天山北坡蒿类荒漠植物群落数量特征及其多样性.pdf

新疆农业科学():./.天山北坡蒿类荒漠植物群落数量特征及其多样性周时杰董乙强阿斯太肯居力海提聂婷婷姜安静安沙舟(新疆农业大学草业学院乌鲁木齐.新疆草地资源与生态自治区重点实验室/西部干旱区草地资源与生态教育部重点实验室乌鲁木齐)摘 要:【目的】研究天山北坡蒿类荒漠植物群落数量特征及多样性变化规律分析不同地区植物群落数量特征及多样性的差异为该类荒漠草地的科学经营管理提供理论依据【方法】采用野外调查取样方法调查分析天山北坡西段、中段和东段蒿类荒漠草地植物群落特征【结果】()从天山北坡西段到东段半灌木生物量呈逐渐增加趋势且东段比西段显著高了 ()而多年生草本盖度、密度和生物量从西到东呈逐渐降低的趋势()一年生草本和短生、类短生植物在数量特征上均在中段呈现最大值()植物群落高度、盖度、密度和生物量由西向东均呈先增后降的趋势在中段达到最大值 丰富度指数、优势度指数、物种多样性指数在空间上均表现为由西向东呈先增后降的变化趋势而 均匀度指数由西向东呈逐渐降低趋势()天山北坡不同区域草地之间植物群落数量特征与多样性的相关性各有差异蒿类荒漠草地群落盖度、密度和生物量对植物多样性呈正相关而植物高度对植物多样性呈负相关()引起蒿类荒漠植物群落空间变异的主要影响因素是海拔、土壤有机碳、年均温度【结论】天山北坡蒿类荒漠植物群落数量特征及其多样性在空间上由西向东呈现出先增后降的趋势且海拔、土壤有机碳和年均温度是影响植物群落组成和多样性的最主要环境因子关键词:蒿类荒漠植被特征植物多样性中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期():基金项目:新疆维吾尔自治区自然科学基金项目()作者简介:周时杰()女新疆阿勒泰人硕士研究生研究方向为草地资源与生态().通信作者:董乙强()男江苏邳州人讲师硕士生导师研究方向为草地资源与生态().引 言【研究意义】生物多样性在物种水平上的表现形式是物种多样性体现了生物之间及其与环境之间复杂关系及生物资源丰富性 物种多样性与空间尺度的关系是植物生态学研究热点之一而不同尺度下甚至是不同地区的植物种群分布格局也呈现出差异种群内部的空间关联也对尺度具有依赖性 因此开展不同区域植物群落数量特征及其多样性的研究对提高物种多样性的认识及推进生物多样性保护有重要意义【前人研究进展】何志斌等研究表明荒漠植被物种多样性随空间尺度的增大空间依赖性减弱与草原和森林群落随尺度增加而增加的结论是相反的 鲁为华等研究结果表明重度退化区域的绢蒿种群总体上偏离随机分布呈聚集分布聚集强度在不同尺度上有所变化在一系列空间尺度上出现明显的“聚集波”现象 陈毅萍等研究表明在水平方向上草地植物群落多样性从中心到边缘表现出“中心高边缘低”的变化趋势天山北坡荒漠带处于亚欧大陆腹地地势多样且物种丰富蒿类荒漠在天山北坡海拔 的低山区和冲积 洪积扇广泛分布形成一条脆弱的荒漠带为春秋牧场占全疆春秋牧场总面积的 并以菊科绢蒿属植物为其主要种群 此外蒿类植物是荒漠和半荒漠地区羊和骆驼的主要饲用植物 天山北坡蒿类荒漠相关研究包括短期禁牧对天山北坡蒿类荒漠群落特征第 期周时杰等:天山北坡蒿类荒漠植物群落数量特征及其多样性及其稳定性的影响、蒿类荒漠草地退化演替的特征、蒿类荒漠草地土壤变化与植被退化的关系、天山北坡围栏封育条件下伊犁绢蒿幼苗分布格局及数量动态变化的规律等【本研究切入点】空间上对于天山北坡蒿类荒漠分布规律的系统研究鲜见报道 