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新疆霍城假苇拂子茅种群构件的年龄结构



全 文 :322-327
03/2013
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
30卷03期
Vol.30,No.03
新疆霍城假苇拂子茅种群构件的年龄结构
赵 玉,刘 影,努尔买买提
(资源与生态研究所 新疆自治区普通高校天然产物化学与应用重点实验室
伊犁师范学院化学与生物科学学院,新疆 伊宁835000)
摘要:通过生长季末期单位面积取样的方法,对新疆霍城县沟谷中不同生境的假苇拂子茅(Calamagrostis pseud-
ophragmits)种群构件的组成及其年龄结构进行了研究。结果表明,3个生境的假苇拂子茅分蘖节的存活年限最
长为6a,分蘖株在数量上均由5个龄级组成,属稳定型年龄结构。就单株生产力的整体水平而言,3个生境的生
产力水平表现为生境H2>生境H3>生境H1,且各生境间存在显著差异(P<0.05),反映了单株生产力在不同生
境间具有一定的差异。根茎的存活年限最长为5a,根茎的生产力则以1a或2a龄级最高,各生境根茎长与根茎
生物量均以1a或2a龄级所占比例最高,且随龄级的增加而递减,反映出潮湿、疏松的沙质土壤有利于假苇拂子
茅根茎的生长和物质储存。
关键词:假苇拂子茅;无性系种群;分蘖株;年龄结构;根茎;生境
中图分类号:Q945.1;Q948.15   文献标识码:A   文章编号:1001-0629(2013)03-0322-06
  在漫长的进化过程中,植物普遍形成了自身的
营养繁殖习性[1-3],尤其是多年生草本植物,必须依
赖营养繁殖维系其生长及其种群或群落的稳定
性[4-5]。那些通过营养繁殖可以形成独立生活子代
的植物被称为无性系植物(Clonal Plant)。在温带
草原地区,对于多年生草本植物而言,营养繁殖是其
实现种群更新和维持群落中地位的主要方式,该过
程主要通过多年生部位分蘖节和地下根茎芽的输
出[6-12]作为保障。国内自20世纪80年代以来,在
草原常见植物的营养繁殖特性方面陆续开展了相关
研究工作,尤其是草原优势种与建群种的营养繁殖
生态学特征,如羊草(Leymus chinensis)[11-13]、光稃
茅香(Hierochloe glabra)[14]、碱茅(Puccineuia dis-
tans)[15]、星星草(Puccinellia tenuiflora)[16]等。这
些工作的开展,对了解多年生草本植物的营养繁殖
特性和补充更新方式,以及草地资源的管理和科学
利用等都具有重要理论与实践价值。
假苇拂子茅(Calamagrostis pseudophragmits)
为根茎型多年生禾草,可通过较强的营养繁殖特性
形成大面积的单优群落型草地。在新疆伊犁河谷地
区,假苇拂子茅作为该地区湿地草甸和沼泽化草甸
的优势种或重要伴生种,既是重要的饲用禾草之一,
也是湿地生态工程潜在的优质工程用植物。目前,
有关假苇拂子茅的研究报道主要集中在其群落特征
及生物量的调查[17-19]、生态位[20]、种群构件的年龄
结构[21-23]、物质生产[24]和有性生殖构件特征[25-26]等
方面。作为一种重要的牧草、造纸原料及优良的水
土保持植物,在其种群层次上开展的营养繁殖策略
及其环境适应性,以及无性系种群的生物生态学机
制的研究还鲜有报道。本研究通过对霍城县大西沟
河岸假苇拂子茅群落的取样调查,对3个不同生境的
假苇拂子茅无性系种群开展营养繁殖特征分析,以揭
示其营养繁殖与持续更新机制,进而为该地区的假苇
拂子茅草地资源管理与科学利用提供理论依据。
1 研究样地与研究方法
1.1样地自然概况 试验选取的3个样地均位
于新疆霍城县大西沟乡(80°75′E,44°26′N)沟谷地
