石羊河下游綿刺群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性特征1)

曾新德 張有佳 王承勛 薛斌瑞 李威龍 張杰 李銳

(甘肅民勤連古城國家級自然保護(hù)區(qū)管理局,甘肅省·民勤，733300)

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石羊河下游綿刺群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性特征1)

曾新德 張有佳 王承勛 薛斌瑞 李威龍 張杰 李銳

(甘肅民勤連古城國家級自然保護(hù)區(qū)管理局,甘肅省·民勤，733300)

在對石羊河下游綿刺群落野外實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，對群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：石羊河下游綿刺群落由10科27屬30種植物組成，單科單屬種占綿刺群落植物種類的50%，科屬組成分散，植物種類單一。灌木的密度和蓋度明顯大于多年生草本和1年生草本。群落密度山間谷地最大，沙礫質(zhì)荒漠最??；群落蓋度沙礫質(zhì)荒漠和山間谷地相差不大，山前洪積扇地最小。綿刺為群落優(yōu)勢種，在沙礫質(zhì)荒漠上密度和蓋度最大，在山前洪積扇地密度和蓋度最小。綿刺群落在山前洪積扇地和山間谷地物種比沙礫質(zhì)荒漠相對較豐富。從物種多樣性特征來看，綿刺群落在山間谷地上分布的綿刺群落相對穩(wěn)定，在山前洪積扇地和沙礫質(zhì)荒漠的分布穩(wěn)定性較差。

石羊河下游；綿刺；綿刺群落；物種多樣性

We studied the community structure and species diversity characteristics ofPotaniniamongolicacommunity in the lower reaches of Shiyanghe River. A total of 30 species belonging to 27 genera in 10 families were identified in the surveyed plots, and the species were unitary and the families and genus are of scattered composition. The community density and coverage of shrub plants are obviously greater than those of perennial and annual herb plants. Community density is the maximum on the mountain valley, but the gravel desert is the minimum. There is no significant difference between mountainous valley and gravel desert in the community coverage, and the alluvial fan is the minimum. The species richness forPotaniniamongolicacommunity is higher in the alluvial fan and mountainous valley than that in the gravel desert. The species diversity characteristics are more stable in the mountainous valley than that in the gravel desert.

綿刺(PotaniniamongolicaMaxim)為薔薇科(Rosaceae)綿刺屬(PotaniniaMaxim.)植物，是一種古老殘遺植物，屬國家首批公布的二級珍稀瀕危保護(hù)植物，分布在蒙古南部、內(nèi)蒙西部、寧夏西部和甘肅河西走廊北部的荒漠地區(qū)，其分布區(qū)狹小，對干旱氣候具有高度的適應(yīng)性，是一種強(qiáng)旱生小灌木。綿刺荒漠是阿拉善東部地區(qū)特有的地帶性荒漠群系，也是阿拉善高平原荒漠植被的主要組成部分，它的存在對認(rèn)識古地中海植物區(qū)系和植被的起源具有重要的科學(xué)意義[1-3]。由于綿刺的生長環(huán)境極為惡劣，生長緩慢，繁殖力差，加之人為干擾，使其分布范圍日趨縮小，數(shù)量銳減，處于瀕臨滅絕的危險(xiǎn)。為了拯救這一珍稀瀕危物種，前人在綿刺分布特征、生物學(xué)特征、生態(tài)適應(yīng)特征和生理特征等方面做了大量的研究[4-22]，有關(guān)綿刺群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性方面的研究鮮有報(bào)道。近年來，通過石羊河流域綜合治理和民勤連古城國家級自然保護(hù)區(qū)有效保護(hù)，石羊河下游植被得到有效恢復(fù)。本文通過對石羊河下游綿刺群落的調(diào)查分析，以掌握綿刺群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性特征，為研究區(qū)綿刺保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

