西藏工布自然保护区地质背景与植物多样性关系研究
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摘要
西藏工布自然保护区处于青藏高原东南缘，其原始生态系统类型保持存完好，植被垂直带谱明显，生物多样性丰度高，对森林生态系统、物种起源以及物种对高原环境适应等生态学方面的研究具有重大意义；同时该区具有青藏高原独特的构造地貌单元，作为良好的地质环境演化过程的记录体，为研究气候演变、高原隆升提供了天然实验室，特别是在全球变化研究领域具有较高的科学价值。因此，论文立题选取工布自然保护区作为研究区，开展了地质背景条件与植物多样性关系的研究。
论文研究以生态学、第四纪地质学、农业地质学、地植物学、数量生态学等学科的理论为指导，基于野外的实际调查、基础地理数据库以及相关文献资料的统计，对西藏工布自然保护区地质背景因子与植物多样性关系进行了定性分析，并构建了地质背景各因子和植物多样性因子的信息量化方法；采用3S技术，在多个高程取样尺度（高度带）上，对地质背景诸因子、植被类型及特有种信息进行采集，通过因子的信息量化和因子间的关联分析，确定了该区开展地—植关系研究的取样尺度；在确定的取样尺度下，系统研究了地质背景与植物多样性间的定量关系，并用主成分分析方法探讨了地质背景条件对植物多样性的制约作用及其限制因子；以及生态地质评价和植物多样性保护与开发研究。通过系统研究取得以下主要结论：
1.构造背景条件下，研究区植物分布格局具有以下特征：研究区大地构造运动使植物形成了高原环境背景下的特殊分化以及低海拔局部异质环境下的孑遗植物的存留，并促使植物区系形成了目前的温带成分为主，含有古老成分、但呈现年青进化的特征；从植被分区来看，研究区的植被可划分尼洋河流域植被区与雅鲁藏布江流域区，区域分界且好与大地构造单元，冈底斯陆块-工布江达断隆构造区与冈底斯陆块-冈底斯岩浆弧（东缘）构造区以及雅鲁藏布江结合带的构造板块相吻合，因此构造影响植被分区。
2.研究发现基于岩性差异的植物分布呈现一定规律性：不同岩层（岩性）上，相似生活型植物分布的差异十分显著；不同岩层上生态型相似的群落，其优势群落或群落组成物种亦有很大差异，而且其群落共同系数低；个别种与某种岩层或岩性中某种化学成分是否存在着密切的联系有待进一步研究。
3.研究区植被水平分布和垂直分布格局随着地貌的变化存在一定规律性：植被由西北向东南方向，即由尼洋河植被单元过渡到雅鲁藏布江河谷植被单元，物种的耐干旱程度增加；研究区南北两端也相对干旱，物种和植被分布在单元内差异也比较大；研究区地貌高差大，在小范围内植被的垂直变化要比纬向地带性和经向地带性带来的结果更为明显，且区内尼洋河流域和雅鲁藏布江流域在植被垂直分布上也存在较为明显的差异，特别是在海拔3000-4000m段，除了广布的林芝云杉、川滇高山栎等外，其他共有分布的植被类型很少。
4.研究区土壤分布与植被分布格局的一一对应关系虽然不显著，但一定程度上存在着对照关系：水平格局上，二者自西北向东南方向均呈现类型逐渐丰富的趋势；垂直分布格局上，各土壤类型与植被类型分布的海拔上限、下限基本吻合。
5.综合地层岩性、土壤类型以及植被分布规律都可以看出，三者一定程度上保持一致性：岩性自西北向东南方向出露的地层及类型复杂程度增加；土壤也自西北向东南类型类型逐渐丰富；同样植被也呈现自西北向东南类型渐趋丰富。
6.在定性分析的基础上，论文构建了地层（岩性）、地貌（高程、坡度、坡向、综合）、土壤等信息指数；运用GIS技术，通过不同高程尺度的信息采集、模拟分析与检验，确定了适宜于高原山地地-植关系研究的高程取样尺度，即200m高程差（或高度带）为取样尺度。
7.运用PCA方法分析了影响植物多样性的地质背景因子，结果表明：1）岩性、土壤、坡度、坡向在第一主成分上有较高载荷，其影响大小依次为岩性＞坡度＞土壤＞坡向。进一步的定量分析显示植被信息指数、特有种信息指数随着岩性信息指数的增加呈多项式形式增加；植被信息指数随着土壤信息指数的增加呈线性增加，特有种信息指数随着土壤信息指数的增加呈多项式增加；植被信息指数随着坡度、坡向指数的增加呈对数增加，特有种信息指数随着坡度、坡向呈多项式增加。2）高程在第二主成分上有较高载荷，显示出植被信息指数、特有种信息指数随着高程信息指数的增加呈多项式形式增加。
8.植物多样性信息指数与各地质背景因子信息指数随着海拔升高分布表现出单调递增的单峰曲线，且在3400-4600m段达到峰值，随后，随海拔持续升高呈单调递减，与―中间地带效应‖理论相符合；植被因子与各地质背景因子的空间信息关联性较为显著，而特有种仅与地质背景因子中的土壤因子和高程因子较为显著。
9.GIS支持下的地质背景信息与植物多样性信息的空间分析表明地质背景条件对植物多样性空间分布具有明显的制约作用。因此，通过信息指数评价，结合原保护区生态功能区划进行对比验证，得出在未来的新保护区划定以及功能区划时考虑地质背景影响的必要性，并提出了相应的植物多样性资源的利用和保护对策。这对工布保护自然保护区生物多样性的保护、生态功能区划调整和社区经济的发展具有指导意义。
Gongbu Nature Reserve, lying in the south-east of Qinghai-Tibet plateau, is of greatimportance to the study of forest eco-system, the origin of species and their adaption toplateau environment for its vegetation vertical spectrum and rich bio-diversity. The studyarea also has unique geomorphic units and it is a recorder of geological environmentevolution and a natural lab to study climate succession and the uplift of plateau. These arethe reasons to make the research on the relationship between geological conditions ofplant diversity.
