半干旱區(qū)濕地干草原交錯(cuò)帶判定及植物群落與環(huán)境關(guān)系的典范對(duì)應(yīng)分析

李海濤,劉小丹,張克斌?,西拉杰·馬默

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京;2.河北環(huán)境工程學(xué)院,066102,河北秦皇島)

半干旱區(qū)濕地干草原交錯(cuò)帶判定及植物群落與環(huán)境關(guān)系的典范對(duì)應(yīng)分析

李海濤1,劉小丹2,張克斌1?,西拉杰·馬默1

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,100083,北京;2.河北環(huán)境工程學(xué)院,066102,河北秦皇島)

為探究半干旱區(qū)濕地干草原生態(tài)交錯(cuò)帶的邊界及影響其植被空間分布格局的主要環(huán)境因子,以寧夏哈巴湖荒漠濕地自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的四兒灘濕地為例,采用樣線調(diào)查法獲得植被與環(huán)境數(shù)據(jù):首先利用游動(dòng)分割窗技術(shù)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行交錯(cuò)帶定量判定,將其分為旱生帶、交錯(cuò)帶、濕生帶并計(jì)算沿不同生境梯度β多樣性變化趨勢(shì);然后,采用典范對(duì)應(yīng)分析法對(duì)研究區(qū)植被數(shù)據(jù)矩陣和環(huán)境數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行排序,同時(shí)進(jìn)行排序軸與土壤環(huán)境因子間的秩相關(guān)分析。結(jié)果表明:采用游動(dòng)分割窗技術(shù)判定四兒灘濕地干草原交錯(cuò)帶最適窗口寬度為6～8個(gè)樣方;不同生境帶β多樣性指數(shù)存在明顯梯度變化;典范對(duì)應(yīng)分析結(jié)果顯示,植被在CCA排序圖上的分布與游動(dòng)分割窗技術(shù)的劃分結(jié)果相吻合,含鹽量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、含水量是影響四兒灘植被空間分布的主要環(huán)境因子,對(duì)含鹽量和含水量有較高適應(yīng)值的物種集中分布于土壤鹽漬化嚴(yán)重的濕生帶。研究結(jié)果將為四兒灘濕地的恢復(fù)和保護(hù)提供參考。

四兒灘濕地;生態(tài)交錯(cuò)帶;游動(dòng)分割窗技術(shù);典范對(duì)應(yīng)分析

生態(tài)交錯(cuò)帶是一個(gè)氣候、環(huán)境敏感地帶,對(duì)其周?chē)h(huán)境變化具有提前指示作用。群落交錯(cuò)帶的定量判定是研究其生態(tài)學(xué)過(guò)程的基礎(chǔ),特別是在斑塊尺度格局和動(dòng)態(tài)、群落尺度和種群統(tǒng)計(jì)等研究中具有重要意義[1]。植被是研究交錯(cuò)帶的主要載體,因此研究生態(tài)交錯(cuò)帶,需探討影響植被分布的主要環(huán)境因子。國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別對(duì)生態(tài)交錯(cuò)帶和植被分布與環(huán)境關(guān)系的對(duì)應(yīng)分析進(jìn)行了大量研究,但將兩者結(jié)合分析的研究極少。于大炮等[2]利用游動(dòng)分割窗技術(shù)對(duì)長(zhǎng)白山高山林線交錯(cuò)區(qū)進(jìn)行了定量判定,并能準(zhǔn)確地反映交錯(cuò)帶植被的變異。郝占慶等[34]通過(guò)樣地調(diào)查結(jié)合典范對(duì)應(yīng)分析探討了長(zhǎng)白山北坡草本和木本植物分布與環(huán)境因子的對(duì)應(yīng)關(guān)系。賈寶全等[5]通過(guò)植被蓋度隨著與綠洲距離的變化發(fā)現(xiàn)植被蓋度的變化為綠洲附近與交錯(cuò)帶外圍靠近流沙的地方較低,而位于流沙和綠洲之間的部分相應(yīng)較高。朱軍濤等[6]研究額濟(jì)納荒漠綠洲的植物群落分布狀況與地下水環(huán)境的對(duì)應(yīng)關(guān)系,得出地下水環(huán)境的礦化度、pH、水埋深等因子對(duì)植被群落產(chǎn)生顯著影響。C.J.Burk[7]發(fā)現(xiàn)新英格蘭內(nèi)陸與淡水沼澤交錯(cuò)區(qū)的維管植物多樣性呈現(xiàn)濕地與水域交錯(cuò)區(qū)向沼澤中部逐漸增大的趨勢(shì)。