民勤縣位于甘肅省河西走廊東北部干旱荒漠區(qū)，介于巴丹吉林沙漠與騰格里沙漠沙漠之間，地理坐標(biāo)為101°50′～104°15′E，38°05′～39°26′N。境內(nèi)沙漠、戈壁占整個(gè)土地面積的91%。從景觀角度來看，有綠洲灌區(qū)、荒漠平原區(qū)、沙漠區(qū)和山地景觀?？偯娣e為8 148.14 km2，年降水量110 mm，年蒸發(fā)量2 644 mm，晝夜溫差25.2 ℃，年均氣溫7.8 ℃，日照時(shí)間3 073.5 h，無霜期162 d。植被主要以低矮旱生、超旱生荒漠灌木群落為主。境內(nèi)大部分區(qū)域地下水已超過喬、灌木樹種生長的臨界水位，綠化造林只能夠依賴大量超載地下水維持，生態(tài)治理以過度利用地下水資源為代價(jià)，造成生態(tài)環(huán)境不斷惡化。近年來民勤縣的生態(tài)問題日益顯現(xiàn)，地下水位急劇下降，天然植被大面積枯萎死亡，土地沙漠化、鹽漬化進(jìn)程加快[23-24]。綿刺群落多生在山前洪積扇地、礫質(zhì)戈壁及成層沙質(zhì)土壤上。綿刺群落在石羊河下游分布在民勤連古城自然保護(hù)區(qū)紅砂崗一帶，綿刺呈塊狀或連片分布，綿刺少見單獨(dú)形成群落，多與泡泡刺(Nitrariasphaerocarpa)、紅砂(Reaumuriasoongorica)、珍珠豬毛菜(Salsolapasserina)、短葉假木賊(Anabasisbrevifoliu)、刺旋花(ConvolvulustragacanthoidesTurcz.)、沙蔥(AlliummongolicumRege L.)、沙米(Agriophyllumsquarrosum(Linn.) Moq.)、細(xì)葉駱駝蓬(PeganumnigellastrumBge.)、戈壁針茅(StipagobicaRoshev.)、蝎虎駝蹄瓣(ZygophyllummucronatumMaxim.)、刺沙蓬(SalsolaruthenicaIljin)、白莖鹽生草(HalogetonarachnoideusMoq.)等組成共生群落，植被覆蓋度在15%～20%。

2 研究方法

2.1 野外調(diào)查

根據(jù)對綿刺群落的實(shí)地調(diào)查，石羊河下游綿刺主要分布在山前洪積扇、沙礫質(zhì)荒漠和山間谷地3種地貌類型，2015年10月在綿刺生長量最大時(shí)，分山前洪積扇、沙礫質(zhì)荒漠和山間谷地3種地貌分別設(shè)置樣地進(jìn)行調(diào)查，不同地貌設(shè)置2塊樣地，共設(shè)置6塊，每個(gè)樣地設(shè)置5個(gè)樣方。各個(gè)樣地樣方設(shè)置方法為：首先用鋼尺隨機(jī)設(shè)置80 m長的樣線，然后在0、20、40、60、80 m處各設(shè)置一個(gè)5 m×5 m的樣方。在樣方內(nèi)進(jìn)行植物種類、數(shù)量、高度、冠幅以及經(jīng)度、緯度、生境等指標(biāo)因子的調(diào)查。另設(shè)500 m樣線，對樣地以外的物種進(jìn)行調(diào)查。石羊河下游綿刺群落調(diào)查樣地概況見表1。

表1 石羊河下游綿刺群落調(diào)查樣地概況

2.2 統(tǒng)計(jì)指標(biāo)及計(jì)算公式

綜合數(shù)量測度指標(biāo)：以綜合數(shù)值表示植物物種在群落中的相對重要值。計(jì)算公式為：

重要值=(相對密度+相對蓋度+相對頻度)/3。

選擇物種豐富度、多樣性指數(shù)、種間相遇率、群落均勻度、群落生態(tài)優(yōu)勢度5個(gè)指標(biāo)對不同綿刺群落中的灌木群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行描述和評價(jià)[25-26]。

物種豐富度：群落中物種總數(shù)。

物種多樣性：Shannon-wiener指數(shù)H′=-∑PilnPi。

群落均勻度：Pielou指數(shù)R=(-∑PilnPi)/lnS。

式中：Pi為第i種的個(gè)體數(shù)占群落中總個(gè)體數(shù)的比例(Pi=Ni/N)；S為樣方物種數(shù)；N為樣地內(nèi)植物個(gè)體總數(shù)；Ni為第i種的個(gè)體數(shù)。

采用方差/均值比率法判斷優(yōu)勢種群的分布格局。其原理是一個(gè)Poisson分布的總體有方差(V)與平均值(m)相等的性質(zhì)。當(dāng)V/m=1時(shí)，種群表現(xiàn)為Poisson型(隨機(jī)型)分布；當(dāng)V/m>1時(shí)，種群表現(xiàn)為集群分布；當(dāng)V/m<1時(shí)，種群表現(xiàn)為均勻分布[27]。計(jì)算公式：

式中：ni為第i個(gè)樣地的個(gè)體數(shù)；A為樣方數(shù)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 綿刺群落的物種組成及區(qū)系

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)綿刺群落的物種組成比較單一，共有10科，27屬，30種。其中：藜科9屬、11種，菊科5屬、5種，蒺藜科4屬、5種，禾本科2屬、2種，豆科2屬、2種，薔薇科、旋花科、傘形科、百合科、檉柳科分別只有1屬、1種，單科單屬種占綿刺群落植物種類的50%，表明綿刺群落物種類型單一，科屬組成分散。從生活型來看，灌木種類為15種，多年生草本為10種，一年生草本為5種，分別占總種數(shù)的50%、33.3%、16.7%。灌木、草本種類及數(shù)量特征表明，綿刺群落的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、穩(wěn)定性主要由灌木層和多年生草本層決定。