Guided by biology, Quaternary, agrogeology, geobotany, quantitative ecology andbased upon field investigation, geographical database and relative literature, the authormade qualitative analysis on the relationship between geological factors and plantdiversity and constructed method to measure geological factors and bio-diversity factors;with the help of3S technique, the author collected information on geological factors,vegetation type and endemic species at different altitudes and then ascertained thesampling scale to carry out the research of geology-plants relationship. At the determinedaltitude, the author studied the quantitative relationships between geology and plantdiversity and deplored into the restricting role and factors of geology to plant diversity byusing the principal component analytical method. On that basis, the paper used GIStechnique to conduct the preliminary research on the definition of the hot spot andperiphery spot and proposed the feasible policies on plant diversity protection. This paperdrew upon the following conclusions:
1. The characteristics of the distribution pattern are as follows: the tectonic movementis the reason to special differentiation and the preservation of relic plants underheterogeneous environment. The vegetation is mainly made up of temperate elements withancient components and young evolution on characteristics. In view of vegetationregionalization, the plants zone can be divided into Niyang River Valley vegetation zoneand Yarlung Zangbo Valley. With clear boundaries and geomorphological units, theGandes landmass-gongbu Jiangda fault uplift is constistent with Gandes landmassmagmatic arc and Yarlung Zangbo combining belts. These features affects the vegetationzones.
2. This paper discovered the following regularity of vegetation distribution on basedon lithology: the difference of distribution of similar life form plants is clear on differentlithology. Differences of dominant community and community composition are alsodiscovered between similar ecotype communities on different stratum. The commonco-efficient is low and there is close connection between individual species and somechemical component in the rocks.
3. The patterns of horizontal and vertical vegetation distribution show the followingregularity. From northwest to southeast, the Niyang vegetation unit transits to YarlungZangbo unit with the increasing tolerance of drought. The south and north side of thestudy area are relatively dry and the difference in species and vegetation is clear within theunit. In a small scale, the vertical changes of vegetation is much clearer than that oflatitudinal direction zonality and longitudinal zonation. Differences in vertical vegetationdistribution is also clear between Niyang River valley and Yarlung Zangbo River Valley.Especially at the altitudes from3000to4000m, apart from Picea likiangensis var.Nyingchisis and quercus aquifolioides, both areas share little vegetation type in common.
