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Spatial distribution pattern of Populus euphratica and P. pruinosa clonal ramets in Tarim River Basin, China.

塔里木河流域胡杨和灰叶胡杨克隆分株空间分布格局


以叶尔羌河下游阿瓦提县天然胡杨和灰叶胡杨混交林、塔里木河上游农一师16团天然灰叶胡杨林和塔里木河中游轮台县天然胡杨林为对象,研究胡杨和灰叶胡杨克隆分株种群的空间分布格局.结果表明: 8种不同取样尺度(5 m×5 m、5 m×10 m、5 m×15 m、10 m×10 m、10 m×15 m、15 m×15 m、15 m×20 m、20 m×20 m)下,3个研究区2物种克隆分株种群的空间分布格局均表现为集群分布,表明集群分布是研究区胡杨和灰叶胡杨克隆分株种群空间分布格局的基本属性;在5 m×5 m尺度上,3个研究区2物种克隆分株种群均表现出负二项参数最小、Cassie指标和聚块性指标最大、聚集强度最大的分布特征.

Spatial distribution pattern of Populus euphratica and P. pruinosa clonal ramets at three sites was studied, including natural mixed forest of P. euphratica and P. pruinosa in Awati County located in the downstream of Yarkant River, natural P. pruinosa forest in Group 16 of Nongyishi in the Tarim River upstream area, and natural P. euphratica forest in Luntai County located in the middle reach of the Tarim River. The clonal ramets of the three sites showed a cluster distribution pattern at eight sampling scales, i.e., 5 m×5 m, 5 m×10 m, 5 m×15 m, 10 m×10 m, 10 m×15 m, 15 m×15 m, 15 m×20 m, and 20 m×20 m. This pattern revealed that the cluster distribution was a basic property in the spatial distribution pattern of P. euphratica and P. pruinosa populations. At 5 m×5 m scale, negative binomial parameter  was minimum, while Cassie index, patchiness index  and aggregation strength were maximum for the two ramet populations at the three sites.


全 文 :塔里木河流域胡杨和灰叶胡杨
克隆分株空间分布格局
赵正帅1,2  郑亚琼1,2  梁继业1,2  韩占江1,2  李志军1,2∗
( 1新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室, 新疆阿拉尔 843300; 2塔里木大学植物科学学院, 新疆阿拉
尔 843300)
摘  要  以叶尔羌河下游阿瓦提县天然胡杨和灰叶胡杨混交林、塔里木河上游农一师 16 团
天然灰叶胡杨林和塔里木河中游轮台县天然胡杨林为对象,研究胡杨和灰叶胡杨克隆分株种
群的空间分布格局.结果表明: 8种不同取样尺度(5 m×5 m、5 m×10 m、5 m×15 m、10 m×10
m、10 m×15 m、15 m×15 m、15 m×20 m、20 m×20 m)下,3个研究区 2 物种克隆分株种群的空
间分布格局均表现为集群分布,表明集群分布是研究区胡杨和灰叶胡杨克隆分株种群空间分
布格局的基本属性;在 5 m×5 m 尺度上,3 个研究区 2 物种克隆分株种群均表现出负二项参
数最小、Cassie指标和聚块性指标最大、聚集强度最大的分布特征.
关键词  胡杨; 灰叶胡杨; 克隆分株; 空间分布格局
Spatial distribution pattern of Populus euphratica and P. pruinosa clonal ramets in Tarim
River Basin, China. ZHAO Zheng⁃shuai1,2, ZHENG Ya⁃qiong1,2, LIANG Ji⁃ye1,2, HAN Zhan⁃
jiang1,2, LI Zhi⁃jun1,2∗ ( 1Key Laboratory of Biological Resource Protection and Utilization of Tarim
Basin, Xinjiang Production and Construction Group, Alar 843300, Xinjiang, China; 2College of
Plant Sciences,Tarim University, Alar 843300, Xinjiang, China) .
