城市綠地系統(tǒng)中火炬樹根蘗苗空間分布格局及預(yù)測

摘 要：【目的】分析不同城市綠地系統(tǒng)中火炬樹及其根蘗苗特性，為火炬樹的管理與控制提供理論依據(jù)。

【方法】以烏魯木齊市和庫爾勒市不同綠地系統(tǒng)中的火炬樹及根蘗苗為研究對象，采用標(biāo)準(zhǔn)地法、標(biāo)準(zhǔn)行法和標(biāo)準(zhǔn)株法進(jìn)行調(diào)查。

【結(jié)果】庫爾勒市火炬樹母株及根蘗苗生長優(yōu)于烏魯木齊市，路邊綠化帶中火炬樹根蘗能力最強(qiáng)；各類型綠地系統(tǒng)中火炬樹根蘗苗呈現(xiàn)聚集分布，且主要分布在距母株1.5 m范圍內(nèi)，存活曲線趨向于Deevey-Ⅱ型，且Ⅲ～Ⅳ齡級根蘗苗死亡率較高。

【結(jié)論】火炬樹根蘗苗數(shù)量總體呈現(xiàn)下降趨勢。

關(guān)鍵詞：城市綠地系統(tǒng)；火炬樹；根蘗苗；空間分布格局；數(shù)量動(dòng)態(tài)

中圖分類號(hào)：S75 ""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ""文章編號(hào)：1001-4330（2024）08-2023-11

收稿日期（Received）：2023-12-06

基金項(xiàng)目：國家林業(yè)和草原局科技項(xiàng)目“新疆林業(yè)外來物種調(diào)查與研究”（KJZXZH202001）

作者簡介：張怡然（1999-），女，新疆和靜人，碩士研究生，研究方向?yàn)槿肭稚鷳B(tài)學(xué)，（E-mail）1768112935@qq.com

通訊作者：葉爾江·拜克吐爾漢（1976-），男，新疆人，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹脖簧鷳B(tài)學(xué)，（E-mail）erjan0701@163.com

0 引 言

【研究意義】火炬樹（Rhus typhina L.）是漆樹科鹽膚木屬植物，落葉小喬木。20世紀(jì)50～60年代開始引種新疆［1］?；鹁鏄淠秃怠⒛秃?、耐鹽堿，具有良好的抗病蟲害能力和水土保持能力，常用作荒山綠化、鹽堿荒地風(fēng)景林的先鋒樹種［2］。但其極強(qiáng)的根蘗能力和種間競爭能力，使其在適宜的條件下極易通過根蘗繁殖建立種群并大肆擴(kuò)散蔓延，使本地植物失去生存空間，造成生物多樣性的喪失［3］。因此，探究不同綠地系統(tǒng)中火炬樹根蘗苗種群的空間分布格局及其發(fā)展規(guī)律，對科學(xué)合理管控該樹有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】關(guān)于火炬樹是否為入侵樹種一直存在爭論［4-5］ ?；鹁鏄湓谝话阃寥罈l件下主要依靠根蘗苗擴(kuò)散繁殖建立種群，因其種皮上具有一層不易透水的蠟質(zhì)，需經(jīng)過野兔、鳥類等動(dòng)物的消化系統(tǒng)排出后才可萌發(fā)，故在自然條件下其種子的發(fā)芽率很低［6-8］?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前關(guān)于火炬樹對林下植被及土壤理化性質(zhì)影響［9］、清潔生物能源生產(chǎn)［10］、提取物用于疾病治療及抗氧化劑等領(lǐng)域［11-12］研究較多。但暫無足夠針對不同綠地系統(tǒng)中火炬樹根蘗苗特性的研究。需分析不同城市綠地系統(tǒng)中火炬樹及其根蘗苗特性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究選擇烏魯木齊市和庫爾勒市作為研究對象，在不同綠地系統(tǒng)中開展火炬樹現(xiàn)狀調(diào)查，分析不同區(qū)域不同綠地系統(tǒng)中根蘗苗的高度、基徑、擴(kuò)散距離、空間分布格局并進(jìn)行預(yù)測。通過野外調(diào)查，確定不同城市綠地系統(tǒng)中火炬樹根蘗苗的分布與發(fā)展規(guī)律，為火炬樹的管理與控制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

