紫茎泽兰覆盖度对次生林林下植物群落结构及物种多样性影响.pdf

/紫茎泽兰覆盖度对次生林林下植物群落结构及物种多样性影响方曾红 陈鹏 蒋华 文亦芾 王莹 冯丹 李灿雯 冯志伟 李浩然(云南省林业和草原科学院 云南 昆明 云南省高黎贡山生物多样性与生态安全重点实验室 云南 昆明 云南农业大学 云南 昆明 保山市林业和草原技术推广站 云南 保山)摘要:为了探讨紫茎泽兰种群扩散蔓延对次生林林下的植物群落结构和物种多样性的影响 以高黎贡山自然保护区边缘紫茎泽兰入侵的次生林为研究对象 采用野外生态学调查和数据统计分析相结合的方法 开展不同紫茎泽兰盖度对次生林林下植物群落结构特征及物种多样性影响 结果显示:()随着紫茎泽兰盖度的增大 次生林林下优势物种由地毯草、荩草、头花蓼逐渐演变成紫茎泽兰、荩草、狗尾草()同时林下层植物植株密度、物种丰富度指数、物种多样性指数、物种均匀度指数显著下降 而紫茎泽兰的株高、分蘖数和地上生物量显著增加 结果表明:紫茎泽兰凭借其生长迅速、分蘖性强、繁殖力强、传播距离广等生物学特性 其一旦定植 能迅速生长 在生态位抢占先机 然后通过其自身分泌的化感物质进一步排挤其他草本和灌木 形成大面积的单优群落 导致林下物种多样性显著降低 对森林生态系统造成危害关键词:次生林 紫茎泽兰 群落结构 物种多样性 种群数量中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.第 卷 期 年 月 西 部 林 业 科 学 收稿日期:基金项目:云南省重点研发项目()国家重点研发子课题项目()第一作者简介:方曾红()男 硕士研究生 主要从事森林保护研究:通信作者简介:李浩然()男 工程师 主要从事森林保护研究:.:紫茎泽兰()是多年生丛生型半灌木状草本植物 是广泛传播的世界性害草之一 是我国外来入侵物种中危害最严重的植物之一 世纪 年代前后 紫茎泽兰由中缅边境传入我国云南 其后在广西、四川等地迅速扩散 位居我国 年公布的第一批外来入侵物种名单之首 紫茎泽兰入侵林地后 会排斥林下灌木和草本生长 并影响林下幼苗更新 严重抑制天然林的更新和森林恢复 紫茎泽兰一旦在某地开始定居 凭借其自身较强的竞争能力、较快的生长繁殖速度 会迅速占据本土物种生态位并与之竞争水分、光照等 排挤本土物种 最终形成以紫茎泽兰为单优势种的群落 使入侵地本土物种逐渐减少甚至灭绝高黎贡山是云南省最具特殊地质历史和独特生态环境的自然保护区 多样的气候类型和复杂的生态环境孕育了极其丰富的土壤、植被和物种 是当前全球生物多样性热点地区 近年来生物入侵是影响高黎贡山生态安全的主要因素之一 相关调查显示高黎贡山保护区及周边区域入侵植物约有 种 地处南段东坡的保山入侵植物最多 其中紫茎泽兰为主要入侵植物 紫茎泽兰在该区域呈迅速扩散蔓延的趋势 在其入侵区 紫茎泽兰多以单优种群出现 连片密集分布 严重破坏当地生态环境 控制紫茎泽兰的入侵是我国西南地区生态环境保护的重要任务之一 因此 本研究以高黎贡山百花岭自然保护区边缘紫茎泽兰入侵次生林地为研究对象 开展不同紫茎泽兰入侵程度对次生林地群落结构特征、紫茎泽兰群数量特征及物种多样性比较研究 研究结果对认识不同群落结构对紫茎泽兰入侵的抵抗力 探索基于群落学的入侵植物防控策略以及区域生态环境保护具有重要意义 材料与方法 