山西师范大学现代文理学院本科毕业论文山西霍山灌木群落种面积曲线的拟合以及最小面积的确定姓 名 王海茹专 业 生物科学班 级 2006级0601班学 号 0690140143指导教师 毕润成闫明答辩日期 成 绩山西师范大学现代文理学院二一O年六月山西霍山灌木群落种一一面积曲线的拟合以及最小面积的确定内容摘要本文采用相邻样方格子法与巢式样方合并法在山西霍山选取样地，对霍山灌木群落 的最小取样面积进行研究，采用3种饱和曲线方程对灌木群落进行种一一面积曲线的拟 合，当比例因子P取值分别为0.6、0.7、0.8、0.9时，求得霍山灌木群落的最小取样面 积通过研究得出：群落的最小面积表现出随海拔梯度的升高而逐渐增大的趋势，并且 最小面积所含的物种数也随取样面积的增加而增加；群落的最小面积中包含的信息可以 较完整、客观的代表群落生物学基本特征，尽管如此，不同群落对应的面积在数值上有 区别，但在生物学意义上是统一的巢式样方法并不适合山西霍山灌木群落最小取样面 积的确定，对霍山灌木群落而言，还需要作进一步的研究关键词】灌木群落最小面积种一一面积曲线Determination of speices-area relationships andminimum sampling area for the shrubcommunities in ShanXi of Mt HuoshanAbstractThe research mainly selected sampling plot in Mt.Huoshan of shanxi to study the minimum sampling areas for the shrub communities using both the adjacent lattice method nested quadrat method .And to fit the proportial factor(0were determined 0.6, 0.7, 0.8, 0.9,then we can get the minimum sampling areas for the shrub communities. The research indicate that the minimum area for the shrub communities and the species in it inarerses gradually with the rising of selecting area ,the informatian in the minimum area can reflect the characteristic of species ,nevertheless,the areas of different species are different in their amount ,but same in biology .The nested quadrat method are not fit the shrub communities and it still need to do more research.【Key Words] Shrub communities minimum area species - area curve一、 引言 1二、 研究区自然概况 2・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・三、 研究方法 3（一） 调查内容 3（二） 样地设置与取样方法 3（三） 模型选择以及确定最小面积的方法 4四、 研究结果与分析 5（一） 群落种——面积曲线的拟合 5（二） 最小样地面积的确定 7五、 讨论与结语 7致 谢 8参考文献 9山西霍山灌木群落种——面积曲线的拟合以及最小面积的确定学生姓名：王海茹 指导教师：毕润成 闫明一、弓|言最小取样面积就是在最小地段内对一个特定群落类型能够提供足够的环境空间环 境和生物的特性，或者能保证展现出该群落类型的种类组成和结构的真实特征所需要的 最小面积【1】。
生物群落的最小面积是生态学实验中进行野外调查，确定植被样方面积的基础，具 有很重要的应用价值如若调查某群落的植物种类组成和某种个体的数目，都可以使用 最小样地面积的方法全面的统计出来最小面积的大小能够用数字反映出群落结构的复 杂程度组成群落的植物种类越多，群落的最小样地面积也就越大，群落最小取样面积 的确立，对自然保护区的建立和种群保护等方面都具有非常重要的理论意义和实践意 义最小取样面积的变化幅度很大，并且受群落类型的影响比较大如乔木群落、灌木 群落、草本群落的最小取样面积的差别就很大，同时，不同地区的植物群落的最小取样 面积的差别也很大目前，确定群落最小面积的方法中，比较新的方法是基于群落系数一一面积曲线， 该方法能够更好的反映群落的种类组成及其结构【2, 3】最小面积的确定，常见的方法有 2种：种一一面积曲线和重要值一一面积曲线⑷种一一面积曲线比较简便⑵，重要值 一一面积曲线所确定的最小面积精度比较高⑶，同时还可以得出群落优势种相对稳定 的重要值，并且对于比较复杂的森林群落取样和结构研究而言有良好的实用性目前有 多种函数被用作曲线的拟合【5】，使得对同一个研究对象，因选取的函数不同，而导致 拟合的结果有很大的差异，并且取样方法的差异与不同也会导致数据在拟合时存在很大 的困难，如何用科学且有效的取样方法更好的应用于曲线的拟合还需要作进一步深入的 科学研究。
