当前世界环境

介绍

生物多样性的总体变化，特别是植物生物多样性(植物物种)的变化正受到环境因素的影响;不管气候变化，其后果将在很长一段时间内显现出来。这种可感知性一直是生物多样性领域的学者、专家和研究人员感兴趣的课题。植物物种多样性的下降受环境因子尤其是土壤和水分参数与其他因子的相互作用的影响。目前已有许多评价和比较不同生境植物多样性的指标。在最简单的形式中，它是通过列出植物种类及其数量来计算的(Barnes, 1998)。Lloyd et al.(1968)从理论和信息两个方面介绍了计算生物多样性的理论措施。2009年，Rutherford进行了一项研究，以量化和了解南非多肉卡鲁地区严重土地退化对植物多样性的影响。他们得出的结论是，保护性的护理植物比该地区的其他物种被摧毁得更多。Pielou(1966)、Peet(1974)和Magurran(1988)提出了测量植物生物多样性的综合信息，包括两个不同的组成部分; plant species richness and relative abundance of species in a natural environment. Accordingly, various indices have been presented by different researches including Hurlberts-PIE, Simpson and Shannon (Lepreter and Mouillot, 1999). In 2005, Grunewald mentioned that Shannon diversity index is not adequate for determining biodiversity. It is also necessary to pay enough attention to the results of species richness and density. Jiang et al. (2007) evaluated the plant diversity of mountainous ecosystems in the east side of Helan Mountain situated between steppe and desert regions of China. They investigated the influences of four environmental factors on features of plant biodiversity, the spatial pattern of vegetation types, and the variation ofα- - -β-植被和植物的多样性。Jiang和他的同事们展示了植物生物多样性的空间格局变化基于四个环境因素，包括海拔、位置、坡度和暴露。研究发现，各海拔带的Shannon-Weiner指数和物种丰富度在海拔1700 ~ 2000 m左右达到最大值。在落叶阔叶林和温带常绿针叶林与落叶阔叶林混交林中，Shannon-Weiner指数最高β-沿海拔高度记录了多样性。2009年，Zhang和Dong确定了影响中国黄土高原植物群落物种多样性和恢复过程的因素。他们对草地、灌丛和森林三个主要恢复阶段的物种丰富度、多样性和均匀度进行了研究，认为遗弃时间是影响恢复过程的关键因素。高程、土壤类型、坡度和坡向在黄土区恢复过程中也起着重要作用。1988年，Wilson提出牧场和林地的变化是导致植物物种分散和退化的主要原因。Klimek et al.(2007)研究了草原管理对植物物种多样性的影响。他们认识到，人类的管理实践是草原等自然环境中植物物种多样性迅速而明显变化的主要因素之一。他们将土地利用变化与草原无计划管理措施相结合，作为改变欧洲大陆的主要原因之一。Lorenzo et al.(2011)认为南阿尔卑斯地区植物物种组成的丰富度和多样性(植物多样性)受到土壤、地形和土地资源管理等不同因素的相互作用影响。这也可以推广到其他领域。 In this research it was revealed that physical and chemical properties of soil including nutrients in the soil have a significant impact on changing plant diversity, stability and richness. Gillet et al. (2008) with research on modeling land cover dynamics referred to the conclusion that the major change in plant species diversity in addition to being influenced by environmental factors especially soil and physiographic, is a function of the severity of exploitation of pastures by livestock in terms of type, number and exploitation duration. Temporal and spatial variations in plant species are directly related to the exploitation manner even if no changes are occurred in the characteristics of other factors affecting plant biodiversity. In 2003, Kalirad mapped the distribution of rangeland degradation suing plant community indicators in Zanjanroud Watershed. He showed that environmental factors including elevation, slope, aspect and management of land exploitation are among the most important factors in the diversity of plant communities and consequently, plant species diversity. In the meanwhile, the unclear point is the impressibility rate of the dependent variables within temporal periods being affected by effective variables and their contribution in providing a context for the extinction or threatening of plant species. Accordingly, the aim of this study was to evaluate to the significance of changes in plant biodiversity indices influenced by human and environmental factors in the study area within the examined period. In this context, the relevant variables include some of the most important environmental factors affecting the availability, viability and sustainability of the plant communities in the study area.

材料与方法

研究区域

Zanjanrood是SefidRood流域的一个子盆地。它位于北纬36°17′41″-37°13′27″和东经49°04′55″-47°47′23″之间。赞扬鲁德的面积为4670.27公里²其中80.7%属于山地土地。该流域属于半干旱到地中海干旱气候，年平均降雨量为299毫米(Ghodousi, 2003)。

