1. 序言 森林群落 物种多样性 Simpson指数 Shannon-Wiener指数
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、
【2】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】
2.1 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）=(平均株间距离)2(平均点树距离)⑶ 一个种的相对密度（%）=一个种的个体数×100 所有种的总个体数
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×100 所有树种的总胸高断面积
⑹ 频度（%）=一个种出现的点数×100 样点总数
一个种的频度值×100 所有种的频度值和⑺ 相对频度（%）=
⑻ 重要值=相对密度相对显著度相对频度 3
⑼ 调查面积(m)=(平均株间距离)×4×调查点数
⑽ 胸高断面积(m)=22 2全部胸高断面积和×10000 调查面积
⑾ 胸高直径(cm)=
3.2.2重要值计算
⑴ 株数j=4全部胸高断面积和 调查点数4n
i125ij
⑵ 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=密度j
密度
j1m×100 j
⑸ 盖度和j=盖度
i1
m25ij×nij ⑹ 相对盖度j=盖度和j×100
j盖度和
j1
⑺ 频度j=出现样方数j×100 25
⑻ 相对频度j=频度j
频度
j1m×100 j
⑼ 重要值j=相对密度j相对盖度j相对频度j 3
3.2.3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 Ds1p
i1
ss2i
最大多样性指数 Dmax11211Si1S