山西霍山的落叶阔叶林是太岳山森林生态系统的主要成分，发育比较完善,但是由 于人为因素的长期的破坏，如过度放牧和砍伐森林等，使原生植被遭到严重破坏，现已 不复存在目前的植被类型为天然次生林和人为次生植被在组成结构上比较典型，物 种多样性十分丰富前人对森林群落种一一面积关系已有很多研究【Z】但有关山西霍 山落叶阔叶林种一一面积关系的研究还很少，在山西霍山的研究中很少见有关这方面的 报道，尤其是对灌木群落有关方面的专门研究是很少的，这与其丰富的生物多样性是极 其不相称的因此，对山西霍山落叶阔叶林种一一面积关系进行研究,不仅能填补山西霍 山落叶阔叶林对灌木进行研究的空白，还能为该森林生态系统的组成及其结构、植被演 替、自然保护区的建立及其种群保护等方面的研究提供重要的科学理论依据和参考本文主要以山西霍山灌木群落为研究对象，通过使用3种不同的数学模型对种—— 面积曲线进行拟合，进而确定灌木群落的最小取样面积不同海拔上灌木群落的种类组 成、结构和分布格局等方面都存在着较大的差异，因而其最小取样面积也不同，故在进 行灌木群落的调查时，确定群落的最小取样面积，对于植被调查和保护工作将会发挥很 大的作用。
二、研究区自然概况山西霍山地处于山西省南部，位于今天临汾地区霍州市、洪洞县和古县三市县交 界位置，为太行山系中段山脉太岳的主峰，山脉大体成东北一一西南走向，位于北纬 36° 21，〜36° 45’，东经110° 40，〜112° 20，，海拔最高为2354 m土壤主要以褐 土为主，在地质、地貌、水文、气候、生物等因素的综合作用下使之随海拔的升高而呈 现梯度变化450 m〜1300 m为石灰性褐土，600 m〜1 400 m为褐土性土，1400 m〜1800 m为淋融褐土，1700 m〜2200 m以上为山地草甸土温带大陆性气候是霍山的主要气候特征，受东南沿海季风的影响，霍山成为山西 水热条件较好的地区之一由于霍山地形变化复杂有利于不同的气候类型和不同的水 热及其组合状况的形成 年平均气温在9.3 °C〜12.3°C；最冷月［1月］平均气温 -3.5 C〜4.5 C，最热月［7月］平均气温25.1 C〜26.1 C；极端最低气温为- 18C〜-43C ；极端最高气温39C〜40C ；无霜期120 d〜140 d，年降水量为500 mm〜700 mm，其中7、8、9三个月的降水量为全年降水量的65%，春末易发生十热风， 有明显的伏旱天气；阴雨天气是秋季的主要特征；对植被发育起限制作用的气候条件是 冬季的冷和十。
山西霍山灌木群落的主要植物有：绣线菊(Spiraea salicifolia L.)，毛榛子(Corylus heterophylla Fisch.），黄刺玫（Kosa xanthina Lindl）, 铁线莲（Clematis florida Thunb ）， 美蔷薇（Kosa bella Rehd. et Wils）, 丁香（Syzygium aromaticum ），小檗（Berberis thunbergii DC）,连翘（Forsythia suspensa （Thunb.） vahl.），沙地柏（Sabina vulgaris Ant ）， 荆（Vitex negundo L），沙柳（Salix psammophila ），铺地柏（Sabina procumbens（Endl.）Iwata et Kusaka），胡桃楸（Juglandaceae）等三、研究方法（一）调查内容样方布局从海拔1400m，海拔大概每升高100m选个样地，分别测定各样地内的植 被群落特征，即灌丛群落类型、灌木的物种数、基径、高度、盖度等各项指标（如表1） 同时调查植被所处的海拔、气候、土壤等生境特征。
