全 文 :生态环境学报 2011, 20(5): 819-823 http://www.jeesci.com
Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@jeesci.com
基金项目:广西环境工程与保护评价重点实验室研究基金项目(0802k013)
作者简介:贾桂康(1977 年生),男,讲师,硕士,主要从事入侵生态学及区域生态学研究。E-mail: jiaguikang@163.com
*通讯作者:薛跃规(1964 年生),男,教授。E-mail: xueyuegui@126.com
收稿日期:2011-03-23
紫茎泽兰和飞机草在广西的入侵生境植物多样性分析
贾桂康 1,薛跃规 2*
1. 百色学院化学与生命科学系,广西 百色 533000,2. 广西师范大学生命科学学院,广西 桂林 541004
摘要:对紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)和飞机草(Eupatorium odoratum)在广西入侵生境的植物多样性进行了研究。结果
表明:在紫茎泽兰、飞机草发生危害的生境,Simpson 指数、Shannon-Wiener 指数、Pielou 均匀度指数均比没有紫茎泽兰、
飞机草危害的生境低。在紫茎泽兰样方中,有紫茎泽兰入侵的生境其上述各指数分别比没有紫茎泽兰入侵的低 43.65%、
55.13%、55.68%。而在飞机草样方中,有飞机草入侵的生境其上述各指数分别比没有飞机草入侵的低 33.55%、37.78%、17.98%。
说明紫茎泽兰和飞机草对入侵生境的植物多样性影响较大。
关键词:紫茎泽兰;飞机草;入侵物种;生境;多样性;广西
中图分类号:X176 文献标志码:A 文章编号:1674-5906(2011)05-0819-05
紫茎泽兰和飞机草是危害广西的两种主要的
外来入侵植物。入侵植物通常都有化感作用,给农
业、畜牧业的生产带来极大危害[1-2]。近二十多年来
不少学者分别从不同角度对紫茎泽兰和飞机草进
行了研究,如在其化学成分、生物学及生态学特征、
化感作用和对其它物种的抑制影响,在入侵途径以
及对生物多样性的干扰与破坏,社会和文化的影响
及防除对策等方面都取得了一定的成果[3-15]。目前
对紫茎泽兰和飞机草的研究大多集中在对其化学
成分、化感作用、分布、防治等方面,而对其入侵
生境植物多样性的研究较少,特别是关于飞机草入
侵生境植物多样性的研究鲜见报道。为了更清晰地
认识紫茎泽兰和飞机草的危害性,进而做出有针对
性的应对措施,以减少其对农业、林业、畜牧业等
造成的经济损失,防止生态失衡,本文就紫茎泽兰
和飞机草这两种入侵植物在广西的的入侵生境进
行多样性分析,比较入侵地与未入侵地的物种多样
性,为今后防治紫茎泽兰、飞机草以为进一步研究
外来入侵物种对植物多样性的危害提供理论依据。
1 紫茎泽兰、飞机草简介
紫 茎 泽 兰 是 菊 科 (Compositae) 泽 兰 属
(Eupatorium)多年生草本植物,原产于中美洲的墨
西哥[16]。它竞争、占据本地物种生态位;与当地种
竞争食物或直接杀死当地物种,影响本地物种生
存;分泌释放化学物质,抑制其它物种生长;通过
形成大面积单优群落,降低物种多样性,是危害最
严重的杂草之一。20 世纪 50 年代从缅甸、中越边
境进入云南南部,现已广泛分布于云南、广西、贵
州等省区[9]。
飞机草也是菊科泽兰属植物,多年生丛生性草
本或亚灌木,又称香泽兰,高 2~3 m,根茎粗壮,
茎直立,分枝伸展,茎枝被柔毛,叶对生[16]。飞机
草现已广布于越南、柬埔寨、泰国、菲律宾、马来
西亚、印度、澳大利亚、南非、墨西哥和巴拿马等
地;在我国主要分布于海南、云南、两广及港澳台、
贵州等省区[13]。
2 研究地概况
广西位于中国西南边陲,介于北纬 20°54′—
26°24′,东经 104°21′—112°04′之间,北回归线横穿
其中部。南北宽 670 km,东西长 760 km,总面积
23.63×104 km2。东连广东,东北接湖南,西北接贵
州,西邻云南,南临北部湾,西南与越南接壤[9]。
广西现辖南宁、柳州、桂林、梧州、北海、钦州、
防城港、玉林、贵港、贺州、百色、河池、来宾、
崇左等 14 个地级市,7 个县级市,56 个县,12 个
民族自治县,34 个市辖区。广西西部是云贵高原的
延伸部分,大部分在海拔 1 000~2 000 m 之间。北
半部属中亚热带气候,南半部属南亚热带气候,气
候温和,阳光充足,雨量充沛,雨热同季。夏季长
而炎热,冬季偶有奇寒,年平均气温由北往南为
16~23 ℃之间[17]。
3 调查方法
采用抽样法和重点调查相结合的方法。在有紫
茎泽兰、飞机草入侵的地方依据不同群落类型和不
同生境类型的群落来设立 3 处标准样地作为处理
组,同时,在没有紫茎泽兰、飞机草分布的地方(同
一地区、同一植被类型、同一气候条件下)也设立
3 处对照样地作为对照组,各重复 3~5 次。调查群
