天然草原生物多樣性與土壤水分的關系

文│吳迪（遼寧省林業發展服務中心）

干旱半干旱草原區是我國草原生態系統的主體組成部分，是我國生態條件較脆弱的地區之一。近年來，我國干旱頻發，對植物群落生產力的影響進一步加劇，植被生物多樣性受到嚴重威脅。水是干旱半干旱草原區生態系統的限制性資源，土壤水是陸地水循環中的重要組成部分，是土壤、植物與其環境間進行各種物質交換的媒介，對植被的生長發育有著重要作用。

本文在遼西北干旱半干旱天然草原區進行植物群落調查和土壤含水量測定，研究草原植被生物多樣性與土壤水分的定量關系。

一、研究方法

1.植被調查與土壤測定。調查和取樣工作于8月植被生長盛期進行。選取7個遼西北半干旱草原區典型天然草原樣地（編號1～7），在每個樣地布設3個1米×1米的觀測樣方，調查樣方內的植物種類、高度、蓋度、密度（株叢數）。在每個樣方旁約1米處做土壤剖面，用土鉆按3點取樣法進行0～10厘米、10～20 厘米分層取樣，混合后裝入封口袋帶回實驗室，用于土壤水分測定。土壤水分測定采用烘干法。

2.數據處理。

◎圖1 物種豐富度指數（S）

（1）重要值計算。物種重要值根據樣方中所測物種的高度、蓋度、密度（株叢數）計算，公式為：

（2）多樣性指數計算。采用物種豐富度指數（S）、Si米pson多樣性指數（D）、Shannon-Winener多樣性指數（H）和Pielou均勻度指數（J）來反映草原生物多樣性。計算方法如下：

◎圖2 Si米pson多樣性指數（D）

Si米pson多樣性指數

Shannon-Winener多樣性指數

式中，（3）、（4）中，Pi為某個物種i相對重要值。

◎圖3 Shannon-Winener多樣性指數（H）

◎圖4 Pielou均勻度指數（J）

（3）數據統計與分析。利用Excel 2010進行數據統計和作圖，利用SPSS 25.0軟件進行Pearson相關性分析和顯著性檢驗。

二、結果與分析

1.草原生物多樣性。由圖1至圖4可知，5號樣地的物種豐富度指數、Si米pson多樣性指數和Shannon- Winener多樣性指數最高，2號樣地的Pielou均勻度指數最高。1號樣地的Si米pson多樣性指數、Pielou均勻度指數最低，4號樣地的物種豐富度指數、Shannon-Winener多樣性指數最低。

2.土壤含水量。由圖5可知，5號樣地0～10厘米、10～20厘米的土壤含水量最高，1號樣地0～10厘米、10～20厘米的土壤含水量最低。

3.草原生物多樣性與土壤含水量的相關性。由表1可知，物種豐富度指數與Si米pson多樣性指數、Shannon-Winener多樣性指數呈極顯著正相關關系（P＜0.01），Si米pson多樣性指數與Shannon- Winener多樣性指數呈極顯著正相關關系（P＜0.01），Pielou均勻度指數與Si米pson多樣性指數、Shannon- Winener多樣性存在極顯著的正相關性（P＜0.01）。

表1 生物多樣性與土壤水分的Pearson相關性

土壤含水量與物種豐富度指數、Si米pson多樣性指數和Shannon-Winener多樣性指數均達到極顯著的相關關系（P＜0.01），而與Pielou均勻度指數的相關性不顯著（P＞0.05）。

三、結論與討論

該研究發現，土壤水分含量是遼西北干旱半干旱天然草原區植物群落的限制因子，土壤含水量與物種豐富度指數和Si米pson多樣性指數、Shannon-Winener多樣性指數之間存在極顯著的正相關關系。隨著土壤含水量的升高，植被物種數量和多樣性顯著增加。土壤含水量降低，草原植被對水分的競爭變得激烈，物種數量和多樣性隨之減少。本研究還發現，土壤含水量與Pielou均勻度之間不存在顯著的相關性，說明除土壤水分外還有其他因素影響遼西北半干旱草原區的植被群落結構。

◎圖5 土壤含水量