试验区自然概况研究区域位于保山市隆阳区高黎贡山自然保护区边 缘 所 辖 区 域 地 理 坐 标 为 、属于北亚热带高原季风气候 年平均降雨量 年平均气温 土壤类型以紫色土和红壤为主 山底部(海拔 以下)的次生林林下植被以紫茎泽兰和草本植物荩草()、地毯草()、青蒿()植物为主 并伴有少量灌木野牡丹()样地受人为干扰程度较小 且未对紫茎泽兰入侵采取任何防治措施 样地设置与取样方法以高黎贡山海拔 以下的次生林为调查对象 采用典型样地法 于 年 月紫茎泽兰生长高峰期 根据入侵植物危害程度设置重度(紫茎泽兰覆盖度)、中度(紫茎泽兰覆盖度)、轻度(紫茎泽兰覆盖度)个处理 以对角线法取样 每个处理调查 个面积为 的小样方 共计 块样方 对样方内的植物进行分类 拍照与记录 然后用针刺法测定样方内植物群落总盖度、每个物种的分盖度、密度后 刈割其地上部分 在 下恒温烘干称重 测定样方内各物种地上干物质含量 计算各物种的优势度、优良牧草/毒害草比例 参照董道瑞等的方法测定紫茎泽兰地上生物量、分蘖数、株高 指标计算及数据处理 物种优势度(简称)()/式中:为相对产量 为相对密度 为相对盖度 物种丰富度()用 指数()表示()/式中:为物种数目 为群落中所有物种个体总数 物种多样性()用 指数()表示S西 部 林 业 科 学 年式中:/为物种 的重要值 为群落中所有物种的重要值之和 物种均匀度()用 均匀度指数()表示/式中:为 指数 为物种数量 数据处理采用 进行对不同紫茎泽兰盖度下物种数量、种群数量特征、物种多样性指数进行处理与分析并利用 软件进行作图 结果与分析 不同紫茎泽兰盖度对林下物种组成和优势度的影响紫茎泽兰种群的扩散与蔓延对林下下层优势物种的组成具有明显的影响(表)表 不同紫茎泽兰覆盖度下物种种类及优势度 植物种类物种优势度紫茎泽兰覆盖度植物种类物种优势度紫茎泽兰覆盖度车前草 风轮菜 吉龙草 狗肝菜 葛藤 白茅 地毯草 狗尾草 黑麦草 金丝草 荩草 马唐草 牛筋草 小蓬草 牛膝菊 长穗兔儿风 豨莶草 野茼蒿 宽叶鼠麹草 何首乌 狗筋蔓 鼠掌老鹳草 假木豆 紫苜蓿 假地豆 插田藨 野菖蒲 蝎子草 细柄草 短叶水蜈蚣 黑穗画眉草 天胡荽 牵牛花 琉璃草 地桃花 鱼眼草 白花地胆草 火炭母 头花蓼 荷莲豆草 白背枫 蝙蝠葛 接骨草 山槐 茅莓 山莓 红马蹄草 凤尾蕨 含羞草 透骨草 蜜花香薷 倒提壶 青蒿 藿香蓟 白花鬼针草 尼泊尔蓼 土荆芥 落葵薯 垂序商陆 臭鸡矢藤 酢浆草 合欢 天香藤 窃衣 透茎冷水花 荨麻 紫茎泽兰 苦楝 喀西茄 裂苞铁苋菜 物种数/种物种数/种 第 期 方曾红等:紫茎泽兰覆盖度对次生林林下植物群落结构及物种多样性影响在 种紫茎泽兰盖度(小于、大于)的 块样方内共记录 种植物 除紫茎泽兰外 在紫茎泽兰 种盖度下 物种的重要值大于 的植物有地毯草(重要值按紫茎泽兰盖度从小到大分别为 、)、狗尾草(重要值按紫茎泽兰盖度从小到大分别为 、)、荩草(重要值按紫茎泽兰盖度从小到大分别为 、)、短叶水蜈蚣(紫茎泽兰盖度小于 下重要值为 )、头花蓼(紫茎泽兰盖度小于 下重要值为 )在紫茎泽兰覆盖度小于 的样地中林下层植物种主要以地毯草、荩草、头花蓼、短叶水蜈蚣、狗尾草为优势物种 在紫茎泽兰覆盖度为的样地中 林下层植物主要以紫茎泽兰和荩草、地毯草、狗尾草、头花蓼优势植物 当紫茎泽兰覆盖度大于 