4. The corresponding relationship between soil distribution and vegetation distributionpattern is not clear, but to some extent they are mirroring each other: horizontally, thetypes of soil and vegetation become richer from northwest to northeast; vertically theupper limit and lower limit of soil types of vegetation types are consistent.
5. We can discover that from the distribution pattern of lighology, soil types andvegetation that the three aspects were consistent to some degrees: the lighology is becoming more complicated and soil types and vegetation is becoming richer fromnorthwest to southeast.
6. On the basis of qualitative analysis, this paper construct the information index ofstratum, landform, slope gradient, aspect. By using GIS technique, collecting informationof different altitudes, simulation analysis and checking, the author chose200m as thesampling scale to investigate geology, plant relationship in plateau mountains.
7. This paper analyses the geological factors by using PCA and finds that:1) lithology,soil, slope gradient and aspect have high carrying capacity in terms of the first principalcomponent and the influence order is lithology﹥slope gradient﹥soil﹥aspect. Furtherquantitative analysis shows that vegetation information index and endemic species indexshow polynominal form increase following the increase of lithology information index;the vegetation index shows linear increase with the increase of soil information index;endemic species information index shows polynominal form increase with the increase ofsoil information index; vegetation information index shows log increasing following theincrease of slope gradient and aspect index; endemic species information index showspolynominal form increase following the increase of slope gradient and aspect.2) the highaltitudes have higher carrying capacity which shows the polynominal increase ofvegetation information index and endemic information index following the increase ofinformation index of high altitudes.
8. Plants diversity information index and geological factors information index showmonotone increasing simple peak curve and reach their peaks during the altitudes3400-4600m and then show nomotone decreasing with the increase of altitudes, which isconsistent with intermediate zone effect.
9. The GIS analysis of geological background information and plants diversityinformation shows that geological background factors have clear prohibiting role upon thespecial distribution of plants diversity. Based on geological background information index,plants information index and indemic plants information index, the author classified thehot zone and periphery zone of protection and proposes utilizing and protective policiesfor plants diversity resources, which are of great importance to the protection ofbiodiversity, the planning and and adjustment of ecological function zone and social economy in Gongbu Nature Reserve
