生態(tài)位理論在臨洮縣生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)評價中的應(yīng)用

孫會東，高 赟

(甘肅省定西市臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校，甘肅 臨洮 730500)

生態(tài)位理論在臨洮縣生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)評價中的應(yīng)用

孫會東，高 赟

(甘肅省定西市臨洮農(nóng)業(yè)學(xué)校，甘肅 臨洮 730500)

通過調(diào)查臨洮縣南屏山、東山造林站區(qū)域植物群落中16種共同出現(xiàn)的種群生態(tài)位特征值，計測Shannon-Wiener生態(tài)位寬度和Petraitis特定重疊指數(shù)，并進(jìn)行t測驗。結(jié)果表明：1)兩區(qū)域Shannon-Wiener生態(tài)位寬度特征值差異不顯著，表明兩個群落中種群競爭關(guān)系差異不顯著，即資源位差異不顯著，或尚未呈現(xiàn)資源不足；2)兩區(qū)域Petraitis特定重疊指數(shù)特征值差異極顯著，表明兩個群落對資源的利用狀況有極顯著差異，即兩種生態(tài)恢復(fù)模式的生態(tài)學(xué)效果差異極顯著。3)不同群落中相同種群間的Shannn-Wiener生態(tài)位寬度和Petraitis特定重疊指數(shù)，可量化在不同強(qiáng)度干擾下植物群落中植物種群對資源的利用狀況，可以利用生態(tài)位理論評價生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)，拓展生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)評價的結(jié)構(gòu)體系。

生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)評價; Shannon-Wiener生態(tài)位寬度; Petraitis特定重疊指數(shù)

Corresponding auther: SUN Hui-dong E-mail:ltshd0226@126.com

植被恢復(fù)是退化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和重建的重要目標(biāo)和最直接的效果表達(dá)[1]，不同學(xué)者分別從恢復(fù)目標(biāo)、內(nèi)容和過程進(jìn)行了闡述，評價內(nèi)容主要集中在生物個體生長情況、生物量、生存密度及生物多樣性等方面[2-3]。目前，尚缺少植被恢復(fù)過程中植物群落對環(huán)境資源利用狀態(tài)效應(yīng)的生態(tài)位評價方法，使“因地制宜”在資源位的綜合利用層面上得不到合理表達(dá)。運用生態(tài)位理論，分析生態(tài)恢復(fù)過程中植物群落與對環(huán)境資源利用狀況，可探索“因地制宜”的生態(tài)恢復(fù)模式，更重要的是，可以拓展生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)評價的思路，以充實生態(tài)恢復(fù)評價的理論框架體系。

生態(tài)位理論的應(yīng)用主要集中在對植物群落的生態(tài)位特征進(jìn)行定量化分析，從而判斷植物群落內(nèi)各種群對資源的利用狀況[4]，生態(tài)位寬度和生態(tài)位重疊是定量化估算和分析一個物種生態(tài)位特征與物種間生態(tài)位關(guān)系數(shù)量的重要數(shù)學(xué)模型[5]。本研究針對臨洮縣域兩個不同生態(tài)恢復(fù)模式，在植物群落生態(tài)位寬度與生態(tài)位重疊特征值響應(yīng)的研究基礎(chǔ)上，對比分析臨洮縣南屏山與東山造林站兩個區(qū)域植物群落生態(tài)位特征統(tǒng)計量的變化，揭示相同植物種群在造林與封育兩種不同生態(tài)恢復(fù)策略下植物群落生態(tài)位特征的不同響應(yīng)，探討兩種恢復(fù)策略對環(huán)境資源的利用效應(yīng)，探索利用生態(tài)位理論來評價生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)和拓展生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)評價的結(jié)構(gòu)體系。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