需开展天山北坡蒿类荒漠植物群落数量特征及多样性研究【拟解决的关键问题】选取天山北坡西段、中段和东段蒿类荒漠植物群落为对象研究荒漠草地植物群落数量特征及多样性分析天山北坡不同区域蒿类荒漠群落特征的空间差异为新疆荒漠草地的合理利用和科学经营提供数据支撑 材料与方法 材 料依据许鹏等文献将天山北坡荒漠区分为西段、中段和东段 其中西段是指沙湾市巴音沟以西的北天山山脊线以北的荒漠区此区域包括新源县、巩留县和博乐市等县(市)中段是指沙湾市以东到乌鲁木齐市的荒漠区此区域包括玛纳斯县、呼图壁县和乌鲁木齐市等县(市)东段是指奇台县以东的北天山山脊线以北的荒漠区此区域包括奇台县、木垒县和巴里坤县等县(市)研究区地处欧亚大陆腹地属典型的大陆性干旱气候夏季炎热干燥冬季寒冷年均温 年均降水量 荒漠生态系统极其脆弱 建群种主要为伊犁绢蒿()和博洛塔绢蒿()伴生种有木地肤()羊茅()、新疆针茅()短柱苔草()以及角果藜()、猪毛菜()等春季有大量早春短命、类短命植物出现如鳞茎早熟禾()、鸢尾蒜()、弯果胡卢巴()、伊犁郁金香()等 表 表 研究区概况 区域地理位置海拔()年均降水量()年均温()土壤有机碳(/)土壤全氮(/)土壤全磷(/)电导率(/)西段 新源 巩留 博乐 中段 玛纳斯 呼图壁 乌鲁木齐 东段 奇台 木垒 巴里坤 方 法 试验设计 年 月中旬进行野外植被调查与取样 个研究区分别布设 条样带样带间距大于 于每条样带上随机设置 个 的样方样方间距 样方数量共计 个(个区域 条样带 个样方)记录样方中出现的所有物种种类用卷尺量取每种植物的自然高度()针刺法测定物种盖度()计数法记录每个物种的株丛数(密度株/)齐地面刈割法测定生物量(/)将植物样品带回实验室置于烘箱杀青 于 烘至恒重()后称重 表 土壤样品通过 点法用土钻采集 的新新疆疆农农业业科科学学第 卷土样常温风干保存用于土壤养分测定 土壤养分测定参照鲁如坤方法测定指标包括:土壤电导率、有机碳、全氮、全磷含量 测定指标植物群落多样性用 多样性来表征分别采用 丰富度指数、均匀度指数、多样性指数和 优势度指数来表示重要值()(相对密度 相对盖度 相对高度 相对生物量)/指数():指数():均匀度指数():()/优势度指数():.式中 为样地总物种数量为第 个物种的重要值 数据处理采用 软件对原始数据进行整理利用 统计软件对群落特征和多样性指数进行差异性分析用 相关系数对群落特征、多样性指数等进行相关性分析运用利用 绘图软件进行图表绘制 数据均以均值 标准误的形式表示 结果与分析 天山北坡蒿类荒漠植物经济类群数量特征变异研究表明从天山北坡西段到东段半灌木盖度和生物量呈逐渐增加趋势且东段比西段显著高了 和 ()而中段的半灌木高度显著高于西段和东段()从西到东多年生草本盖度、生物量和重要值呈逐渐降低趋势且西段比东段显著高了、和()而中段的多年生草本高度显著高于西段和东段()从西到东一年生草本和短生、类短生草本的数量特征均呈先增加后降低趋势即中段最大其中除了短生、类短生草本的盖度和生物量差异不显著()其他指标均呈现中段显著高于东段 表 天山北坡蒿类荒漠植物数量特征变异研究表明天山北坡中段的群落高度、盖度和密度显著高于西段和东段()且天山北坡中 段 和 东 段 的 群 落 生 物 量 显 著 高 于 西 段()图 天山北坡蒿类荒漠植物多样性变异规律研究表明空间上 丰富度指数、物种多样性指数和 均匀度指数均具有较大的差异性 西段、中段、东段的 丰富度指数差异显著(西段 东段 优势度指数方面西段、中段、东段均无显著差异()数值上也较为相近 天山北坡西段和中段的 物种多样性指数显著高于东段()西段的 