过调查,植物种类超过5种的有蔷薇科、忍冬科、木犀科、虎耳草科、蝶形花科、禾本科、木兰科、杨柳科、菊科和松科,这10科的植物种类占北京动物园全部植物种类的51.1%。其余各科共90种植物占植物种类总数的48.9%,隶属于53科70属。另外,北京动物园的野生地被植物种类也较为丰富,早春开花的紫花地丁、二月兰等为越冬的天敌提供食物。详见表2。
2. 3 北京动物园植物群落分析
植物的多样性程度决定了群落抵御环境胁迫能力的高低,也反映出生态系统的稳定性[4]。北京动物园植物群落多样性详见表3。
由表3可知,植物群落物种丰富度乔木层>灌木层>地被层,香农-维纳指数为乔木层>灌木层>地被层,优势性指数乔木层>地被层>灌木层,均匀度指数乔木层>地被层>灌木层。北京动物园植物群落的香农-维纳指数和优势度指数较高,说明植物群落的多样性较高,有利于生态系统的稳定。但北京动物园的植物群落整体的均匀度比较低,不利于生态系统稳定的因素。需要指出的是,为了保证数量的准确性,地被植物只统计了人工栽培的宿根花卉,因此,其多样性指数应酌情提高。
3 结论与讨论
3.1 结论
北京动物园植物群落中乔木具有优势地位,蔷薇科等10科植物构成了北京动物园植物种类的优势科。北京动物园的植物群落多样性指数较高,这为生态系统的稳定和平衡提供了很好的先决条件。
3.2 讨论
通过调查分析,可知北京动物园植物群落的多样性程度较高,有利于生态系统的稳定,但植物群落整体的均匀度比较低,是不利于生态系统稳定的因素。在今后的植物景观建设中,应继续增加植物的种类和数量,特别是要增加灌木的种类。
大量的研究表明,植物多样性影响害虫多样性,进而影响天敌的多样性与生产力,增加植物的多样性有利于减少害虫的发生[5-7]。植物多样性的提高可为天敌提供更多的庇护场所和食物资源,天敌在植物多样性高的生境中种类和数量更丰富,因而在多样化的生境中,天骋种坪Τ娣⑸的作用更强。应持续引种开花灌木和地被植物的种类,增加早春、夏季及秋天开花的植物的数量。
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