根據(jù)文獻(xiàn)[28-29]，按照種子植物科的分布類型，世界分布7科：藜科、蒺藜科、豆科、菊科、禾本科、百合科、薔薇科。熱帶至溫帶分布2科：旋花科、蒺藜科。亞熱帶至溫帶分布1科：檉柳科。綿刺群落植物主要以古地中海、西亞至中亞分布為主，約占53.3%；其次是北溫帶分布型和世界分布型，各約占16.7%；然后是舊世界溫帶分布型，約占10%。

3.2 綿刺群落物種的數(shù)量特征

由表2可知，石羊河下游綿刺群落中，灌木占主體，在整個(gè)群落中占了49.26%，而綿刺和短葉假木賊的數(shù)量占了群落總株數(shù)的13.71%和20.54%，是優(yōu)勢種群。多年生草本在整個(gè)群落中占了32.04%，蝎虎駝蹄瓣的數(shù)量占了群落總株數(shù)的16.67%，1年生草本在整個(gè)群落中占了18.7%，豬毛蒿的數(shù)量占了群落總株數(shù)的13.75%。草本植物萌發(fā)生長受降水條件的影響很大，在雨水多的年份就會萌發(fā)很多幼苗，并且生長較好，雨水少的年份，不僅萌發(fā)的植株個(gè)體少，而且生長不良，植株矮小。1年生草本植物在群落中不穩(wěn)定。

表2 石羊河下游綿刺群落物種數(shù)量

3.3 綿刺群落不同樣地類型生活型數(shù)量特征

由表3可知，石羊河下游綿刺群落中，灌木的密度和蓋度明顯大于多年生草本和1年生草本。從樣地類型來看，山間谷地的群落密度最大，沙礫質(zhì)荒漠的群落密度最?。簧车[質(zhì)荒漠的群落蓋度和山間谷地的相差不大，山前洪積扇上的群落蓋度最小；灌木在山前洪積扇上的密度最大，沙礫質(zhì)荒漠上的密度最小，而蓋度卻是在沙礫質(zhì)荒漠和山間谷地上的相差不大，山前洪積扇上的最??；多年生草木在沙礫質(zhì)荒漠上的密度和蓋度最大，山前洪積扇上的密度最??；1年生草本在山間谷地上的密度和蓋度最大，山前洪積扇上的密度最小。整個(gè)群落平均密度為5.34株/m2，總平均蓋度為15.27%。其中灌木的密度為2.63株/m2，蓋度為14.78%；多年生草本的密度為1.71株/m2，蓋度為0.29%；1年生草本的密度為1.00株/m2，蓋度為0.20%。

3.4 綿刺群落物種重要值

由表4可知，綿刺在不同樣地類型優(yōu)勢地位都很明顯，對群落的結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)功能及穩(wěn)定性具有重要作用。在山前洪積扇，短葉假木賊的重要值高于綿刺，成為群落共優(yōu)勢種；在沙礫質(zhì)荒漠，綿刺的重要值最高，為群落優(yōu)勢種，多年生草本蝎虎駝蹄瓣由于數(shù)量較大，在群落中占有重要地位；在山間谷地，綿刺的重要值最高，為群落優(yōu)勢種，珍珠豬毛菜、紅砂和豬毛蒿由于數(shù)量較大，成為群落共建優(yōu)勢種。從整個(gè)群落來看，綿刺的重要值最高，明顯高于群落中其他物種的重要值，為群落優(yōu)勢種。從綿刺群落物種生活型來看，灌木在綿刺群落中占有重要地位，對群落的穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用。

表3 石羊河下游綿刺群落不同樣地類型生活型數(shù)量特征

3.5 綿刺群落中綿刺的數(shù)量特征

由表5知，石羊河下游的綿刺群落中，綿刺在沙礫質(zhì)荒漠上密度和蓋度最大，密度和蓋度分別為1.15株/m2和4.86%；在山前洪積扇上密度和蓋度最小，密度和蓋度分別為0.31株/m2和1.65%。在整個(gè)群落中，綿刺的平均密度為0.73株/m2，頻度為1，平均蓋度為2.97%。

