大围山典型群落土壤养分与物种多样性相关性分析

谭淑端，杨雨婷，陈 滨，文 龙，刘浩波

(湖南农业大学 生物科学技术学院，湖南 长沙 410128)

大围山典型群落土壤养分与物种多样性相关性分析

谭淑端，杨雨婷，陈 滨，文 龙，刘浩波*

(湖南农业大学 生物科学技术学院，湖南 长沙 410128)

对大围山典型群落，即高山草甸，原始次生林和人工桃林的物种多样性指数、土壤养分及其相互关系进行了分析，结果表明，1)物种多样性指数呈原始次生林>高山草甸>人工桃林；2)3个典型群落的表层土壤营养成分较深层土壤营养成分含量高，3个典型群落的土壤营养成分含量依次为高山草甸>原始次生林>人工桃林；3)群落物种的幸普森多样性指数仅与土壤钾有相关性，与0～15 cm土壤钾含量呈显著相关，与15～30 cm土壤的全钾呈极显著相关。幸普森多样性指数与群落类型有显著相关性。

大围山； 典型群落； 土壤养分； 物种多样性

湖南浏阳大围山位于湖南省浏阳市的东北部，处在湘东幕阜山和罗霄山接壤地带的大围山支脉，是重要的旅游胜地和国家森林公园，具有明显的垂直植被带分布特征。由山下到山顶依次分为人工林，原始次生林，亚高山灌木(杜鹃)和高山草甸，植被丰富[1-3]。

植物多样性与土壤基本营养成分成一定关系，二者相辅相成，相互作用，相互影响[4-6]。植物多样性越高，土壤养分含量更高；土壤养分含量越高，则植物生长越繁茂，也有助于植物发育繁殖。土壤中有机质、全氮、全磷、全钾的含量是关系植被数量和群落物种多样性的关键性因素之一，且土壤的营养状况反过来会影响植被群落的物种多样性[4]。研究表明，不同群落的物种多样性受地理梯度、海拔梯度和群落演替等因素的影响[7-8]。

本研究采用随机取样方法，调查分析了大围山3个典型群落的物种多样性指数；采集了典型植被群落土壤，并测定了土壤中主要营养元素含量；分析了土壤中各营养成分与物种多样性指数的相关性。研究结果有助于探明大围山3个典型群落的物种丰富度，明确大围山典型群落土壤基本营养成分，掌握植物群落类型与土壤营养成分的关系，为大围山群落的植被保护和生态环境保护提供一定的理论依据和指导。

1 样地描述和研究方法

1.1 样地描述

本研究选取大围山典型植物群落分别为高山草甸，原始次生林和人工桃林，海拔高度由上到下依次递减。群落样方的具体情况见表1。

表1 典型群落的样点

取样位置编号经度纬度海拔高度/m高山草甸1114°09205′28°26124′15072114°09205′28°26127′14963114°09200′28°26122′1505原始次生林1114°05853′28°25243′13732114°05859′28°25250′13743114°05864′28°25265′1364人工桃林1114°03766′28°24996′7242114°03769′28°24998′7263114°03762′28°24993′719

高山草甸群落位于大围山海拔1 500 m左右的地区，其土质有明显的腐殖质积聚，腐殖质层厚8～20 cm，呈灰棕至黑褐色粒状-扁核状结构，表层由草根交织成软韧的草皮层。有机质含量丰富。主要以草甸和低矮灌木为主，植物覆盖率比较高。

原始次生林经过多次不合理采伐和破坏后自然形成的森林，在涵养水源、保持水土、调节气候和维持生态平衡等方面均起重要作用。取点位置为大围山1 350 m左右的原始次生竹林。此位置竹林覆盖率非常高，是大围山地区典型的群落带。

人工桃林是人工种植、营造和培育而成。采点为大围山海拔720 m左右的钓鱼山庄的人工经济桃林。

1.2 研究内容和分析方法

运用样方法实地测定以上3个典型群落带的物种多度、盖度、频度、高度，然后计算出辛普森多样性指数(D)、香农-威纳指数(H)和香农均衡度指数(E)。采用实地调查随机取点，取点位置尽量选取坡度相对平缓、坡向一致的点，然后统计物种种数和各物种个体数量。