我國(guó)西部?jī)?nèi)陸濕地主要分布于新疆、甘肅和寧夏等地,占我國(guó)濕地總面積的10%左右,而且西北地區(qū)濕地以鹽湖和沼澤濕地為主,主要分布于江河源頭地區(qū)、綠洲和內(nèi)陸湖濱等生態(tài)環(huán)境脆弱地帶,一經(jīng)破壞則很難恢復(fù)[8]。四兒灘濕地作為寧夏哈巴湖荒漠濕地保護(hù)區(qū)內(nèi)最大的一塊濕地,對(duì)其連續(xù)11年的采樣調(diào)查發(fā)現(xiàn),濕地面積不斷萎縮,濕地功能逐漸退化。本文擬通過(guò)游動(dòng)分割窗技術(shù)首先對(duì)其進(jìn)行生境帶的劃分,采用典范對(duì)應(yīng)分析探討影響研究區(qū)鹽堿濕地植被分布的主要環(huán)境因子,分析其萎縮、退化原因,以期為哈巴湖荒漠濕地的保護(hù)和恢復(fù)提供理論依據(jù),同時(shí)為保護(hù)干旱、半干旱區(qū)濕地和維持其生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性提供參考。

1 研究區(qū)概況

鹽池縣位于寧夏回族自治區(qū),南靠黃土高原,北與毛烏素沙地相連,地形上自南向北是從黃土丘陵區(qū)向鄂爾多斯臺(tái)地過(guò)渡地帶。在氣候上,屬典型的大陸性季風(fēng)氣候,降雨少,年降水量346.9 mm;日照時(shí)長(zhǎng)達(dá)2804.9 h,年均無(wú)霜期190 d,年均氣溫9.3℃;植被屬于干草原向荒漠的過(guò)渡地帶,植被類(lèi)型有灌叢、草原、草甸、沼澤、荒漠等植被類(lèi)型;土壤類(lèi)型主要為灰鈣土。

四兒灘濕地位于鹽池縣城以南8 km處,E107°24′, N37°43′,面積大約為1 420 hm2,海拔為1 320～1 370 m,隸屬于哈巴湖荒漠濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。濕地水域面積主要受區(qū)域降水量影響,季節(jié)性積水特征明顯,土壤鹽漬化嚴(yán)重,屬于我國(guó)干旱、半干旱區(qū)的典型內(nèi)陸濕地。

2 研究方法

2.1 調(diào)查與采樣

鹽池四兒灘濕地是國(guó)家荒漠化定位監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的濕地定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)。筆者于2015年7月(植物生長(zhǎng)季)對(duì)四兒灘濕地進(jìn)行野外植被調(diào)查。樣線布設(shè)從濕地核心區(qū)固定的水泥樁開(kāi)始向東、西、南、北4個(gè)方向輻射4條樣線,考慮到調(diào)查區(qū)域都是草本植被群落,沿樣線每隔20 m隨機(jī)布設(shè)1 m×1 m的小樣方,直至旱生帶植被群落結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化時(shí)樣方停止。每個(gè)樣方調(diào)查內(nèi)容包括植物名稱、株數(shù)、高度、蓋度、生物量等指標(biāo)。由于樣方間隔距離較小,每隔1個(gè)樣方取土樣,取土深度為0～30 cm,土樣測(cè)定內(nèi)容包括速效磷、速效鉀、全氮、有機(jī)質(zhì)、含水量和電導(dǎo)率。有研究指出土壤含鹽量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))與電導(dǎo)率呈顯著正相關(guān),所以直接采用電導(dǎo)率表示土壤鹽漬化程度是可行的[9]。

