环境生态学实习报告 最终版

环境生态学实习报告最终版

环境科学专业生态学实习

个人报告

作 者： 魏峰

单 位：中国石油大学(北京)环境科学专业2010级实习时间：2012.6.21 – 2012.7.4

实习地点：北京延庆松山国家级自然保护区

松山森林植物群落物种多样性研究

魏峰

（中国石油大学（北京） 地球科学学院 环境科学专业环科2010-2班）

摘要：本文分别用Simpson指数、Shannon-Wiener

指数和均匀度指数测量、计算生态优势度、不同植物群落的物种多样性、群落物种的均匀度。研究不同海拔地区主要森林群落结构特征与生物多样性之间的关系。其中主要包括对油松林、黑桦林、山杨林、杂木林和山楂林的群落组成与结构特征的研究，乔木、灌木、草本三层生物多样性的研究。结果表明:松山森林植物群落从山麓到山顶,小气候的差异较为明显,但由于乔、灌、草综合作用的影响,各群落类型及生境梯度上的物种多样性的差异不十分明显。这可能是松山森林群落类型长期适应环境条件的结果。

关键词：北京松山

森林群落 物种多样性

Simpson指数 Shannon-Wiener指数

1. 序言

物种多样性是环境学中一个很重要的概念,它反映群落或生境中物种的丰富度、变化程度和均匀度,也反映不同自然地理条件与群落之间的相互关系。物种多样性可以用来定量表征群落和生态系统的特征,包括直接和间接地体现群落和生态系统的结构类型、组织水平、发展阶段、稳定程度、环境差异等。因此,物种多样性在森林资源的合理经营、开发利用和资源评价等方面有着极其重要、广泛的应用。

松山森林植物群落植物种类非常丰富,占北京地区同类植物总数的49.8%。松山森林植物群落分布环境特殊,经过多年环境变迁保存下来,丰富的物种多样性有可能起着至关重要的作用。因此,研究松山森林植物群落的物种多样性就有这不可忽视的作用。

2. 实习地点的自然地理概况

【1】

【2】

2.1 地理位置

松山自然保护区位于北京市延庆县西北部，燕山山脉深处的军都山中，距市区90余公里。地理坐标为东经115°44′-116°34′，北纬

40°16′-40°47′。1986年被国务院列为国家级自然保护区。属森林生态系统类型的自然保护区。总面积4 660hm²。其中核心区面积1 819hm²，缓冲区面积1 263hm²，实验区面积为1 578hm²。区内野生动物资源丰富，植被茂密，有脊椎动物180多种，有维管束植物700余种。保存比较完好的天然油松林50多公顷。 2.2 气候

松山自然保护区处于暖温带大陆性季风气候区，受地形条件的影响，与延庆盆地相比，气温偏低，湿度偏高，形成典型的山地气候，是北京地区的低温区之一。气候的垂直分带性比较明显，从上到下可分为：海拔700-1000m的低山温暖气候带，海拔1000-1300m的中山下部温湿气候带；海拔1300-1800m的中山上部冷湿气候带；海拔1800m以上的山顶高寒半湿润气候带。 保护区内小气候具有多样性和复杂性等特点，是地形差异性造成的。由于山谷的走向、宽窄不同，使气温、降水有明显的差别。西北部大庄科一带多东西宽谷，因四面环山，夏季东南气流下沉变干，形成干型谷地；在东南部的塘子沟，为南北狭谷，向南有一个开口，东南气流在此受约

而沿迎风坡上升，形成地形雨，为湿润型谷地。 2.3 土壤

土壤的形成和变化是在成土母质、气候、地形、生物及时间几个因素综合作用下发生的。因此，土壤的种类、分布具有明显的地域性特征。松山地区的土壤随海拔高度的变化可分为3种类型： （1）山地褐色土：为低山带的主要土壤。阴坡分布于海拔900m以下，阳坡分布海拔1200m以下。土壤特点集中反映在腐殖质含量减低。结构变坏，碳酸盐受到淋洗，质地粘重。可分为3个亚类：①淋溶褐土分布于山地中段；②典型褐色土分布于山麓地带；③石灰性褐土分布于切割沟较多的深山沟谷。

（2）棕色森林土：在中山带海拔900m以上的阴坡和1200－1800m阳坡。在1800m的林缘草甸植被下发育了生草棕壤。

（3）山地草甸土：分布在海拔1800m以上地形平坦的山顶部。这里山高风大，主要为草草甸。因草本植物生长繁茂，土壤经常处于湿润状态，有机质分解缓慢慢，腐殖质含量较高，表层达成15%以上。生草作用较强，在表土形成密积草根层。pH6－6.8。土层深厚，可达80m以上。腐殖