均匀度指数显著高于中段和东段()图 天山北坡蒿类荒漠植物群落数量特征与多样性之间的相关关系研究表明天山北坡不同区域草地之间在西段部 分 植 物 群 落 高 度 与 植 物 指 数()、指数()呈现显著负相关()植物群落盖度与 指数()、指数()呈现极显著正相关()随着植物群落盖度的增加植物多样性均随之增加有利于植物生长发育 在中段部分植物群落高度与 指数()、指数()、指数()呈现极显著负相关()在东段部分植物群落高度与 指数()、指 数()、指 数()呈现极显著负相关()植物群落密度与 指数()、指数()呈现极显著正相关()与 指数()呈现显著正相关()植物群落盖度和生物量分别于 指数()、指数()呈现显著正相关()植物群落盖度、密度和生物量对植物多样性呈正相关而植物高度对植物多样性呈负相关随着盖度、密度和生物量的不断增加植物多样性随之增加而随着高度的增加植物多样性可能会随之降低 表 第 期周时杰等:天山北坡蒿类荒漠植物群落数量特征及其多样性表 蒿类荒漠植物经济类群数量特征的变异规律 植物生态经济类群 区域高度()盖度()密度(/)生物量(/)重要值半灌木西段 中段 东段 多年生草本 西段 中段 东段 一年生草本 西段 中段 东段 短生、类短生草本、西段 中段 东段 注:不同小写字母表示不同区域间差异显著()下同:(土壤有机碳()年均温度()经度()土壤全氮()土壤全磷()年均降水量()土壤电导率()引起植物群落空间变异的主要影响因素是海拔、土壤有机碳、年均温度和经度其他环境因子对植物群落的影响相对较弱 图 新新疆疆农农业业科科学学第 卷图 蒿类荒漠植物多样性变异规律 表 蒿类荒漠植物群落数量特征与多样性之间的相关关系 区域高度()盖度()密度(/)生物量(/)西段 中段 东段 注:指数 指数 指数 指数表示显著相关()表示极显著相关():()()注:海拔 土壤有机碳 年均温度 经度 土壤全氮 土壤全磷 年均降水量 土壤电导率 图中三角形上方数字代表海拔:图 蒿类荒漠植物群落与环境因子冗余 讨 论 通过依照植物个体的形态、生活史等生物学特性来划分植物经济类群的方法代替具体物种第 期周时杰等:天山北坡蒿类荒漠植物群落数量特征及其多样性来描述植物群落的构成更具有一定的简便性植物经济类群对草地植物群落生产力、稳定性和退化恢复具有重要的影响 研究中天山北坡 种蒿类荒漠生态经济类群重要值的空间差异较为明显半灌木表现为由西向东先降后增多年生草本呈现逐渐降低的变化规律而一年生草本和短生、类短生草本重要值在东段达到最低值 可能是天山北坡东段在冬季降雪量及夏季降雨量小于西段和中段春季植物返青时土壤中的水分相对较少导致一年生草本和短生、类短生植物萌发的数量和种类较少致使天山东段的半灌木的重要值较高植被的高度、盖度、密度和生物量均低于天山西段和中段 群落数量特征能够反映出草地的健康状况和草场质量其变化在一定程度上还能反映出群落受外界影响的程度 天山北坡中段的群落高度、盖度和密度显著高于西段和东段()且天山北坡中段和东段的群落生物量显著高于西段()植物群落数量特征均表现为中段大于西段和东段即由西向东呈现先增高后降低的变化趋势天山北坡蒿类荒漠中段植物种类与西段和东段相比较多其中包括弯果葫芦巴、落芒草和葶苈致使中段的植物群落数量最高 多样性是草地群落物种丰富度、均匀度和多样性的重要测量指标能够充分反映物种间通过竞争而产生对外界环境的适应能力 空间异质性(地形、地貌)会影响植物多样性同时环境因子的改变也是影响植物多样性差异的重要原因 