3.6 綿刺群落物種多樣性特征

由表6可知，從物種豐富度來看，綿刺群落在山前洪積扇和山間谷地物種豐富，均為27種，沙礫質(zhì)荒漠較少，為23種。表明土壤質(zhì)地對群落豐富度產(chǎn)生了一定的影響，山前洪積扇和山間谷地上的物種相對較為豐富。山間谷地綿刺群落物種豐富度、多樣性指數(shù)高，群落相對穩(wěn)定，優(yōu)勢種不明顯，而在山前洪積扇和沙礫質(zhì)荒漠群落物種多樣性指數(shù)較低、群落優(yōu)勢度較高、群落穩(wěn)定性較差。群落優(yōu)勢度與多樣性指數(shù)則相反，種間相遇率和群落均勻度規(guī)律相似。群落結(jié)構(gòu)越簡單，物種越少，則多樣性指數(shù)低，種間相遇率低，而生態(tài)優(yōu)勢度高，表明群落物種分布不均勻，群落物種組成越單一，群落結(jié)構(gòu)向單一的優(yōu)勢種群或建群種群發(fā)展，同時(shí)也將對群落的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。

表4 石羊河下游綿刺群落物種重要值

表5 石羊河下游綿刺群落中綿刺的數(shù)量特征

表6 石羊河下游綿刺群落物種多樣性特征

3.7 綿刺種群分布格局

綿刺在石羊河下游的分布區(qū)狹小，只在民勤連古城自然保護(hù)區(qū)紅砂崗一帶集中分布，面積較大。綿刺群落主要分布在山前洪積扇、沙礫質(zhì)荒漠和山間谷地上，均呈集群分布，是群落優(yōu)勢種(見表7)。

表7 石羊河下游不同樣地類型綿刺群落分布格局

4 討論與結(jié)論

綿刺群落在石羊河下游分布在民勤連古城自然保護(hù)區(qū)紅砂崗一帶，種群呈集群分布，群落結(jié)構(gòu)簡單，所調(diào)查群落中共有植物種30種，分屬10科，27屬。單科單屬種占50%，表明綿刺群落物種類型單一，科屬組成分散。綿刺群落以灌木和多年生草本為主，群落的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能、穩(wěn)定性主要由灌木層和多年生草本層決定。

綿刺群落中，灌木的密度和蓋度明顯大于多年生草本和1年生草本。群落密度山間谷地上最大，沙礫質(zhì)荒漠上最小；群落蓋度沙礫質(zhì)荒漠和山間谷地上相差不大，山前洪積扇上的群落蓋度最??；灌木密度在山前洪積扇上最大，沙礫質(zhì)荒漠上最小，而蓋度卻是在沙礫質(zhì)荒漠和山間谷地上的相差不大，山前洪積扇上的最??；多年生草木在沙礫質(zhì)荒漠上的密度和蓋度最大，山前洪積扇上的密度最?。?年生草本在山間谷地上的密度和蓋度最大，山前洪積扇上的密度最小。

綿刺在不同樣地類型優(yōu)勢地位都很明顯，為群落優(yōu)勢種，對群落的結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)功能及穩(wěn)定性具有重要作用。在山前洪積扇，短葉假木賊的重要值高于綿刺，成為群落共建優(yōu)勢種；在沙礫質(zhì)荒漠，綿刺的重要值最高，多年生草本蝎虎駝蹄瓣由于數(shù)量較大，成為群落共建優(yōu)勢種，在群落中占有重要地位；在山間谷地，綿刺的重要值最高，珍珠豬毛菜、紅砂和豬毛蒿由于數(shù)量較大，成為群落共建優(yōu)勢種。

綿刺在沙礫質(zhì)荒漠上密度和蓋度最大，在山前洪積扇上密度和蓋度最小，其主要原因是在沙礫質(zhì)荒漠上土壤水分利用率高，有利于綿刺生長。綿刺群落在山前洪積扇和山間谷地物種比沙礫質(zhì)荒漠相對較豐富，表明土壤質(zhì)地對群落豐富度產(chǎn)生了一定的影響。在山間谷地上分布的綿刺群落相對穩(wěn)定，而在山前洪積扇和沙礫質(zhì)荒漠上分布的穩(wěn)定性較差。

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Community Structure and Species Diversity Characteristics ofPotaniniamongolicaCommunity in the Lower Reaches of Shiyanghe River//

Zeng Xinde, Zhang Youjia, Wang Chengxun, Xue Binrui, Li Weilong, Zhang Jie, Li Rui

(Managing Bureau of Liangucheng National Reserve, Minqin 733300, P. R.China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(11)：36-40.

Lower reaches of Shiyanghe River;Potaniniamongolica;PotaniniamongolicaCommunity; Species diversity

曾新德，男，1972年11月生，甘肅民勤連古城國家級自然保護(hù)區(qū)管理局。E-mail:lgczxd@163.com。

2016年4月28日。

Q944.3

1)甘肅省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(1304FKCH100，144NKCH057)。

責(zé)任編輯：王廣建。