輝河保護區(qū)草甸草原群落最小面積的確定

聶瑩瑩，王國慶，杜廣明

（黑龍江八一農(nóng)墾大學動物科技學院，大慶163319）

輝河保護區(qū)草甸草原群落最小面積的確定

聶瑩瑩，王國慶，杜廣明

（黑龍江八一農(nóng)墾大學動物科技學院，大慶163319）

采用4種飽和曲線方程擬合群落種-面積曲線，對輝河保護區(qū)內(nèi)草甸草原植物群落的最小面積進行了研究。研究結(jié)果表明：（1）S=c-ae-bA模型的擬合的相關(guān)系數(shù)最大，擬合效果比其他三種模型的擬合效果好，且準確性高。采用該模型計算的草地植物群落最小面積與實際相符；（2）當比例因子P（0＜P＜1）取0.6，0.7，0.8時，植物群落的最小面積分別是391、678、1 084 m2。樣方設(shè)置為35 m×35 m大小的正方形時，可以滿足包括植物群落總物種數(shù)的60%，70%，80%中等精度要求。當比例因子P取0.9時，求得群落最小面積是1 777 m2（45 m×45 m），可以滿足包括植物群落總物種數(shù)的90%的高等精度要求。

種-面積曲線；最小面積；草甸草原；輝河保護區(qū)

最小面積，又被稱之為群落的臨界抽樣面積，其定義是指在一個最小地段內(nèi)，對一個特定群落類型能提供足夠的環(huán)境空間，包括環(huán)境和生境的特性，或者能保證展現(xiàn)出該群落類型的種類組成和結(jié)構(gòu)的真實特征所需要的面積［1］；它意味著取樣面積的大?。?］。最小面積既是一種概念，同時是一種或一系列測度方法，目的是反映植被的固有特性及其在一定尺度下的相對均勻性［3］。最小面積與群落類型具有一定的相關(guān)性，對于不同的群落類型，其最小面積也有很大的變化幅度［4］。所以植物群落最小面積的確定是研究植物群落，尤其是定量數(shù)據(jù)獲取的首要步驟［5］。確定群落的最小面積方法有種-面積曲線法和重要值-面積曲線法［6］；種-面積取樣法比重要值-面積曲線法簡單，但其精準度低于后者。研究主要采用種-面積曲線法來確實草甸草原植物群落的最小面積。

輝河自然保護區(qū)處于大興安嶺山地森林向呼倫貝爾草原的過渡帶和草甸草原向典型草原的過渡帶，集森林、草原、濕地于一體，具有低山丘陵、高平原、沙地、河谷等多種類型組合的地貌，使保護區(qū)呈現(xiàn)為類型多樣、獨特、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的自然生態(tài)系統(tǒng)［7］。近幾年來，有許多學者都致力于該地區(qū)的草地生態(tài)學研究，但是對于保護區(qū)內(nèi)草甸草原群落最小取樣面積的研究并不是很多。筆者通過種-面積曲線的擬合，確定草甸草原的植物群落的最小取樣面積，以便進一步了解輝河保護區(qū)草甸草原植物群落的特征，并為野外調(diào)查工作提供參考。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾市輝河國家自然保護區(qū)內(nèi)，平均海拔697 m，屬于中溫帶大陸性季風氣候，冬季寒冷漫長，春季干旱多風，夏季溫涼短促，秋季霜凍雪早，年平均氣溫-2.2℃～-2.4℃，年均降水量300～350 mm，其中6～8月降水量是年降水量的70%左右。無霜期100～120 d。日照2 800～3 100 h，≥10℃，積溫為1 990～2 022℃。研究區(qū)的草原類型為草甸草原，土壤類型為黑鈣土和暗栗鈣土。其主要的建群種有羊草（Leymus chinensis）、貝加爾針茅（Stipa baicalensis），優(yōu)勢種為糙隱子草（Cleistogenes squarrosa）、柴胡（Bupleurum scorzonerifolium）麻花頭（Serratula komarovii）、小葉錦雞兒（Caragana microphylla）等。伴生種有大針茅（S．grandis）、防風（Saposhnikovia divaricata）、篷子菜（Galium verum）、茵陳蒿（Artemisia scoparia）、達烏里芯芭（Cymbaria dahurica）、展枝唐松草（Thalictrum squarrosum）等。偶見種有小花花旗竿（Dontostemon micranthus）、棉團鐵線蓮（Clematis hexapetala）、草原糙蘇（Pholmis pratensis）、柳穿魚（Linaria vaulgaris）、細葉白頭翁（Pulsatilla turczaninovii）等。