2.2 生態(tài)交錯(cuò)帶判定

生態(tài)交錯(cuò)帶的判定基于研究區(qū)的植被重要值,利用多個(gè)(偶數(shù))樣方組成的窗體沿樣線逐個(gè)樣方滑動(dòng),采用平方歐氏距離(Dn)計(jì)算2個(gè)1/2窗體A和B間的相異系數(shù)[10]。

式中:Dn為窗體為n時(shí)的平方歐氏距離,XiA和XiB分別對(duì)應(yīng)參數(shù)為i時(shí)A、B半窗體的值,m為窗口變量數(shù)。

2.3 β多樣性指標(biāo)

β多樣性也被稱為生境間的多樣性,強(qiáng)調(diào)的是沿環(huán)境梯度不同生境群落之間物種組成的相異性,β多樣性越大,表明不同群落之間的共有種越少[11]。計(jì)算四兒灘濕地沿濕地中心輻射出的4條樣線β多樣性指標(biāo)變化可以進(jìn)一步檢驗(yàn)游動(dòng)分割窗技術(shù)的準(zhǔn)確性。

二元屬性數(shù)據(jù)測(cè)度包括:

數(shù)量數(shù)據(jù)測(cè)度法為Bray-curtis指數(shù)

式中:g(H)、l(H)分別為沿生境梯度H增加和失去的物種數(shù)。a、b為2群落的物種數(shù),c為2群落共有的物種數(shù),j為2群落共有種中重要值較小者之和。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用游動(dòng)分割窗技術(shù)對(duì)樣地進(jìn)行生態(tài)交錯(cuò)帶的定量判定,根據(jù)所得結(jié)果對(duì)研究區(qū)進(jìn)行濕生帶、交錯(cuò)帶、旱生帶3帶劃分;然后計(jì)算出4條樣線從濕地中心沿3個(gè)生境梯度β多樣性指標(biāo)的變化(表1);最后在每條樣線上的不同生境帶選擇3個(gè)典型樣方,以調(diào)查的32種草本物種重要值組成36×32的植被數(shù)據(jù)矩陣,以測(cè)得的土壤理化性質(zhì)組成36×6的環(huán)境數(shù)據(jù)矩陣,利用Canoco for windows 4.5進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 適宜窗口寬度的選擇

圖1是以四兒灘濕地南樣線上的植物重要值為指標(biāo),分別采用4、6、8、10個(gè)樣方窗口寬度計(jì)算的平方歐氏距離在樣帶系列上的分布圖。由圖1可知,當(dāng)窗口寬度為4個(gè)樣方時(shí),平方歐氏距離出現(xiàn)多波峰噪聲干擾,并且峰值陡上陡下,說(shuō)明以4個(gè)樣方作為窗口寬度太小不能準(zhǔn)確判斷交錯(cuò)帶。當(dāng)窗口寬度為6～10個(gè)樣方時(shí),平方歐式距離變化趨于一致,但窗口寬度為6個(gè)樣方時(shí),還是存在2半窗口之間過(guò)度不平穩(wěn)的現(xiàn)象。窗口寬度為10個(gè)樣方時(shí),平方歐式距離變化不明顯,并且削弱了最大峰值。綜合比較可知,南樣線選擇8個(gè)樣方作為窗口寬度最為合理。3.2 交錯(cuò)帶判定結(jié)果分析

圖1 南樣線不同窗口寬度平方歐式距離(Dn)與樣帶系列Fig.1 Squared euclidean distance(Dn)under different window width of south transect line