烏魯木齊市地處北天山北坡，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，三面環(huán)山，地勢東南高，西北低（86°37＇～88°58＇E，42°45＇～44°08＇N），海拔680～920 m，屬中溫帶大陸性干旱氣候，晝夜溫差大；年均降水量為194 mm，年均日照時(shí)數(shù)2 775 h，無霜期為105～168 d。植被型包括森林植被、灌叢植被、荒漠植被、草原植被，草甸和沼澤植被，人工植被等。

庫爾勒市位于天山支脈霍拉山南麓、塔里木盆地東北緣，地勢北高南低，西高東低（85°12′～86°27′E，41°11′～42°14′N），海拔890～950 m，屬暖溫帶大陸性干旱氣候，多年平均氣溫約11.4℃，總?cè)照諗?shù)2 990 h，多年平均降水量約50 mm，多年平均蒸發(fā)量約2 800 mm。土壤主要以棕漠土為典型的地帶性土壤為主；植物資源豐富，植被以荒漠植被、沼澤植被、鹽生植被和農(nóng)田植被等類型為主。

2022和2023年5～9月，以新疆庫爾勒市和烏魯木齊市的公園、單位、住宅小區(qū)以及路邊綠化帶四種城市綠地系統(tǒng)類型作為調(diào)查點(diǎn)，分別采用標(biāo)準(zhǔn)株法、標(biāo)準(zhǔn)行法（30 m×5 m）和標(biāo)準(zhǔn)地法（20 m×20 m）對樣地內(nèi)火炬樹進(jìn)行每木檢尺并觀察其生長狀況。針對散生的火炬樹，以母株為圓心，記錄半徑3 m以內(nèi)所有根蘗苗的數(shù)量、高度、冠幅、基徑以及擴(kuò)散距離；針對成片種植的火炬樹采用樣方法，在林分內(nèi)隨機(jī)取3個(gè)5 m×5 m的樣方采集火炬樹根蘗苗的數(shù)量、冠幅、高度等數(shù)據(jù)不取高密度或過于稀疏的樣方。表1

1.2 方 法

1.2.1 齡級結(jié)構(gòu)劃分

參照李亞等［13］采用空間代替時(shí)間的方法，利用體積大小代替年齡，即植株冠幅與株高之積的立方根。將火炬樹根蘗苗分為5個(gè)齡級：0 cm＜V≤5 cm為Ⅰ齡級，5 cm＜V≤10 cm為Ⅱ齡級，10 cm＜V≤15 cm為Ⅲ齡級，15 cm＜V≤20 cm為Ⅳ齡級，V＞20 cm為V齡級。

1.2.2 空間分布格局

采用偏離指數(shù)C，負(fù)二項(xiàng)式參數(shù)K，平均擁擠度m*，聚塊性指數(shù)Cx和 Morisita指數(shù)IΔ對火炬樹根蘗苗的空間分布格局進(jìn)行描述［14］。

偏離指數(shù)C=S2.

式中，為樣本平均數(shù)；S2為樣本顯方差。當(dāng)C=1表示種群分布呈隨機(jī)分布，C＞1表示呈聚集分布，C＜1表示呈均勻分布。采用t檢驗(yàn)來確定實(shí)測與預(yù)期的偏離程度。

負(fù)二項(xiàng)式參數(shù)K=2S2- .

K值越小，聚集度越大，當(dāng)K值趨向于無窮大時(shí)，表示種群呈隨機(jī)分布。

平均擁擠度m*=S2+-1.

式中，m*＞m表示聚集分布，m*=m表示隨機(jī)分布，m*＜m表示均勻分布。m為樣本平均數(shù)，下同。

聚塊指數(shù)Cx=m*m.

