江河源区人工草地及_黑土滩_退化草地群落演替与物种多样性动态.docx

A cta B ot. B orea l. -O cciden t. S in.

群落演替与物种多样性动态

Comm un ity Success ion and Spec ies D ivers ity of M anmade Pra tum a s W ell a s

Covered by the Headwa ters of Y ellow R iver and Yangtze R iver

tha t had been b locked fo r their tend ing fo r fou r yea rs show ed the h ighest va riou s indexes. T he tw o
d ifferen t typ es of comm un it ies had the g ra ssland qua lity indexes tha t app ea red to first go up and then

Ξ 通讯联系人Λ 国家科技攻关计划重大项目Κ硕士研究生Λqj@m ail. ΓΜ中国科学院资源与生态环境研究重点项目; 210126Γ资助

西北植物学报Κ2005Κ25; 4ΓΠ655—661
江河源区人工草地及: 黑土滩Φ退化草地
文章编号Π100024025; 2005Γ0420655207 Ξ
史惠兰1Κ2Κ王启基13 Κ景增春1Κ李世雄1Κ2Κ王　杰3
草地群落的 Α多样性指数比: 黑土滩Φ退化草地群落的低Κ建植第 4 年的人工草地群落和封育 4 年的: 黑土滩Φ退化
草地群落的各指数最高Λ 两种不同类型草地草场质量指数也呈现先降后升的趋势Κ人工草地群落的草场质量和生
物量比: 黑土滩Φ退化草地群落高Λ 从植物的生活型看Κ一年生植物被多年生植物替代Λ Β多样性的时间动态反映出
演替过程中Κ两种类型的草地群落 2 龄与 5 龄、6 龄群落间的 Β多样性低Κ物种周转率高Μ2 龄与 3 龄Κ5 龄与 6 龄群
落间的 Β多样性高Κ物种周转率低Κ4 龄群落是过渡群落Λ 在时间序列上可分为两个阶段Κ2～ 4 龄主要是一年生草
本的入侵Κ4～ 6 龄主要是多年生草本的定居Λ
关键词Π江河源区Μ垂穗披碱草人工草地Μ: 黑土滩Φ退化草地Μ群落演替Μ多样性Μ草场质量
中图分类号ΠQ 948. 15　　　文献标识码ΠA
; 1 中国科学院西北高原生物研究所 Γ退化草地以及在: 上建植的垂穗披碱草人工草地在第Κ 多样性指数均呈现单峰变化趋势Λ 人工
D egenera ted Pra tum on 9He itutan landΕ ; Secondary Bare LandΓ in the Area
SH I H u i2lan W AN G Q i2ji13 Κ IN G Zeng2chun 1Κ I Sh i2x iong 1Κ2ΚW AN G J ie 3
; 1 N o rthw est P lateau In stitu te of B io logyΚ Ch inese A cadem y of SciencesΚX in ing 810001ΚCh inaΜ 2 Graduate Schoo l of the
Ch inese A cadem y of SciencesΚBeijing 100039ΚCh inaΜ3 Q inghai A n im al V eterinarian O ccup ation Co llegeΚ H uangyuanΚQ inghai
810600ΚCh inaΓ
AbstractΠ T he succession and dynam ic d iversity of p lan t comm un it ies in the degenera ted p ra tum on
9H eu tu tan landΕ a long w ith E lym us nu tans comm un ity con st ructed on the land w ere stud ied betw een the
second and six th yea rs after the con st ruct ion of E lym us nu tans p ra tum. T he resu lt s ind ica ted tha t the Α2
d iversity indexes of the tw o d ifferen t typ es of p ra tum comm un it ies tended to va ry in a sing le2p eak cu rve
w ith the succession s of the p ra tum comm un it ies. T he Α2d iversity indexes of the m anm ade p ra tum w ere
h igher than tho se of the comm un it ies in the degenera ted p ra tum on 9H eitu tan landΕ and the comm un it ies of
the m anm ade p ra tum in it s fou rth yea r and the comm un it ies of the degenera ted p ra tum on 9H eitu tan landΕ
1Κ2
decline ra iom a ss of the m anm ade p ra tum w ere h igher than tho se of the收稿日期Π2004208 修改稿收到日期Π2004212
作者简介 十五Φ; 1977- ΓΚ女Κ青海省西宁人; 2001BA 606A -3基金项目Π:史惠兰Co rrespondence to ΠW AN G Q i2ji. E 2m ailΠw 02- 03nw ip b. ac. cn