1.2 研究方法

1.2.1 野外調(diào)查

在研究區(qū)內(nèi)的圍封樣地中，采用巢式樣地法將圍封樣地面積設(shè)置為1、4、16、64、256、1 024、4 096 m2和10 000 m2的樣方8個。重復(fù)3次，記錄每一個面積下出現(xiàn)的植物種類、拍照并采集標本。直到樣地面積增加到10 000 m2時，植物種類增加極少時為止［8］。

1.2.2 確定最小面積方法

采用種-面積曲線的方法確定群落最小面積，擬合種-面積曲線的方程分為非飽和曲線及飽和曲線兩大類［9］。研究采用4條飽和種-面積曲線對群落的最小面積進行研究：

式中，A為面積，S為A中出現(xiàn)的物種數(shù)，a、b、c是待估參數(shù)，方程的擬合利用spss16.0軟件完成。

對于上述的4種飽和種-面積曲線，要得到群落總種數(shù)一定比例因子p（0＜p＜1）的物種所需要的最小面積［10］分別為：

2 結(jié)果與分析

2.1 群落種-面積曲線的擬合

調(diào)查結(jié)果由表1可以看到，草地植物物種數(shù)隨著面積的不斷增加而隨之增加。當取樣面積最大10 000 m2時，植物種數(shù)為53種。由種-面積曲線圖1可以看出，當樣地面積大于2 000 m2時，植物群落的物種數(shù)目的增加幅度已經(jīng)明顯減小，擬合曲線基本保持在同一水平。

表1 不同面積樣方中的物種數(shù)Table 1Number of species with different area sites

圖1 植物群落種-面積曲線關(guān)系Fig.1Species-area curve relation of plant community

利用野外調(diào)查收集的數(shù)據(jù)，對飽和曲線（1）～（4）進行擬合，得到相應(yīng)的種-面積曲線方程見表2。

表2 種-面積曲線擬合結(jié)果Table 2Modeling results of species-area curve

由表2可以看出，方程（1）和方程（4）的擬合相關(guān)系數(shù)均小于0.9，說明了方程的擬合效果較差。計算得到的草地植物群落最小面積要偏小。方程（3）的擬合相關(guān)系數(shù)是0.927，方程（2）的擬合相關(guān)系數(shù)是0.909。前者的擬合效果比后者的擬合效果好。所以，草地植物群落最小面積的確定用方程（3）較為理想。

2.2 群落最小面積的確定

表3 植物群落的最小面積Table 3Minimum area of plant community

由表3可以看出，在圍封樣地內(nèi)，當比例因子p取0.6、0.7、0.8、0.9時，草甸草原植物群落的最小面積分別是391、678、1 084、1 777 m2。

3 討論與結(jié)論

（1）通過種-面積曲線方程，結(jié)果表明，方程（1）和（4）不適合草甸草原植物群落類型。而方程（3）的擬合效果優(yōu)于方程（2）的擬合效果。說明了在同一個群落中，不同的曲線結(jié)果擬合的結(jié)果存在著較大的差異；這與任學敏等［11］研究的太白山幾類植物群落灌木及草本層的最小取樣面積的結(jié)果情況相似。這可能由于干旱少雨等不利的氣候條件，草地植物多樣性匱乏，導(dǎo)致收集的數(shù)據(jù)在種-曲線擬合時存在一定的難度；并且取樣的方式，樣方設(shè)計的大小及數(shù)量，或是樣地的布置等都會影響了種-面積曲線的擬合效果。

（2）通過種-面積曲線方程，確定植物群落的最小面積。如果要測得包括植物群落總種數(shù)的60%，70%，80%的中等精度要求，通過計算得到的最小面積分別是391、678、1 084 m2。即樣方面積設(shè)置為20 m×20 m，30 m×30 m，35 m×35 m大小的正方形可滿足測度要求。若要測得包括植物群落總種數(shù)90%的高等精度要求，求得的草甸草原群落最小面積是1 777 m2，樣方面積設(shè)置為45 m×45 m大小的正方形可滿足測度要求。由此可見，各個樣方的面積大小差別不是很大，這說明了該群落草地植物的分布較均質(zhì)。根據(jù)不同的精度要求，設(shè)置不同的樣方面積，可以減少野外調(diào)查樣方的數(shù)量、工作量、調(diào)查經(jīng)費等，并且能夠提高工作效率。