若Cx=1，種群呈隨機(jī)分布；若Cx＞1，種群呈聚集分布，若Cx＜1，種群呈均勻分布。

Morisita指數(shù)IΔ=（ΣX2i-ΣXi）（ΣXi）2-ΣXi×n.

式中，Xi為第i個(gè)樣方中的樣本數(shù)；n為樣方數(shù)。若IΔ=1，種群呈隨機(jī)分布，若IΔ＞1，種群呈聚集分布，若IΔ＜1，種群呈均勻分布。

1.2.3 靜態(tài)生命表編制

采用勻滑技術(shù)對各齡級根蘗苗進(jìn)行勻滑修正［15］。

Ix=axa1×1 000.

dx=Ix-Ix+1.

qx=dxIx×100%.

Lx=Ix-Ix+12.

Tx=ΣkxIx.

ex=TxIx.

Kx=InIx-InIx+1.

1.2.4 存活曲線繪制和生存

以齡級為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)化存活數(shù)的自然對數(shù)值ln（lx）為縱坐標(biāo)，繪制不同綠地類型火炬樹根蘗苗的存活曲線。參考張曉鵬等［16］方法，采用指數(shù)函數(shù)Nx=N0e-bx和冪函數(shù)Nx=N0x-b進(jìn)行擬合。

參考徐建峰等［15］方法，利用生存函數(shù)Si、積累死亡率函數(shù)Fi、死亡密度函數(shù)fi和危險(xiǎn)率函數(shù)λi。對火炬樹根蘗苗種群進(jìn)行生存分析。

Si=P1×P2×P3×…×Pi.

Fi=1-S.

fi=Si-1-Sihi=qiSi-1hi.

λ1=fiSi.

Pi=1-qi.

式中，Pi為存活率；hi為齡級間隔；qi為靜態(tài)生命表中的死亡率。

1.2.5 時(shí)間序列預(yù)測

根據(jù)時(shí)間序列分析分別對四種不同類型綠地系統(tǒng)中火炬樹根蘗苗種群年齡結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測［17］。

Mt（1）=1nΣtk=t-n+1×Xk.

式中，n為預(yù)測時(shí)間；t為徑級；Xk為k齡級的個(gè)體數(shù)；Mt（1）為經(jīng)過n時(shí)間后未來t齡級的種群個(gè)體數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生境下火炬樹生長情況及根蘗能力

研究表明，火炬樹母株在兩地區(qū)的4種不同綠地類型中生長狀況均處于上等水平；平均胸徑、樹高、活力、根蘗能力以及根蘗苗密度均表現(xiàn)為烏魯木齊市＜庫爾勒市。所有根蘗苗調(diào)查樣方中，庫爾勒市住宅小區(qū)中火炬樹根蘗能力最強(qiáng)，可達(dá)12.60%，烏魯木齊市最弱，僅有5.5%；各綠地系統(tǒng)平均根蘗能力表現(xiàn)為路邊綠化帶＞住宅小區(qū)＞單位＞公園，分別為10.6%、9.88%、9.11%和7.78%。表2

2.2 不同生境火炬樹根蘗苗生長狀況及分布

2.2.1 不同生境下火炬樹根蘗苗生長狀況

研究表明，烏魯木齊市和庫爾勒市單位綠地中根蘗苗高度與其它綠地系統(tǒng)根蘗苗高度差異顯著；庫爾勒市單位、住宅小區(qū)與烏魯木齊市住宅小區(qū)、庫爾勒市路邊綠化帶中根蘗苗基徑差異顯著。烏魯木齊市和庫爾勒市火炬樹根蘗苗平均高度和平均基徑均表現(xiàn)為烏魯木齊市＜庫爾勒市；除住宅小區(qū)外其余各類型綠地系統(tǒng)中火炬樹根蘗苗高度和基徑均表現(xiàn)為烏魯木齊市＜庫爾勒市。圖1，表2

