衡水湖濕地植被的種群生態(tài)位研究

劉志鵬，李 峰，王曉超

(衡水學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，河北 衡水 053000)

衡水湖濕地植被的種群生態(tài)位研究

劉志鵬，李 峰，王曉超

(衡水學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，河北 衡水 053000)

在衡水湖5個(gè)樣地對(duì)1個(gè)喬木群落以及4個(gè)草本群落開展生態(tài)位寬度和生態(tài)位重疊指數(shù)研究.其結(jié)果表明：廣生態(tài)位型的 5個(gè)植物種火炬樹(Rhus typhina)、檉柳(Tamarix chinensis)、蘆葦(Phragmites communies)、茵陳蒿(Artemisia capillaries)和堿蓬(Suaeda glauca)其生態(tài)位寬度比較大，BL和 B(SW)i兩個(gè)指數(shù)都是外來入侵種火炬樹最大，當(dāng)?shù)赝林N蘆葦次之，這反映了以上物種的地位和作用；存在生態(tài)位重疊的物種對(duì)占75.6%，即各物種對(duì)資源的共享趨勢(shì)比較明顯；但衡水湖高度的異質(zhì)化生境且最大生態(tài)位寬度種火炬樹為外來入侵種，共同造成了當(dāng)?shù)貙捝鷳B(tài)位物種間生態(tài)位重疊值不高的特點(diǎn).

生態(tài)多樣性；種間競(jìng)爭(zhēng)；生態(tài)位寬度；生態(tài)位重疊；衡水湖；濕地

0 引言

現(xiàn)代生態(tài)位理論的研究集中在生態(tài)位寬度、生態(tài)位重疊和生態(tài)位相似性比例等生態(tài)位測(cè)度的定量研究上，這些數(shù)據(jù)的積累是生態(tài)位理論指導(dǎo)林業(yè)、保護(hù)區(qū)實(shí)踐生產(chǎn)活動(dòng)的必要基礎(chǔ)[1-2].植被演替過程中生態(tài)位寬度的變化能反映出不同植物種群對(duì)不同資源的適應(yīng)能力差異[3]，而生態(tài)位重疊與生態(tài)位相似性比例之間有復(fù)雜的相關(guān)性，進(jìn)而共同決定群落的種組和結(jié)構(gòu)[4]，故林業(yè)上的種間配置必須要綜合考慮植物種群的以上 3個(gè)數(shù)值，并對(duì)比參考種間利用性競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系和強(qiáng)度，即如果是競(jìng)爭(zhēng)性的生態(tài)關(guān)系，那么至少要求盡可能將某一維度的資源不要重疊[5].衡水湖自然保護(hù)區(qū)是華北平原上第一個(gè)內(nèi)陸淡水湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，其植物群落的演替動(dòng)態(tài)和穩(wěn)定性是維持保護(hù)區(qū)生態(tài)效益的基礎(chǔ)[6]，對(duì)衡水湖保護(hù)區(qū)植被進(jìn)行生態(tài)位測(cè)度的定量化研究是非常有價(jià)值的.

1 研究方法

1.1 野外調(diào)查方法

根據(jù)衡水湖濕地不同地點(diǎn)的生境特征，設(shè)置5個(gè)樣地，具體為北岸堤、中心碼頭、北八里莊、前冢、劉家埝.北岸堤樣地為喬木群落，設(shè)置10 m × 10 m的樣方，記錄喬木的種名、株數(shù)、個(gè)體高度、胸徑等；在喬木樣方內(nèi)沿對(duì)角線設(shè)置3個(gè) 2 m × 2 m的灌木和1 m × 1 m的草本樣方，分別記錄植物的種名、株數(shù)、蓋度、平均高度等數(shù)據(jù).另外4個(gè)樣地均為草本群落，在每個(gè)樣地隨機(jī)設(shè)置1 m × 1 m的草本樣方，記錄方法同上.在5個(gè)樣地中共調(diào)查喬木樣方36個(gè)，灌木樣方108個(gè)，草本樣方180個(gè).同時(shí)記錄每個(gè)樣地的經(jīng)緯度、海拔高度、坡度、坡向以及土壤參數(shù)等環(huán)境特征[7].

