长白山北坡植物群落多样性及其梯度格局分析

植物群落多样性主要指植物群落在组成、结构、功能和动态方面的多样化程度。从物种组成方面研究群落组织水平或多样化程度，是群落多样性最基础、最重要的研究内容。长白山北坡不仅植被类型多样、物种丰富，而且随海拔的上升表现出明显的梯度变化，是研究生物多样性及其梯度格局的一个理想区域。本项研究通过沿不同海拔高度的系统取样调查，研究了群落多样性及其沿梯度的变化规律，在这一区尚属首次。本研究所记录的乔木种达 37 种，灌木及草本植物也分别达 50 种与165 种，就北方地区而言，这个数目是较高的。表明研究地区具较高的物种丰富度。研究表明，随着海拔的升高，群落的建群种组成、结构层次、生活型谱等诸方面，都表现出由复杂多样逐渐向简单单一过渡的变化趋势。主要建群种的更新特点、分布频度及重要值随海拔的变化情况表明，沿海拔梯度存在明显的树种更替现象。通过种-面积曲线和群落系数-面积曲线对各海拔群落的最小面积的研究，首次提出了该地区不同海拔植物群落包括 90% 物种的最小取样面积。用实测数据对物种数目的非参数估计法的评价表明，用自助法所得到的物种估计数，与客观实际更为接近。同时，根据各海拔群落观测物种数与估计物种数的差异，进一步验证了上述最小取样面积的合理性。对不同海拔植物群落α多样性的测度结果表明，无论乔木种的各发育层次，还是乔灌草各生活型类群，以及所有植物种，其物种丰富度及多样性随海拔的上升均表现出明显的下降趋势，但并不是简单的线性下降。乔木种和草本植物丰富度随海拔变化出现的几个峰值正是各植被带的分界，体现了过渡区物种丰富度较高这一特点。植物群落的α多样性受测度尺度的影响。对于森林植被，取样面积大于和小于 64m~2，所测度的群落α多样性随海拔的变化规律明显不同，表明 64m~2 是森林群落取样面积的一个临界尺度。而对于高山冻原，4m~2 的取样面积是一个明显的临界尺度。当取样面积较小时，单位面积物种丰富度最高的并不是低海拔的阔叶红松林，而是高海拔的高山冻原，其次为暗针叶林。只有当取样面积较大时，即在较大尺度上（≥64m~2），低海拔的阔叶红松林才能表现出其物种丰富的特点。这一现象反映了不同海拔群落的物种密集程度。用“相异性系数”、“Cody 指数”及“群落共有度”，均可很好地反映沿梯度物种的替代程度及群落间的物种共有情况。群落内的β多样性随海拔的升高而下降，而群落间的β多样性可以很好地反映群落间的相似性关系， 多样性较大的几个峰值恰好是不同植被类型间的分界。群落间的β多样性随取样面积的扩大而下降，但并不是简单的线性下降，64m~2 是取样面积的一个临界尺度，大于或小于这一取样面积，其结果会有较大差异。群落间的β多样性随群落间海拔差的增加而增加。海拔差为 800m 和 1200m 是两个明显的界限，海拔差大于或小地这两个界限，群落间会有质的不同。群落间各层次植物种及所有植物种的共有度，在同一海拔差时，其数值非常接近，同时均随着海拔差的增加呈现明显的下降趋势。不存在上层主林层共有度很高，而灌、草层及全部植物种差异很大的情况。种间的生态位重叠及生态联结结均属强尺度依赖型的生态指标。用生态联结与生态位重叠二个指标一道，可以更好地反映物种间的相互关系。对长白山北坡的植物群落来说，不仅用所有植物种的重要值对群落的排序可以得到较好的结果，而且仅以乔木种、灌木种或草本物种的重要值为数量指标，对群落进行排序也能得到较好结果。相对来说，用草本植物的重要值所进行的排序效果稍差些。尽管单独以乔、灌或草本植物对群落的聚类也较好地反映了各海拔群落间的关系，但以所有植物种的数量指标为基础进行的聚类，能更全面地反映客观实际。以所有植物种的重要值和二元数据对群落进行聚类，其结果完全一致，聚类结果与海拔高度的关系极为密切，20 个海拔的群落可明显地分为 7 组。这一结果与传统的经典分类结果相比，更加细化，其结果很好地反映了研究地区的γ多样性。用各层次植物种或所有植物种的二元数据为数量指标对群落的排序或聚类，效果较用重要值时差些。采用二元数据和数量数据的排序及分类结果，其差别往往表现在过渡性群落区。这些群落与其上下相邻的群落间种类构成很相近即二元数据很接近，但因一些种在不同群落中的重要性的差异，因此其数量数据常有较大差别，这时，应用二元数据往往夸大了群落间的相似性。研究发现，用不同层次的植物种对群落进行排序和聚类，可以得到极其相似的结果，同时与用所有植物种对群落的分类也非常相似。结合群落间各层次植物种及所有植物种的共有度情况不难看出，这一地区不同海拔群落各层次的物种组成都有其独特性，各层次物种的构成有很大的相关性，每一群落从林冠层至地被物，均有自己独特的“植物家庭成员”，群落任一层次的植物种构成，都在较大程度上反映出群落的物种构成特点。用双向指示种分析法、DCA 排序及聚类分析法均可将长白山北坡的植物种划分为不同的类群，而且结果基本一致。这些类群与其分布的海拔范围密切相关。此外，本项研究还发现了种间联结的一些测度方法及 Cody 指数的不足，并在此基础上提出了相应的改进方法。