2.2.2 不同生境下根蘗苗的分布距離

研究表明，火炬樹根蘗苗最遠(yuǎn)可距母樹3.0m以上，但主要分布在以母樹為中心1.50 m范圍內(nèi)，占總根蘗苗植株的72.11%；隨著距離的增加，火炬樹根蘗苗多株叢狀生長數(shù)量逐漸減少，單株生長數(shù)量逐漸增多。不同類型生境中火炬樹根蘗苗集中分布區(qū)域不同，烏魯木齊市公園、住宅小區(qū)及庫爾勒市公園、路邊綠化帶根蘗苗集中分布距母株在0.26～0.50 m，分別占總根蘗苗植株的40.00%、23.08%、21.21%和26.26%；烏魯木齊市路邊綠化帶和庫爾勒市住宅小區(qū)根蘗苗集中分布距母株在1.26～1.50 m，分別占總根蘗苗植株的14.29%、20.00%；兩市單位中根蘗苗分別集中在分布距母株0.51～0.75 m、0.76～1.00 m，占總根蘗苗植株的37.50%、19.66%。表3

2.3 不同生境火炬樹根蘗苗空間分布

研究表明，烏魯木齊市和庫爾勒市兩地不同類型城市綠地系統(tǒng)的各樣地方差均值比在1.600～33.303，均大于1；且偏離指數(shù)的t檢驗(yàn)達(dá)到顯著水平；負(fù)二項(xiàng)式參數(shù)K值在1.031～2.667，聚塊性指數(shù)Cx與 Morisita指數(shù)IΔ數(shù)值均大于1；同時(shí)使用SPSS對m*和m進(jìn)行線性擬合，結(jié)果為m*=1.115 m+3.236，β值為1.115，大于1，表現(xiàn)為聚集分布。以上5個(gè)聚集度指標(biāo)表征結(jié)果一致，即烏魯木齊市和庫爾勒市兩地各類型城市綠地系統(tǒng)中火炬樹根蘗苗呈聚集分布。表4

2.4 不同綠地類型下火炬樹根蘗苗生命表、存活曲線與生存

研究表明，隨著樹木的長，標(biāo)準(zhǔn)化存活數(shù)、存活率和生命期望等指標(biāo)呈下降趨勢，而消失率和死亡率呈上升的趨勢。各齡級中路邊綠化帶內(nèi)火炬樹根蘗苗生命期望值最大，在所有綠地類型中路邊綠化帶內(nèi)火炬樹根蘗苗生長最為旺盛。各綠地類型中火炬樹根蘗苗存活率總體均呈下降的趨勢；但高齡級根蘗苗死亡率較高，具有明顯的下降趨勢。4種綠地類型的F檢驗(yàn)值和判定系數(shù)R2均表現(xiàn)為指數(shù)函數(shù)模型大于冪函數(shù)模型；各綠地類型中火炬樹根蘗苗種群存活曲線均趨向于Deevey-Ⅱ型。表5～6，圖2

隨著齡級的增加，各綠地類型中火炬樹根蘗苗種群的生存率均呈下降趨勢，累計(jì)死亡率逐漸上升。路邊綠化帶較其他3種類型綠地系統(tǒng)中的火炬樹根蘗苗生存率和累積死亡率達(dá)到平衡的齡級高，路邊綠化帶中的根蘗苗種群較其它類型綠地系統(tǒng)更晚進(jìn)入衰退期。4種綠地類型火炬樹根蘗苗種群的危險(xiǎn)率總體表現(xiàn)為隨齡級單調(diào)遞增；死亡密度雖在局部齡級之間存在波動(dòng)，但總體呈隨齡級增加而逐漸降低的趨勢。圖3

2.5 不同綠地類型時(shí)間序列模型預(yù)測

研究表明，在不同綠地系統(tǒng)中均火炬樹根蘗苗數(shù)量變化趨勢大致相同，均表現(xiàn)為第Ⅱ齡級數(shù)量呈現(xiàn)逐漸減少，而Ⅲ～Ⅴ齡級存活個(gè)體數(shù)量呈增加趨勢。4種綠地類型中路邊綠化帶內(nèi)低齡級根蘗苗數(shù)量最多，隨著根蘗苗的生長，更高一齡級個(gè)體數(shù)量得到補(bǔ)充的比例相對較高。低齡級根蘗苗比例越高，增長潛力越大。圖4

