廖坤富, 胡纯, 胡希军, 张九月, 王梦楠, 王凯丽, 韦宝婧, 肖志鹏

广东南雄丹霞梧桐自然保护区植物多样性评价

廖坤富, 胡纯, 胡希军*, 张九月, 王梦楠, 王凯丽, 韦宝婧, 肖志鹏

中南林业科技大学风景园林学院, 长沙 410004

采用样方、样线相结合的方法, 对广东省南雄丹霞梧桐自然保护区进行了实地调查, 调查统计了南雄丹霞梧桐自然保护区的植物组成、优势科属, 选取多样性、稀有性、代表性和威胁性4项指标, 构建植物多样性评价体系进行了评价。结果表明：(1)维管束植物175科584属1025种。其中蕨类植物31科56属97种, 种子植物144科528属928种, 其中裸子植物为6科7属7种, 被子植物138科521属921种；(2)广东省南雄丹霞梧桐自然保护区生态系统类型多样化且稳定性高, 植物资源丰富；植物区系以亚热带成分占优(3)被子植物是南雄丹霞梧桐自然保护区植物的重要组成部分, 优势类群主要为菊科、禾本科、蝶形花科、蔷薇科、莎草科、茜草科；(4)植物多样性指数得分为6.71, 植物多样性处于较好水平。

丹霞地貌；植物多样性；南雄丹霞梧桐自然保护区

0 前言

丹霞地貌是以陆相为主以陡崖坡为特征的红层地貌, 具有绝妙的自然现象和自然、生物、地理结构, 是生物多样性原地保护的最重要自然栖息地, 也是具有突出普遍价值的濒危动植物物种的生态区[1]。植物多样性是生物多样性中以植物为主体, 由植物、植物与环境之间所形成的复合体及与此相关的生态过程总和, 是生物多样性研究的重要内容之一[2]。

生物多样性维护自然界的生态平衡, 创造生态效益[3-4], 对生物多样性评价是生物多样性保护与管理的基础[5]。从20世纪90年代起, 国际上开始逐步重视生物多样性评价指标的研究。如Reid、欧盟组织、《生物多样性公约》缔约方等基于个人或组织的不同研究领域开展了生物多样性评价指标制定和评估[6][7][8]。20世纪90年我国也相继开展了生物多样性评价指标的研究。1996年张峥[9]从单一生态系统的植物多样提出一套评价指标体系；1999年曾志新等[10]初步研究了生物多样性综合评价指标；2007年万本太等[5]从区域生物多样性层面, 结合了特有种和外来入侵种等因素对全国生物多样性展开了综合评价[11]。目前生物多样性评价的方法与指标没有统一的模式与标准, 但都基于一定的科学性和可操作性原则, 结合研究区域选取不同指标开展生物多样性评估。2013年薛凡[12]综合生态系统的多样性、稀有性、代表性和威胁性层面构建评价体系, 对戴云山国家自然保护区植物多样性进行了综合评估。该评价体系综合遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性多个因子和层面, 具有一定的科学性和实用性。本研究区域与戴云山国家自然保护区同为山地森林生态系统, 都具有中、南亚热带的过渡特征, 因此植物多样性评价有一定的借鉴意义。本研究参考该评价体系, 调查了广东南雄丹霞梧桐自然保护区的植物多样性, 选取评价指标对其进行了评价, 提出了相应的保护对策, 旨在为广东南雄丹霞梧桐自然保护区生物多样性保护和生态稳定等方面提供理论基础。