Abstract: Spatial distribution pattern of Populus euphratica and P. pruinosa clonal ramets at three
sites was studied, including natural mixed forest of P. euphratica and P. pruinosa in Awati County
located in the downstream of Yarkant River, natural P. pruinosa forest in Group 16 of Nongyishi in
the Tarim River upstream area, and natural P. euphratica forest in Luntai County located in the
middle reach of the Tarim River. The clonal ramets of the three sites showed a cluster distribution
pattern at eight sampling scales, i.e., 5 m×5 m, 5 m×10 m, 5 m×15 m, 10 m×10 m, 10 m×15
m, 15 m×15 m, 15 m×20 m, and 20 m×20 m. This pattern revealed that the cluster distribution
was a basic property in the spatial distribution pattern of P. euphratica and P. pruinosa populations.
At 5 m×5 m scale, negative binomial parameter was minimum, while Cassie index, patchiness in⁃
dex and aggregation strength were maximum for the two ramet populations at the three sites.
Key words: Populus euphratica; P. pruinosa; clonal ramet; space distribution pattern.
本文由国家科技支撑计划项目(2013BAC10B01)、国家重点基础研
究发展计划项目 ( 2012CB723204) 和国家自然科学基金项目
(31260072)资助 This work was supported by the National Science &
Technology Support Program (2013BAC10B01), the National Key Basic
Research Program of China (2012CB723204) and the National Natural
Science Foundation of China (31260072) .
2015⁃06⁃26 Received, 2015⁃12⁃04 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: lizhijun0202@ 126.com
    种群指在一定时间内占据一定空间的同种生物
的所有个体.植物种群的空间分布格局是指种群个
体在群落中的空间分布状况,它是种群本身的特性、
种间种内关系及环境因素作用的结果,是影响种群
数量动态的重要特征[1] .种群空间分布格局及其动
态是植物种群对环境因素长期选择和适应的结
果[2] .种群的空间分布格局一般分为 3 个类型,即随
机分布、均匀分布和集群分布[3] .通过植物种群空间
分布格局不仅可以了解种群的空间结构特征,而且
还可以定量描述种群的水平结构,为进一步揭示种
群的生物生态学特性、种群间相互作用以及环境因
素对种群行为和生存的影响等奠定基础.种群空间
应 用 生 态 学 报  2016年 2月  第 27卷  第 2期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2016, 27(2): 403-411                    DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201602.021
分布格局不仅受生物和生态学特性影响,也受到光
照、气候、土壤等可利用资源和种群的微生境影
响[4] .在格局分析中尺度问题十分重要,不同样方大
小可能得到不同的格局结果[5],因此要在不同尺度
下进行种群的格局分析.张文辉等[4]采用离散分布
理论拟合和聚集强度测定等方法分析了太白红杉
(Larix chinensis)种群空间分布格局,发现该物种的
空间分布格局属于集群分布,在 25和 100 m2的取样
面积上聚集程度较大.汤孟平等[6]采用 Ripley K(d)
函数的分析方法研究,发现天目山常绿阔叶林群落
的优势种均呈显著聚集分布,并且多数优势种间有
较强的种间关联性.
胡杨(Populus euphratica)和灰叶胡杨(P. prui⁃
nosa)均为杨柳科杨属胡杨亚属落叶乔木[7],是荒漠
干旱地区特有的珍贵河岸树种,构成塔里木盆地极
端干旱沙漠“绿色走廊”的主体,其耐寒、耐旱、耐盐
碱、抗风沙,具有维持区域生态系统平衡、保障绿洲
农牧业生产和为居民生活提供药材等作用,对土壤
的形成发育起重要改良作用.因此,这 2 个物种具有
较高的生态、经济和社会效益,是荒漠中一种珍贵的
抗逆种质资源[8] .基株是起源于同一合子的所有分
株的集合,也称遗传学个体、克隆或无性系.同一基
株内,形体和生理独立的,或具备潜在形体和生理独
立性的最小个体单位(单元)称为克隆分株[9] .目
前,有关胡杨和灰叶胡杨种群空间分布的研究主要
集中在基株种群和不同发育阶段种群方面的研究.