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2011.05.015
820 生态环境学报 第 20 卷第 5 期(2011 年 5 月)
落中的植被种类、数量、林相、盖度。标准地面积
10 m×10 m,内设小样方,面积 1 m×1 m,记录下
林地类型、林地状况、共存植物种类,目测每种植
物的多度等。测定紫茎泽兰和的飞机草样方内的总
盖度、每个植被层的分盖度、每个种的分盖度,多
样性指数。乔木层和灌木层逐株调查,记录种名、
高度、株(丛)数和盖度等,草本层记录种名和估计
盖度,并记录下层间植物。
3.1 物种多样性的测定
1. 辛普森多样性指数(Simpsons diversity index)
1
1
S
i
i
D P
=
= −∑ 2
式中 Pi 为种 i 的个体数占群落中总个体数的比
例,S 为物种数目。
2. 香农威钠指数(Shannon-Wiener index)
1
S
i
i
H P
=
= −∑ 2log iP
式中 S 为物种数目,Pi 为属于 i 的个体在全部
个体中的比例。
3. Pielou 物种均匀度指数(Pielou Species Evenness)
J=D/Dmax=D/lnS
式中 D 为实测多样性指数;Dmax 是理论上最大
的多样性指数,S 为种数。
3.2 结果与分析
3.2.1 紫茎泽兰生境植物多样性分析
据调查[9],紫茎泽兰在西林、田林、隆林、右
江区、凌云、那坡、德保、靖西、乐业、平果、天
峨、南丹、巴马、大化、东兰、凤山、河池、马山、
横县、南宁等县市(区)有分布。从以上紫茎泽兰入
侵地区中选取入侵比较严重的地区分别做了生物
多样性检测,并与未入侵地区(同一地区、同一植被
类型、同一气候条件下未受入侵的生境)进行对比
(表 1),结果如下:
表 1 中的数据说明了在紫茎泽兰发生危害的生
境,Simpson 指数(D 值)、Shannon-Wiener 指数(H
值)、Pielou 均匀度指数(J 值)均比没有紫茎泽兰危
害的生境明显偏低。Shannon-Wiener 指数是表示群
落中物种丰富程度的指标;Simpson 指数是表明群
落的优势度集中在少数种上的程度指标;Pielou 均
匀度指数表示群落物种分布的均匀度指标。从表 1
可以看出,紫茎泽兰入侵造成各地生境多样性指
数、均匀度指数均下降显著。紫茎泽兰危害程度越
大则 D 值、H 值、J 值越低,有紫茎泽兰入侵的生
境,其 D 值、H 值、J 值分别比没有紫茎泽兰入侵
的生境要低 43.65%、55.13%、55.68%,差异较显
著(p<0.05),说明紫茎泽兰的入侵使当地物种减少,
物种多样性降低。H 值在南丹、天峨、田林、凌云、
那坡、德保等样地的入侵区与未入侵区(同一地区、
同一植被类型、同一气候条件下)相差较大,J 值
在上述各样地也相差较大,说明紫茎泽兰的入侵降
低了这些地方的物种多样性。D 值在田林、西林、
东兰、那坡、德保、靖西等样地的入侵区与未入侵
区(同一地区、同一植被类型、同一气候条件下)差
异也比较显著,说明其优势度集中在紫茎泽兰,主
要是因为紫茎泽兰原产中美洲的墨西哥,属于热带
和亚热带季风气候类型,年平均气温为 20 ℃,年
平均降雨量为 2 000~4 000 mm,海拔 165~2 915 m,
而这些地方的温度在 16~21 ℃,年平均降雨量为
1 500~2 000 mm 左右,海拔在 1 000 m 到 1 600 m 之
间,比较适合紫茎泽兰生长,是紫茎泽兰分布较多
的县市(区)。
3.2.2 飞机草生境植物多样性分析
据初步查明,飞机草在百色市右江区、崇左市
江州区、宁明、扶绥、田阳、北海市海城区、银海
区、铁山港区、合浦、钦州市钦南区、钦北区、灵
山、浦北、东兴、上思、防城港市防城区、港口区、
龙州、凭祥、田东、东兰、巴马、凤山、大化、天
等、大新、那坡、靖西、上思、德保、河池市金城
江区、武鸣、隆安、马山、都安、贵港市港南区、
港北区、覃塘区、玉林市玉东区、玉州区、福绵区、
陆川、博白等县市(区)有分布。从以上飞机草入侵
地区中选取受灾比较严重的地区做了生物多样性
检测,并与未受灾地区(同一地区、同一气候条件下
未受入侵的生境)进行对比(表 2),结果如下:
表 1 广西各地的紫茎泽兰入侵生境与未入侵区植物多样性指数比较
Table 1 The diversity index comparison to the invaded inhabit and not
invaded inhabit of Eupatorium adenophorum in different area in Guangxi
Simpson 指数 Shannon-Wiener 指数 Pielou 均匀度指数
地名
入侵区 未入侵区 入侵地区 未入侵区 入侵区 未入侵区
田林 1.012 2.132 0.069 0.635 0.027 0.245
西林 1.186 2.156 0.614 1.021 0.205 0.352