1 研究区概况

广东南雄丹霞梧桐自然保护区为县级自然保护区, 于2016年初设立。位于南雄市西部偏南, 地理位置为114°08′54" E—114°13′52" E, 25°05′49" N—25° 08′41" N。地势北高南低, 四周为中山急坡、中央为缓坡谷地。区内呈亚热带季风湿润气候区, 四季分明, 年平均气温在19.6 ℃, 冬季寒冷少雨多霜冻, 月平均气温5.2 ℃, 霜冻期历年平均18 d。夏季气温高雨量充沛, 年均太阳辐射量为111.6667 Kcal·m-2, 年平均降雨量1551.1 mm, 平均风速1.8 m·s-1。保护区地质属于燕山期花岗岩体及寒武纪震旦纪变质岩体, 由顶平、身陡、麓缓的红色砂砾岩石构成特殊形态, 呈现独特的丹霞地貌。区内的土壤类型有红壤、黄壤和黄红壤等, 以红壤为主, 各类土壤类型随海拔呈垂直分布。保护区内河流水源主要为雨水, 具有流量季节变化明显的特点。保护区总土地面积2363.06 hm2, 区内珍惜野生动植物资源种类丰富, 其中林地2063.55 hm2, 森林覆盖率86.27%, 均为次生植被。林地以针阔混交林为主, 占总林地的72.48%, 其余为竹林、阔叶林和针叶林。

2 研究方法

2.1 实地调查方法

以整个丹霞梧桐自然保护区为调研范围, 采取样线样方结合的方式进行调查。

在对保护区地形地貌、用地类型、植被分布情况了解充分的前提下, 筛选出8个具有典型性和代表性的区域, 在每个区域内划分出10 m×10 m规格的样方, 采用Garmin12型GPS进行定点定位。记录样方内植物的种名属名、频数, 测量乔木的树高、胸径、冠幅以及灌木草本的平均高度、频数或面积等。调查过程中对植物标本进行采集取样、对典型典型植被类型的外貌特征和内部结构进行拍照记录。对于珍稀濒危及特有物种以及国家重点保护野生植物, 通过访问和实地调查进行统计记录。样方分布见图1, 详细信息见表1。

2.2 植物多样性评价方法

2.2.1 评价指标及其涵义

基于目前国内外对自然保护区的植物多样性的研究现状, 结合丹霞梧桐自然保护区环境条件和生物多样性特征, 选取4个评价因子作为准则层和8个指标因子作为指标层构建自然保护区植物多样性综合评价体系, 见图2。

多样性：在自然保护区域中, 物种多样性在物种水平上反映了植物多样性, 物种数量的多少反映了植物的丰富程度, 体现着该地区生态系统的平衡情况, 也影响着生境类型的丰富程度。①物种多度：植物群落中物种类型及种群数量, 反映植物群落的物种组成和丰富程度。②物种相对丰度：用保护区内植物种数与该物种在广东省内的物种数目的比值来反映。③生境类型多样性：用保护区内植物的生境及其构成要素的丰富程度来反映, 生境类型多样性一定程度上影响甚至决定着生物多样性。

图1 样方分布图

Figure 1 Spline distribution

表1 样方综合信息表

稀有性：因特殊的地形环境、气候条件或其他自然因素, 形成了供特定物种生长繁殖的独特生境, 或是其他自然因素, 使物种在该地区呈现出特有与稀有性。①物种濒危程度：依据《国家重点保护植物》名录等确定保护区珍稀物种数量、保护等级及其濒危程度。②物种地区分布：物种只在特定生境分布生长, 用特有种与群落特定生境丰富程度来反映。③生境稀有性：容纳各种生物的各类生境在不同区域上的稀有程度。

代表性：调查范围内极具该区域内典型特征和生长习性的群落。

(4)威胁性：保护区植物多样性影响着区域的生态平衡, 植物种间竞争、种内斗争、自然灾害、人类活动等因素对植物生境的影响, 使保护区植物群落的生存遭受不同程度的威胁与迫害。威胁性是反映植物群落的生长生活与区域生态平衡之间的影响程度。①直接威胁：人类活动对保护区植物生境的开发利用, 影响了植物生存生长, 直接威胁了生态系统的平衡。②间接威胁：受外来入侵物种的影响, 反映保护区生态系统具有的潜在受干扰程度。

2.2.2 指标权重的计算方法

基于保护区实际情况并征求专家意见, 利用标度法[13](表2)构建指标层判断矩阵, 得到最大特征向量和特征值并归一化处理得到各指标权重。然后进行一致性检验, 确保运算结果具有满意的一致性。