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

重要值(I.V.)：

I.V.=相對(duì)密度+相對(duì)頻度+相對(duì)蓋度Levins生態(tài)位寬度(BL)：

Shannon-Wiener生態(tài)位寬度(B(sw)i)：

Pianka生態(tài)位重疊指數(shù)(Op)：

式中S為物種數(shù)，r為資源等級(jí)數(shù)(本文中為樣方數(shù))，Pij為物種i在第j資源位上的重要值占它所在全部資源位上重要值的比例，Op為物種i與物種k的生態(tài)位重疊值[8-11].

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)位寬度研究

生態(tài)位寬度度量了植物對(duì)資源環(huán)境利用的能力，其值越大表明植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力越強(qiáng)、對(duì)資源利用越充分.反之，則表明其在資源競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)[12].衡水湖濕地多度較大的幾個(gè)物種的生態(tài)位寬度如下：

表1 衡水湖濕地10種主要物種的生態(tài)位寬度

由表1可以看出，衡水湖濕地的常見物種中，生態(tài)位寬度由大到小的排列順序分別為：BL為火炬樹、蘆葦、茵陳蒿、堿蓬、檉柳、豬毛菜、獐茅、羅布麻、茜草、小藜；B(SW)i為火炬樹、蘆葦、茵陳蒿、堿蓬、檉柳、豬毛菜、獐茅、羅布麻、茜草、小藜.兩者計(jì)測(cè)的結(jié)果一致.火炬樹作為外來入侵種缺少天敵，加上其本身對(duì)鹽堿性土壤的適應(yīng)能力和極強(qiáng)的萌蘗生殖能力，導(dǎo)致了其在資源競(jìng)爭(zhēng)中的強(qiáng)勢(shì)地位，北岸堤林下其良好的自我更新情況也反映了這一點(diǎn)[13].蘆葦是衡水湖濕地沼澤中的原生植物，長(zhǎng)期的進(jìn)化使其高度適應(yīng)當(dāng)?shù)氐馁Y源配置狀況，水陸交錯(cuò)的生境利于蘆葦?shù)纳L(zhǎng)，所以蘆葦?shù)纳鷳B(tài)位也維持在一個(gè)較高的水平[14].茵陳蒿、堿蓬、豬毛菜等屬于典型的鹽生沙壤植被，在衡水湖濕地也有較廣的分布，可以用的資源位較多，生態(tài)位相對(duì)較高.而小藜和茜草屬于北岸堤喬木林下的伴生物種，衡水湖保護(hù)區(qū)內(nèi)的喬木林受自然條件和人工干擾的共同影響面積較小，所以其資源位利用比較狹窄，其生態(tài)位寬度也就較小.綜上不難看出：處于不同演替階段的群落形成了特定的環(huán)境特征，人為干擾也在一定程度上促成了生態(tài)位寬度的這種分布格局，而這種分布格局也是衡水湖濕地生態(tài)恢復(fù)過程中的典型格局.

2.2 生態(tài)位重疊研究

生態(tài)位重疊普遍存在，當(dāng)兩個(gè)物種利用同一資源或共同占有某一資源時(shí)就會(huì)出現(xiàn)生態(tài)位重疊現(xiàn)象，重疊數(shù)值是表明不同物種利用生態(tài)資源能力強(qiáng)弱的一個(gè)指標(biāo)，生態(tài)位重疊值越大，表明兩個(gè)物種利用資源的能力越相似[15].