例如,韩路等[10]采用扩散系数的 t 检验法研究了塔
里木河中游灰叶胡杨种群的格局动态,认为灰叶胡
杨种群空间格局呈集群分布,随着发育阶段的推进,
其空间分布格局由随机分布向集群分布转变,大树
阶段聚集强度逐渐减弱.于军等[11]利用 Ripley K 单
变量和双变量函数研究发现,塔里木河流域荒漠河
流沿岸林优势树种胡杨种群在1~25 m尺度内呈集
群分布,灰叶胡杨种群在 2 ~ 23 m 尺度内呈集群分
布,胡杨种群聚集强度大于灰叶胡杨,随着种群的生
长发育,胡杨和灰叶胡杨聚集的尺度和规模逐渐减
弱,大树趋于随机分布.目前,针对胡杨和灰叶胡杨
克隆分株种群空间分布的研究较少.为此,本文对不
同研究区胡杨和灰叶胡杨种群克隆生长在不同尺度
上的空间分布格局进行研究,揭示其克隆繁殖特性,
有助于揭示分布格局的形成机制及其与环境之间的
相互作用关系和种群适应机理,为胡杨和灰叶胡杨
的保护和合理经营利用提供科学依据.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
16团天然灰叶胡杨林.研究区地下水位 1. 08
m,地势平坦,地表为细沙质,局部地段有盐结皮,每
年洪水可漫及部分林地.研究区林型为灰叶胡杨纯
林,伴生物种有柽柳(Tamarix chinensis)、甘草(Gly⁃
cyrrhiza uralensis)、芦苇(Phragmites australis)、小獐
毛(Aeluropus pungens).灰叶胡杨分布在塔里木河源
头河漫滩西北向,整个流域均可看到沿河岸延伸的
灰叶胡杨林.该群落位于河漫滩,受人畜影响较大,
林缘萌蘖的幼苗地上部分经常受到牲畜啃食.乔木
层盖度为 36%.灌木层盖度为 18%,草本层盖度为
59%.群落类型为灰叶胡杨⁃甘草群落.
阿瓦提县胡杨和灰叶胡杨混交林.研究区地下
水位 3.34 m,地势平坦,地表有松散的细沙,丰水年
洪水可漫及,水分状况较差.研究区林型为胡杨和灰
叶胡杨混交林,伴生物种有柽柳、黑果枸杞(Lycium
ruthenicum)、羊角草(Lindernia angustifolia)、铃铛刺
(Halimodendron halodendron).主要分布在高阶地,
在冲积沟内林木密度相对较大,距河床稍远处密度
相对较小.乔木层胡杨占 60%,灰叶胡杨占 40%,盖
度为 47%,灌木层盖度为 39%,草本层盖度为 23%.
群落类型为胡杨和灰叶胡杨⁃柽柳群落.
轮台县天然胡杨林.研究区地下水位 2.56 m,土
壤类型由灰棕土、风沙土、盐碱土和灌淤土组成,以
冲击、风积细沙为主,每年林地可漫及洪水.研究区
林型为胡杨纯林,伴生物种有柽柳、花花柴(Kareli⁃
nia caspia)、羊角草、芦苇、甘草.胡杨分布在一级阶
地和河漫滩,距河床较近,沿河岸分布比较广泛.在
近河床的林缘多为种子萌生和根蘖成林.乔木层盖
度为 42%,灌木层盖度为 22%,草本层盖度为 20%.
群落类型为胡杨⁃柽柳群落.
1􀆰 2  试验设计
在塔里木河上游农一师 16 团的天然灰叶胡杨
林、叶尔羌河下游的阿瓦提县天然胡杨和灰叶胡杨
混交林以及塔里木河中游的轮台县天然胡杨林 3 个
研究区,选择典型地段分别设置 30 m×30 m 样方 3
个.再采用相邻网格法划分成 5 m×5 m 小样方进行
调查[12] .研究区地理位置及气象因子见表 1.