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西　北　植　物　学　报


25 卷

degenera ted p ra tum. T he life fo rm com po sit ion s of the p lan t s show ed tha t p erenn ia l ones had succeeded

comm un it ies.

　　生物多样性的保护是当今世界环境保护的热点 1 2　样地设置
[1 ]

中下游地区的经济发展和生态环境保护具有重要意

1. 3　取样与数据处理

×500 cm 的样条分为 50 cm ×50 cm 的 10 个子样

1. 3. 2　地上生物量　每个样地随机选取 5 个面积

生物多样性的保护和生态环境建设及人工草地持续

1. 4　数据分析与统计处理

1. 1　自然条件
本试验在青海省果洛藏族自治州达日县和玛沁
31 ～ 37 N 54 ～
51 E

s
H ′ - P i lnP i
i= 1

annuaamvegetasuccessionheandthere anddynamcomm herbaceouiversitiversitrmherbaceoulongandeciescommrnovereciesinyearnover
Key wordsΠheadw tersland’Yellow univer successiontzed iversityΜanmssland qua lity tans p ra tum Μdegenera ted
之一 Κ江河源区生物多样性的保护不仅为草地畜 本试验主要于 1998 年～ 2003 年 进 行Κ以 退 化
牧业可持续发展提供物质基础Κ而且还对长江、黄河 严重的us黑土滩Φ上建植的 2草 地 、、 龄垂穗披碱草
全球气候变化的影响近年来由于超载过牧和鼠虫危害Κ以及 时封育的 2、、、、 龄的: 黑土滩Φ退化草地为研究
致大面积次生裸地: 黑土滩Φ退化草地产生以及生物
在退化草地建植人工草地西部地区是我国重要的生态屏障防 ～ 　群落结构调查　分盖度、株高、频度ΓΛ 并将盛期cm
止草地退化和沙化Λ由此可见Κ江河源区生态建设应
环境与社会经济协调发展辅助人工、半人工草地建设Κ促进生态 平均数按顺序记录其总盖度、物种及其分盖度; 用估测
草地演替规律和草地的自然恢复能力探讨了江河源区人工 为 月底或 50月初 用收割法测定植物地上生物量Κ
称取鲜重Κ然后在烘箱 内 用 80℃温 度 烘 24 h 至 恒
利用提供科学依据Λ 重Κ生物量以烘干重计Λ
1　自然条件和研究方法
1. 4. 1 　重要值测定　 物种重要值≅IV Σ 是度量群
落水平反应的综合数量指标Ψ其计算公式为⊥
IV i = ≅R C i + R F i + R H iΣ × 100 3
县 进 行Κ实 验 区 地 处 32° ′ 35° ′ Κ 96° ′
式中⊥ IV i 为第 i 个种在群落中的重要值ΨR C i
101° ′Κ平均海拔 4 200 m Λ 气候属典型高原大陆 为第 i 个种的相对盖度Ψ F i 为第 i 个 种 的 相 对 频
余科灾害性天气较为频繁主要植被类型为高寒草甸和高寒草 率Ψ 物种丰富度指数个种的相对高度物种数Shannon 算einer
6
土、高山寒漠土等Λ
.
=

4 期 6 5 7

J = H ′lnS

2. 1　不同演替阶段植物群落特征动态

[5 ]

艹
洽
1. 4. 4 　 演 替 阶 段 草 场 质 量 比 较 　草 场 质 量 指 数
[6 ]

3
IGQ = - iS i
i= - 1

[7 ]