具体步骤。1)确定取样的典型群落带，根据前期的调查分析，决定选取高山草甸，原始次生林，人工桃林3个典型群落带进行调查分析。2)运用GPS测定每个样方的经纬度和海拔高度。3)按随机取点方式，在高山草甸带取3个1 m×1 m的样方，原始次生林取3个15 m×15 m的样方，在人工桃林取3个15 m×15 m的样方。4)在各个样方点内测定好物种种数，各物种数量。5)指标计算。

E=H/lnS。

式中，Pi为种i的重要值，S为物种数目。

在3个植物群落里随机均匀选取3个坡度朝向相当的点作为土壤取样点。用GPS测定每个点的经纬度，记录海拔高度。用取土器分别采集每个点的表层0～15 cm 和深层15～30 cm土样，装袋，标签，备用。将取回来的土样进行风干锤碎，风干后过100目筛，装袋，贴标签备用。

采用国标GB 7173—87森林土壤指标测定方法测定土壤全氮、全磷和全钾。采用国标GB 9834—88土壤有机质测定方法测定土壤有机质。

1.3 数据分析方法

运用Excel 2010对原始数据进行处理，运用SPSS 16.0对数据进行数据方差分析及相关分析。

2 结果与分析

2.1 物种多样性

如图1所示，无论是辛普森指数、香农-威纳指数还是均衡度指数，原始次生林的植物多样性较人工林和高山草甸都更好。说明大围山原始次生林植物种类，各植物种类均衡度都相对较高，分布较为均匀，物种丰富。高山草甸带由于地处高海拔，气候等原因使得其物种的多样性指数略低，物种无论在丰度和多度上都没有原始次生林丰富。人工桃林受人为干扰因素影响，群落完整性有一定缺失，物种多样性和物种均衡度以及丰富度指数较低。根据实地调查，高山草甸主要以灌木和草本植物为主，在山峰顶部或陡坡处，受地形影响，高山风大，温度低，紫外线照射强，乔木难以生长，植物群落以莎草、荻等组成的灌丛草甸为主，其中莎草、芒草、荻、双穗雀稗等草本植物占该群落主导地位，其余植物种类少，竞争性不高，生存能力也没有这些草本植物好；大围山的原始次生林则主要是以毛竹为主导，相对好的环境使得该群落灌木和草本植物繁盛，与乔木共存，所以该群落带植物种类多并且分布较为均匀；人工桃林由于由人工种植经济作物桃树，因此植物单一性强，主要为桃树，几乎无其他乔木，夹杂一些低矮的灌木和草本植物，物种丰富度和相对多度都不高，物种多样性指数也较低。

图1 典型群落带不同物种多样性指数比较

从图1可以看出，3个典型群落物种多样性指数大小依次为原始次生林>高山草甸>人工桃林。这样的植物多样性分布规律符合中间高度膨胀型，即植物群落物种多样性在中等海拔高度最大[9]。朱源等[10]研究表明，中海拔区域相对优越的气候水热条件维持高的物种丰富度，且表明海拔一般能解释原始数据30%～40%的变差。邢韶华等[8]对

北京山地植物多样性的海拔梯度变化规律研究表明，物种多样性指数和丰富度指数均在海拔梯度上存在一个抛物线状的分布规律。

2.2 土壤营养元素

从表2可知，有机质、全氮和全磷含量以高山草甸最高，人工桃林含量较低。随海拔高度的升高，有机质含量、全氮和全磷含量递增。全钾在高山草甸和原始次生林的含量几乎一致，而人工桃林相对含量较高。由表2和调查数据分析可知，由于人工浇灌和施用了钾肥，因此，人工桃林的钾含量较高。其次，3个群落带的表层土(0～15 cm)基本养分含量都高于深层土(15～30 cm)。这是由于上层土壤生物活性强，植物与土壤交换多，活跃性较高，深层的营养成分由上层传递下去，因此深层土壤营养成分含量则相对较低，符合营养成分递减规律[5,7]。森林群落中的乔木根系分布到土壤的深层，草本植物的根系则大多分布在土壤的表层。草本群落的地下分层比地上分层更为复杂[11-12]。因此，高山草甸的有机质含量大于原始次生林和人工桃林。