论文研究以生态学、第四纪地质学、农业地质学、地植物学、数量生态学等学科的理论为指导，基于野外的实际调查、基础地理数据库以及相关文献资料的统计，对西藏工布自然保护区地质背景因子与植物多样性关系进行了定性分析，并构建了地质背景各因子和植物多样性因子的信息量化方法；采用3S技术，在多个高程取样尺度（高度带）上，对地质背景诸因子、植被类型及特有种信息进行采集，通过因子的信息量化和因子间的关联分析，确定了该区开展地—植关系研究的取样尺度；在确定的取样尺度下，系统研究了地质背景与植物多样性间的定量关系，并用主成分分析方法探讨了地质背景条件对植物多样性的制约作用及其限制因子；以及生态地质评价和植物多样性保护与开发研究。通过系统研究取得以下主要结论：
1.构造背景条件下，研究区植物分布格局具有以下特征：研究区大地构造运动使植物形成了高原环境背景下的特殊分化以及低海拔局部异质环境下的孑遗植物的存留，并促使植物区系形成了目前的温带成分为主，含有古老成分、但呈现年青进化的特征；从植被分区来看，研究区的植被可划分尼洋河流域植被区与雅鲁藏布江流域区，区域分界且好与大地构造单元，冈底斯陆块-工布江达断隆构造区与冈底斯陆块-冈底斯岩浆弧（东缘）构造区以及雅鲁藏布江结合带的构造板块相吻合，因此构造影响植被分区。
2.研究发现基于岩性差异的植物分布呈现一定规律性：不同岩层（岩性）上，相似生活型植物分布的差异十分显著；不同岩层上生态型相似的群落，其优势群落或群落组成物种亦有很大差异，而且其群落共同系数低；个别种与某种岩层或岩性中某种化学成分是否存在着密切的联系有待进一步研究。
3.研究区植被水平分布和垂直分布格局随着地貌的变化存在一定规律性：植被由西北向东南方向，即由尼洋河植被单元过渡到雅鲁藏布江河谷植被单元，物种的耐干旱程度增加；研究区南北两端也相对干旱，物种和植被分布在单元内差异也比较大；研究区地貌高差大，在小范围内植被的垂直变化要比纬向地带性和经向地带性带来的结果更为明显，且区内尼洋河流域和雅鲁藏布江流域在植被垂直分布上也存在较为明显的差异，特别是在海拔3000-4000m段，除了广布的林芝云杉、川滇高山栎等外，其他共有分布的植被类型很少。
4.研究区土壤分布与植被分布格局的一一对应关系虽然不显著，但一定程度上存在着对照关系：水平格局上，二者自西北向东南方向均呈现类型逐渐丰富的趋势；垂直分布格局上，各土壤类型与植被类型分布的海拔上限、下限基本吻合。
5.综合地层岩性、土壤类型以及植被分布规律都可以看出，三者一定程度上保持一致性：岩性自西北向东南方向出露的地层及类型复杂程度增加；土壤也自西北向东南类型类型逐渐丰富；同样植被也呈现自西北向东南类型渐趋丰富。
6.在定性分析的基础上，论文构建了地层（岩性）、地貌（高程、坡度、坡向、综合）、土壤等信息指数；运用GIS技术，通过不同高程尺度的信息采集、模拟分析与检验，确定了适宜于高原山地地-植关系研究的高程取样尺度，即200m高程差（或高度带）为取样尺度。
7.运用PCA方法分析了影响植物多样性的地质背景因子，结果表明：1）岩性、土壤、坡度、坡向在第一主成分上有较高载荷，其影响大小依次为岩性＞坡度＞土壤＞坡向。进一步的定量分析显示植被信息指数、特有种信息指数随着岩性信息指数的增加呈多项式形式增加；植被信息指数随着土壤信息指数的增加呈线性增加，特有种信息指数随着土壤信息指数的增加呈多项式增加；植被信息指数随着坡度、坡向指数的增加呈对数增加，特有种信息指数随着坡度、坡向呈多项式增加。2）高程在第二主成分上有较高载荷，显示出植被信息指数、特有种信息指数随着高程信息指数的增加呈多项式形式增加。
8.植物多样性信息指数与各地质背景因子信息指数随着海拔升高分布表现出单调递增的单峰曲线，且在3400-4600m段达到峰值，随后，随海拔持续升高呈单调递减，与―中间地带效应‖理论相符合；植被因子与各地质背景因子的空间信息关联性较为显著，而特有种仅与地质背景因子中的土壤因子和高程因子较为显著。
9.GIS支持下的地质背景信息与植物多样性信息的空间分析表明地质背景条件对植物多样性空间分布具有明显的制约作用。因此，通过信息指数评价，结合原保护区生态功能区划进行对比验证，得出在未来的新保护区划定以及功能区划时考虑地质背景影响的必要性，并提出了相应的植物多样性资源的利用和保护对策。这对工布保护自然保护区生物多样性的保护、生态功能区划调整和社区经济的发展具有指导意义。
Gongbu Nature Reserve, lying in the south-east of Qinghai-Tibet plateau, is of greatimportance to the study of forest eco-system, the origin of species and their adaption toplateau environment for its vegetation vertical spectrum and rich bio-diversity. The studyarea also has unique geomorphic units and it is a recorder of geological environmentevolution and a natural lab to study climate succession and the uplift of plateau. These arethe reasons to make the research on the relationship between geological conditions ofplant diversity.