1 表示适口性为

禾本科 Gram ineae 菊科 Com po sitae 十字花科 C ruciferae 蓼科 Po lygonaceae 蔷薇科 Ro saceae
年龄 总科数 总属数 总种数
A ge Nf Ng Ns
Ng Ns Ds Ng Ns Ds Ng Ns Ds Ng Ns Ds Ng Ns Ds
2 9 13 13 3 3 63. 03 1 1 8. 860 2 2 5. 46 0 0 0 0 0 0
3 10 14 15 2 2 41. 25 2 2 5. 10 2 2 17. 89 0 0 0 0 0 0
4 11 19 19 5 5 61. 58 2 2 4. 05 1 1 4. 96 1 1 3. 24 0 0 0
5 11 13 14 2 2 52. 84 1 1 8. 23 0 0 0 1 2 8. 54 1 1 6. 18
6 11 14 16 2 2 47. 92 2 2 3. 763 0 0 0 1 2 9. 18 1 2 11. 42

2 15 23 23 3 3 10. 08 3 3 13. 41 2 2 11. 11 0 0 0 1 1 2. 24
3 11 21 22 3 3 15. 45 0 0 0 3 3 32. 29 0 0 0 0 0 0
4 15 26 28 3 3 17. 21 4 4 25. 28 1 1 2. 40 0 0 0 1 2 4. 20
5 10 12 16 2 2 14. 04 0 0 0 0 0 0 1 2 34. 83 1 2 16. 12
6 13 15 15 2 2 17. 71 1 1 6. 32 0 0 0 1 1 14. 57 2 2 32. 23

龄群落是这两种类型草地群落演替过程中不同阶段

鹅绒委陵菜+ 多裂委陵菜→鹅绒委陵菜+ 西伯利亚

随着群落物种间的竞争排斥和不同生活型植物对环

史惠兰Κ等Π江河源区人工草地及: 黑土滩Φ退化草地群落演替与物种多样性动态
2　结果与分析
⊥ P i 为第 i 个种在群落中的重要值Ψ 为群落物种数
指数是计测 多样性指数时常用且效果较好的一种 落替进程中的物种组成　从物种的科、属、种组成 表
式中⊥a 为群落 A 中的种数Μb 为群落 B 中的种 种 依 次 为Π垂 穗 地 早 熟 禾 ;crym K oeleria crista 亚菊
数Μc 为群落 A 、B 中共有的种数
≅A jan ia tenu if olia Σ → 垂 穗 披 碱 草 + 播 娘 蒿
IGQ ; Index of G ra ssland Q ua lityΓ ≅ D escu ra in ia sop h ia Σ + 铁 棒 锤 ≅A con itum
p end u lum Σ+ 葶苈≅D raba nem orosa Σ→垂穗披碱草
6
+ 中 华 羊 茅 ≅F estuca sinensisΣ+ 早 熟 禾 + 异 针 茅
式中 为植物的适口性Ψ将植物按适口性划分为 5 ≅S tip a a liena Σ → 垂 穗 披 碱 草 + 甘 肃 马 先 蒿
≅P ed icu la ris kansuensis Σ+ 鹅 绒 委 陵 菜 ≅P oten tilla
草为 劣质草为 毒杂草为 ΖS i 表示适口性为植 中 度Ψ anserina Γ+ 早熟禾→垂穗披碱草+ 鹅绒委陵菜Λ 从
2 龄至 6 龄Κ人工草地群落的优势种由垂穗披碱草
Ψ 表示适口性为草、优良牧草的盖度 这与明人工草地的演替同时是天然草地恢复的过程表 退化草地ab le 　H degraded gra
属数 种数 优势度 属数 种数 优势度 属数 种数 优势度 属数 种数 优势度 属数 种数 优势度
　　2、3、4、5、6 龄: 黑土滩Φ退化草地各群落类型优
度在两个草地类型的演替进程中均有升高Κ这表明 4
势种依次为Π藏忍冬;L on icera sp. Γ+ 细叶亚菊+ 播
　　N o tesΠN fΠN um ber of fam ilies ΚN gΠN um ber of genera ΚN sΠN um ber of sp ecies ΚD sΠDom inance of sp ecies.
蒿 播 葶lup lina 兔耳草 otis Γ 叶早 → onumoly onum sibiricum 的过渡群落 同时也反映出随着演替进行 人工草地工 的
在垂穗披碱草人工草地群落中 禾本科主 Κ高的优势度从 势种的更替和植物生活型变化有着密切的关系但是