2.2.3 综合评价指数的计算方法

获得各因子权重后, 通过综合评价指数(CEI)来反映植物多样性评价结果, 用各指标权重乘以对应指标所赋分值, 得到平均综合评价指数[14]。各指标分值的赋予是通过结合保护区调查、记录及分析得到的8个样方植物群落信息, 以植物学、园林树木学、风景园林学、生态学等方面的专家学者组成专家组, 使用德尔菲法, 依据各评价因子评分标准, 分别对各个样方的各指标进行打分并求得其平均值, 并结合各指标因子权重计算综合评价指数。其公式为：

图2 植物多样性评价AHP模型

Figure 2 Plant diversity assessment AHP model

表2 判断矩阵标度及含义

=(IW) (公式一)

其中,I为单项评价因子所赋分值,W为对应指标因子权重。根据得分将其分为四个等级：7.5分以上为优秀, 6—7.5分为良好, 4—6分为一般, 小于4分为较差水平。

3 结果与分析

3.1 植物多样性评价

3.1.1 权重计算

根据综合评价体系及评价方法, 利用德尔菲法[15]建立各目标层与指标层之间的判断矩阵, 计算出各评价因子权重, 结果如表3所示。

表3 指标层(C)对目标层(B)、总目标层的权重

3.1.2 植物多样性评价

将各指标权重和对应分值计算出植物多样性综合评价指数(), 8个样方群落赋分情况及综合评价指数结算结果见表4。

经公式一计算得出, 南雄丹霞梧桐自然保护区植物多样性指数得分为6.71分, 和保护区植物多样物种丰富的实际现状相吻合, 植物多样性处于较好水平。其中物种多度对多样性的贡献最大, 保护区内植被生态系统具有较强的原生性, 自然环境复杂, 具有植物资源丰富且物种组成多样的特点。此外, 物种地区分布和代表性的权重也较大, 保护区具有独特的丹霞地貌, 地处南亚热带和中亚热带之间的过渡地带, 原生植被具有南亚热带常绿阔叶林和南亚热带季风常绿阔叶林的过度特征, 是世界同纬度地区森林植被的典型代表。

3.2 植物多样性分析

3.2.1 物种结构

保护区植物资源丰富(见表5), 有维管束植物175科584属1025种, 分别占广东省维管束植物280科、1645属、7055种的62.5%、35.5%和14.5%。其中种子植物144科528属928种, 蕨类植物31科56属97种。裸子植物6科7属7种, 被子植物138科521属921种, 植物种类繁多。从统计结果可以看出, 被子植物特别是双子叶植物, 是丹霞梧桐自然保护区植物的主要组成部分, 在整个保护区中占主导地位, 而被子植物, 蕨类植物占比重较小。

生活型方面, 保护区草本植物占总数的61.8%处于优势地位。其中一年生草本有187种, 多年生草本392种占优。大多为陆生草本, 水生草本偏少。在陆生草本中, 直立草本与草质藤本分别为579种、42种, 且多年生直立草本大于一年生直立草本；在水生草本中：挺水、浮叶、漂浮和沉水植物各为6、2、2、2种。木本中常绿植物和落叶植物各为70.2%和29.8%, 其中常绿阔叶灌木和常绿阔叶乔木居多, 分别以109种和104种居于一、二位。总体来看保护区生活型组成多样, 表现出南方亚热带森林植被的特点。

表4 丹霞梧桐自然保护区植物多样性综合评价指数表

表5 丹霞梧桐自然保护区植物种类组成

3.2.2 植被类型及群落结构

八个样地植被类型和群落结构如表6所示, 从样方样线调研结果整体来看, 保护区的植被群落结构以亚热带常绿和落叶林为主。

依据《中国植被》中的植被分类原则和分类方法, 保护区天然植被总体可分为4个植被型组、8个植被型和22个植物群系, 见表7。从调查结果总体分析, 保护区植物群落主要有林地、灌丛和草丛等, 其中林地植被类型主要有针叶林、阔叶林、针阔混交林、竹林和常绿灌丛。保护区以亚热带常绿阔叶林为典型地带性植被, 优势种为丹霞梧桐等, 植被类型具有一定的多样性。