带的天然假苇拂子茅草地。该地区海拔1 000~
1 150m,年均温8.2℃,极端最高温40.1℃,极端
最低温-42.6℃,山脚平原区年均降水量220mm
左右,无霜期165d,年日照时数2 800h左右[27]。
该乡地形复杂,天山北麓支脉的婆罗克努山造就了
山区独特的逆温带小气候特征,与山脚下平原地带
相 比较具有明显的冬暖夏凉的特征,年降水量500
① 收稿日期:2012-06-28  接受日期:2012-08-23
基金项目:新疆维吾尔自治区高等学校科研计划青年教师培育项目(XJEDU2010S45);国家自然科学基金项目(31170504、41061009)
作者简介:赵玉(1978-),男,安徽阜阳人,副教授,在读博士生,主要研究方向为植物种群生态学、环境生物学和化学生态学。
E-mail:2001zhaoyu@sohu.com
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mm左右。生境Ⅰ(H1)为大西沟河冲击河滩假苇
拂子茅草地,地处逆温层带,海拔1 400m,土壤为
沙壤土,牛、羊等牲畜采食频繁,伴生种为金色狗尾
草(Setaria glauca)、天蓝苜蓿(Medicago lupuli-
na)、狗牙根(Cynodon dactylon)和柽柳(Tamarix
chinensis),假苇拂子茅盖度80%左右,所受干扰较
轻;生境Ⅱ(H2)为山前坡地假苇拂子茅单优群落,
地处平原与逆温带的过渡区域,海拔1 020m,该生
境无放牧及人为干扰,土壤潮湿、松软且土层厚,土
壤为栗钙土夹杂少量沙壤土,伴生种为中国旋花
(Convolvulus arvensis),假苇拂子茅盖度75%左
右;生境Ⅲ(H3)为大西沟河大西沟乡段河岸季节性
水淹生境,海拔820m,土壤松软,其上层为栗钙土,
中层为沙,底层为鹅卵石,松软潮湿,伴生种为芦苇
(Phragmites australis)、问 荆 (Equisetum hi-
emale)、红皮柳(Salix sinopurpurea)和柽柳,假苇
拂子茅盖度80%左右。
1.2研究方法 2010年10月上旬,分别在3个样
地内对假苇拂子茅无性系种群进行取样。样方的大
小为0.25m×0.25m,深度为0.3m,取样时将地
上部分连同地下根茎一并挖出,重复5次,并编号分
置[22,24]。保持地上与地下部构件的自然联系以及
新老分蘖株的自然联系,于实验室内用清水轻轻冲
洗干净,参照根茎禾草无性系种群年龄结构的研究
方法[28]将样品中的分蘖株和根茎划分龄级并分别
计数。各龄级分蘖株和根茎于80℃烘干至质量恒
定,逐样方称其生物量。
1.3数据分析 数据的统计、分析和制图采用
Microsoft Excel 2003及SPSS 13.0软件进行。分
蘖株数及其生物量、根茎长与根茎生物量等数量指
标均换算成1m2 的数据指标,并用Duncan’s法进
行同一生境的不同龄级间或不同生境间相关数量指
标的差异显著性检验。
2 结果与分析
2.1分蘖株的年龄结构 3个生境的假苇拂子
茅种群分蘖株的年龄结构如表1和表2所示。结果
表明,除生境 H3 外,假苇拂子茅无性系种群分蘖株
均由5个龄级组成(表1),且同一生境内不同龄级
间的差异显著(P<0.05)。3个生境中单位面积的
总分蘖株数表现为 H1>H3>H2,生境间差异显著
(P<0.05);3个生境内的分蘖株均以2a龄级占优
势地位,1a、3a、4a和5a龄级所占比例依次减小。
3个生境的假苇拂子茅无性系种群分蘖株在数量上
均属于稳定型年龄结构。
  单位面积上假苇拂子茅无性系种群的生物量表
现为 H2>H3>H1,不同生境间差异显著(P<
0.05),且 H2 和 H3 分别是 H1 的2.76和1.96倍
以上。在假苇拂子茅分蘖株生物量结构中,H1 和
H3 均以1a龄级所占比例最高,分别达到了39.