本实验采用GPS全球定位仪测定 样方所处的海拔高度表1山西霍山灌木群落样地特征样地生境特征群落特征海拔（m）坡向（）坡度（°）平均高度（m）平均盖度（%）主要灌木阴坡I1511NW23°36°1.224.80①②③阴坡II1725NW24°46°1.147.56④⑤⑥阴坡III1906NW25°42°0.7973.60①⑤⑥⑦阳坡I1492SE29°34°0.5429.51①③阳坡II1794SE30°48°0.4657.68②⑧⑨阳坡I1967SE31°30°0.9643.81⑧⑨⑩主要灌丛：①绣线菊⑥铁线莲②连翘⑦荆条③毛榛子⑧美蔷薇④沙柳⑨黄刺玫⑤胡桃楸⑩丁香（二）样地设置与取样方法本文的野外调查方法为相邻样方格子法（图1 ），分别沿海拔从山体下部全山 顶设3个海拔梯度（表1 ）在各海拔梯度受人为干扰少且具有代表性的地段，设 置1个400 ^ （20 mX20 m）的标准样地，并将每个标准样地划分为16个25廿（5 m X5 m，记为E）的样方，其中1、4、13、16号样方又划分成面积为1廿（1 mX 1 m，记 为 A）、4 m2 （2 mX 2 m，记为 B）、9 m2 （3 m X 3 m，记为 C）、16 m2（4 mX 4 m，记为 D）、25 m（5 mX5 m,记为E）的样方。
再按照巢式样方合并法（图2），将样方合并成 为50 m< 100 m . 200 m< 400 m^（记为F、G、H、I）的样方⑹因此，整个样地构成 1 m< 4 m< 9 m. 16 m. 25 m. 50 m< 100 m. 200 m. 400 m?共 9 个面积梯度20m43210EDCBA1 2 3 4 5m图1样地设置示意图45312图2巢式样方合并扩大顺序图（三）模型选择以及确定最小面积的方法在种一一面积曲线图中，当面积越大时，物种的数目也倾向于增多的趋势；但达到 一定值后便水平延伸并稳定在某一种类上依据实验显示：两者的关系遵循一套系统的 数学关系对于同一类型模型的曲线而言，参数越多，约束条件越少，拟合的效果将越 好【6】拟合种一一面积曲线的方程有非饱和曲线和饱和曲线两大类，霍山灌木植物群落 最小面积的确定采用以下几种饱和曲线进行计算⑹：aA(1)S = G + bA ）S = c(1 + a - bA)(2)S = a (1 — ebA)(3)式中，S为A中出现的物种数，A为面积，a、b、c是模型中的待估参数方程的 拟合以及数据的处理主要应用SPSS软件完成⑺，同时还用到了EXCEL表格软件。
双曲 线(1)中的a/b用来估计整个群落中的总物种的数目，方程(2)是逻辑斯蒂曲线对应于上述饱和种一一面积曲线，要得到群落总物种数目一定比例p (0
利用 所取的群落样方进行野外调查所取得的数据，用SPSS软件对饱和曲线方程(1)〜(3) 进行拟合,得到相应的种一一面积曲线拟合结果(表3)由拟合结果可知，方程(1)和(2) 拟合得相关系数R都达到了 0. 9以上,因此所求得的最小取样面积与真实的取样面积相接近，并且测得的结果基本上与群落的实际植被状况相符合；而方程（3）拟合方程的相 关系数在0.9以下，结果比较差，求得的最小面积与实际的相比偏小对于霍山灌木植 物群落而言，曲线（3）并不适合，因而用前两种曲线对霍山灌木植物群落进行拟合，效 果比用曲线（3）拟合的效果要好的多表3山西霍山灌木群落不同样地种一一面积曲线拟合结果样 地曲线方程阴坡参数相关系数阳坡参数相关系数abcRabcRS=aA/(1+bA)2.0910.0690.9011.3060.1250.954IS=c/(1+ae-Ba)1.7910.0129.830.9581.6980.03512.1360.935S=a(1 — ebA25.8930.040.85411.2690.0740.828IIS=aA/(1+bA)3.0150.0790.9091.1600.0590.932S=c/(1+ae-bA)1.6580.01341.980.9622.0860.02918.9570.984S=a(1 — ebA)32.5960.0560.8217.6950.0390.815IIIS=aA/(1+bA)3.0260.0690.9231.1590.0510.935S=c/(1+ae-bA)1.6590.01143.9680.9652.2470.02141.8860.921S=a(1 — eBa)34.6980.0480.84837.0120.0360.873（二）最小样地面积的确定由方程（1）、（2）所求得的饱和物种数都低于最大面积样方中的物种数SH。
由于霍 山灌木植物群落物种种类并不十分丰富，SH应接近群落的饱和物种数或稍小⑸取比 例因子p分别为0. 6、0. 7、0. 8、0. 9,计算得到山西霍山灌木群落3个海拔梯度阴、 阳坡样地灌丛群落最小面积（表4）表4山西霍山灌木群落不同样地群落最小面积样地比例因子P最小取样面积阴坡阳坡方程1方程2均值方程1方程2均值0.6194532112317I0.73062461834260.85393733347400.91121261197276740.6166440235137II0.71592543571530.847129886395790.91111831471491241370.6177547356952III0.727112704995720.84914597851171010.9118209164193165179五、讨论与结语1. 本文认为种一一面积关系科学界定取样面积，在此面积中所得的数据反映了整 个群落性质，获得的信息与群落所包含的整体信息是基本吻合的，具有较高的可信度， 因为它的出发点是将群落作为一个有机的整体换句话说，群落的最小面积中包含的信 息可以较完整、客观的代表群落生物学基本特征，尽管如此以来，不同群落对应的面积 在数值上有区别，但在生物学意义上是统一的。