臨洮縣東山造林站成立于1972年，距今約40年。該地海拔1 932 m，年降水量565.2 mm，≥10 ℃有效積溫2 418.4 ℃·d，干燥度1.47。坡度15°～35°[6]。原生植被為甘蒙錦雞兒-阿爾泰紫菀群落；少量散生喬木類小葉楊(Populussimonii)、旱柳(Salixmatsudana)、白榆(Ulmuspumila)、山杏(Prunusansu)及臭椿(Ailanthusaltissima)等。人工林植被喬木層樹種以人工栽植的華北云杉(Piceawilsonil)、華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)、油松(Pinustatbulaeformis)、華山松(Pinusarmandii)、樟子松(P.sylvestris)及側(cè)柏(Platycladusorientalis)為主，灌木層配置有紫穗槐(Amorphafruticosa)、沙棘等，為臨洮縣域人工造林修復(fù)模式的典型代表。

南屏山樣地海拔2 053 m，年降水量680.7 mm，≥10 ℃有效積溫2 318.6 ℃·d，干燥度1.22。坡度約為30°[6]，植物群落分層明顯。建群種為板栗(Castaneamollissima)、細(xì)葉小檗(Berberidaceaeberberis)，板栗蓋度65%，高度約4 m，細(xì)葉小檗蓋度40%，高度約3 m，伴生種有灌木類黃刺玫(Rosaxanthina)、沙棘(Hippophaerhamnoides)，草本有阿爾泰紫菀等。此區(qū)域植物群落為殘存的天然次生林，是縣域內(nèi)降水量較豐富、生態(tài)環(huán)境最原始、人為干擾最小的區(qū)域，能代表區(qū)域內(nèi)封育修復(fù)模式效應(yīng)的特征。

1.2 樣地選擇與計測方法

1.2.1 樣地選擇與調(diào)查 根據(jù)研究區(qū)域的地形特征設(shè)置樣帶，樣帶內(nèi)隨機(jī)布設(shè)樣方。根據(jù)群落最小面積法確定樣方面積，連續(xù)調(diào)查樣方內(nèi)植物種群的高度、密度、蓋度以及頻度等數(shù)量特征。

1.2.2 植物種群的總和優(yōu)勢度。

SDR4=(B′+D′+C′+H′)/4×100%.

SDR4為總和優(yōu)勢度,H′、D′、C′和H′分別為高度比、密度比、蓋度比和頻度比。

1.2.3 植物種群生態(tài)位測定

Shannon-Wiener生態(tài)位寬度：

Bi=-∑(PijlnPij).

式中，Bi為種群生態(tài)位寬度；Pij=nij/Ni，P為種i在第j個資源狀態(tài)下個體數(shù)百分比，nij為種群i利用資源狀態(tài)，r為樣方數(shù)。

1.2.4 Petraitis特定重疊指數(shù)測定 Petraitis特定重疊指數(shù)代表群落種群間的相似性與競爭強(qiáng)度[6-7]。Petraitis特定重疊指數(shù)模型，采用資源狀態(tài)的相對多度來測定多種群的生態(tài)位重疊，并可直接進(jìn)行統(tǒng)計檢驗。

SOik=eEik;Eik=∑(PijlnPkj)-∑(PijlnPij);

SOki=eEki;Eki=∑(PkjlnPij)-∑(PkjlnPkj).

顯著性檢驗用

Uik=-2rln(SOik);Uki=-2rln(SOki).

式中，SOik為物種i重疊物種k的生態(tài)位重疊指數(shù)；SOki為物種k重疊物種i的生態(tài)位重疊指數(shù)。經(jīng)過Uik與Uki檢驗，差異不顯著的在生態(tài)位重疊表中標(biāo)記為0.000 0，差異極顯著的在生態(tài)位重疊表中標(biāo)記為1.000 0，差異顯著但達(dá)不到極顯著的，以實際的SOik或SOki標(biāo)記。

選擇兩個區(qū)域中共同出現(xiàn)的16個植物種群(表1)進(jìn)行Petraitis特定重疊指數(shù)列表(表2，表3)，對比說明Petraitis特定重疊指數(shù)在不同植物群落中種群數(shù)量特征響應(yīng)的變化。

2 結(jié)果與分析

東山造林站樣地內(nèi)植物種群26種，南屏山樣地內(nèi)植物種群59種，兩區(qū)域樣地內(nèi)共同植物種群有16種，可代表臨洮縣域森林草原植被基本結(jié)構(gòu)特征。