根據(jù)上文對(duì)于南樣線適宜窗口寬度的選擇方法判定其余3條樣線,可知東樣線的適宜窗口寬度為6個(gè)樣方,西樣線和北樣線依舊為8個(gè)樣方。圖2為四兒灘東、西、北3條樣線分別在適宜窗口寬度下,平方歐氏距離在樣帶系列上的分布圖。由游動(dòng)分割窗技術(shù)的峰值理論可以明顯判斷出各樣線交錯(cuò)帶位置和寬度[12]。由圖2可知各樣線峰值較高說(shuō)明交錯(cuò)帶過(guò)渡明顯,不同樣線的生態(tài)交錯(cuò)帶寬度不同。結(jié)合野外調(diào)查可知,以東樣線為例:濕生帶(樣方1～6)只出現(xiàn)鹽爪爪(Kalidium foliatum)、堿蓬(Suaeda glauca)等濕生植物,交錯(cuò)帶(樣方7～11)不只出現(xiàn)芨芨草(Achnatherum splendens)等濕生植物、還有草瑞香(Diarthron inifalium)等交錯(cuò)帶特有種及蒙古蟲(chóng)實(shí)(Corispermum mongolicum)等草原植物。旱生帶(樣方12～21)主要出現(xiàn)了刺沙蓬(Salsola ruthenica)、豬毛蒿(Artemisia scoparia)等耐干旱的植物。這也說(shuō)明游動(dòng)分割窗技術(shù)能夠準(zhǔn)確判定交錯(cuò)帶的位置。

3.3 不同生境梯度植物群落β多樣性變化

由表1可以看出4條樣線Jaccard指數(shù)、Sorensen指數(shù)和Bray-curtis 指數(shù)都是交錯(cuò)帶旱生帶＞濕生帶交錯(cuò)帶的生境梯度變化,而Cody指數(shù)則是濕生帶交錯(cuò)帶＞交錯(cuò)帶旱生帶,說(shuō)明四兒灘濕地濕生帶與交錯(cuò)帶共有種數(shù)少,交錯(cuò)帶與旱生帶共有種數(shù)相對(duì)較多更替速率大。不同樣線間的相同生境梯度的β多樣性指數(shù)差異不大,從濕地中心向外輻射的4條樣線都表現(xiàn)出一致的規(guī)律,表明四兒灘濕地確實(shí)存在明顯的生境帶梯度。

圖2 東樣線6個(gè)樣方、西和北樣線8個(gè)樣方為窗口寬度的平方歐式距離與樣帶系列Fig.2 Squared euclidean distance(Dn)under 6 or 8 quadrats as window width at east or west and north transect line

3.4 四兒灘濕地植被典范對(duì)應(yīng)分析

為探究前文得出的生境帶分化原因,對(duì)四兒灘濕地植被與環(huán)境因子進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析。CCA二維排序軸是一種通過(guò)特征根值反映相應(yīng)的排序軸所包涵的物種重要值矩陣中的信息量大小的生態(tài)梯度抽象軸[13],相關(guān)系數(shù)表示抽象軸與真實(shí)環(huán)境梯度的相關(guān)性的大小[14]。由表2可得,前兩軸特征根值之和占總特征根值的68.8%,而排序軸1,物種與環(huán)境的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.975,累計(jì)貢獻(xiàn)率為50.9,反映了排序的絕大部分信息,排序結(jié)果可靠。

表1 2015年四兒灘濕地不同生境梯度植物群落β多樣性Tab.1 Plant community diversity of different habitat gradient in Siertan Wetland

表2 典范對(duì)應(yīng)排序軸特征值及解釋比例Tab.2 Eigenvalues and explanation percentage of CCA axes

由圖3可知,電導(dǎo)率和含水量箭頭連線最長(zhǎng)且都與物種第1排序軸和環(huán)境第1排序軸呈極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.868 4、0.917 0和0.841 6、0.891 4(表3),說(shuō)明它們?cè)诘?排序軸上的位置很大程度上反映了其生態(tài)特點(diǎn),是影響四兒灘濕地植被分布的主要環(huán)境因子。相比較而言速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)箭頭連線較短與第1排序軸正相關(guān)性較小,對(duì)植被分布影響較小,而N元素雖箭頭連線較長(zhǎng),但與第1排序軸呈不顯著負(fù)相關(guān)。從圖3還可以看出電導(dǎo)率和含水量與第1軸方向基本一致,即表明第1軸從左到右,土壤含水量和含鹽量逐漸增大。沿第1排序軸從右到左,將圖3各物種垂直投影于環(huán)境變量箭頭線(或延長(zhǎng)線)上,根據(jù)物種距離變量箭頭的相對(duì)位置,可得出種1(鹽爪爪)、種2 (堿蓬)和種5(芨芨草)在含鹽量和含水量較大時(shí)具有最適值,分布于鹽漬化程度較高的濕生帶;而種23(苦豆子)、24(駱駝蓬)、25(老瓜頭)等物種投影于兩環(huán)境變量延長(zhǎng)線上,最適值較低分布于旱生帶,種7(白刺),6(草瑞香)最適值適中,主要分布于交錯(cuò)帶。對(duì)與前文通過(guò)游動(dòng)分割窗技術(shù)的3帶劃分及野外調(diào)查的植被分布結(jié)果相吻合。