质层呈黑褐色，厚达30－50cm。 2.4 植被

松山地处华北平原西北部深山区，具有华北地区暖温带的自然景观，在海拔1000m以上的中山地段，保存下来部分天然次生林，属于地带性的自然植被暖温带落叶阔叶林，森林植被基本保持自然状态，野生动植物资源比较丰富。松山保护区植物区系中有一定比例的热带成份，多为单种属，第三纪地域植物。地中海中亚成分地属很少，表明亚洲干旱中心分布的成分在该区有所渗透。松山自然保护区的植被分为5个植被型组，有6个群系组，17个群系，约25个群丛。

3. 调查方法

3.l 调查方法

3.1.1种—面积曲线法

种—面积曲线法是根据植物种数与样方面积的关系确定群落最小面积。在拟研究群落中选择植物生长比较均匀的地方，用绳子圈定一块小的面积。对于草本群落，最初的面积为10cm×10cm，对于森林群落则至少为５m×５m。登记这一面积中所有植物的种类。然后，按照一定顺序成倍扩大，逐次登记新增加的植物种类。

开始，植物种类数随着面积扩大而迅速增加，尔后随面积增加的种类数目降低，直至面积扩大时植物种类很少增加或不再增加。以样方面积为横坐标、种类数目为纵坐标，在坐标纸上绘制种—面积曲线。此曲线开始陡峭上升，而后水平延伸，有时会再上升。曲线开始平伸的一点即群落最小面积，它可以作为样方大小的初步标准。 3.1.2点-四分法

无样地法有许多具体的方法，其中以点－四分法（或称中点四分法、中点象限法）应用最广。点-四分法是植物生态野外调查的无样地调查方法。这类方法（距离测定法）的特点是在被研究的群落地段上随机地选择若干点，测定点与植株间的距离，以此为根据，推算出种在群落中的数量特征。由于无需设置固定面积的样地，所以这类方法又称为无样地取样法。

这里需要说明的是，距离测定法都是针对森林群落林木层的调查。但就群落学的调查来说，对于森林群落不仅要调查它的林木层，也要调查它的灌木层、草本层以及藤本植物。因而可随机或系统地设置若干小样方以记载灌木层和草本层等。

仪器工具：测绳、皮尺、罗盘、围尺、测高器及木杆。

外业工作方法：在所要调查的群落中，设几条定距垂直线（借助罗盘用测绳拉好），在垂直线上定距（如5m或10m）设点。通过各点再用木杆作一与样线垂直的引线，即可分成四个象限。在每个象限内找与中心点最近的一棵树，记录树种名称，测定点树距离、胸径、树高及冠幅，共计测定30个点，每个中心点都要做四个象限。 3.1.3样方法

样方，即方形样地，是面积取样中最常用的形式，也是植被调查中使用最普遍的一种取样技术。当然，其他形状的样地也同样有效，而且有时效率更高，例如样圆和长方形样地。 样方的大小、形状和数目，主要取决于所研究群落的性质和所预期的数据种类。因工作性质不同，样方的种类很多，可分为以下几种：①记名样方—主要用来计算一定面积中植物的多度和个体数等。比较一定面积中各种植物的多少，就是精确地计算多度。②面积样方—主要是测定群落所占生境面积的大小，或者各种植物所占整个群落面积的大小。这主要用在比较稀疏的群落

中。③重量样方—主要是测定一定面积样方内群落的生物量。④永久样方—为了进行追踪研究，可以将样方外围明显的标记进行固定，以便于以后再在该样方中进行调查。

对于灌木层和草本地被层的调查，可在调查林木层的大样方内，机械地设置若干个更小的样方，对每个种的多度和盖度进行点数或估测。

调查工具：测绳、皮尺、钢卷尺、罗盘及2m杆两根。

外业工作方法：⑴ 方法一：用测绳或皮尺在群落中设置若干条平行线，在线上间隔3～5m等距设置25个样方，调查灌木样方面积为2 m×2m、草木样方面积1m×1m。记载每种植物的名称（不能确定名称的采集标本）、株数、平均高度、生长状况及分布状况等并记录。⑵ 方法二：用测绳在群落中围出一个20 m×20m的样方，用皮尺拉出样方内的两条对角线。在这两条对角线上分别均匀地设置５个1m×1m、３个2 m×2m的小样方，共计1m×1m的小样方９个、2 m×2m的小样方５个。在1m×1m的小样方中调查草本植物，在2 m×2m的小样方中调查灌木、幼树及藤本植物。