保护区的典型植被物种主要由山茶科(Faga­ceae)、壳斗科(Fagaceae)、蔷薇科(Rosaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、桑科(Moraceae)的树种及丹霞梧桐()组成。其中丹霞梧只在丹霞地貌分布生长, 是丹霞地貌特有种, 在岩壁及山下林中局部成垂直层状或片状分布。草本层以蕨类植物为代表, 有乌毛蕨()、中华里白()、芒萁()、扇叶铁线蕨()等优势种。灌木层优势种主要为圆叶小石积()、金丝桃()、南方荚蒾()、桃金娘()等, 在一些特定群落中胡枝子()、豆梨()为优势种。乔木层主要的建群植物种类为木荷()、丹霞梧桐、杉木()、枫香()和马尾松()等, 在一些特殊植物群落其主要建群种为黄樟()、竹子等, 并且常有杨桐()、朴树()等伴生种类。

3.2.3 植物区系地理成分分析

分析整理一个地区的植物种类组成和分布区类型是研究该区域植物区系地理成分特征的重要方法与途径[16]。本文从在保护区占主导地位的种子植物的科、属两个单位分析丹霞梧桐自然保护区区系地理成分的组成和性质。根据吴征镒[19]等世界种子植物科的分布区类型系统, 再参照李锡文[17]等对中国种子植物科的分布区类型的划分内容, 可以将保护区划分为世界分布、泛热带分布、热亚至北温带等12个分布区类型, 占全国15个类型的4/5。种子植物科主要是泛热带分布及变型科共52科(36.1%)、世界广布科共41科(28.5%)和北温带分布科共23科(16.0%), 其中中国特有分布为银杏科1科。属的地理分布区有世界分布、全热带分布、热亚至热非分布等15个分布型, 其中以泛热带分布及其变型属共129属(24.4%)、热带亚洲(印度-马来西亚)分布属71属(13.4%)和旧世界热带分布及其变型属53属(10.0%)为主。其中中国特有分布属为箬竹属()、石笔木属()和刚竹属()。

从科、属的分布型分析结果可知, 保护区植物区系地理成分类型丰富又相对复杂。保护区属于南亚热带和中亚热带过渡带, 并以中亚热带气候为主的湿润性季风型气候。热带性成分中, 以泛热带最多, 其次为热带亚洲分布, 再次为旧世界热带分布, 其他分布型较少, 与我国中亚热带地区植物分布型的一般规律相吻合。保护区以亚热带植物区系成分为主, 同时混杂有世界广布的和温性的成分, 区系成分相当复杂。

表6 样方群落信息表

表7 丹霞梧桐自然保护区植被类型

从保护区植物区系种类组成来看(表8), 保护区共有种子植物约144科528属928种, 分别占全国种子植物301科3203属24542种的47.8%、16.5%、3.8%和世界556科、12571属、225804种的25.9%、4.2%、0.4%, 在同维度中亚热带低山丘陵区域, 保护区植物区系的种类组成较为丰富。

3.2.4 物种优势类群

对优势科进行的统计分析表明(表9), 含30种以上的科有菊科(Compositae)、禾本科(Gramineae)、蝶形花科(Fabaceae)、蔷薇科(Rosaceae)、莎草科(Cyperaceae)、茜草科(Rubiaceae), 占总科数的3.42%, 种数占总种数的28.20%, 为该区域的优势科。含有2—29种的科有唇形科(Labiatae)、玄参科(Scrophulariaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、樟科(Lauraceae)、蓼科(Polygonaceae)、马鞭草科(Verbenaceae)、水龙骨科(Polypodiaceae)、金星蕨科(Thelypteridaceae)、鳞毛蕨科(Dryopteridaceae)等138科。单种科有银杏科(Ginkgoaceae)、松科(Pinaceae)、柏科(Cupressaceae)、三尖杉科(Cephalotaxaceae)、买麻藤科(Gnetaceae)等37科。由此可见, 广东南雄丹霞梧桐自然保护区优势科有菊科、禾本科、蝶形花科、蔷薇科、莎草科、茜草科, 优势属有苔草属15种、蓼属()13种、悬钩子属()12种、榕属()9种、卷柏属()9种。5个优势属中包含58个种, 占总种数的4.69%。含2种以上的属有243属, 单种属有341属, 占总属数的58.39%, 单种属在广东南雄丹霞梧桐自然保护区植物组成中比多种属稍占优, 具有重要地位。