表2 典型群落不同土层土壤营养成分

群落类型土层/cm含量/(g·kg-1)有机质全氮全磷全钾高山草甸0～151063±121196±002107±000315±01015～30556±046160±002088±000324±003原始次生林0～15516±128152±001049±000326±00415～30357±060134±001056±000312±003人工桃林0～15365±050133±001039±001411±04415～30297±000090±001038±001423±014

2.3 土壤养分与物种多样性指数的相关性

表3反映了不同群落不同土层营养成分之间以及与物种多样性指数的相关性。群落类型与土壤养分相关性明显。0～15 cm土层有机质与全氮、全磷呈极显著相关性，与全钾呈显著相关性；全氮与全磷呈极显著相关。15～30 cm土层有机质与0～15 cm土层有机质和全钾存在显著相关；15～30 cm土层全氮与0～15 cm土层有机质、全氮和全钾呈极显著相关，与0～15 cm土层全磷和15～30 cm 土层有机质呈显著相关。15～30 cm土层的全磷与0～15 cm有机质，全氮，全磷及15～30 cm有机质全氮呈极显著相关；15～30 cm土层的全钾与0～15 cm的全钾和15～30 cm全氮呈极显著相关，与15～30 cm全磷呈显著相关；群落物种的幸普森多样性指数仅与土壤钾有相关性，与0～15 cm土壤钾含量呈显著相关，与15～30 cm土壤的全钾呈极显著相关。香农威纳指数仅与15～30 cm全钾和幸普森多样性指数呈显著相关。香农均衡度指数与15～30 cm全钾、幸普森多样性指数以及香农威纳指数呈极显著相关。群落类型与0～15 cm土壤有机质、全氮、全磷、全钾，15～30 cm土壤全氮、全磷、全钾以及幸普森多样性指数呈极显著相关。

表3 土壤营养成分与物种多样性指数的相关性

指标土层/cm0～15cm15～30cm有机质全氮全磷全钾有机质全氮全磷全钾DHE群落类型有机质0～151000全氮0～150854∗∗1000全磷0～150915∗∗0887∗∗1000全钾0～15-0672∗-0574-05541000有机质15～300748∗06420594-0680∗1000全氮15～300855∗∗0826∗∗0761∗-0864∗∗0760∗1000全磷15～300940∗∗0903∗∗0895∗∗-0740∗0839∗∗0909∗∗1000全钾15～30-0576-0598-05150921∗∗-0455-0844∗∗-0667∗1000D—028303870297-0738∗018706190428-0918∗∗1000H—-01120043-0127-0488-008803260059-0721∗-0721∗1000E—025903470207-0733∗018206470391-0915∗∗-0915∗∗0922∗∗1000群落类型—-0913∗∗-0898∗∗-0906∗∗0820∗∗-0694∗-0939∗∗-0956∗∗0808∗∗0808∗∗-0229-05581000

注：*，**分别为0.05和0.01水平显著相关。

3 小结与讨论

张继平等[13]的研究表明，土壤养分的空间分布存在海拔梯度特征。李丹维等[14]研究表明，土壤有机碳、全氮、全磷具有垂直变异特征。通过比较分析大围山典型群落的物种多样性指数和土壤养分及其相互关系，得出以下主要结论。1) 物种多样性指数呈如下规律，原始次生林 >高山草甸>人工桃林。表明物种多样性指数与群落类型有关，群落物种组成越丰富、群落的结构越复杂，多样性指数则越高。此外，人为干扰、生境的异质性等都会对物种多样性产生一定的影响。郭二辉等[15]的研究表明，河岸带植被类型影响土壤养分。2)3个典型群落的表层和深层土壤养分成一定的规律分布，表层土壤养分较深层的含量高，可能与随着土层深度的增加养分的聚集效应降低相关[16]。比较3个典型群落的土壤营养成分表明，高山草甸>原始次生林>人工桃林，可能原始次生林相对高山草甸来说活跃度较高，流动性较大，不如高山草甸能对有机质进行很好的固定。此外，草本和灌木新陈代谢快，更新换代时间短，高山草甸生长在相对高海拔，温度低，低温可以促进土壤有机碳的积累，因此高山草甸的土壤养分含量比原始次生林高[14-15]。3)群落物种的幸普森多样性指数仅与土壤钾有相关性。与0～15 cm土壤钾含量呈显著相关，与15～30 cm土壤的全钾呈极显著相关。幸普森多样性指数与群落类型有显著相关性。