表1 東山造林站與南屏山相同植物種群Shannon-wiener生態(tài)位寬度

2.1 生態(tài)位寬度特征

生態(tài)位寬度是指種y和n個生態(tài)因子的適應(yīng)或利用范圍[7-8]，是物種或種群適應(yīng)環(huán)境和利用資源的實際幅度或潛在能力[9]，是度量植物種群對環(huán)境資源利用的尺度[10]，生態(tài)位越寬，表明種群對環(huán)境適應(yīng)能力越強(qiáng)，對資源的利用越充分[11-12]；因此，生態(tài)位寬度是度量植物種群對環(huán)境資源利用狀況的尺度[13]，在多維生態(tài)位研究中，生態(tài)位寬度表示為被一個種群利用的不同資源位的總和[14]。簡而言之，生態(tài)位寬度是種群對資源競爭程度的表達(dá)。

區(qū)域內(nèi)16個植物種群生態(tài)位寬度有下列特征：1)東山造林站生態(tài)位寬度特征值統(tǒng)計分析表明，最大值為5.987 8，最小值為0.163 3；特征值樣本平均數(shù)為2.125 5，標(biāo)準(zhǔn)差為2.058 0。2)南屏山生態(tài)位寬度特征值統(tǒng)計分析表明，最大值為8.261 8，最小值為0.189 5，；特征值樣本平均數(shù)為2.607 7，標(biāo)準(zhǔn)差為2.531 4。3)對兩個樣本平均數(shù)相比較的t測驗，兩個樣本平均數(shù)差數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤為1.920 2，t=0.251 1

2.2 生態(tài)位重疊特征

資源分享的數(shù)量或生態(tài)位重疊是理論生態(tài)學(xué)研究的中心問題。關(guān)于生態(tài)位重疊，不同的學(xué)者有不同的解釋。如：生態(tài)位重疊是兩個物種與其生態(tài)因子聯(lián)系上的相似性[9,15]，是兩個物種在適應(yīng)環(huán)境和利用資源的實際幅度或潛在能力方面所表現(xiàn)出來的共同性和相似性[7]，是群落中種群對相同資源的共同利用或共有的生態(tài)空間資源區(qū)域[16]。因此，種間生態(tài)位重疊多被認(rèn)為是物種多樣性及群落結(jié)構(gòu)的決定因素，反映該種群對資源的利用能力及在群落或生態(tài)系統(tǒng)中的功能位置，也反映了其所在群落的穩(wěn)定性[17]。簡而言之，生態(tài)位重疊是種群對資源利用狀況的量化響應(yīng)，是植物群落穩(wěn)定性的參數(shù)。

生態(tài)位重疊指數(shù)的選擇應(yīng)具有易進(jìn)行生物學(xué)解釋和對資源狀態(tài)可用性的變化進(jìn)行解釋的能力。 Petraitis特定重疊指數(shù)是基于種群對資源利用曲線分離的似然率而來，在計測方法中引入統(tǒng)計檢驗量，以解決大多數(shù)重疊測度方法難以確定重疊程度在統(tǒng)計學(xué)上是否顯著的限制[18]。在一定程度上較好地反映其對環(huán)境資源因子的利用情況及物種的空間關(guān)系。

分析區(qū)域內(nèi)16個植物種群組成256個種對特征值。結(jié)果顯示，1)東山造林站區(qū)域Petraitis特定重疊指數(shù)特征值統(tǒng)計分析表明：最大值為0.860 1，最小值為0.0000，眾數(shù)為0.0000，即差異不顯著的特征值有106個，占特征值總數(shù)的41.41%，表明對環(huán)境資源利用狀況差；特征值樣本平均數(shù)為0.345 6，標(biāo)準(zhǔn)差為0.330 8。2)南屏山區(qū)域Petraitis特定重疊指數(shù)特征值統(tǒng)計分析表明：最小值為0.767 8，最大值為0.986 2；特征值平均數(shù)為0.902 8，標(biāo)準(zhǔn)差為0.061 1。3)對兩個樣本平均數(shù)相比較的t測驗，兩個樣本平均數(shù)差數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤為0.006 843，︱t︱=81.423 6>t0.01(2.575 8)，即兩個區(qū)域Petraitis特定重疊指數(shù)特征值達(dá)極顯著水平差異，表明在兩個群落中相同植物種群對資源的利用差異極顯著，即兩種生態(tài)恢復(fù)模式的生態(tài)學(xué)效應(yīng)存在極差異顯著。4)Petraitis特定重疊指數(shù)特征值平均值比較結(jié)果為0.902 8(南屏山)>0.345 6(東山造林站)，說明在不同生態(tài)恢復(fù)模式下，植物群落中相同種群對環(huán)境資源的利用明顯不同，以封育為主要模式的南屏山區(qū)域優(yōu)于以造林為主要模式的東山造林站。