1􀆰 3  种群空间分布格局分析
利用 5 m×5 m相邻格子法,对 3 个研究区的胡
杨和灰叶胡杨克隆分株进行不同样方尺度(5 m×
5 m、5 m×10 m、5 m×15 m、10 m×10 m、10 m×15 m、
404 应  用  生  态  学  报                                      27卷
表 1  研究区地理位置及气象因子
Table 1  Geographical location and meteorological factor in the study area
研究区
Study area
东经
East
longitude
北纬
North
latitude
海拔
Altitude
(m)
年平均
日照时数
Annual
average
sunshine
time (h)
年平均气温
Annual
average
temperature
(℃)
最高温度
Highest
temperature
(℃)
最低温度
Lowest
temperature
(℃)
年平均
降水量
Annual
average
precipitation
(mm)
年平均
蒸发量
Annual
mean
evaporation
(mm)
相对湿度
Relative
humidity
(%)
16团 Group 16 80°50′ 40°29′ 1023 2891 11.3 41.0 -26.6 42.0 1188 52
轮台县 Luntai County 83°38′ 41°05′ 1003 2725 10.6 40.5 -25.5 52.0 2072 50
阿瓦提县 Awati County 80°25′ 39°40′ 991 2729 10.4 39.4 -25.0 50.4 1880 56
15 m×15 m、15 m×20 m、20 m×20 m、25 m×25 m、30
m×30 m)调查,分析不同尺度克隆分株的空间分布
格局.种群空间分布格局采用偏离指数的 t 检验和
Morisita指数的 F 检验[13]判定.种群聚集强度采用
负二项指数 ( K)、 Cassie 指标 ( 1 / K)、 Green 指数
(GI)、 Lloyd 平均拥挤度 ( m∗ )、 聚块性指标
(PAI) [14]来判定.
1􀆰 3􀆰 1种群分布格局主要判定公式
1)偏离指数(C)及 t检验:
C= s2 /􀭰y
式中:C>1 时,种群为集群分布;C = 1 时,种群为随
机分布;C< 1 时,种群为均匀分布.为检验 C 偏离
Poisson分布的显著性,进行 t检验:
t=(C-1) / 2 / (n-1)
2)Morisita指数( I )及 F检验:
I =
∑y2 - ∑y
(∑y) 2 - ∑y
·n
式中:I>0时,种群为集群分布;I = 0 时,种群为随机
分布;I<0时,种群为均匀分布.Morisita 指数用 F 检
验:
F =
I × (∑y + 1) + n - ∑y
n - 1
1􀆰 3􀆰 2种群聚集强度主要判定公式
1)负二项参数(K):
K=􀭰y2 / (S2-􀭰y)
式中:K值用来度量种群聚集程度,K 值愈小聚集程
度越高;当 K 值趋于无穷大时(一般> 8),则逼近
Poisson分布;K>0 时,种群为聚集分布;K<0 时,种
群为均匀分布.
2)Cassie指标(CA):
CA=( s2-􀭰y) /􀭰y2 = 1 / K
式中:CA>0 时,种群为集群分布;CA = 0,种群为随
机分布;当 CA<0,种群为均匀分布.
3)Green指数(GI)
GI=(S2 /􀭰y-1) / (n-1)
式中:GI>0时,种群为集群分布;GI= 0 时,种群为随
机分布;GI<0时,种群为均匀分布;S2为种群尺度的
方差;􀭰y 为种群多度的平均值;y 为样方的观测值;n
为种群尺度的样方数.
4)Lloyd的平均拥挤度(m∗):
m∗ =􀭰y+( s2 /􀭰y-1)
式中:m∗为个体在一个样方中的平均邻居数,它反
映了样方内个体间的拥挤程度,其值越大聚集强度
越大,表明一个个体受其他个体的拥挤效应越
大[15] .
5)聚块性指标(PAI):
PAI= 1+1 / K
式中:PAI= 1时,种群为聚集分布;PAI>1时,种群为
随机分布;PAI<1时,种群为均匀分布.其值越大,集
聚性越强[16] .
1􀆰 4  种群空间格局规模的判定
根据可变尺度相邻格子样方法划分区组,各区
组内单元面积和个数见表 2.参照 Greig⁃Smith[17]区
组均方分析,加以修正:计算每个区组观测值的平方
和,平方和除以相应单元个数,并在相邻两区组间求
差;用后一级区组的单元个数去除相应的差值,得出
表 2  种群空间格局规模分析的取样面积
Table 2  Sampling area of scale analysis of population spa⁃
tial pattern
区组序号
Block number
单元面积
Unit area (m2)
单元个数
Unit number
1 25 108
2 50 54
3 75 36
4 100 27
5 150 18
6 225 12
7 300 6
8 400 3
9 625 3
10 900 3
5042期                        赵正帅等: 塔里木河流域胡杨和灰叶胡杨克隆分株空间分布格局           
前一级区组对应的均方值;以均方值为纵坐标,以单
元面积为横坐标做曲线,判定格局规模[18] .