表3 物種、環(huán)境因子前兩個(gè)CCA排序軸及環(huán)境因子間的相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation coefficients for species axis 1 and axis 2,environmental factors axis 1 and axis 2 and environmental factors

圖3 四兒灘濕地植被與環(huán)境因子的CCA二維排序圖Fig.3 CCA two-dimensional ordination diagram of vegetation and environmental factors in Siertan Wetland

4 結(jié)論與討論

游動(dòng)分割窗技術(shù)主要通過(guò)窗體滑動(dòng)求得相鄰取樣區(qū)間的滑動(dòng)平均相異系數(shù),消除因個(gè)別樣方取樣偏差或環(huán)境突變?cè)斐傻膯蝹€(gè)兩兩樣方間相異系數(shù)的陡然變化引起的交錯(cuò)帶誤判[15]。采用游動(dòng)分割窗技術(shù)過(guò)程中,必須首先探討最適窗口寬度:窗口選擇過(guò)小,滑動(dòng)平均就沒(méi)有意義并產(chǎn)生多波峰干擾判斷;若窗口寬度選擇太大,容易削弱波峰。對(duì)四兒灘濕地草本重要值計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)窗口寬度選擇為6～8個(gè)窗口寬度時(shí)交錯(cuò)帶邊界清晰可見(jiàn)。然而田曉玲等[16]在研究晉西林草復(fù)合系統(tǒng)交錯(cuò)區(qū)中認(rèn)為8～10個(gè)窗口寬度為宜;石培禮等[15]在四川岷江冷杉林線交錯(cuò)帶的研究中得出最適窗口寬度應(yīng)為8～12。綜合分析可知由于樣地尺度和研究對(duì)象的不同可能導(dǎo)致最適窗口寬度的差異,如研究海拔梯度變化引起的高山林線交錯(cuò)帶和復(fù)合農(nóng)林系統(tǒng)時(shí),由于布設(shè)樣線跨度大,樣方數(shù)量多,增大窗口寬度可以消減多波峰干擾。四兒灘濕地4條樣線沿不同生境梯度上β多樣性表現(xiàn)出較大差異,出現(xiàn)明顯物種更替,體現(xiàn)在:濕生帶明顯集中分布耐濕、耐鹽堿的植被;交錯(cuò)帶植被種類(lèi)多,生物多樣性豐富,主要以以濕生、鹽中生、中生的植被為主;旱生帶以中生、旱中生的草原植被為主。

四兒灘濕地從中心向外輻射范圍不足1 km,屬于小規(guī)模斑塊狀濕地,各環(huán)境因子空間變異值不大。不同于郝占慶等[3]對(duì)長(zhǎng)白山北坡草本植物分布與環(huán)境關(guān)系的研究,區(qū)域跨度大,坡度、海拔等環(huán)境因子大幅變化導(dǎo)致土壤因子的變化顯著、植被分布空間差異明顯;但是,典范對(duì)應(yīng)分析法在對(duì)應(yīng)分析的迭代過(guò)程中結(jié)合了多元回歸分析,將每次得到的排序值均與環(huán)境因子進(jìn)行多元線性回歸,使環(huán)境因子對(duì)排序結(jié)果的影響更為直觀準(zhǔn)確[17],所以同樣適用于小尺度的生態(tài)交錯(cuò)區(qū)。四兒灘濕地植被空間分布格局主要源于地表水存在有邊緣向中心遞增的水文梯度,受地勢(shì)影響土壤鹽分也主要集中在濕地中心。CCA結(jié)果也表明相比較其他營(yíng)養(yǎng)元素,含水量和含鹽量是影響四兒灘植被分布的主要因素,即對(duì)水分和鹽度的耐受力決定了植被的空間分布格局。