研究方法

首先，利用1:25000比例尺的地形图和航天飞机雷达地形任务(SRTM)图像的DEM (Digital Elevation Model)来确定研究区域。随后，在现有科学资源的基础上，对影响植物生物多样性的因素进行了识别和分类。在主要的、有效的因子中，可以指出气候特征，特别是月降水和温度，环境特征，如地理特征，包括坡度、坡向和高程等级，以及土壤和土地资源的一般特征。确定主要标准后，下一步绘制相关图。随后编制了1987年、1998年、2002年和2009年四个时期的Landsat-TM卫星影像。这些图像通过几何、辐射和大气校正进行预处理。采用归一化植被指数(NDVI)和监督法编制研究区土地覆盖密度。研究了各时期土地覆盖密度的变化趋势。下一步，使用卫星图像的视觉解释制作周期性土地利用地图，并通过实地研究进行仔细审查。然后，利用现有资料和统计数据，按照卫星影像制作的时间尺度，对研究区植物种类进行排序。 Using conventional methods and standards, periodic information and maps of land cover type related to the previous time periods were prepared. The map of the land cover type in 2009 was obtained through field studies. The maps of slope, elevation, lithological units and land cover were overlaid in the environment of GIS Software to get the map of homogeneous (training map units) units. Afterwards, in order to provide the required statistics and the supervised maps, some specific points were randomly selected on the bond map of the rangeland areas using systematic method, GPS and field studies. Finally, a total number of 104 training points were specified in rangelands. A quadrat was applied to list various features of the land cover including number, type, density and composition. In this respect, land cover density classification map was prepared using the satellite images in 4 intervals. The NDVI map was provided using unsupervised method. Subsequently, the final supervised map of land cover density was generated based on the field studies at training points. Accordingly, current and periodic plant biodiversity maps were prepared through Quadrat/Transect Method. The canopy density percentages during the research periods were obtained from the information extracted from the interpretation of the satellite images using NDVI. They indicate the average of canopy density at working units. Adjustment coefficient was obtained by calculating the ratio of the mean canopy cover percentage to total canopy cover percentage. The coefficient was calculated individually for each of the plant species identified in the study area and the reconstructed values were used in subsequent analysis. Finally, biodiversity indices were calculated using the following equations and their relevant final maps related to the research periods were prepared and compared.

生物多样性 评价

香农指数

1949年Weaner, Shannon提出的H指数是评价植物多样性的主要指标之一。作为alpha多样性指数之一的指数由下式计算:


在那里;
Ni为物种i的个体数;物种的丰度。
N为物种数量，又称物种丰富度。
N是所有个体的总数
Pi是每个物种的相对丰度，以给定物种的个体与群落中个体总数的比例计算:ni/N

均匀性评价

均匀性评价反映了种群的分散和分布方式。物种分布越均匀，个体数/物种丰度相同，稳定性越大，生物多样性也就越大。在本研究中，采用变化于0和1之间的Pielous均匀性指数来检验均匀性。式中，分子为Shannon-Weiner多样性指数，分母为采样点观测到的物种总数。

J = Σ ln (Pi) / ln S

物种丰富度

物种丰富度是通过计算一个地区的植物物种数量来表示不同物种的存在。迄今为止，已经建立了许多物种丰富度指数;每一个都以某种方式用数字代表了一个地块或栖息地的物种丰富度。但在所有物种丰富度评价指标中，以物种总数法最为著名。本研究采用Menhinick指数对研究区物种丰富度进行评价。

结果与讨论

变化检测得到的结果如下:

在这四个时期，旱作农业增长了10%。这表明围绕着非灌溉耕地的牧地逐渐减少并向农田转化。由于其他土地利用尤其是非灌溉耕地面积的增加，牧地面积在4个时期内呈减少趋势，牧地面积在4个时期下降了11.5%左右。此外，由于人口的增长，居住区的面积增加了1.5%，因此，农田的面积也增加了。包括果园和农田在内的灌溉农业总面积基本保持不变。

通过编制1987年、1998年和2002年的植物物种名录和实地调查，共记录到163种植物，其中1987年、1998年、2002年和2009年的植物物种分别为98种、61种、73种和91种。

利用提取的信息和图谱，计算各工作单元的均匀性状况、丰富度和物种多样性;Shannon-Wiener, Pielou和Menhinick。

为了确定工作单位生物多样性的变化状况，利用Excel软件对Shannon-Wiener数据进行分析。利用工作单位的生物多样性指数信息，采用插值方法绘制生物多样性分区图(图1)。从图中可以看出，研究区内物种多样性在研究期间呈下降趋势。

图1:生物多样性分区图 研究区采用Shannon-Wiener指数 点击这里查看图

均匀性评价

如前所述，本研究采用介于0和1之间的Pielous均匀度指数，结果如表1所示。

表1:采用Pielous指数对104个工作单位的均匀性进行量化

工作单元数	1987	1998	2002	2009
1	0.976	0.965	0.813	0.967
2	0.963	0.915	0.832	0.947
3.	0.989	0.986	0.909	0.958
4	0.972	0.973	0.840	0.992
5	0.994	0.957	0.944	0.967
6	0.975	0.965	0.876	0.892
7	0.989	0.987	0.981	0.816
8	0.944	0.912	0.799	0.757
9	0.938	0.867	0.850	0.751
10	0.892	0.776	0.837	0.686
One hundred.	0.912	0.933	0.860	0.974
101	0.865	0.851	0.810	0.675
102	0.931	0.923	0.715	0.756
103	0.890	0.917	0.778	0.747
104	0.882	0.924	0.822	0.740

物种丰富度

本研究采用Menhinick指数。

结论

采用Duncan检验对研究期内物种多样性的变化进行了统计比较。结果的统计比较显示，测试数据之间存在5%的显著差异。将物种多样性值划分为3类，第一类为1987年，平均值最高，差异显著;第二类为1998年和2002年，平均值中值，差异不显著;第三类为2009年，平均值最低，差异显著。采用Duncan检验对研究期间均匀性的变化进行统计比较。结果的统计比较表明，测试数据之间存在5%的显著差异。据此，将均匀度值划分为三类，第一类为2009年平均值最高、显著的时期，第二类为各时期;1998年和2002年为中位数平均值，无显著差异，第三类包括1987年最低，平均值显著。保护在一致性、丰富性和生物多样性保护中起着关键作用。结果表明，由于草地覆盖范围、密度、类型、组成和丰度等定性和定量特征的恶化趋势，主要土地覆盖生物多样性指数有所下降。不幸的是，由于主要气候变化，特别是不同月份和年份的降雨量变化对植物生长特征的严重影响，人类直接和间接措施的破坏性影响在研究区已经加剧。 This was evident from the occurrence and severity of various forms of erosion, especially gully erosion in the study area revealed by field studies.

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