（3）研究區(qū)群落最佳的種-面積曲線方程是S= 48.540-28.698e-0.001A，最小面積最適方程是A=-ln［48.540（1-p）/28.69］/0.001。若要測得包括植物群落總種數(shù)的80%的中等精度要求即比例因子p=0.8，通過計算得到的最小面積分別是1 084 m2。若要測得包括植物群落總種數(shù)90%的高等精度要求，p=0.9時求得的草甸草原群落最小面積是1 777 m2。

［1］代力民，王青青，鄧紅兵，等.二道白河河岸帶植物群落最小面積與物種豐富度［J］.應(yīng)用生態(tài)學報，2002，13（6）：641-645.

［2］陳泓，黎燕瓊，鄭紹偉，等.岷江上游干旱河谷灌叢群落種-面積曲線的擬合及最小面積確定［J］.生態(tài)學報，2007，27（5）：1818-1825.

［3］卓茜，李熙萌，楊驍，等.那拉提兩種利用方式草地植物群落種-面積曲線擬合及最小面積確定的研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2013，41（10）：4242-4245.

［4］王旭，曹蕾，孫杰，等.沙坡頭國家級自然保護區(qū)荒漠植被關(guān)鍵群落的最小面積與物種多樣性［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2014，42（34）：12235-12238.

［5］張宏禮，張鴻雁，周曉晶，等.種-面積曲線三種擴大樣地面積的方法比較［J］.首都師范大學學報：自然科學版，2014，35（5）：60-63.

［6］王明君，韓國棟，趙萌莉，等.一類有限種群中性漂變平均到達時間的模擬及分析［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，2015，27（6）：95-98.

［7］杜廣明，沈向群，楊智明，等.輝河國家自然保護區(qū)草地植物區(qū)系及多樣性空間分布研究［J］.草地學報，2011，19（2）：202-206.

［8］石翠玉，杜凡，王娟，等.高黎貢山生物多樣性研究---Ⅰ中山濕性常綠闊葉林最小取樣面積研究［J］.西南林學院學報，2007，27（1）：11-14，44.［9］張蕊，陳軍強，侯堯宸，等.亞高山草甸植物群落植物物種數(shù)與取樣面積的關(guān)系［J］.生態(tài)學雜志，2013，32（9）：2268-2274.

［10］宮守飛，許劍輝，黃慶豐，等.銅陵葉山常綠落葉闊葉林群落結(jié)構(gòu)最小取樣面積的抽?。跩］.南京林業(yè)大學學報：自然科學版，2012，36（2）：91-94.

［11］任學敏，楊改河，王得祥，等.太白山幾類植物群落灌木及草本層的最小取樣面積研究［J］.西北植物學報，2011，31（5）：1024-1031.

Determination of Minimum Sampling Area for the Meadow Steppe Communities in Huihe Conservation Area

Nie Yingying，Wang Guoqing，Du Guangming
（Collge Animal Science and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

The minimum sampling areas for the meadow steppe communities in Huihe conservation area were studied by fitting community species-area curve relationship using four equations.The results were summarized as follows：（1）The S=c-ae-bAmodel was the best in fitting results and had the biggest fitting correlation coefficient compared with other three models.Using the model to calculate the minimum area of grassland plant communities was real consistent.（2）When the proportional factor was set at 0.6，0.7，0.8，respectively，the minimum area among plant communities was 391 m2，678m2，1 084 m2（35 m×35 m）at 60%，70%，80%middle precision level.When the proportional factor was set at 0.9，the minimum area among plant communities was 1 777 m2（45 m×45 m），which could meet the high accuracy requirements of including 90%of the total plant community species.

species-area curve；minimum sampling area；meadow steppe；Huihe conservation area

Q145

A

1002-2090（2016）04-0022-03

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.04.006

2016-02-15

國家公益性行業(yè)（環(huán)保）科研專項；北方重要生態(tài)功能區(qū)生態(tài)限制與安全性評價技術(shù)研究（201109025）。

聶瑩瑩（1990-），女，黑龍江八一農(nóng)墾大學動物科技學院2014級碩士研究生。

杜廣明，男，教授，碩士研究生導(dǎo)師，E-mail：dugmsy@163.com。