3.2.5 珍稀特有物种

保护区植物资源丰富, 有维管束植物175科584属1025种, 植物资源类型繁多物种丰富多样。其中被纳入《国家重点保护野生植物名录》中的II级保护野生植物有6科6属6种, 其中被子植物有4科4属4种, 分别为丹霞梧桐()、樟树()、花榈木()、巴戟天(), 蕨类植物2科2属2种, 为桫椤()、金毛狗()。另外保护区内还有2种栽培种也在国家重点保护植物名录内, 分别为I级保护植物野生银杏；II级保护植物野生香樟。这些保护种类分布区域较广, 其中丹霞梧桐生长条件特殊, 只在特定的生境中分布。保护区有国际贸易公约濒危野生植物种类3科16种, 见表10。

表8 丹霞梧桐保护区种子植物区系与全国、世界的比较

表9 丹霞梧桐保护区植物优势科、属

Table 10 The dominant families and genera of plants in Danxia Indus conservation area

由于保护区独特生态环境和特殊的地形地貌, 孕育了一些特有植物种类。保护区特有植物种类有4科4属4种, 分别为丹霞梧桐()、剑叶石斛()、沙氏鹿茸()、圆叶小石积()。保护区内地层岩性以砂页岩、紫红粉砂岩夹砾岩呈现典型丹霞地貌特征, 在这种独特环境下孕育出丹霞地貌特有物种——丹霞梧桐。丹霞梧桐萌蘖力强、树形优美, 只在土壤贫瘠的红色砂页岩上生长。因其分布区域生境的特殊性和稀有性, 丹霞梧桐已被定为国家珍稀濒危植物和国家二级重点保护野生植物。根据实地调查显示, 有不少于3800株丹霞梧桐分布于保护区内, 成片或垂直成层分布在丹霞地貌的岩壁及山谷浅土层中。由于丹霞梧桐分布区地形地貌特殊, 土壤瘠薄, 地势陡峭, 一旦破坏, 生态环境不可恢复, 因此对丹霞梧桐的保护迫在眉睫。

表10 保护区濒危野生植物种国际贸易公约附录Ⅱ物种

4 讨论

4.1 生境特殊性

丹霞地貌是一种特殊的岩石地貌[18], 岩石暴露面大热效应明显, 影响局部区域的气候和土壤环境, 使得丹霞梧桐自然保护区的植物多样性呈现特殊性和稀有性。特异的地质地貌形成了独特的崖顶、峭壁旱生性植物群落、沟谷湿生性植物群落和特有植物群落。小斑块状矮林或灌丛斑块旱生植物在崖壁岩石处形成竖向郁闭, 发挥多种生态功能效应；沟谷地带土层比崖顶峭壁更厚实, 水源更充足, 分布有常绿阔叶林群落。但峡谷深处光照弱, 植被易受流水侵蚀影响；保护区还孕育着丹霞梧桐群落和乌冈栎群落[19]等特有种和珍稀种群落。特殊的地质地貌以及丰富的物种多样性使得南雄丹霞梧桐自然保护区成为我国重要的亚热带常绿阔叶林生物物种基因库, 具有极高的生态效益、社会效益和经济效益。同时由于保护区丹霞地貌母岩透水性差易受侵蚀, 地势起伏大土层浅薄, 土壤蓄水保水能力差, 大量分布在保护区核心区的陡坡地上的原生和次生植被一旦遭受破坏, 短时期内很难恢复, 因此必须加以严格保护。

4.2 植物多样性保护

保护区面积较大且保存较完整, 其亚热带常绿阔叶林具有较强的原生性和代表性, 对于生物进化史的推动有着重要的意义, 对整个南雄市生态环境的改善和水土保持具有相当重要的价值。由于目前对保护区的研究和保护尚处于起步阶段, 对应的管理保护制度和运行机制急需进一步完善。为了维护保护区植物多样性的可持续发展, 提出以下几点针对性的建议与策略。