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植物具有更强的抵抗环境扰动和保持其群落稳定的

2. 2 　 不 同 类 型 草 地 演 替 进 程 中 群 落 物 种 丰 富 度
变化
　　植物群落的物种丰富度指一个群落所含的植物

落比人工草地群落具有较高的物种丰富度的结果相

杂草 鹅绒委陵菜、多裂委陵菜、西伯利亚蓼、细叶亚 同时保持相对稳定此后随着演替进行抗干扰能力强的

a. 直立草本层片 trop落叶灌丛层片Μb. 块根地下芽层片iennlayer一年生草本层片演替进程中群落植物的生活型变化hyte多年生草本层片
境适应能力的不同Κ对环境扰动具有更强抵抗能力 能力有关[ 8 ] Λ
势度Λ
　　由图 1 可知Κ随着时间的延续Κ优势种和一年生
片均为垂穗披碱草为主的多年生疏丛禾草Κ禾→多 与 稳定的人工草地群落是物种组成恒定、产量稳
利亚蓼、细叶亚菊Γ→多年生疏丛禾草+ 一年、二年
4 龄最高Κ 2、3 龄次之Κ5、6 龄最低Λ 这种变化与演
匍匐茎草本; 鹅绒委陵菜ΓΛ可见Κ随演替年龄增加两
替过程中优势种的不断更替以及由于: 黑土滩Φ退化
种类型群落在建群种各异的基础上Κ群落中物种的
草地瘠薄的土壤条件Κ使其物种丰富度和其它群落
变化趋势都是一年生杂草先侵入Κ然后是多年生草
特征值呈递减的趋势Λ
本的固定Κ两种类型的群落在演替进程中Κ物种的生
活型有相同的变化趋势Λ 这与多年生植物比一年生
一致[ 10 ] Λ 、6 龄次之Κ2、3 Κ龄最低Λ 地群落种数以 4生丛生禾草; 早熟禾 + 多年生杂草; + 多年生杂 延伸Κ Κ 5从时间尺度分析 人工草4 龄时出现峰值Κ草; Γ→多年生疏丛禾草 龄最高这表明人工草地建植初期Κ 随着演替过程的4 5 6 龄: 黑土滩Φ退化 地Κ各群落建群层及2、 维持群落的主要生态功能Κ同时伴随着对严酷环境3、势层片分别为Π小半灌木; 藏忍冬Γ→一年生草本; 优 植物群落的物种丰富性均在Κ到 4 龄时群落物种娘蒿、灰藜Γ→一年生草本; 播娘蒿、乌头、婆婆纳 + 组成出现峰值Κ抵御能力强的一年生植物侵入群落优势种垂穗披碱草多年生杂草; 细叶亚菊、摩铃草、矮火绒草Γ→多年生 多年生植物替代一、二年生植物Κ群落丰富度降低Κ;鹅绒委陵菜、西伯利亚蓼、海乳草、细叶亚菊ΓΛ播 Λ : 黑土滩Φ退化草地群落种数以菊Γ→多年生杂草; 西伯利亚蓼、细叶亚菊Γ+ 多年生