研究表明天山北坡西中东段植物的丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数均具有较大的差异性而优势度指数则均无差异 另外研究也发现丰富度指数、优势度指数和物种多样性指数在空间上均表现为由西向东先增后降的变化趋势而均匀度指数在空间上的变异规律不同于其他 个多样性指数其呈现的规律表现为由西向东逐渐降低 原因可能是()天山北坡由西向东降水量逐渐降低生态环境愈加脆弱所以植物多样性均在东段呈现最低值()在植物群落物种多样性的海拔分布格局中干旱地区的植物物种多样性随海拔的升高而降低 ()因试验样地当年所属区域水热条件、人为干扰程度等方面的不同导致某一段的植物多样性偏高或偏低进而影响研究结果因此需要多维度且长期观测研究天山北坡不同区域的植物多样性的变化规律 此外在整个研究区蒿类荒漠植物群落结构和多样性主要受海拔、土壤有机碳含量和年均温度的影响其原因主要为荒漠气候干燥、日照长造成荒漠植被稀疏、结构和营养级简单导致荒漠土壤养分含量较低所以荒漠植物群落结构及多样性主要受 个环境因子调控 结 论 天山北坡蒿类荒漠半灌木生物量由西至东呈逐 渐 增 加 趋 势 且 东 段 比 西 段 显 著 高 了()而多年生草本从西到东则基本呈现逐渐降低的趋势且西段显著高于东段()一年生草本和短生、类短生植物在数量特征上均在中段呈现最大值 天山北坡蒿类荒漠群落高度、盖度、密度和生物量均呈现由西向东先增后降的变化规律其中在中段达到最大值 丰富度指数、优势度指数、物种多样性指数在空间上均表现为由西向东先增后降的变化趋势而 均匀度指数则呈现由西向东逐渐降低趋势 天山北坡中段植物群落的生长较西段和东段旺盛 天山北坡不同区域草地之间植物群落数量特征与多样性的相关性各有差异蒿类荒漠草地群落盖度、密度和生物量对植物多样性呈正相关而植物高度对植物多样性呈负相关 引起蒿类荒漠植物群落空间变异的主要影响因素是海拔、土壤有机碳、年均温度参考文献():孙儒泳李博诸葛阳等 普通生态学 北京:高等教育出版社 :何志斌赵文智常学向等 荒漠植被植物种多样性对空间尺度的依赖 生态学报():():鲁为华朱进忠王东江等 天山北坡两种退化梯度下伊犁绢蒿种群空间分布的点格局分析 草业学报():新新疆疆农农业业科科学学第 卷 ():陈毅萍江聪简小枚等 云南沾益中度退化天坑草地植物群落水平空间分布特征 生态学报():():李超锋董乙强 封育在新疆蒿类荒漠草地植被及土壤恢复中的作用 草食家畜():():贾广寿 新疆荒漠草地现状及其开发利用 草食家畜():():董乙强孙宗玖安沙舟等 短期禁牧对天山北坡蒿类荒漠群落特征及其稳定性的影响 草业科学():():刘洪来 天山北坡中段蒿类荒漠草地退化演替特征研究 乌鲁木齐:新疆农业大学 :王彩虹于瑞梅 天山北坡中段蒿类荒漠草地土壤变化与植被退化关系的分析 草食家畜():():鲁为华朱进忠王东江等 天山北坡围栏封育条件下伊犁绢蒿幼苗分布格局及数量动态变化规律研究 草业学报():.():许鹏 新疆草地资源及其利用 乌鲁木齐:新疆科技卫生出版社:鲁如坤 土壤农化分析方法 北京:中国农业科学技术出版社:.:宋金枝 谢开云 赵祥 等 放牧强度对晋北盐碱化草地植物经济类群的影响 草业科学 ():():王正文 邢福 祝廷成 等 松嫩平原羊草草地植物功能群组成及多样性特征对水淹干扰的响应 植物生态学报():():():():唐志尧方精云 植物物种多样性的垂直分布格局 生物多样性():():第 期周时杰等:天山北坡蒿类荒漠植物群落数量特征及其多样性 (./.):【】【】【】()()()()()()【】:():()().