3 討 論

3.1

研究結(jié)果表明，各類型綠地系統(tǒng)中火炬樹母株及根蘗苗均表現(xiàn)為庫爾勒市生長優(yōu)于烏魯木齊市。兩市雖氣候類型一致，但庫爾勒市光熱水土資源優(yōu)于烏魯木齊市。對火炬樹根蘗苗進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路邊綠化帶中火炬樹根蘗能力最強(qiáng)，其原因是相對于其它3種綠地類型，路邊綠化帶中火炬樹更接近于純林，且林下植被種類相對較少，使得火炬樹母株可得到更多的資源繁殖幼苗；各類型綠地系統(tǒng)中根蘗苗的最小密度為32株/100m2，最大密度為504株/100m2，平均密度在32～380株/100m2。與穆曉紅等［18］研究結(jié)果相似。火炬樹根蘗苗主要分布在距母株1.5 m范圍內(nèi)，最遠(yuǎn)可在距母株3.34 m處；多株叢狀生長情況由近至遠(yuǎn)逐漸減少，與新疆野蘋果根蘗苗、野生櫻桃李根蘗苗分布特征一致，但野生櫻桃李叢狀生長情況很少［19-20］。烏魯木齊市和庫爾勒市各類型綠地系統(tǒng)中根蘗苗呈現(xiàn)聚集分布，與城市森林中火炬樹更新苗研究結(jié)果一致［14］。

3.2

由火炬樹根蘗苗種群靜態(tài)生命表分析可知，根蘗苗生命期望隨著齡級的增加逐漸較小，第Ⅰ齡級生命期望值最大，而死亡率和消失率逐漸增加；4種綠地系統(tǒng)中Ⅲ～Ⅳ齡級根蘗苗死亡率比Ⅰ～Ⅱ齡級高；其原因是火炬樹屬于淺根系植物［21］，由根系萌發(fā)出的幼苗與母株根系相連，前期可依靠母株獲取養(yǎng)分［19，22］，隨著齡級的增大，根蘗苗與母株以及其它存活根蘗苗之間的競爭逐漸增大［23］，導(dǎo)致幼苗生長受到限制，死亡率增加。存活曲線經(jīng)過模擬驗(yàn)證趨向于Deevey-Ⅱ型，表現(xiàn)為各齡級死亡率相近，與遼東山區(qū)天然更新紅松幼苗種群和黃土丘陵區(qū)天然杜松種群存活曲線類型一致［16，24］。當(dāng)生存率等于累計(jì)死亡率時(shí)，處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)［24］。生存分析表明除路邊綠化帶外，其余3種綠地類型的火炬樹根蘗苗種群在第Ⅰ至Ⅱ齡級間達(dá)到平衡狀態(tài)；路邊綠化帶中的火炬樹根蘗苗種群則在第Ⅱ至Ⅲ齡級間達(dá)到平衡狀態(tài)，進(jìn)入衰退期；空間和資源配置的是種群進(jìn)入衰退期的關(guān)鍵因素［25］，相對其他3種綠地類型，路邊綠化帶中喬木較為單一，林下灌木、草本植物相對較少，使得更多的資源分配給火炬樹根蘗苗。第Ⅲ齡級后死亡密度平穩(wěn)下降，危險(xiǎn)率逐漸增加，表明火炬樹根蘗苗種群抵抗力穩(wěn)定性逐漸增強(qiáng)，而恢復(fù)力穩(wěn)定性相反，與南京紫金山糙葉樹種群研究結(jié)果一致［15］。通過對火炬樹根蘗苗種群進(jìn)行時(shí)間序列預(yù)測可得出，隨著時(shí)間的增加，除第Ⅱ齡級外，其余各齡級火炬樹根蘗苗數(shù)量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，與遼東山區(qū)天然更新紅松幼苗種群預(yù)測結(jié)果相似［16］。