例如“物种丰富度”，此概念本身就限 定了必须在一个合理的范围去描述种群所包含的物种，否则，将无法正确说明°LepJ. & Stursa认为用种-面积曲线关系比单一的物种数目可以更好地描述植物群落的物种 丰富度⑴，本人同意这个观点，在这一范围内，群落所包含的物种既不会被重复统计， 又不会被遗漏2. 对于群落的最小面积的确定，本文认为确定最小取样面积的科学有效的方法是 用数学模型拟合法，这种方法可以使群落的最小面积得到真实的反映若要准确的求出 群落的最小取样面积，通过种一一面积曲线的切线法求解是不可行的【10】通过数学模型 拟合法能真实的从群落、景观到区域各种尺度上描述种一一面积关系，且不同的拟合曲 线具有不同的适用性，可用来拟合不同的群落类型【11】3. 拟合种一一面积曲线方程结果表明，山西霍山灌木群落最小面积的确定不能用 方程(3)来计算，这可能是由于人为因素的破坏，或是受干旱的等其他因素的影响，使 得植被的破坏程度比较高，植被退化比较严重，从而导致收集的数据在拟合曲线时存在 困难；且取样的方法、样方的大小、形状与数量【12】等样地布置方式影响了曲线的拟合， 使得所得结果差异很大4. 巢式样方合并法要求，取样时每次取样增加的面积必须是前面面积的1倍，所以， 随着取样面积的增大，每次增加的面积也越来越多，从而导致物种增加速率过快【13】，而 无法准确确定包含某一比例物种时所需的面积。
因此，巢式样方法并不适合作为物种丰 富、组成复杂的山西霍山落叶阔叶林灌木群落最小取样面积的确定方法对取样面积的 方法，还需要作进一步的研究，以求得最适合霍山灌木群落的取样方法致 谢本论文是在毕润成老师和闫明老师的悉心指导与大力支持下完成的两位老师以严谨的治学态度、敏锐的科研思维、渊博的学术知识、坦诚的 做人原则、豁达和蔼的师者风范一直深深地感染着我，他们对我的言传身 教我将受益终生值此论文完成之际，向两位老师致以深深的谢意，感谢 两位老师对我的辛勤培养与不倦教诲!正是在两位老师的细致关怀和悉心 指导下我才能得以完成相关的实验工作并完成本论文从毕业论文的开题 到数据的整理，以及软件操作的整个过程，再到论文的写作再到答辩，两 位老师都给予了我极大的帮助这个学期以来，毕老师有科研工作，工作 量大，但是他仍然给了我细致入微的帮助，闫老师是我们的尊师，他严谨 的治学态度，踏实干练的工作作风令人钦佩，尤其是在软件使用方面给了 我很大的帮助，这一切将使我受益匪浅，同时对我以后的学习、工作、生 活都有积极的影响在此，对两位老师表示最诚挚的谢意！同时也感谢自己在写论文的过程中给我提供帮助的老师和同学，因为 你们的帮助我的论文才可能顺利的按时完成。
感谢学院为我们创造的极其优越的实验条件和舒适的实验环境另外要特别感谢我的家人七年如一日的理解、支持和鼓励，他们无私 的付出关怀使我顺利完成学业感谢山西师大现代文理学院四年来对我的培养！最后向所有支持、关心和帮助过我的老师、同学、家人致以衷心的感 谢！参考文献：[1] 王伯荪，余世孝,彭少麟，等.植物群落学实验手册.广州:广东高等教育出版社，1996.[2] 游水生，王小明，王海为.福建中亚热带常绿阔叶林(米槠林)最小面积的确定.武汉植物学 研究，2002,20(6):438〜442.[3] 邓红兵，吴刚，郝占庆,等,马尾松——栋类天然混交林群落最小面积确定及方法比较.生态 学报，1999,19(4):499〜503.[4] 代力民，王青春,邓红兵，等.二道白河河岸带植物群落最小面积与物种丰富度.应用生态学 报，2002, 13(6):641 〜645.[5] 刘灿然，马克平,余顺利，等.北京东灵山地区植物群落多样性研究 W.几种类型植物群落临界抽样面积的确定.生态学报，1998,18(1):15〜23.[6] 刘灿然，马克平,余顺利，等.北京东灵山地区植物群落多样性研究一种一一面积曲线的拟 合与评价.植物生态学报，1999,23(6):490〜500.[7] Wilkins on L. SYSTAT: The system for statistics . Evanston, I L: SYSTAT, Inc ., 1990. 677.[8] 陈泓,黎燕琼，郑绍伟等，岷江上游干旱河谷灌丛群落种一一面积曲线的拟合及最小面积确 定.生态学报，2007, 27(15):1818〜1825.[9] L epeJ. & S