2  结果与分析
2􀆰 1  群落结构与组成
3个研究区的植物群落均由乔木层、灌木层和
草本层 3 层组成.16 团样地乔木层盖度为 47%,优
势种只有灰叶胡杨,其总株数为 947株,其中克隆分
株有 916株;灌木层盖度为 9%,优势种只有柽柳,草
本层盖度为 42%,优势种有小獐毛、芦苇、甘草等.阿
瓦提样地乔木层盖度为 55%,优势种有胡杨 771 株
和灰叶胡杨 683 株,其总株数为 1454 株,其中克隆
分株有 1426株,包括胡杨克隆分株 745 株、灰叶胡
杨克隆分株 681株;灌木层盖度为 16%,优势种有柽
柳、黑果枸杞、铃铛刺;草本层盖度为 2%,优势种有
羊角草等.轮台样地乔木层盖度为 65%,优势种有胡
杨,其总株数为 842 株,其中克隆分株有 805 株;灌
木层盖度为 12%,优势种只有柽柳,草本层盖度为
6%,优势种有羊角草、芦苇、甘草等.
2􀆰 2  胡杨和灰叶胡杨种群空间分布格局
2􀆰 2􀆰 1种群的空间分布   从图 1 可以看出,不同研
究区克隆分株的空间分布存在差异,即使在同一研
究区的不同样方内,胡杨和灰叶胡杨克隆分株分布
也有差异.在 16 团灰叶胡杨种群的 3 个样地中,样
地 3的克隆分株分布较为密集,聚集强度较大,总株
数为 369株,样地 1 为 309 株,样地 2 为 269 株,克
隆分株所占的比例分别为 97.6%、94.8%、97.8%;在
阿瓦提 3个样地中,样地 5的种群分布较为密集,聚
集强度较大,总株数为 651 株,样地 4 为 471 株,样
地 6为 325株,克隆分株所占的比例分别为 98.9%、
96.8%、98.2%;在轮台 3个样地中,样地 8 的种群分
布较为密集,聚集强度较大,总株数为 369 株,样地
9为 275株,样地 7为 198 株,克隆分株所占的比例
分别为 94.9%、98.6%、92.9%.
2􀆰 2􀆰 2取样尺度对克隆分株种群空间分布格局的影
响  种群分布格局与取样大小有关,只有通过不同
尺度上的取样才能最后判定其真实属性[18] .为进一
步分析不同研究区胡杨和灰叶胡杨克隆分株种群空
间分布格局,将位于同一研究区的 3 个样方进行合
并,利用可变尺度相邻网格法[4] ,对不同研究区胡
图 1  不同研究区胡杨和灰叶胡杨种群在样方内的分布
Fig.1  Spatial distribution of P. euphratica and P. pruinosa populations in the plots at different study sites.
○: 基株 Genet individual; ●: 克隆分株 Clonal ramet. a~ i: 样方 1~9 Quadrat 1-9.
604 应  用  生  态  学  报                                      27卷
杨和灰叶胡杨克隆分株种群的空间分布格局类型进
行判定.从表 3、4、5 可以看出,偏离指数(C)均>1,
且都通过 t检验,Morisita指数( I)也均>1,都通过 F
检验,Green指数(GI)和 Cassie 指标(CA)均>0,聚
块性指标(PAI)均>1,表明 3 个研究区胡杨和灰叶
胡杨克隆分株种群空间分布均表现为聚集分布.负
二项参数(K)和 Morisita指数( I)可用于度量集群程
度,客观反映格局强度,K 值愈小,聚集度愈大,而 I
越大,聚集度愈大.16 团灰叶胡杨克隆分株种群 K
值随着取样尺度的增大而增大,则聚集强度随着取
样尺度的增大而减小,阿瓦提胡杨和灰叶胡杨克隆
分株种群和轮台胡杨克隆分株种群 K 值随着取样
尺度变化没有规律性变化,但 3 个研究区 K 值在
5 m×5 m的取样尺度上均最小,因此,聚集强度在
5 m×5 m的取样尺度上最大.
    Morisita指数不但可以较为准确地进行空间分
布格局类型的判定,而且可以量化比较聚集强度,是
分析种群空间分布格局的一种较好的指数.由图 2
可以看出,16 团灰叶胡杨克隆分株种群、阿瓦提胡
杨和灰叶胡杨克隆分株种群、轮台胡杨克隆分株种
群密度均随着取样面积的增大而增大,而 Morisita
指数均随着取样面积的增大呈下降趋势,因此聚集
强度随着取样面积的增加呈现出减弱的趋势.