时 林下优势植物变为以紫茎泽兰、荩草、狗尾草 种植物为主 随着紫茎泽兰覆盖度的增大 其伴生种白茅()、细柄草()、黑穗画眉草()、黑麦草()等优势度也逐渐减小 小蓬草()、车前草()、牛筋草()等植物在紫茎泽兰覆盖度大于时 逐渐消失 当紫茎泽兰的优势度由 变为 时 荩草优势度上升 优势度由 上升到 相反地毯草和短叶水蜈蚣的优势度下降 地毯草优势度由 变为 短叶水蜈蚣由 变为 由此可见 伴随着紫茎泽兰覆盖度的增加 群落中其他植物的优势地位逐渐降低 紫茎泽兰逐渐成为林下层优势物种 不同紫茎泽兰覆盖度下不同类别草本植物组成特征植被的饲用价值和应用价值为分类依据 将样地中的 种植物划分为 类:杂类草、优良牧草和毒害草 在不同紫茎泽兰覆盖度下其所占比例如图 所示 由图 可知:在紫茎泽兰盖度时其优良牧草和杂类草的比例最低 分别为 和 毒害草比例随着紫茎泽兰盖度的上升呈显著上升趋势(毒害草的比例最高为 说明随着紫茎泽兰覆盖度的增大 次生林地下的植物群落中优良牧草逐渐减少 毒害草种类及数量逐渐增加 次生林地下的植物群落逐步演替为以紫茎泽兰为单优势物种的群落 其严重影响林地的更新图 不同紫茎泽兰盖度优良牧草、毒害草和杂类草比例注:不同字母表示同一草类组成在不同紫茎泽兰盖度下差异显著 不同紫茎泽兰覆盖度下紫茎泽兰种群数量的特征研究由图 可知 随着紫茎泽兰覆盖度的增加 紫茎泽兰的株高、分蘖数以及地上生物量呈显著上升的变化趋势()紫茎泽兰盖度时其分蘖数为 枝 随着其盖度的增加 分枝数由 枝增加到 枝呈显著上升趋势 其生物量随着盖度的增加 由最初的 增加到 株高由最初的 变化为 紫茎泽兰的覆盖面积 随着紫茎泽兰的分蘖数、株高的增加不断增大 其种子数量随着分蘖数的增加而增加 紫茎泽兰覆盖面积和种子量的增加 进一步侵占和排挤了其他物种的生存空间 使紫茎泽兰逐渐成为群落中的优势物种 不同紫茎泽兰覆盖度的物种多样性特征由图 可知 物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数均随着紫茎泽兰覆盖度的增加 显著下降()紫茎泽兰盖度由时 丰富度指数下降了 多样性指数下降了 均匀度指数下降了 说明随着紫茎泽兰覆盖度的增加 群落中其它植物的种类和密度逐渐减少 当紫茎泽兰覆盖度达到 以上时 群落中形成以紫茎泽兰为单优势物种的植物群落西 部 林 业 科 学 年图 不同紫茎泽兰盖度紫茎泽兰种群数量特征 图 不同紫茎泽兰盖度下物种多样指数变化 讨论与结论 讨论入侵植物对某一具体生态系统的影响取决于其对该系统中本地植物群落组成和多样性的改变程度 非入侵样地的植物物种丰富度以及草本植物地衣、苔藓等的盖度均显著高于有入侵植物分布的样地 而入侵地内植物种类、数量、盖度、丰富度在一定程度上取决于入侵植物的生物学特性及其盖度 吴竞仑等报道 随着加拿大一枝黄花()密度的增大 其他植物物种丰富度、植物总数、均匀度和群落多样性均明显下降 林金成等分析了空心莲子草()重要值与物种丰富度之间的关系 结果表明当空心莲子草重要值大于 时 样方物种丰富度随重要值的增加而减小 本研究结果与上述报道类似 研究发现随着紫茎泽兰覆盖度的增加 群落中物种数量和种类减少 群落中物种丰富度指数、物种多样性指数、物种均匀度指数显著下降 部分植物如地毯草、短叶水蜈蚣、白茅等植物随着紫茎泽兰盖度增加其优势度、盖度、密度逐渐降低 