根据大围山自然保护区的建设目标，开发保护现状，以及土壤养分与植物多样性的相关性，提出以下一些恢复和保护建议：1)加强管理，提高大围山森林公园工作人员的专业素养和科研素质，防止滥砍滥伐，加大对不同群落植被资源和生境的保护；2)正确处理大围山的旅游开发和资源保护关系，只有保护大围山的森林植被资源和环境，才能实现大围山旅游的可持续发展；3)定期对大围山的土壤和植被情况进行调查，以期对大围山的环境资源状况有更深入的了解，为合理高效地利用保护大围山植被群落，土壤环境以及生态环境提供理论支撑。

[1] 杨道德，吴香文，宋澄，等. 湖南浏阳大围山实验林场鸟类资源及保护对策[J]. 中南林业科技大学学报, 1998(4):69-77.

[2] 陈正法，梁称福，肖润林，等. 湖南浏阳市大围山区高等植物类野菜资源特征及其开发利用[J]. 广西植物, 2004, 24(4):291-296.

[3] 王娟. 云南大围山植物多样性研究[D]. 北京：北京林业大学，2004.

[4] 陈芳. 莽山植物物种多样性及其土壤理化性质关系的研究[D]. 长沙：湖南农业大学，2011.

[5] 庞学勇，包维楷，江元明，等. 九寨沟和黄龙自然保护区原始林与次生林土壤物理性质比较[J]. 应用与环境生物学报，2009，15(6):768-773.

[6] 谭淑端，朱明勇，张克荣，等. 深淹对狗牙根根际土壤酶活性及肥力的影响[J].中国生态农业学报，2011，19(1)：8-12.

[7] 安树青，王峥峰，朱学雷，等.土壤因子对次生森林群落物种多样性的影响[J].武汉植物学研究，1997，15(2):143-150.

[8] 邢韶华，崔国发，林大影，等.北京山地植物物种多样性的垂直分布格局[J].北京林业大学学报，2010，32(增1):45-50.

[9] WHITTAKER RH，王伯荪.植物群落排序[M]. 北京：科学出版社，1986.

[10] 朱源，康慕谊，江源，等. 贺兰山木本植物群落物种多样性的海拔格局[J].植物生态学报，2008，32(3)：574-591.

[11] 王朝华. 拉脊山土壤营养成分垂直分布状态分析[J].草业与畜牧，2008，4(149):17-20.

[12] 张贵云，沈秀明，李祟清，等. 不同森林类型土壤肥力状况研究[J]. 贵州林业科技，2008，36(4):26-31.

[13] 张继平，张林波，王风玉，等.井冈山国家级自然保护区森林土壤养分含量的空间变化[J]. 土壤，2014，46(2):262-268.

[14] 李丹维，王紫泉，田海霞，等. 太白山不同海拔土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量特征[J].土壤学报，2017，54(1)：160-170.

[15] 郭二辉，云菲，冯志培，等. 河岸带不同植被格局对表层土壤养分分布和迁移特征的影响[J].自然资源学报，2016，31(7):1164-1171.

[16] 刘学东，陈林，杨新国，等. 荒漠草原2种柠条(Caraganakorshinskii)和油蒿(Artemisiaordosica)灌丛土壤养分“肥岛”效应[J]. 西北林学院学报，2016，31(4):26-32.

(责任编辑：张瑞麟)

2017-03-09

国家自然科学基金(31400339)；中国博士后科学基金(2013M542113)；湖南省教育厅优秀青年科学基金(15B113)

谭淑端(1979—)，女，湖南衡东人，副教授，博士，从事生态学科学研究工作，E-mail：tanshuduan@163.com。

，刘浩波，E-mail：1013758287@qq.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170552

S688

A

0528-9017(2017)05-0887-04

文献著录格式：谭淑端，杨雨婷，陈滨，等. 大围山典型群落土壤养分与物种多样性相关性分析[J].浙江农业科学，2017，58(5)：887-891.