4 期 6 5 9

2. 3　不同类型草地演替进程中植物群落物种多样
性和均匀度的变化

[ 11 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

物群落地上生物量及草场质量变化
　　草原植物资源的科学经营应以高生产力和高生

种内竞争共同作用下产生的过渡群落第一阶段主要 得优良牧草的高额产量年以后生物量大幅度下降Κ群落

史惠兰Κ等Π江河源区人工草地及: 黑土滩Φ退化草地群落演替与物种多样性动态
草 地群落 Α多样性的测度表明; 图 2ΓΚ人工草地群
落多样性指数和均匀度指数有 一 致 的 变 化 趋 势Κ4
分析　物种多样性是群落的重要特征包括物种丰富度和均匀度 龄群落的多样性指数最高 ≅H831龄群落的多样性指
功能维持的生物基础
两个方面以群落实测多样性和群落中各种群多度完全 龄群落的均匀度指数最高群落优势种的优势度明显
均匀分布时的群落多样性之比来衡量
的定 居Λ 同 时Κ相 邻 年 度 间 : 黑 土 滩Φ退 化 草 地 SΥ
2. 3. 2 　 人 工 草 地 和 : 黑 土 滩Φ退 化 草 地 Β 多 样 性
ren sen 指数的平均值比人工草地群落的值小Κ这种
变化趋势也反映出: 黑土滩Φ退化草地比人工草地群
分析　Β多样性是指沿着环境梯度的变化物种替代
的程度Κ也有人称 之 为 物 种 周 转 速 率、生 物 变 化 速
落具有更高的物种周转率Κ群落结构变化更快Κ更不
稳定Λ同时Κ多样性的时间动态在一定程度上也反映
ΛΒ多样性包括不同群落间物种组成的差异Κ不
对不同演替阶段人工草地群落和 演替进程中群落的多样性和均匀度动态Shannon 多样性指数Κ　　F ig. evenness ities; Γand
率
同的群落或环境梯度上不同点之间的共有种越少ΚΒ 出了植被演替过程中物种替代规律和周转的特点植
由 表 2 可知Κ在垂穗披碱 草 人 工 草 地 和: 黑 土
6 物多样性为目标[ 1 ] Κ Λ建立人工草地的目的是持续获滩Φ成上差异最大Κ Κ2 龄与 5 龄、 Μ从 2 龄～ 4 工草地群落在第 4 本研究认为垂穗披碱草人4 龄～ 6 龄Κ这两个阶段内植被间的 Β多样性高Κ 中出现大量毒杂草Κ草地质量变劣Λ本研究结论与陈龄Κ物种周转率小Λ 可见Κ4即物种的周转速率最大龄植被在物种组 润 等 ; 1998Γ[ 13 ]、张 勇 等 ; 1990Γ[ 8 ] 的 研 究 结 果 一退化草地群落中 龄草地群落是在种间竞争和 致Λ上可分为 2～ 4 龄、4～ 6 龄两个阶段Κ Κ在时间序列是一年生草本的侵入Κ第二阶段主要是多年生草本

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表 2　不同类型草地群落间相似性系数

2a 3a 4a 5a 6a 2a’ 3a’ 4a’ 5a’ 6a’
2a 1 0. 50 0. 56 0. 37 0. 28 0. 50 0. 46 0. 44 0. 28 0. 21
3a 1 0. 47 0. 41 0. 26 0. 53 0. 49 0. 51 0. 32 0. 33
4a 1 0. 42 0. 40 0. 48 0. 29 0. 47 0. 29 0. 35
5a 1 0. 80 0. 38 0. 44 0. 33 0. 53 0. 62
6a 1 0. 26 0. 32 0. 27 0. 44 0. 52

2a’ 1 0. 49 0. 51 0. 26 0. 37
3a’ 1 0. 44 0. 42 0. 32
4a’ 1 0. 32 0. 28
5a’ 1 0. 45
6a’ 1