3.3

火炬樹具有許多的生態(tài)功能同時(shí)還具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值以及觀賞價(jià)值，因此近年來已被廣泛用于水土保持以及廢棄礦的植被恢復(fù)等綠化工程中［26］。但有些地區(qū)火炬樹在高強(qiáng)度人為管理下仍出現(xiàn)入侵現(xiàn)象，導(dǎo)致城市中森林的功能受到影響，增加了生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性［27］。有研究提出從植物生長激素抑制劑方面入手可控制火炬樹入侵風(fēng)險(xiǎn)［14］。研究通過分析火炬樹根蘗苗種群生存情況以及空間分布，結(jié)合時(shí)間序列預(yù)測結(jié)果可以看出，若火炬樹在各類型綠地系統(tǒng)中出現(xiàn)大肆擴(kuò)散現(xiàn)象時(shí)，可通過平茬、割草機(jī)割草等處理方法控制根蘗苗擴(kuò)散，防止火炬樹對生態(tài)系統(tǒng)造成危害。

4 結(jié) 論

4.1 庫爾勒市火炬樹母株及根蘗苗生長優(yōu)于烏魯木齊市，路邊綠化帶中火炬樹平均根蘗能力最強(qiáng)。

4.2 烏魯木齊市和庫爾勒市各類型綠地系統(tǒng)中火炬樹根蘗苗呈現(xiàn)聚集分布，主要分布在距母株1.5 m范圍內(nèi)，最遠(yuǎn)可距母株3.34 m。

4.3 4種綠地系統(tǒng)中Ⅲ～Ⅳ齡級根蘗苗死亡率較高，存活曲線趨向于Deevey-Ⅱ型，路邊綠化帶中的火炬樹根蘗苗種群較其它類型綠地系統(tǒng)更晚進(jìn)入衰退期；火炬樹根蘗苗數(shù)量總體呈現(xiàn)下降趨勢。

4.4 當(dāng)火炬樹呈現(xiàn)擴(kuò)散現(xiàn)象時(shí)，可通過平茬、割草機(jī)等方式加以管理。

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Spatial distribution pattern and prediction of Rhus typhina L.

roots sucker in urban green space system

ZHANG Yiran1，Yeerjiang Baiketuerhan1，Baihetiguli Kayier2， QI Zhiying1

（1.College of Forestry and Landscape Architecture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China; 2. Tikeqi Township Agricultural Development Service Center， Korla Xinjiang 841000， China）

Abstract：【Objective】 To investigate the characteristics of Rhus typhina L. and its root sucker seedlings in different urban green space systems in the hope of providing a theoretical basis for the management and control of Rhus typhina L.

【Methods】 Rhus typhina L. and root sucker seedlings in different green space systems in Urumqi and Korla were taken as research objects， and standard plot method， standard row method and standard plant method were used to conduct investigation according to the actual planting situation.

【Results】 The growth of mother plant and root suckers of torch tree in Korla City was better than that in Urumqi City， and the root suckers of Rhus typhina L. in roadside green belt were the strongest; In all types of green space systems， the root suckers of Rhus typhina L. were clustered and mainly distributed within 1.5 m from the mother plant. The survivorship curve tended to be Deevey -II type， and the mortality rate of root suckers of Ⅲ - Ⅳ age classes was higher.

【Conclusion】" Through time series prediction， it was found that the overall number of root suckers and seedlings of the Rhus typhina L. showed a decreasing trend.

Key words：urban green space system; Rhus typhina L.; root suckers; spatial distribution pattern; population dynamics

Fund projects：The Xinjiang Forestry Alien Species Investigation and Research Project（KJZXZH202001）

Correspondence author：Yeerjiang Baiketuerhan（1976-），male， from Xinjiang，associate professor， master tutor， research direction： vegetation ecology， （E-mail）erjan0701@163.com