研究区位于辽宁省铁岭市昌图县,主要河流有辽河、招苏台河等,主要作物为玉米,是东北平原典型的玉米种植区之一,也是全国著名农业大县、重点商品粮生产基地。地理位置为42°33′~43°29′N,123°32′~124°26′E,总面积4317km2,耕地面积2666.67km2,其中玉米种植面积为1500km2,占县域面积的34.75%,占耕地面积的56.25%。区内地势由东部低山丘陵向西部辽河平原过渡,主要土壤类型为棕壤、黑土、草甸土和风砂土,属于中温带亚湿润大陆性季风气候,年平均降雨量约600mm,年均温6~7℃。区内以旱作农业景观为主,农田是最主要的景观类型,居民点景观类型广泛散落在区域内,大小不一,林地景观多呈斑块状散布在农田和居民点周边,以人工种植的杨树林为主。
1)物种多样性指数
式中:${H}'$为Shannon-Wiener多样性指数;$S$为样方内物种数;${{P}_{i}}$为物种$i$在群落中的重要性,即物种$i$的多优度与总多优度和的比值。
2)物种丰富度指数
选取Margalet丰富度指数进行分析,计算公式为:
式中:$R$为Margalet丰富度指数,$S$为样方内物种数,$N$为样方内所有物种的个体总数。
3)物种均匀度指数
选取Pielow均匀度指数为指标进行分析,计算公式为:
式中:$E$为Pielow均匀度指数,${H}'$为Shannon-Wiener指数,$S$为样方内物种数。
4)β多样性指数
式中:β为WhittakerBeta多样性指数;$\gamma$为某取样生境中的总物种数,$\alpha$为某生境类型所有取样点物种数的平均值。
1)蔓延度指数(contagionindex,CONTAG)
式中:pi为第i类景观斑块所占总面积的比例,m为景观类型总数量,gik为随机两个相邻栅格单元属于类型i和类型k的概率。
2)香浓多样性指数(Shannondiversityindex,SHDI)
式中:pi为第i类景观所占总面积的比例,m为景观中各种景观类型总数。
3)香浓均匀度指数(Shannonevennessindex,SHEI)
式中:pi为第i种类型景观占总面积的比例,m为出现景观类型的总数量。
研究表明,研究区内农业景观中非耕作生境比例与景观蔓延度呈反比,与景观多样性和均匀度均呈正比,非耕作生境比例逐渐增加,景观斑块形状复杂程度增加,各景观类型所占面积的比例差异减小,同时出现少数几种景观占优势现象的可能性降低。随着非耕作生境比例增加,植物物种多样性指数和均匀度指数均先增加后减小,在非耕作生境比例为20%~30%时达到最大值。非耕作生境比例在0~40%区间内逐渐增加,植物物种丰富度指数先增加后减小,在非耕作生境比例为20%~30%达到最大值;非耕作生境比例高于40%时,随着非耕作生境比例的增加,植物物种丰富度指数又逐渐增加,且非耕作生境比例为40%~50%时植物物种丰富度指数高于非耕作生境比例为20%~30%。与此同时,非耕作生境比例为40%~50%时,景观斑块复杂程度和景观类型占优势程度均出现较大差异,从而引起植物物种丰富度发生显著变化。本研究结果表明:农业景观最佳的非耕作生境比例为20%~30%。
林地生境中草本植物群落物种丰富度最高,但受乔灌层影响植物群落优势种类型以禾本科、菊科和莎草科为主;果园、草地和田间路生境受人类干扰强烈,植物群落优势种主要以假泽早熟禾和多花黑麦草等耐踩踏和耐药性较强的禾本科植物为主;沟渠生境中的长戟叶蓼是一种湿生植物,是5种生境内的特有种,也是沟渠生境中的植物群落优势种之一,与其他植物群落优势种之间的优势度差异较小,因此沟渠对湿生植物物种多样性的保护具有积极作用。研究区内农业景观中植物群落优势种重要值分析表明,分布于不同生境的植物群落的主要优势种组成具有一定相似性,但优势种优势度的强度及其承载的生态和服务功能却不相同。物种数目-累积重要值分析表明,研究区内农业景观中植物群落优势种优势度为:果园>沟渠>草地>田间路>林地,且果园、沟渠和草地生境中的优势种优势度明显高于田间路和林地生境中的优势种优势度。在农业景观中,果园、草地和田间路生境受到人类活动干扰强烈,植物群落中抗药性强和耐践踏的优势种则会通过自然选择,呈现集群或连片状分布,对整个植物群落的控制作用愈加显著。
果园、草地和沟渠生境中植物物种Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数显著高于林地和田间路生境,但不同植物群落调查区域内果园和草地生境中存在较大的变异性;物种丰富度指数依次为草地>林地>沟渠>果园>田间路,且各植物群落调查区域内草地、果园和田间路生境存在较大变异性。因此,草地、果园和田间路生境中的植物群落结构受人类干扰频率、干扰强度和生境内生态因子异质性较大,较为脆弱,不利于物种多样性保护;沟渠和林地生境中植物物种Shannon-Wiener多样性指数、丰富度指数和均匀度指数均较高,且较为稳定,说明沟渠和林地对植物物种多样性保护具有积极作用。