当样地中紫茎泽兰覆盖度增加到 以上时 进一步侵占和排挤了其他物种的生存空间使紫茎泽兰逐渐成为群落中的优势物种紫茎泽兰种群的扩散蔓延 对植物群落而言是一种侵占性的物种间的干扰 这种侵占性干扰将会带来植物退化的问题 将会严重威胁到草业和林业的持续健康发展 在今后的研究工作中 针对紫茎泽兰扩散蔓延所引起的物种多样性降低的现象、导致这一现象发生的原因以及紫茎泽兰种群的扩散趋势及扩散机理等科学问题 还有待进一步深入研究 结论通过调查和研究发现在高黎贡山不同紫茎泽兰盖度下的样地中共记录 种植物 随着群落中紫茎泽兰覆盖度的增加 次生林林地下植物群落中的优势物种也由地毯草、荩草、头花蓼为优势种群变为以紫茎泽兰、荩草、狗尾草为优势种群 群落中物种丰富度指数、多样性指数、均匀度指数显著下降同时植物群落中的其它植物密度、盖度、生物量显著下降 毒害草比例以及紫茎泽兰种群的株高、分蘖数和地上生物量显著增加 林地基本失去其生产价值 紫茎泽兰形成大面积的单优群落 导致林下物种多样性显著降低 对森林生态系统造成危害参考文献:徐海根王健民强胜等.生物多样性公约热点研究:外来物种入侵生物安全遗传资源.北京:科学出版社.().():.().():.下转第 页 第 期 方曾红等:紫茎泽兰覆盖度对次生林林下植物群落结构及物种多样性影响:.李林昊张延龙牛立新等.秦岭地区凤丹牡丹居群果期相关性状的表型多样性研究.西北林学院学报():.王莉飞徐佳洁黄晓霞等.份现代月季种质资源表型性状及综合评价.西南林业大学学报(自然科学)():.邱新宇张磊张含国等.长白落叶松种子园遗传多样性分析.森林工程():.郑海星.花椒种质资源鉴定与分类研究.杨凌:西北农林科技大学.汉素珍.花椒种质资源 研究.兰州:甘肃农业大学.(责任编辑:李甜江)上接第 页 李爱芳高贤明党伟光等.不同生境条件下紫茎泽兰幼苗生长动态.生物多样性():.姜倪皓曹尘张诗函.紫茎泽兰入侵对哀牢山森林植物物种多样性的影响.农业灾害研究():.():/.().:/././.().():.():.胡延春陈宝雄.恶性外来入侵植物:紫茎泽兰.北京:中国农业出版社.杨蓉西.危害严重的外来入侵植物 紫茎泽兰.生物学通报():.涂丹丹刘蔚漪李媚等.哀牢山西坡 种典型森林群落及物种多样性研究.西部林业科学():.刘星月王紫媛张零念等.滇中地区典型灌丛的群落组成及结构特征.西部林业科学():.强胜.世界性恶性杂草 紫茎泽兰研究的历史及现状.武汉植物学研究():.林若竹徐聪丽叶建芳等.高黎贡山国家级自然保护区入侵性种子植物现状.陆地生态系统与保护学报():.董道瑞李霞万红梅等.塔里木河下游柽柳灌丛地上生物量估测.西北植物学报():.尹海燕初晓辉单贵莲等.不同大狼毒覆盖度退化亚高山草甸群落结构及物种多样性研究.云南农业大学学报(自然科学版)():.杨利华李金才黄小波等.云龙天池云南松天然林林下草本植物多样性垂直分布格局.西部林业科学():.陈慧丽李玉娟李博等.外来植物入侵对土壤生物多样性和生态系统过程的影响.生物多样性():./.().:/./.吴竞仑李永丰王一专等.苏南地区加拿大一枝黄花繁殖地的植物群落.江苏农业学报():.林金成强胜吴海荣.外来入侵杂草空心莲子草对植物生物多样性的影响.生态与农村环境学报():.(责任编辑:李甜江)西 部 林 业 科 学 年