Guided by biology, Quaternary, agrogeology, geobotany, quantitative ecology andbased upon field investigation, geographical database and relative literature, the authormade qualitative analysis on the relationship between geological factors and plantdiversity and constructed method to measure geological factors and bio-diversity factors;with the help of3S technique, the author collected information on geological factors,vegetation type and endemic species at different altitudes and then ascertained thesampling scale to carry out the research of geology-plants relationship. At the determinedaltitude, the author studied the quantitative relationships between geology and plantdiversity and deplored into the restricting role and factors of geology to plant diversity byusing the principal component analytical method. On that basis, the paper used GIStechnique to conduct the preliminary research on the definition of the hot spot andperiphery spot and proposed the feasible policies on plant diversity protection. This paperdrew upon the following conclusions:
1. The characteristics of the distribution pattern are as follows: the tectonic movementis the reason to special differentiation and the preservation of relic plants underheterogeneous environment. The vegetation is mainly made up of temperate elements withancient components and young evolution on characteristics. In view of vegetationregionalization, the plants zone can be divided into Niyang River Valley vegetation zoneand Yarlung Zangbo Valley. With clear boundaries and geomorphological units, theGandes landmass-gongbu Jiangda fault uplift is constistent with Gandes landmassmagmatic arc and Yarlung Zangbo combining belts. These features affects the vegetationzones.
2. This paper discovered the following regularity of vegetation distribution on basedon lithology: the difference of distribution of similar life form plants is clear on differentlithology. Differences of dominant community and community composition are alsodiscovered between similar ecotype communities on different stratum. The commonco-efficient is low and there is close connection between individual species and somechemical component in the rocks.
3. The patterns of horizontal and vertical vegetation distribution show the followingregularity. From northwest to southeast, the Niyang vegetation unit transits to YarlungZangbo unit with the increasing tolerance of drought. The south and north side of thestudy area are relatively dry and the difference in species and vegetation is clear within theunit. In a small scale, the vertical changes of vegetation is much clearer than that oflatitudinal direction zonality and longitudinal zonation. Differences in vertical vegetationdistribution is also clear between Niyang River valley and Yarlung Zangbo River Valley.Especially at the altitudes from3000to4000m, apart from Picea likiangensis var.Nyingchisis and quercus aquifolioides, both areas share little vegetation type in common.
4. The corresponding relationship between soil distribution and vegetation distributionpattern is not clear, but to some extent they are mirroring each other: horizontally, thetypes of soil and vegetation become richer from northwest to northeast; vertically theupper limit and lower limit of soil types of vegetation types are consistent.
5. We can discover that from the distribution pattern of lighology, soil types andvegetation that the three aspects were consistent to some degrees: the lighology is becoming more complicated and soil types and vegetation is becoming richer fromnorthwest to southeast.
6. On the basis of qualitative analysis, this paper construct the information index ofstratum, landform, slope gradient, aspect. By using GIS technique, collecting informationof different altitudes, simulation analysis and checking, the author chose200m as thesampling scale to investigate geology, plant relationship in plateau mountains.
7. This paper analyses the geological factors by using PCA and finds that:1) lithology,soil, slope gradient and aspect have high carrying capacity in terms of the first principalcomponent and the influence order is lithology﹥slope gradient﹥soil﹥aspect. Furtherquantitative analysis shows that vegetation information index and endemic species indexshow polynominal form increase following the increase of lithology information index;the vegetation index shows linear increase with the increase of soil information index;endemic species information index shows polynominal form increase with the increase ofsoil information index; vegetation information index shows log increasing following theincrease of slope gradient and aspect index; endemic species information index showspolynominal form increase following the increase of slope gradient and aspect.2) the highaltitudes have higher carrying capacity which shows the polynominal increase ofvegetation information index and endemic information index following the increase ofinformation index of high altitudes.
8. Plants diversity information index and geological factors information index showmonotone increasing simple peak curve and reach their peaks during the altitudes3400-4600m and then show nomotone decreasing with the increase of altitudes, which isconsistent with intermediate zone effect.
9. The GIS analysis of geological background information and plants diversityinformation shows that geological background factors have clear prohibiting role upon thespecial distribution of plants diversity. Based on geological background information index,plants information index and indemic plants information index, the author classified thehot zone and periphery zone of protection and proposes utilizing and protective policiesfor plants diversity resources, which are of great importance to the protection ofbiodiversity, the planning and and adjustment of ecological function zone and social economy in Gongbu Nature Reserve
引文
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