2􀆰 2􀆰 3克隆分株种群的空间格局规模  从图 3 可以
看出,3 个研究区克隆分株种群区组的均值均随取
样面积的增大呈下降趋势,即格局规模随取样尺度
的增加而降低,在 5 m×5 m 尺度上均值最大,即斑
块的格局规模为5 m×5 m,说明胡杨和灰叶胡杨克
表 3  取样尺度对 16团灰叶胡杨克隆分株种群空间分布格局的影响
Table 3  Influence of sample sizes on spatial distribution pattern of P. euphratica clonal ramet populations in Group 16
项目
Item
取样尺度 Sampling scale (m)
5×5 5×10 5×15 10×10 10×15 15×15 15×20 20×20
单元个数 Number of units 108 54 36 27 18 12 6 3
偏离指数 Deviation index C 3.13 3.90 3.88 5.21 5.53 4.95 5.06 5.49
t 15.61 14.93 12.03 15.19 13.20 9.28 6.42 4.49
t0.05 1.98 2.01 2.03 2.06 2.11 2.20 2.57 4.30
Morisita指数 Morisita index I 1.24 1.16 1.10 1.12 1.08 1.05 1.04 1.02
F 3.16 3.94 3.94 5.30 5.65 5.15 5.47 6.51
F0.05 1.25 1.35 1.46 1.52 1.65 1.79 2.22 3.00
负二项参数 Negative binomial
distribution parameters (K)
4.17 6.14 9.36 8.36 11.67 20.25 23.58 32.94
Cassie指标 Cassie index (CA) 0.24 0.16 0.11 0.12 0.09 0.05 0.04 0.03
Green指数 Green index (GI) 0.02 0.05 0.08 0.16 0.27 0.36 0.81 2.25
Lloyd的平均拥挤度
Lloyd’s mean crowding (m∗)
11.03 20.70 29.79 39.43 57.36 84.04 99.72 152.49
聚块性指标 Patchiness index (PAI) 0.24 0.16 0.11 0.12 0.09 0.05 0.04 0.03
分布类型 Distribution type C C C C C C C C
C: 集群分布 Cluster distribution. 下同 The same below.
表 4  取样尺度对阿瓦提胡杨和灰叶胡杨克隆分株种群空间分布格局的影响
Table 4  Influence of sample sizes on spatial distribution pattern of P. euphratica and P. pruinosa clonal ramet populations in
Avati
项目
Item
取样尺度 Sampling scale (m)
5×5 5×10 5×15 10×10 10×15 15×15 15×20 20×20
单元个数 Number of units 108 54 36 27 18 12 6 3
偏离指数 Deviation index C 4.41 5.67 8.53 8.36 13.68 17.68 22.14 48.11
t 24.96 24.06 31.49 26.54 36.96 39.11 33.43 47.11
t0.05 1.98 2.01 2.03 2.06 2.11 2.20 2.57 4.30
Morisita指数 Morisita index I 1.25 1.17 1.18 1.13 1.15 1.11 1.11 1.14
F 4.44 5.72 8.60 8.45 13.81 15.72 22.59 49.25
F0.05 1.25 1.35 1.46 1.52 1.65 1.79 2.22 3.00
负二项参数 Negative binomial
distribution parameters (K)
3.91 5.72 5.32 7.26 6.32 7.21 7.80 4.81
Cassie指标 Cassie index (CA) 0.26 0.17 0.19 0.14 0.16 0.14 0.13 0.21
Green指数 Green index (GI) 0.03 0.09 0.22 0.28 0.75 1.52 4.23 23.56
Lloyd的平均拥挤度
Lloyd’s mean crowding (m∗)
16.77 31.40 47.61 60.81 92.84 136.93 186.14 273.78
聚块性指标 Patchiness index (PAI) 1.26 1.17 1.19 1.14 1.16 1.14 1.13 1.21
分布类型 Distribution type C C C C C C C C
7042期                        赵正帅等: 塔里木河流域胡杨和灰叶胡杨克隆分株空间分布格局           
表 5  取样尺度对轮台胡杨克隆分株种群空间分布格局的影响
Table 5  Influence of sample sizes on spatial distribution pattern of P. euphratica clonal ramet populations in Luntai