3.2 数据处理方法

3.2.1内业计算及数据整理

⑴ 平均株间距离=平均点树距离×2 ⑵所有种的总密度（株/公顷）=

1000010000(平均株间距离)22(平均点树距离)2

⑶ 一个种的相对密度（%）

一个种的个体数=所有种的总个体数×100

⑷ 一个种的密度（株/公顷）=所有种的总密度×一个种的相对密度

⑸ 相对显著度（%）

某一树种的胸高断面积和=所有树种的总胸高断面×100 积 ⑹ 频度（%）=一个种出现的点数×100 样点总数一个种的频度值 ⑺ 相对频度（%）=所有种的频度值和×100 相对频度 ⑻ 重要值=相对密度相对显著度 3 ⑼ 调查面积(m)=(平均株间距离)

2

2

×4×调查点数

胸

高

断

面

积

2

⑽

(m)=全部胸高断面积和×10000 调查面积 ⑾ 胸高直径(cm)=

4全部胸高断面积和调查点数4

3.2.2重要值计算 ⑴ 株数j=n

iji125⑵ 样方面积和=4×25=100

⑶ 密度j=株数j/样方面积和×10000 ⑷ 相对密度j=

25密度j密度j1ijm×100

j⑸ 盖度和j=盖度×nij

i1⑹ 相对盖度j=

盖度和j盖度和j1jm×100

j⑺ 频度j=出现样方数×100 25⑻ 相对频度j=

频度j频度j1jm×100

jjj相对频度⑼ 重要值j=相对密度相对盖度 33.2.3种的多样性计算

分别计算乔木层、灌木层、草本层的多样性指数，并利用三个组的资料进行比较分析。在调查资料中分别植物种统计株数、重要值，计算每个种出现的株数概率和重要值概率并记录。

⑴辛普森多样性指数（Simpson’s diversity index）

多样性指数 Ds1pi2i1ss

最大多样性指数 Dmax111()21Si1Ss 均匀度 EDDmaxDs11/S

（2）Berger-Parker优势度指数

表明群落内优势种集中程度的指标，等于群落内各物种的重要值与全部物种的重要值之比的平方和。

D= Nmax/N

式中：Nmax为优势种的个体数；N为功能

团全部物种的个体数。

（3）香农-威纳指数（Shannon-Weiner index） 信息量 HPlogii1s2pi

最大信息量 H 最小信息量 Hmax11S(log2)log2SSSSSlog20SSmin

H 均匀度 EHH maxlogS2 不均匀性 RHH1、 种群空间分布格局计算

HmaxHminmax

分别统计植物种在每个样方中的株数，记入

《表16 种群的空间格局统计表》，并用下式计算，得出每个植物种的分布格局。 平均株数 x 方差 S 方差均值比

当1222c12n1n12nxi1inn

2i(xi1x)n1

方差s2C平均株数x时种群服从泊松分布

（随机分布）；

当c12当c122n12n1时为均匀分布； 时为聚集分布。

4. 专题研究的结果及分析

按照上述调查方法和数据处理方法，将调查数据建立数据库,计算得松山植物群落的优势度指数、多样性指数、均匀度指数。结果见表1和图1。由表1和图1可见, 不同的群落的群落优势度、物种多样性及均匀度之间存在细微差异。

图1：松山森林群落物种多样性、优势度及均与度

543210多样性/H优势度/D均匀度/E

在群落的多样性研究中,Shannon-Wienner指数被认为是一种较好的反映个体密度、生境差异、群落类型、多样性和演替阶段的指数。Simpson指数被认为是反映群落优势度较好的指标。均匀度指数是一种反映个体数量分布均匀程度的良好指标。

本图使用上述三种指数研究松山地区植物群落的多样性得到理想的结果。其中均匀度E是依据Shannon-Wiener指数计算出来的,因此从图可看出,Shannon-Wiener指数曲线与均匀度E曲线有一致的变化趋势。而优势度Simpson指数曲线的变化趋势与前两种曲线的变化趋势刚好相反。

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表1：松山森林群落物种多样性、优势度及均与度

群落群落生境乔/灌/多样优势均与编号 植物特点 草钟数 性指度指度指环境结构 1 油松坡中本香旱生 3.87 0.89 0.93 数（林数（林数（林分） 分） 分） -木部、5/7/23 薷- 小红菊 2 油松坡中花溲旱生 -小部、6/10/11 4.15 0.92 0.94 疏-三叶半夏 3 油松坡中5/9/12 -南部、蛇藤旱生 -透骨草 4 油松坡中本香旱生 3.99 0.89 0.92 3.92 0.86 0.93 -木部、7/11/22 薷-禾本科 5 油松坡中本香旱生 薷-委陵 3.79 0.89 0.89 -木部、2/7/19 菜 6 山杨坡中5/11/14 -胡部、枝子旱生 -禾本科 7 山杨坡中裂绣旱生 3.95 0.89 0.93 3.85 0.89 0.92 -三部、5/10/9 线菊-禾本科 8 山杨坡中5/5/20 -小部、花溲旱生 疏-玉竹 9 山楂沟中-南部、蛇藤中生 -禾本科 4.07 0.91 0.94 4/2/7 2.68 0.97 0.71 10 丁香沟桃楸湿生 -雀 +核底、10/9/10 4.45 0.94 0.91 儿舌-萱草+苔草 11 黑桦沟线莲湿生 -铁线蕨+苔草

