入侵植物对植物物种多样性生态影响风险评估量化方法

摘要

本发明涉及入侵生态学、植物生态学、种群生态学、群落生态学、全球变化生态学和环境生态学等相关领域，公开了入侵植物对植物物种多样性生态影响风险评估量化方法，包括五个指标体系：(I)入侵植物对植物种类多样性影响幅度指数IAIS；(II)入侵植物对植物Shannon多样性影响幅度指数IAIH'；(III)入侵植物对植物Simpson优势度影响幅度指数IAID；(IV)入侵植物对植物Pielou均匀度影响幅度指数IAIEH；(V)入侵植物对植物Margalef丰富度影响幅度指数IAIF。通过上述5个指数单独评估或求取平均值IAIPTD评估入侵植物对植物物种多样性生态影响风险的方法，可对入侵植物对植物物种多样性生态影响风险进行较简捷且较精准的评估量化。本发明具有便捷、快速、操作性强和可行性高的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及入侵生态学、植物生态学、种群生态学、群落生态学、全球变化生态学和环境生态学等相关领域，公开了一套入侵植物对植物物种多样性生态影响风险评估量化方法。

背景技术

目前，以入侵植物主导的生物入侵为代表的生物安全已对环境健康与生态安全以及社会可持续发展构成了严重威胁。因此，以入侵植物主导的生物入侵为代表的生物安全已成为全球性的重大环境生态问题之一。同时，国家层面也高度重视生物安全，并将生物安全纳入国家安全体系进行监管。所以，入侵植物对生态系统的生态影响风险评估已成为当今全球环境生态学研究领域中倍受关注的核心科学问题之一。

生态系统结构与功能正常执行的核心是生态系统的物种多样性。所以，在新时代背景下，为构筑“人与自然和谐共生的现代化美丽中国”，这就迫切需要进行以入侵植物主导的生物入侵为代表的生物安全造成的生态影响风险评估，一方面为衡量入侵植物对生态系统结构和功能特别是物种多样性等方面造成的生态危害程度奠定坚实的理论基础，另一方面为针对生物入侵为典型代表的生物安全问题进行精准行政决策管理和有效预警防控部署提供坚实的科学依据和理论支撑以及行之有效的执行基础和实践指南。虽然目前针对入侵植物对植物物种多样性生态影响风险评估已有量化方法，但量化方法不统一，且较为繁琐。因此，亟需提出一套较简捷且较精准可行的科学量化指标体系对入侵植物对植物物种多样性生态影响风险进行评估衡定，进而为深入阐明入侵植物成功入侵的驱动机理并为进一步构建入侵植物生态管理和预警防控体系奠定强有力的理论支撑和实践基础。

发明内容

本发明提出了一套入侵植物对植物物种多样性生态影响风险评估量化方法，包括以下五个指标体系：

(I)表征入侵植物对植物种类多样性生态影响风险评估的指标：入侵植物对植物种类多样性影响幅度指数[Influence amplitude index of alien invasive plants onspecies diversity(S),IAI

(II)表征入侵植物对植物Shannon多样性生态影响风险评估的指标：入侵植物对植物Shannon多样性影响幅度指数[Influence amplitude index of alien invasiveplants on Shannon’s diversity(H'),IAI

(III)表征入侵植物对植物Simpson优势度生态影响风险评估的指标：入侵植物对植物Simpson优势度影响幅度指数[Influence amplitude index of alien invasiveplants on Simpson’s dominance(D),IAI

(IV)表征入侵植物对植物Pielou均匀度生态影响风险评估的指标：入侵植物对植物Pielou均匀度影响幅度指数[Influence amplitude index of alien invasive plantson Pielou’s evenness(E

(V)表征入侵植物对植物Margalef丰富度生态影响风险评估的指标：入侵植物对植物Margalef丰富度影响幅度指数[Influence amplitude index of alien invasiveplants on Margalef’s richness(F),IAI

本发明是通过上述5个指数单独评估或求取平均值入侵植物对植物物种多样性影响幅度IAI

本发明的技术方案中，各参数具体为：

(I)入侵植物对植物种类多样性影响幅度指数[Influence amplitude index ofalien invasive plants on species diversity(S),IAI

IAI

式中，S

S

IAI

(II)入侵植物对植物Shannon多样性影响幅度指数[Influence amplitude indexof alien invasive plants on Shannon’s diversity(H'),IAI

IAI

式中，H'

IAI

其中植物Shannon多样性按照以下公式计算(Shannon CE,Weaver W.1949.TheMathematical Theory of Communication.University of Illinois Press,Urbana,Illinois,pp.1-117.)：