(1)加大资金投入, 加强科研建设。保护区建设目前还处于起步阶段, 经费、人才紧缺, 科研基础薄弱, 保护区内部难以开展专题科研项目, 尤其缺乏对自然资源和自然环境的动态监测数据, 很难客观准确评价保护区的保护成效。保护区应切实加大资金投入, 改善基础设施, 提高专业技术人员的待遇, 吸收和引进部分高素质的专业技术人员。

(2)加强南雄丹霞梧桐自然保护区生物多样性监测。建立网站、保护区管理信息系统和数据共享平台, 开展对主要保护对象的跟踪监测、资源与环境监测以及动植物本底调查, 做好科研监测队伍建设和科研资料管理工作。加强保护区管理部门与相关部门的协调配合, 加强执法监督, 对破坏野生植物资源的非法行为及时采取有效措施进行处理, 确保保护区的生物多样性向良性的方向可持续发展。

(3)加快南雄丹霞梧桐自然保护区的建设, 控制动植物资源的过度开发。保护区内现有两百多住户, 部分居民的经济来源对自然保护区资源有一定的依赖性, 随着经济的快速发展, 一些经济开发行为和部分农民的生产经营活动及日常生活对自然保护区资源构成了较大的潜在威胁。应加快保护区的建设, 在生态保护的前提下积极开展生态旅游, 利用保护区的生物、环境资源开展生态旅游业和养殖、种植产业, 有效分配各类植物资源。

(4)完善保护区保护管理体制, 加强自然保护区宣传教育。建立保护区科普陈列室及宣教室, 设立各类大小宣传牌, 配备相应设备, 利用各种形式的宣教手段对区内、区外开展宣传教育活动。健全保护区人员定期培训机制, 对专业技术人员进行培训, 开展学术交流活动, 提高业务水平。

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A study on plant diversity evaluation in Danxia Wutong Nature Reserve in Nanxiong City

Liao Kunfu, HU Chun,HU Xijun*, ZHANG Jiuyue, WANG Mengnan, WANG Kaili, WEI Baojing, XIAO Zhipeng

Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China

A field survey was carried out at the Danxia Wutong Nature Reserve in Nanxiong, Guangdong Province, investigated by the method of sample square and sample line. The plant composition, dominant Branch and genus of the Nanxiong Danxia Wutong Nature Reserve were Investigated and counted. Plant diversity assessment system was established by selecting four indicators of diversity, rarity, representativeness and threat. The results showed that the ecosystem of Danxia Wutong Nature Reserve in Nanxiong, Guangdong Province was diversified and stable, and the plant resources were abundant. There were 1025 species of vascular plants belonging to 584 genera and 175 families. Among them,there were 97 species of pteridophyte, 56 genera, 31 families, 928 species of seed plant, 528 genera, 114 families, 7 species of gymnosperms, 7 families, 6 genera, 921 species of angiosperms, 138 families, 521 genera. Angiosperms were an important part of the plants of the Nanxiong Danxia Wutong Nature Reserve. Flora was dominated by subtropical components. The dominant group was mainly Compositae, Poaceae, Butterfly, Rosaceae, Cyperaceae and Rubiaceae; the plant diversity index score was 6.71, and the plant diversity was at a good level.

Danxia landform; plant diversity; Nanxiong Danxia Wutong Nature Reserve

廖坤富, 胡纯, 胡希军, 等. 广东南雄丹霞梧桐自然保护区植物多样性评价[J]. 生态科学, 2021, 40(3): 156–164.

Liao Kunfu, HU Chun,HU Xijun, et al. A study on plant diversity evaluation in Danxia Wutong Nature Reserve in Nanxiong City[J]. Ecological Science, 2021, 40(3): 156–164.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.03.019

Q948.1

A

1008-8873(2021)03-156-09

2019-10-10;

2019-12-03

国家林业局“十三五”重点学科(风景园林学)(林人发[2016]21号); 林业公益性行业科研专项(201404710); 湖南省高等学校“双一流”建设项目(湘教通〔2018〕469号)

廖坤富(1995—), 男, 江西赣州人, 硕士, 主要研究方向为风景园林规划与设计, E-mail: 1391681848@qq.com

胡希军(1964—), 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事风景园林规划与设计、景观规划与生态修复方向研究, E-mail: 120795043@qq.com