从表1可知：以油松、山杨为主的群落差异不大;而以山楂、黑桦、丁香和核桃楸为主的群落变化则较大。从总体来看,松山地区油松、山杨为主的群落各指数差异不大。其原因可能是:以油松、山杨为主的群落乔木层多样性较高,草本层物种多样性较低;而以黑桦、丁香和核桃楸

-铁底、15/8/18 5.13 0.93 0.96 为主的群落乔木层种类少,物种多样性低,草本层种类较多,物种多样性高。综合来看,多样性指数差异不大。

从以油松为主的群落物种多样性变化特点来看，油松群落内大树较多,由于人为活动较多,林下灌木不多,草本植物不发达,更新较差，再加上油松大树的庇荫,其它植物入侵的条件还不成熟,因而,群落内种类较少,物种多样性低,优势度高,均匀度低。

在以油松、山杨为主的群落中，油松、山杨占绝对优势,因此具有较低的多样性,较高的优势度和较低的均匀度,表明此类群落已发展到顶极群落阶段。以油松、山杨为主的群落多样性变化较小。

在以黑桦和杂木为主的群落中,群落的小环境较优越,水分、养分条件较适宜,群落结构较完整,植株配置合理,种类较丰富,因而群落多样性大,优势度较低,均匀度较大。

在以山楂为主的群落中，群落结构较简单,林下生境由于人为破坏已趋于恶化,灌木及草本植物种类少,盖度低,因此,表现出多样性、均匀度较低和优势度较高的特点。

山杨群落内生境条件较好,处于进展演替阶段,乔木层种类增多,特别是随山杨在数量上逐渐占优势,会对改善环境起到极大的作用,进一步提高种类的丰富度。因而其多样性、均匀度较高,优势度较低。

5．结论

在松山地区,分布范围广,气候条件差异不大,从山麓到山顶只是相同的大气候条件控制下的小环境的差异,在乔、灌、草植物的综合影响下表现出大致相同的多样性值。在微观层次上,由于小环境条件的差异,表现在同一群落内多样性、优势度、均匀度的不同。

物种多样性与群落的演替动态具有密切的联系，松山植物群落的多样性、均匀度、优势度不仅与群落的演替阶段有关,而且与演替方向有关

【4】

。但由于本次实习数据有限，样方选择地区受

地理条件限制，不能大范围的取样，又样方数不多，还不能有效地证明这一结论。

6．实习的体会和收获

在本学期，我们进行了为期一个星期的生态学综合实习，地点主要位于北京延庆松山国家级自然保护区。通过本次实习，我们基本掌握了野

外实习考察、实验数据的采集、室内分析和数据处理分析等技能和知识。

此次实习虽然辛苦，但是经过大家的努力，所有同学全部圆满完成了实习任务，达到了预定的目标，也有了很大的收获，同学们不但巩固了课堂上所学的理论知识，也为以后的实践打下了坚实的基础，真正做到了理论联系实际。野外调查实习使我们的专业知识得到巩固和开拓，使我们更容易将所学与实践联系起来；实习使我们认识到自身知识的缺漏，必须重拾书本，虚心请教老师，弥补自身的不足。通过本次实习，我们学会了生物多样性指数计算、种-面积关系分析和植物群落格局分析，对于松山植被也有了一定的了解，认识了具有代表性植物;掌握了生物丰度、生物量、生产量的计算方法。同时在实习过程中通过合作克服了许多困难，进一步体会到了团结就是力量的真谛，增进了师生关系和同学之间的友谊。

在生活方面，就个体而言，这是一次艰辛的实习，是一次生活的考验。这几天我们深刻体会到了实习的辛苦。老师也是很不容易的，专业老师是实习队伍的领头人，他们不仅要控制速度、

方向保证同学们的安全，而且要给我们不断地讲解。在学校里与老师接触得少，实习时才发现原来老师也是最可爱的人。

就整体而言，这是一次增长知识的实习，是一次理论与实践的完美结合。在实习过程中老师以实地实物为例，又进一步向我们讲授了课堂上所学的理论知识，并给我们充分的时间去观察，让我们有一个自己动手的机会。希望学校以后会安排更多的实习机会，增强学生的动手操作能力，掌握更多的知识。

参考文献

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态优势度.西南师范大学学报(自然科学版),1993,18(2):173～178

4.郑元润.大青沟森林植物群落物种多样性研究.CHINESE BIODIVERSITY 6卷,第3期,1998