由于干旱、半干旱地區(qū)濕地受土壤沙化和土地鹽漬化的影響,使得濕地植被分布呈斑塊狀和片狀,濕地規(guī)模也受到限制,對(duì)環(huán)境響應(yīng)更加敏感[18]。不同于其他大規(guī)模典型濕地,西北內(nèi)陸濕地受降雨量影響較大,季節(jié)積水現(xiàn)象明顯,鹽堿化程度較高,容易產(chǎn)生逆向演替逐漸退化。鑒于西北地區(qū)濕地多分布于生態(tài)環(huán)境敏感地帶的特點(diǎn)及生態(tài)交錯(cuò)帶的提前指示作用,對(duì)四兒灘濕地生態(tài)交錯(cuò)帶的判定和影響其植被分布的研究結(jié)論對(duì)于荒漠濕地的保護(hù)意義重大。今后保護(hù)區(qū)的工作重點(diǎn)應(yīng)是保護(hù)濕地不受人為破壞、補(bǔ)充濕地入水量、改善鹽漬化土地,維護(hù)濕地植物物種多樣性,使?jié)竦刂脖豢臻g分布格局朝正向演替。

[1] 王曉,張克斌,楊曉暉,等.半干旱區(qū)濕地干草原交錯(cuò)帶邊界判定及其變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2012,32 (16):5122.Wang Xiao,Zhang Kebin,Yang Xiaohui,et al.Research on boundary definition and changes of wetland-dry grassland[J].Acta Ecologica Sinica,2012,32(16):5122. (in Chinese)

[2] 于大炮,唐立娜,王紹先,等.長(zhǎng)白山北坡植被垂直帶群落交錯(cuò)區(qū)的定量判定[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2004,15 (10):1763. Yu Dapao,Tang Lina,Wang Shaoxian,et al.Quantitative methodologies for ecotone determination on north slope of Changbai Mountains[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2004,15(10):1763.(in Chinese)

[3] 郝占慶,郭水良.長(zhǎng)白山北坡草本植物分布與環(huán)境關(guān)系的典范對(duì)應(yīng)分析[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2003,23(10): 2002. Hao Zhanqing,Guo Shuiliang.Canonical correspondence analysis on relationship of herbs with their environments on northern slope of Changbai mountain[J].Acta Ecologica Sinica,2003,23(10):2002.(in Chinese)

[4] 郝占慶,郭水良,葉吉.長(zhǎng)白山北坡木本植物分布與環(huán)境關(guān)系的典范對(duì)應(yīng)分析[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2003, 27(6):737. Hao Zhanqing,Guo Shuiliang,Ye Ji.Canonical correspondence analysis on relationship of woody plants with their environments on the northern slope of Changbai mountain[J].Chinese Journal of Applied Ecology, 2003,27(6):737.(in Chinese)

[5] 賈寶全,慈龍駿,蔡體久,等.綠洲荒漠交錯(cuò)帶環(huán)境特征初步研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002,13(9):1104. Jia Baoquan,Ci Longjun,Cai Tijiu,et al.Preliminary research on environmental characteristics of oasis-desert ecotone[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2002, 13(9):1104.(in Chinese)

[6] 朱軍濤,于靜潔,王平,等.額濟(jì)納荒漠綠洲植物群落的數(shù)量分類(lèi)及其與地下水環(huán)境的關(guān)系分析[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2011,35(5):480. Zhu Juntao,Yu Jingjie,Wang Ping,et al.Quantitative classification and analysis of relationships between plant communities and their groundwater environment in the Ejin Desert Oasis of China[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2011,35(5):480.(in Chinese)

[7] Burk C J.A four-year analysis of vegetation following an oil spill in a freshwater marsh[J].Journal of Applied E-cology,1977,323(1):117.