對(duì)表2中存在生態(tài)重疊的非0數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出存在重疊關(guān)系的占75.6%，這說明各主要物種存在普遍的資源共享.以 0.8為生態(tài)位重疊極其明顯的衡量標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)堿蓬和檉柳(0.962)、獐茅和豬毛菜(0.844)以及茵陳蒿和豬毛菜(0.842)這三對(duì)植物種間存在極其明顯的生態(tài)位重疊，這可能是由于以上的三組物種對(duì)的生態(tài)學(xué)習(xí)性較為相似，對(duì)資源有較為相似的利用方式，對(duì)環(huán)境有著較為一致的適應(yīng)性.不難看出：雖然火炬樹的生態(tài)位寬度最大，但是與其他物種的重疊比例不高，且存在重疊的數(shù)值也普遍較低，與其最大生態(tài)位重疊的是檉柳，其值為0.592；其次是茜草，其值為0.481.可以看出當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)位寬的物種與其他物種的生態(tài)位重疊并不一定高，這是因?yàn)樯鷳B(tài)位寬度與生態(tài)位重疊分別描述的是種群對(duì)生態(tài)因子的適應(yīng)能力和相似程度，兩個(gè)異質(zhì)化明顯的生境中優(yōu)勢(shì)種往往會(huì)呈現(xiàn)這種特點(diǎn)[16]，而火炬樹作為外來入侵種其廣譜的適應(yīng)性和超強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力在這兩組數(shù)值的對(duì)比中都得到了體現(xiàn).此外，小藜、獐茅等物種與其他物種的生態(tài)位重疊現(xiàn)象相對(duì)較少，這或許與所調(diào)查的樣地中出現(xiàn)的較少有一定關(guān)系.

表2 衡水湖濕地10種主要物種的生態(tài)位重疊值

3 小結(jié)

衡水湖濕地是集湖泊、河流、淺灘、沼澤、森林、草地、農(nóng)田等地貌為一體的綜合性保護(hù)區(qū)，其生境的異質(zhì)性非常明顯，這里的植物物種有很多都為廣生態(tài)位型，其中火炬樹、檉柳、蘆葦、茵陳蒿和堿蓬的生態(tài)位寬度值較大，這從一個(gè)側(cè)面反映了以上 5個(gè)物種在衡水湖濕地植物群落中的地位和作用.土壤的鹽堿化是衡水湖濕地的顯著性主導(dǎo)生態(tài)因子，因此適應(yīng)鹽生環(huán)境的植物種其生態(tài)位寬度普遍較大，鹽生植被也就成為了衡水湖濕地的主要植被；此外火炬樹作為外來入侵種的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，蘆葦作為當(dāng)?shù)赝林N在長(zhǎng)期進(jìn)化中的高度適應(yīng)性，造成此兩者在競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勢(shì)地位.此外，衡水湖典型的地貌特征所造成其在空間上的異質(zhì)化生境，以及最大生態(tài)位寬度的外來入侵種——火炬樹的存在，共同造成了當(dāng)?shù)貙捝鷳B(tài)位的物種之間生態(tài)位重疊并不非常高的特點(diǎn).

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(責(zé)任編校：李建明英文校對(duì)：李玉玲)

學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)

科學(xué)家利用發(fā)光蛋白監(jiān)控藥物濃度

科學(xué)家新研制出一種在治療過程中監(jiān)控藥物濃度的方法，其利用光來識(shí)別有害的用藥過量和無效的用藥過少，這是在線發(fā)表于《自然—化學(xué)生物學(xué)》上的一項(xiàng)報(bào)告介紹的內(nèi)容.該方法的簡(jiǎn)便或?qū)υ\斷實(shí)驗(yàn)室之外的藥物治療的監(jiān)控有著特別價(jià)值.

最佳用藥劑量，或者說處方藥的濃度，根據(jù)疾病種類和經(jīng)過治療的特定患者情況而具有很大變數(shù).有些藥物的“治療窗口”很有限，意味著這些藥物必須在特定濃度下使用，才能有效治療疾病且不會(huì)對(duì)患者產(chǎn)生毒副作用.因而，能否確定給出的劑量屬于正確濃度是非常重要的.但是目前，確定藥物濃度所需要的流程冗長(zhǎng)，所使用的設(shè)備也都暫時(shí)只能在醫(yī)生辦公室和臨床實(shí)驗(yàn)室中使用，無法普及推廣.