总 生 物 量 从 2 龄 的 689. 82 g m 2 到 6 龄 的 303. 65
2

退化草地群落总生物量从 2 龄的 176. 06 g m 2 到 6

3　讨　论
随 着江河源区生态环境日益恶化Κ: 黑土滩Φ退 滩Φ退化草地的群落类型: 鹅绒委陵菜+ 西伯利亚蓼

T ab le 2　Comm un ity sim ila rity coefficien t in differen t typ e gra ssland comm un ities; % Γ
图 3　垂穗披碱草人工草地;
Γ和: 黑土滩Φ退化草地;
Γ演替进程中群落草场质量指数、总生物量变化
F ig. 3　Change of gra ssland qua lity indexes and to ta l b iom a ss in E lym us nu tans m anm ade gra ssland comm un ities;
Γ
and 9H eitu tan landΕ degraded gra ssland comm un ities;
Γ a long the succession p rocesses
化草地面积日益增大Κ建植人工、半人工草地Κ恢复
其退化草地植被和生态功能已迫在眉睫Λ
　　垂穗披碱草人工草地随着演替时间延续Κ群落
从建植 6 年的人工草地和封育 6 年的: 黑土滩Φ
　　注 tesΠ垂穗披碱草人工草地anm ade rassland退化草地un itiesΜ . 9H eitu tan landΕ g rassland comm un ities.
g m Κ呈下降趋势Κ这与人工草地在演替过程中杂类 退化草地群落演替规律及多样性动态看Κ4 龄草地
草入侵和优势种; 垂穗披碱草Γ下降有关Λ : 黑土滩Φ 并被多年生草本植物替代Κ龄 一年生草本植物入侵
委陵菜成为群落的优势种之一Κ6 龄时群落类型为
: 垂穗披碱草+ 鹅绒委陵菜Φ草地Κ与封育 6 龄: 黑土
中等生产力水平物种多样性最高杂类草和禾草类含量及总生物量 提出合理的放牧、施肥、刈割等措施是使江河源区

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[ 6 ]　吴玉虎rassland; 黄河源区植物资源及其环境植物生态学与地植物学学报; successiontoecologartificial109 植物生态学报ΓΚ 2004 iversityΓΠ iversityinese

史惠兰Κ等Π江河源区人工草地及: 黑土滩Φ退化草地群落演替与物种多样性动态
措施下Κ: 黑土滩Φ退化草地的草场质量有所升高Λ因
区生态环境与畜牧业经济协调发展Λ
参考文献Π
这是由于多年生植物鹅绒委陵菜具有较强的克隆繁殖 此控制载畜量可使植被得到有效的保护和恢复comm rassland
[ 9 ]　王　刚Κ蒋文兰. 人工草地种群生态学研究[M ]. 兰州Π甘肃科学技术出版社Κ1998Π232- 235.
[ 10 ]　ZHOU H K ; 周华坤ΓΚZHOU L ; 周　立ΓΚL IU W ; 刘　伟ΓΚZHAO X Q ; 赵新全Γ ΚLA I D Z ; 来德珍ΓΚCA I R T ; 才让太ΓΚZHAO
B C ; 赵邦彩ΓΚL I Y F ; 李有福Γ. Study on g rassland deg radation and strateg ies fo r the su stainab le developm en t of the livestock raising
indu stry in Guo luo p refenctu re of Q inghai[J ]. P ra tacu ltu ra l S cience; 草业科学ΓΚ2003Κ20; 10ΓΠ19- 25; in Ch ineseΓ.
[ 11 ]　GR IM E J P. B iod iversity and eco system functionΠ the debate deep en s[J ]. S cienceΚ 1997Κ277Π1 260- 1 261.
[ 12 ]　P IELOU E U. 数学生态学引论; 卢泽愚译Γ[M ]. 北京Π科学出版社Κ1978Π233- 245.
[ 13 ]　CH EN R ; 陈　润ΓΚDU G Z; 杜国祯Γ. D ynam ic study of above2g round b iom ass of herbage comm un ities in artificial p astu res on subalp ine
m eadow [J ]. P ra tacu ltu ra l S cience ; 草业科学ΓΚ1988Κ5; 2ΓΠ37- 40; in Ch ineseΓ.
[ 14 ]　YAN G L M ; 杨利民ΓΚZHOU G S; 周广胜ΓΚL I J D ; 李建东Γ. R elation sh ip betw een p roductivity and p lan t sp ecies d iversity of g rass