隆林 1.301 1.968 0.814 1.235 0.290 0.463
东兰 1.117 2.125 0.418 0.865 0.162 0.335
南丹 1.074 1.865 0.269 0.786 0.134 0.521
凌云 1.148 1.997 0.518 1.253 0.184 0.462
乐业 1.177 2.021 0.535 1.023 0.207 0.537
天峨 1.365 2.126 0.423 1.128 0.182 0.442
平果 1.125 1.875 0.877 1.332 0.313 0.536
那坡 1.111 2.115 0.316 0.934 0.199 0.368
德保 1.085 1.981 0.313 0.881 0.135 0.316
靖西 1.043 2.022 0.163 0.783 0.103 0.254
贾桂康等:紫茎泽兰和飞机草在广西的入侵生境植物多样性分析 821
表 2 中的数据说明了在飞机草发生危害的生
境,D 值、H 值、J 值均比没有飞机草危害的生境
低得多,飞机草入侵造成各地生境 D 值、H 值下降
显著,而飞机草入侵对 J 值的影响不显著。飞机草
危害程度越大则 D 值、H 值、J 值越低,有飞机草
入侵的生境,其 D 值、H 值、J 值分别比没有飞机
草入侵的生境要低 33.55%、37.78%、17.98%,差
异较显著(p<0.05),H 值在大新、宁明的入侵区与
未入侵区(同一地区、同一植被类型、同一气候条件
下)相差较大,而 J 值相差不大,说明飞机草的入侵
使其植物种类减少,但物种分布还比较均匀。
Simpson 指数在龙州、凭祥的入侵区与未入侵区相
差最大,说明其优势度集中在飞机草,物种多样性
的减少,主要因为龙州和凭祥与越南接壤,越南是
飞机草危害的重灾区,我国分布的飞机草是从越南
传入。
4 讨论
群落的生物多样性对抵抗外来入侵种的入侵
起着关键性的作用[18-19],物种组成丰富的群落较物
种组成简单的群落对生物入侵的抵抗力要强。本研
究中,在没有紫茎泽兰和飞机草分布的样方其物种
组成比较丰富,物种多样性高,而在紫茎泽兰和飞
机草入侵的生境其物种减少,物种多样性指数下降
显著,使群落特征发生改变,这可能是紫茎泽兰和
飞机草成功入侵的机制之一[20]。外来物种必须有足
够的可利用资源才能成功入侵,在生物多样性低,
特别是退化的生态系统中,如经常受到人类干扰或
已经退化的生态环境中,物种单一,外来物种比较
容易入侵,一些资源被过度利用,而另一些资源则
被闲置下来或没被充分利用[21-22]。紫茎泽兰和飞机
草正是借助这些闲置或没被充分利用的资源而得
到发展。在一些生物多样性较高的生态系统中,由
于入侵种在本身结构和生理特性上的一些特点,在
资源利用方面比土著物种有更多的优势,因而也能
够逐渐抢占这些资源,以排挤本地种。紫茎泽兰具
有极强的侵染能力,它能迅速繁殖,扩散,常连接
成片,发展为单优势群落,慢慢地侵占其它物种的
栖息环境,使其它植物难以生长,影响本地植物生
存,从而降低了物种多样性。飞机草对生境的适应
能力也较强,空旷地、弃荒地、疏林地、路旁、溪
边、山坡地等均可生长,降低植物多样性,甚至形
成飞机草的单一物种,对本地植物多样性造成很大
的危害。王文琪[23]报道,在入侵地,撂荒地和路边
生境中由当地其它草本植物构成的群落丰富度、植
物个体总数和多样性指数虽然明显高于植被保持
较好的马尾松林生境、人畜扰乱剧烈的马尾松林生
境和灌木林生境 3 个林地生境。张修玉等[24]分析,
紫茎泽兰入侵地的植物多样性随入侵程度加重而
降低,丰富度指数、多样性指数、优势度指数与均
匀度指数 4 种多样性指数均表现为轻度入侵区>中
度入侵区>重度入侵区。本研究结果与上述报道类
似,在紫茎泽兰入侵的各地生境,D 值、H 值、J
值下降显著。在飞机草入侵的生境,D 值、H 值下
降显著,而 J 值下降不显著。Simpson 指数是表明
群落的优势度集中在少数种上的程度指标,紫茎泽
兰和飞机草入侵的生境,Simpson 指数下降,说明
群落优势度集中在紫茎泽兰和飞机草上,它们在资
源利用方面比土著物种有更多的优势,能够成功入
侵。但也有人认为,物种丰富的群落具有较高的生
境多样性,因而更容易被外来种入侵[25-26]。
物种多样性是构成生态系统多样性的基础,也
是使生态系统趋于稳定的因素[27],物种多样性高使
得林地的抗入侵能力增加。本研究中,紫茎泽兰和
飞机草的入侵造成其分布生境物种多样性指数下
降趋势明显,物种减少,物种多样性下降。这可能
与紫茎泽兰和飞机草的化感作用有关。贾海江等[28]
研究发现,紫茎泽兰对入侵地木本植物种子萌芽和
幼苗的生长有明显的化感抑制作用。最新研究发
现,在入侵地,飞机草通过提高其根系周围的病原
菌的含量抑制本地植物的正常生长[29]。在生态系统
中,每一个物种的损失或灭绝增加了其余物种灭绝
的危险;当物种损失到一定程度时,生态系统就会
彻底被破坏。因此,要防御外来入侵植物的侵入,
必须保护好生境的物种多样性。