[8] 朱剛,高會(huì)軍,曾光.西北內(nèi)陸干旱區(qū)濕地景觀格局變化:以新疆準(zhǔn)噶爾內(nèi)流區(qū)為例[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2014,28(8):77. Zhu Gang,Gao Huijun,Zeng Guang.Changes of wetland landscape pattern of the arid inland in northwest of Chinaa case of the inland water of Junggar in Xinjiang[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment,2014, 28(8):77.(in Chinese)

[9] 張瑜斌,鄧愛(ài)英,莊鐵誠(chéng),等.潮間帶土壤鹽度與電導(dǎo)率的關(guān)系[J].生態(tài)環(huán)境,2003,12(2):165. Zhang Yubin,Deng Aiying,Zhuang Tiecheng,et al.Relation between soil salinity in intertidal zone and electric conductivity[J].Ecology and Environment,2003,12 (2):165.(in Chinese)

[10]石培禮,李文華.生態(tài)交錯(cuò)帶的定量判定[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2002,22(4):589. Shi Peili,Li Wenhua.Quantitative methodologies for ecotone determination[J].Acta Ecologica Sinica,2002,22 (4):589.(in Chinese)

[11]彭思羿,胡廣,于明堅(jiān).千島湖島嶼維管植物β多樣性及其影響因素[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(14):3867. Peng Siyi,Hu Guang,Yu Mingjian.Beta diversity of vascular plant and its influencing factors on islands in the Thousand Island Lake[J].Acta Ecologica Sinica,2014, 34(14):3867.(in Chinese)

[12]時(shí)項(xiàng)鋒,許冬梅,邱開(kāi)陽(yáng),等.游動(dòng)分割窗技術(shù)在景觀界面影響域判定中的應(yīng)用:以牛枝子黑沙蒿群落界面為例[J].草業(yè)科學(xué),2010,27(4):31. Shi Xiangfeng,Xu Dongmei,Qiu Kaiyang,et al.Application of moving split-window technique in quantitative methodologies for edge influence of landscape boundary:a case study of Lespedeza potaninii-Artemisia ordosica community[J].Pratacultural Science,2010,27(4):31. (in Chinese)

[13]余敏,周志勇,康峰峰,等.山西靈空山小蛇溝林下草本層植物群落梯度分析及環(huán)境解釋[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2013,37(5):378. Yu Min,Zhou Zhiyong,Kang Fengfeng,et al.Gradient analysis and environmental interpretation of understory herb-layer communities in Xiaoshegou of Lingkong Mountain,Shanxi,China[J].Chinese Journal of Plant Ecology,2013,37(5):378.(in Chinese)

[14]張玲,王承義.大小興安嶺過(guò)渡區(qū)闊葉紅松林次生演替階段群落多樣性指數(shù)與環(huán)境因子關(guān)系[J].森林工程,2014,30(5):3. Zhang Ling,Wang Chengyi.Relationship between species diversity and environmental factors of plant community at different succession stages in ecotone of Great Xing' an and Xiaoxing'an mountains[J].Forest Engineering, 2014,30(5):3.(in Chinese)

[15]石培禮,劉興良.游動(dòng)分割窗技術(shù)在生態(tài)交錯(cuò)帶定量判定中的應(yīng)用:以四川巴郎山岷江冷杉林線為例[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2002,26(2):190.Shi Peili,Liu Xingliang.The application of moving splitwindow technique in determining ecotone:a case study of abies faxoniana timberline in Balang mountain in Sichuan province[J].Acta Phytoecologica Sinica,2002,26(2): 190.(in Chinese)

[16]田曉玲,畢華興,云雷,等.晉西黃土區(qū)林草復(fù)合系統(tǒng)草本植物多樣性特征[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011, 33(1):66. Tian Xiaoling,Bi Huaxing,Yun Lei,et al.Herbaceous plant diversity of silvopastoral system in the loess region of western Shanxi province,northern China[J].Journal of Beijing Forestry University,2011,33(1):66.(in Chinese)

[17]楊思存,逄煥成,王成寶,等.基于典范對(duì)應(yīng)分析的甘肅引黃灌區(qū)土壤鹽漬化特征研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014,47(1):102.