取样尺度 Sampling scale (m)
5×5 5×10 5×15 10×10 10×15 15×15 15×20 20×20
单元个数 Number of units 108 54 36 27 18 12 6 3
偏离指数 Deviation index C 2.38 2.77 3.32 3.88 4.93 6.20 11.55 18.34
t 10.07 9.14 9.73 10.39 11.47 12.20 16.68 17.34
t0.05 1.98 2.01 2.03 2.06 2.11 2.20 2.57 4.30
Morisita指数 Morisita index I 1.18 1.11 1.10 1.09 1.08 1.07 1.09 1.09
F 2.40 2.82 3.39 3.97 5.06 6.40 11.98 19.44
F0.05 1.25 1.35 1.46 1.52 1.65 1.79 2.22 3.00
负二项参数 Negative binomial
distribution parameters (K)
5.55 8.61 9.86 10.60 11.65 13.22 8.83 7.21
Cassie指标 Cassie index (CA) 0.18 0.12 0.10 0.09 0.09 0.08 0.11 0.14
Green指数 Green index (GI) 0.01 0.03 0.07 0.11 0.23 0.47 2.11 8.67
Lloyd的平均拥挤度
Lloyd’s mean crowding (m∗)
9.02 17.05 25.24 33.44 49.77 73.95 103.71 142.34
聚块性指标 Patchiness index (PAI) 1.18 1.12 1.10 1.09 1.09 1.08 1.11 1.14
分布类型 Distribution type C C C C C C C C
图 2  取样面积对种群密度与 Morisita指数的影响
Fig.2  Influence of sampling area on population density and Morisita index.
A: 16团灰叶胡杨克隆分株种群 Populus pruinosa clonal ramet population in Group 16; B: 阿瓦提胡杨和灰叶胡杨克隆分株种群 P. euphratica and
P. pruinosa clonal ramet population in Awati County; C: 轮台胡杨克隆分株种群 P. euphratica clonal ramet population in Luntai County. Ⅰ: 分株数
Number of ramets; Ⅱ: Morisita指数 Morisita index.
图 3  3个研究区种群的格局规模
Fig.3  Pattern scale of populations in three study sites.
隆分株在 5 m×5 m 尺度上聚集分布强度较大.3 个
研究区中,轮台胡杨克隆分株种群的格局规模最大,
其次是阿瓦提胡杨和灰叶胡杨克隆分株种群,最低
的是 16团灰叶胡杨克隆分株种群.
3  讨    论
种群空间分布格局是生物与环境因素相互作用
的结果,不仅与物种生物学特性和种群间相互竞争
有关,而且与其生境(包括土壤、地形、地貌等)有密
切联系[19],也是种群对生境长期适应的表现.种群
个体数、所处生境条件的异质性以及种内和种间关
系的变化等因素均可引起种群分布格局产生相应的
变化,因此,种群空间分布格局具有尺度依赖性[20],
在研究种群空间分布格局时人为地确定某个单位尺
度进行调查,所得结果只能代表那个尺度上的格局
强度[21] .因此,种群分布格局的研究不应该在单一
随机性取样尺度上进行,集群性发生的真正尺度只
能通过对同一种群进行多次不同样方大小的反复取
样来判定[22] .本研究中,3个研究区克隆分株种群空
间分布格局均表现为集群分布,而在同一研究区所
804 应  用  生  态  学  报                                      27卷
调查样方内,土壤差异不明显,地形起伏变化不大,
因此用环境因子的异质性很难解释这种分布方式,
而种内和种间关系等生物学过程可能是出现集群分
布的原因[23],说明集群分布是胡杨和灰叶胡杨克隆
分株种群空间分布格局的基本属性.胡杨和灰叶胡
杨克隆分株种群形成集群分布的原因可能与其发
生、繁殖特性和生态适应对策有关,也与人类干扰活
动和生境恶化有关[24] .结合野外调查的情况及胡杨
和灰叶胡杨的生物学特性,认为造成种群集群分布
的最主要原因是胡杨和灰叶胡杨的繁殖特性,这包
括种子繁殖特性和克隆繁殖特性 2 个方面.由于种
子繁殖易受水分条件的限制,胡杨和灰叶胡杨的更
新主要以克隆繁殖为主,而克隆繁殖所延伸的空间
范围比种子散布的范围和距离更小,更有利于形成
小尺度上的聚集分布[25] .胡杨和灰叶胡杨的根蘖繁
殖源于横走侧根上不定芽的发生及生长发育,不定
芽发生具有同步或非同步的时间特征以及单点或多
点聚集的空间分布特征,不定芽产生的时空特征决
定着根蘖苗数量和生长分布空间格局,这是克隆分
株密集丛生的内在原因[26-27] .另外,胡杨和灰叶胡
杨克隆种群呈集群分布的原因受种群发育年龄的影
响,2个物种的克隆分株都处于发育的幼龄时期,因
此幼龄种群在未经种内自疏和大规模的扩散时,仍
保持小规模的聚集.种群的聚集分布可以促进种间
共存,其核心是聚集分布加剧了种内竞争的强度而
减弱了种间竞争,造成种内竞争大于种间竞争[28] .