式中，S为调查样方的植物种类多样性(即：所有植物种类的数量)。

P

(III)入侵植物对植物Simpson优势度影响幅度指数[Influence amplitudeindex of alien invasive plants on Simpson’s dominance(D),IAI

IAI

式中，D

IAI

其中植物Simpson优势度按照以下公式计算(Simpson EH.1949.Measurement ofdiversity.Nature 163:688.)：

式中，S为调查样方的植物种类多样性(即：所有植物种类的数量)。n

(IV)入侵植物对植物Pielou均匀度影响幅度指数[Influence amplitude indexof alien invasive plants on Pielou’s evenness(E

IAI

式中，E

IAI

其中植物Pielou均匀度按照以下公式计算(Pielou EC.1966.The measurementof diversity in different types of biological collections.Journal ofTheoretical Biology 13:131-144.)：

式中，H'为调查样方的植物Shannon多样性，S为调查样方的植物种类多样性(即：所有植物种类的数量)。

(V)入侵植物对植物Margalef丰富度影响幅度指数[Influence amplitude indexof alien invasive plants on Margalef’s richness(F),IAI

IAI

式中，F

IAI

其中植物Margalef丰富度指数按照以下公式计算(Margalef R.1951.Diversidadde especies en las comunidades naturales(Vol.6,pp.59-72).Barcelona:Publicaciones del Instituto de Biologia Aplicada.)：

式中S为调查样方的植物种类多样性(即：所有植物种类的数量)，N为调查样方内所有植物的植株数量总数。

本发明的有益效果为：

(1)本发明是通过上述5个指数单独评估或求取平均值入侵植物对植物物种多样性影响幅度IAI

(2)本发明具有便捷、快速、操作性强和可行性高的特点。

具体实施方式

为量化评估入侵植物对植物物种多样性生态影响风险，我们在野外分别随机调查一种草本入侵植物的入侵样方(2m*2m)以及无入侵植物入侵样方(2m*2m)各30个。分别记录每一个样方所有植物种类的数量、每一种植物的植株数量和所有植物的植株数量总数。然后计算出每一个样方的物种多样性，即：植物种类多样性(即：所有植物种类的数量)(S)、植物Shannon多样性(H')、植物Simpson优势度(D)、植物Pielou均匀度(E

表1未入侵样方的物种多样性

表2低度入侵样方的物种多样性

表3高度入侵样方的物种多样性

然后，再依次计算出未入侵样方和入侵样方的物种多样性平均值。数据列表如下：

表4入侵植物不同入侵程度样方的物种多样性对比

再然后，按照我们提出的一套入侵植物对植物物种多样性生态影响风险评估量化方法，分别计算出入侵植物对植物种类多样性影响幅度指数[Influence amplitude indexof alien invasive plants on species diversity(S),IAI

表5不同入侵程度的入侵植物对植物物种多样性生态影响风险评估量化对比

根据结果，该入侵植物低度入侵对植物种类多样性影响幅度达到i级别(其生态影响风险一般，标识色可采用黄色)，该入侵植物高度入侵对植物种类多样性影响幅度达到ii级别(其生态影响风险较严重，标识色可采用橙色)；该入侵植物低度入侵对植物Shannon多样性影响幅度达到i级别(其生态影响风险一般，标识色可采用黄色)，该入侵植物高度入侵对植物Shannon多样性影响幅度达到ii级别(其生态影响风险较严重，标识色可采用橙色)；该入侵植物低度入侵对植物Simpson优势度影响幅度达到i级别(其生态影响风险一般，标识色可采用黄色)，该入侵植物高度入侵对植物Simpson优势度影响幅度达到ii级别(其生态影响风险较严重，标识色可采用橙色)；该入侵植物低度入侵对植物Pielou均匀度影响幅度达到i级别(其生态影响风险一般，标识色可采用黄色)，该入侵植物高度入侵对植物Pielou均匀度影响幅度达到ii级别(其生态影响风险较严重，标识色可采用橙色)；该入侵植物低度入侵对植物Margalef丰富度影响幅度达到i级别(其生态影响风险一般，标识色可采用黄色)，该入侵植物高度入侵对植物Margalef丰富度影响幅度达到ii级别(其生态影响风险较严重，标识色可采用橙色)；该入侵植物低度入侵对植物物种多样性影响幅度达到i级别(其生态影响风险一般，标识色可采用黄色)，该入侵植物高度入侵对植物物种多样性影响幅度达到ii级别(其生态影响风险较严重，标识色可采用橙色)。所以，该入侵植物低度入侵时其生态影响风险一般，可归类为一般入侵植物，标识色可采用黄色。但是，当其入侵程度提升至高度入侵后，其生态影响风险较严重，可归类为严重入侵植物，标识色可采用橙色。