Yang Sicun,Pang Huancheng,Wang Chengbao,et al. Characterization of soil salinization based on canonical correspondence analysis method in Gansu Yellow River irrigation district of northwest China[J].Scientia Agricultura Sinica,2014,47(1):102.(in Chinese)

[18]李瑞,張克斌,劉云芳,等.西北半干旱區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)植物群落空間分布特征研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,30(1):11. Li Rui,Zhang Kebin,Liu Yunfang,et al.Plant community spatial distribution pattern of wetland ecosystem in a semi-arid region of northwestern China[J].Journal of Beijing Forestry University,2008,30(1):11.(in Chinese)

Ecotone definition between wetland and dry grassland in semi-arid region and the canonical correspondence analysis of plant community in relation to environment factors

Li Haitao1,Liu Xiaodan2,Zhang Kebin1,Siraj Mammo1

(1.College of Soil and Water Conservation,Beijing Forestry University,100083,Beijing,China; 2.Hebei University of Environmental Engineering,066102,Qinhuangdao,Hebei,China)

[Background]Siertan Wetland is the largest wetland of Habahu Desert Wetland Nature Reserve in Yanchi County,Ningxia Autonomous Region.Through the annual vegetation investigation which has been carried out for 11 years,we found that the area of Siertan Wetland is shrinking year by year.Many researchers concluded that the ecotone is very sensitive to the change of environment,thus it can be used to predict the change of the ecological environment in advance.This study is to quantitatively determine the ecological ecotone boundary and the main environmental factors that affect the spatial distribution pattern of the species.[Methods]Firstly we used moving split-window technique to quantitatively determine the ecological ecotone.Use of the moving split-window technique required that:we chose an appropriate even number of representative samples as a whole window,then divided the whole window in half and calculated their dissimilarity coefficient.We continuously moved the window right to the next sampling point and repeated the operation above again,until the right window reached the final sampling points.We then draw a scatter diagram of the dissimilarity coefficient changes by quadrats.Further,according to the result of determination we divided the research area into wetland regions,ecotone and arid region,and analyzed characteristics of beta diversity in the three different habitats of the four different sample lines.Finally,Canonical Correspondence Analysis(CCA)was used to determine which environmental factors contributed most to the distribution of the vegetation.[Results] The results showed that ecotone was determined clearly by moving split-window technique under 6-8 quadrats,the optimal window width of east transect line was 6 quadrates,the optimal window width of west,south and north transect line was 8 quadrates.Beta diversity index showed significant differences in different habitats.The result of CCA indicated that the total salt content and moisture content were the main environmental factors that affected the vegetation distribution in Siertan Wetland.The correlation of the two environmental factors and the first species axis were respectively 0.868 4 and 0.917 0,the correlation of the two environmental factors and the first environment axis were respectively 0.841 6 and 0.891 4.[Conclusions]According to the dimension of investigatory scale and the visibility of ecotone transitivity,appropriate window width can be chosen especially in the selection of appropriate smallest window width.Species with higher fitness for total salt content and moisture content variability are mainly distributed in wet region with serious soil salinization.The results of the study will provide valuable reference for Siertan Wetland's restoration and protection.The future work of Habahu Nature Reserve administration should be focused on protecting Siertan Wetland from human being destruction,ensuring adequate water supply,improving the salinization land,and maintaining plant species diversity in wetland.

Siertan Wetland;ecotone;moving split-window technique;canonical correspondence analysis

Q948

A

1672-3007(2016)06-0070-08

10.16843/j.sswc.2016.06.009

2016 06 27

2016 09 19

項(xiàng)目名稱:“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“生態(tài)畜牧業(yè)與沙化草地治理技術(shù)集成及產(chǎn)業(yè)示范”(2016YFC0500908);國(guó)家自然科學(xué)基金“半荒漠濕地植被群落時(shí)空分布特征研究”(30771764);國(guó)家林業(yè)局荒漠化定位監(jiān)測(cè)項(xiàng)目“鹽池荒漠化定位監(jiān)測(cè)”(660550)

李海濤(1991—)男,碩士研究生。主要研究方向:水土保持與荒漠化防治。Email:lhtloyal@bjfu.edu.cn

?通信作者簡(jiǎn)介:張克斌(1957—),男,教授,博士生導(dǎo)師。主要研究方向:荒漠化防治與監(jiān)測(cè)及干旱區(qū)環(huán)境管理。Email:ctccd@126.com