种内竞争的加强有利于维持种群的健康和对物理环
境的良好适应,使种群在种间竞争中更易成功[29] .
因此,胡杨和灰叶胡杨克隆分株种群在发育的幼苗
阶段,形成种间正联结是完全可能的,种群在幼年阶
段较高的集群强度有利于群体效应的发挥,促进种
群的存活和发展[30] .种群集群分布或在某一斑块上
形成优势有利于增加存活机会、抵抗外来物种入侵,
发挥群体效应,从而维持种群的稳定和持续发
展[28,31] .在自然情况下,集群分布是植株存活、生长
以及竞争等适应微环境条件的结果,是种间和种内
竞争以及种群与环境相互作用的共同结果,反映出
种群的一种生态适应机制[21,32] .
集群分布的种群个体通常是聚集成大小不等的
斑块镶嵌在一起,这种斑块的大小即为格局规
模[33] .研究种群的格局规模是了解群落结构的基
础[18] .张绘芳等[34]研究发现,离河距离越远,胡杨格
局规模加大、聚集强度加强,离河同一距离的喀尔达
依断面比英苏断面格局规模小,这主要是因为地下
水条件和当地地形的不同.喀尔达依断面个别胡杨
种群格局规模未随离河距离而加大的规律,这是胡
杨种群对异质环境的响应.种群聚集强度最大的尺
度可能是对种群更新最有利的面积,种群在该尺度
下可以最大限度地发挥生存能力,占据生态空间,实
现斑块状更新[35] .
4  结    论
采用偏离指数的 t 检验和 Morisita 指数的 F 检
验判定,塔里木河上游农一师 16团的天然灰叶胡杨
林、叶尔羌河下游阿瓦提县天然胡杨和灰叶胡杨混
交林,以及塔里木河中游轮台县天然胡杨林 3 个研
究区的克隆分株种群均表现为集群分布,这与胡杨
和灰叶胡杨本身的克隆繁殖特性有关,且在不同研
究区克隆分株种群的聚集强度均在 5 m×5 m 尺度
上最大,即聚集性较强的尺度(面积)发生在 25 m2,
而不同研究区表现出的格局规模不同,即轮台胡杨
克隆分株种群>阿瓦提胡杨和灰叶胡杨克隆分株种
群>16团灰叶胡杨克隆分株种群,这可能与环境条
件有关.在某一尺度内,多种有利于种群生长发育的
生境因素耦合导致种群在此范围内的高度聚集生
长,这个尺度也可能是种群自然更新的最适面积.在
森林抚育中,森林经营作业面积应尽量接近聚集性
最强的面积尺度,这能够将有利的自然因素的耦合
效应与人为活动效应结合起来,产生更大的有利于
种群恢复的生态效果.
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作者简介  赵正帅,男,1989年生,硕士研究生. 主要从事生
物多样性保育研究. E⁃mail: luckyseven2009@ vip.qq.com
责任编辑  孙  菊
赵正帅, 郑亚琼, 梁继业, 等. 塔里木河流域胡杨和灰叶胡杨克隆分株空间分布格局. 应用生态学报, 2016, 27(2): 403-411
Zhao Z⁃S, Zheng Y⁃Q, Liang J⁃Y, et al. Spatial distribution pattern of Populus euphratica and P. pruinosa clonal ramets in Tarim River
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