3 討論與小結(jié)

3.1 生態(tài)位理論可拓展生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)評價體系空間

生態(tài)位理論的應(yīng)用主要集中在植物群落優(yōu)勢種或主要種群生態(tài)位研究[10,12-14,17]，生態(tài)恢復(fù)與重建模式中鄉(xiāng)土樹種的生態(tài)位研究[18]和演替序列中優(yōu)勢種群生態(tài)位研究等方面[19-20]。本研究在生態(tài)位理論研究基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，擴(kuò)大研究對象及范圍，以兩個具有當(dāng)?shù)卮硇缘纳鷳B(tài)恢復(fù)模式進(jìn)行生態(tài)位特征的研究與對比，揭示相同植物種群在不同生態(tài)恢復(fù)模式下所產(chǎn)生的生態(tài)位特征響應(yīng)以及資源利用狀況特征參數(shù)，來間接反映不同生態(tài)恢復(fù)模式或技術(shù)手段產(chǎn)生的生態(tài)學(xué)效應(yīng)，拓展生態(tài)恢復(fù)評價體系的空間，為生態(tài)恢復(fù)提供了生態(tài)位理論依據(jù)。

3.2 Petraitis生態(tài)位特定重疊指數(shù)可為生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)評價指數(shù)

生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)的評價是多學(xué)科協(xié)作的系統(tǒng)工程，其系統(tǒng)性的特點規(guī)定了評價指標(biāo)和方法的多樣性和復(fù)雜性，不同的學(xué)科以其自身研究重點、技術(shù)手段為生態(tài)恢復(fù)評價體系設(shè)立了不同的評價指標(biāo)。Petraitis生態(tài)位特定重疊指數(shù)可定量顯示植物群落對資源位利用狀況的效應(yīng)，可作為生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)評價的新內(nèi)容和指標(biāo)，評估生態(tài)恢復(fù)過程中技術(shù)措施是否“因地制宜”，是否實現(xiàn)資源位的合理配置。

由于生態(tài)位計測模型很多且各有特點，利用生態(tài)位理論建立生態(tài)恢復(fù)效應(yīng)評價的指標(biāo)，尚需要更多的研究對其驗證。

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(責(zé)任編輯 武艷培)

Applications of the niche theory in ecological restoration evaluation

SUN Hui-dong, GAO Yun

(Lintao Agricultural School, Lintao 730500, China)

Using a series of indices proposed by Levins, Shannon-Wiener and Petraitis, the eigenvalue of niches for 16 plant population which existed in Nanping mountain and Dongshan afforestation station were investigated in the present paper. No significant difference presented in the niches breadths in two regions which showed that the competition relationship between the two population was not obvious and there was no significant difference in environmental resources. Significant differences existed in the Petraitis' overlapping indices which showed that there were significant effects on the ecological vegetation restoration patterns of these population. Shannon-wiener niche breadth and Petraitis specific overlap indices can be explored to evaluate the competition and resource utilization status among different plant communities, and it could reflect the characteristics of ecology which plant communities response to artificial interference. The niche theory could be used to evaluate the effect of ecological restoration.

ecological restoration effect evaluation； Shannon-wiener niche breadth; Petraitis specific overlap indices

10.11829j.issn.1001-0629.2013-0279

2013-05-20 接受日期：2013-09-03

孫會東(1969-)，男，甘肅臨洮人，講師，碩士，主要研究方向為農(nóng)業(yè)資源利用。E-mail:ltshd0226@126.com

S181;Q948.1

A

1001-0629(2014)06-1022-06*1