5 结论
(1)在紫茎泽兰发生危害的生境,D 值、H 值、
J 值均比没有紫茎泽兰危害的生境明显偏低。紫茎
泽兰危害程度越大则 D 值、H 值、J 值越低,有紫
表 2 广西各地的飞机草入侵生境与未入侵区植物多样性指数比较
Table 2 The diversity index comparison to invaded inhabit and not
invaded inhabit of Eupatorium odoratum in different area in Guangxi
Simpson 指数 Shannon-Wiener 指数 均匀度指数 地名
入侵区 未入侵区 入侵区 未入侵区 入侵区 未入侵区
大新 1.588 2.213 1.298 2.373 0.409 0.563
龙州 1.121 2.325 0.369 0.796 0.233 0.352
凭祥 1.456 2.542 0.736 1.226 0.464 0.631
江州区 1.533 2.358 1.006 1.764 0.503 0.642
宁明 1.457 2.245 1.023 2.125 0.498 0.565
扶绥 1.516 2.355 1.125 1.853 0.518 0.618
右江区 1.521 2.162 1.156 1.756 0.453 0.533
东兰 2.639 2.865 1.872 2.353 0.667 0.768
巴马 1.434 2.213 1.130 1.874 0.340 0.430
钦南区 1.524 2.324 1.216 1.775 0.496 0.547
铁山港区 1.452 2.186 1.232 1.832 0.395 0.425
防城区 1.471 2.327 1.258 1.842 0.436 0.512
822 生态环境学报 第 20 卷第 5 期(2011 年 5 月)
茎泽兰入侵的生境,其 D 值、H 值、J 值分别比没
有紫茎泽兰入侵的生境要低 43.65%、55.13%、
55.68%。
(2)在飞机草发生危害的生境,D 值、H 值、
J 值均比没有飞机草危害的生境低得多,飞机草入
侵造成各地生境 D 值、H 值下降显著,而飞机草入
侵对 J 值的影响不显著。飞机草危害程度越大则 D
值、H 值、J 值越低,有飞机草入侵的生境,其 D
值、H 值、J 值分别比没有飞机草入侵的生境要低
33.55%、37.78%、17.98%。
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The invasive inhabit diversity of Eupatorium adenophorum and Eupatorium
odoratum in Guangxi
JIA Guikang1, XUE Yuegui2*
1. Department of Chemistry and Life Science, Baise University, Baise 533000, China;
2. College of Life Science, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China
Abstract: Species diversity of plant communities of Eupatorium adenophorum and Eupatorium odoratum inhabit was measured by
using the indices of species Simpson index, Shannon-Wiener index, Pielou index. The results showed that the relevant indices in
Eupatorium adenophorum inhabit were lower than that in inhabit without the species by 43.65%、55.13%、55.68%. The indices in
Eupatorium odoratum in inhabit were lower than that in habit without the species by 33.55%、37.78%、17.98%. It illustrate that the
species diversity of plant communities of Eupatorium adenophorum and Eupatorium odoratum inhabit were comparatively reduced.
Key Words: Eupatorium adenophorum; Eupatorium odoratum; invasive species; inhabit; community diversity; Guangxi