Kai Johnsson等人將一些能發(fā)光的蛋白質(zhì)混入合成材料制成一種大型感應(yīng)分子，并將這些分子導(dǎo)入血液樣本中.當(dāng)藥物分子不存在時(shí)，這種感應(yīng)分子會(huì)發(fā)出紅光.而一旦與藥物結(jié)合，感應(yīng)分子便會(huì)發(fā)出藍(lán)光，紅光和藍(lán)光的比例則由藥物濃度決定.研究人員經(jīng)過驗(yàn)證，證實(shí)了這種感應(yīng)分子可對(duì)6種不同的常用藥物產(chǎn)生作用.

由于該分子會(huì)發(fā)光，因此利用商用數(shù)碼拍攝器材便可從一滴血中檢測(cè)到分子信號(hào)，這意味著該方法可擴(kuò)展應(yīng)用到患者家中和那些基礎(chǔ)設(shè)施有限的發(fā)展中國(guó)家地區(qū).

一種原子鐘量子網(wǎng)絡(luò)測(cè)時(shí)更精確穩(wěn)定

相比現(xiàn)有的原子鐘，一種由原子鐘組成的量子網(wǎng)絡(luò)能打造更精確和穩(wěn)定的測(cè)時(shí)裝置，這是在線發(fā)表于《自然—物理學(xué)》上的一篇論文報(bào)告的結(jié)論.這種網(wǎng)絡(luò)可具有技術(shù)應(yīng)用比如為地球科學(xué)研究提供技術(shù)資源以及為相對(duì)論和量子引力提供基礎(chǔ)測(cè)試.

現(xiàn)代世界非常依賴于精確的測(cè)時(shí)，比如全球定位系統(tǒng)的操作或者高頻率金融交易的同步.

基于精確計(jì)量學(xué)和兩字技術(shù)的結(jié)合，Peter Kómár、Mikhail Lukin等人發(fā)現(xiàn)一種共享量子糾纏的原子鐘網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定測(cè)時(shí)，效果比任何單個(gè)原子鐘都要好.由于分布在地球各區(qū)域和衛(wèi)星上，原子鐘網(wǎng)絡(luò)能實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)地區(qū)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的保持和同步——相當(dāng)于真正的世界時(shí)鐘.而且，恰恰由于其屬性，這種原子鐘的量子網(wǎng)絡(luò)能夠被保護(hù)不受到量子密碼破解的攻擊.

(摘自中國(guó)科學(xué)院網(wǎng)站：http://www.cas.cn/xw/kjsm/qkzl/201407/t20140702_4147227.shtml)

Study on Niche Characteristics of Plant Populations in Hengshui Lake Wetland

LIU Zhi-peng, LI Feng, WANG Xiao-chao
(College of Life Sciences, Hengshui University, Hengshui, Hebei 053000, China)

This study focused on plant niche breadth index and niche overlap index in 5 sample sites (1 forest and 4 herbosa) of Hengshuihu wetlands. The result shows that the niche breadths of five widespread species (Rhus typhina, Tamarix chinensis, Phragmites communies, Artemisia capillaries, and Suaeda glauca) are larger. The values of BLand B(SW)iindicate that Rhus typhina is the biggest and Phragmites communies is the second. The results show that both Rhus typhina and Phragmites communies are very important in Hengshui Lake wetland. The niche overlap rate of species is 75.6%, indicating that the trend that different species share the same resource is obvious. But the habitats in Hengshui Lake wetland are highly heterogeneous, and Rhus typhina with the maximum niche breadth is an invasive plant. This has caused the low niche overlap value among wide niche species.

biodiversity; interspecies competition; niche breadth; niche overlap; Hengshui Lake; wetland

Q143

A

1673-2065(2014)04-0005-04

10.3969/j.issn.1673-2065.2014.04.002

2014-05-21

衡水學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新重點(diǎn)立項(xiàng)課題(2012006); 河北省高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目(Z2011245)

劉志鵬(1991-),男,河北豐潤(rùn)人,衡水學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院學(xué)生;

李 峰(1977-),男,河北深州人,衡水學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院講師,理學(xué)碩士.