47% 和
46.06%,而在H2中则以2a龄级的最高。各龄分
表1 不同生境假苇拂子茅种群分蘖株数量及其年龄谱
Table 1 Number and age spectrum on tilers of Calamagrostis pseudophragmites
populations in different habitats
龄级
Age class
H1
数量Amount/
株tiler·m-2
年龄谱Age
spectrum/%
H2
数量Amount/
株tiler·m-2
年龄谱Age
spectrum/%
H3
数量Amount/
株tiler·m-2
年龄谱Age
spectrum/%
1a 486.4±146.0a 30.89  156.8±60.3b 25.13  484.0±175.9ab  35.38
2a 537.6±274.2a 34.15  252.8±108.2a 40.51  572.0±248.0a 41.81
3a 355.2±195.8ab  22.56  124.8±64.4bc  20.00  256.0±202.8bc  18.71
4a 128.0±112.0bc  8.13  64.0±40.8cd  10.26  56.0±65.9c 4.10
5a 67.2±93.6c 4.27  25.6±31.2d 4.10 -
合计Total  1 574.4±537.3A 100.00  624.0±144.9B 100.00  1 368.0±626.9A 100.00
注:同列不同小写字母表示同一生境内不同龄级间差异显著(P<0.05),合计栏中不同大写字母表示不同生境间差异显著
(P<0.05)。下同。
Note:Different lower case letters within the same column indicate significant differentce at 0.05level among different ages in
the same habitats,different capital letters in the last row indicate significant difference at 0.05level among three different habi-
tats,respectively.The same below.
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蘖株的变异系数(CV)均以5a龄级为最高,这充分
体现了3个生境的假苇拂子茅无性系种群高龄级分
蘖株在不同生境中有相似的变异特点(表2)。
2.2不同龄级分蘖株生产力的比较 3个生境
的无性系单株生产力均以1a龄级最高,且均随着
龄级的增加而依次减少,至5a龄级最低;生境 H2
的1a龄级分蘖株生产力最高,达2.181 6g·株-1,
为生产力最低的 H1 中1a龄级的6.9倍,且不同龄
级间差异显著(P<0.05)。从整体来看,3个生境的
单株生产力水平表现为 H2>H3>H1,且生境间差
异显著(P<0.05),反映了单株生产力在不同植被
组成间具有一定的差异(表3)。在没有放牧及人为
干扰压力下,假苇拂子茅无性系种群具有旺盛的生
产力水平,而频繁的放牧、水淹等干扰不利于其分蘖
株的物质生产。
2.3根茎的年龄结构 3个生境中假苇拂子茅无
性系种群的根茎年龄级最高均为5a。除生境 H1
外,根茎长(表4)和根茎生物量(表5)均以1a龄级
所占比例最大,且二者随着龄级的增加而不断减小,
龄级间差异显著(P<0.05)。3个样地单位面积的总
生物量则表现为H1>H2>H3,反映出潮湿、疏松的沙
质土壤有利于假苇拂子茅根茎的生长和物质储存,且
生境间差异显著(P<0.05)。3个生境中的假苇拂子茅
种群根茎均以1a和2a龄级所占比例最大,3a和4a
次之,而以5a最少,其根茎长度所占百分比仅为
2.13%~10.80%,生物量仅为1.07%~3.13%。
2.4不同龄级根茎贮藏力的比较 通过对3个
生境的假苇拂子茅无性系种群单位长度根茎的生物
量即生产力的研究发现,H1 中根茎的生产力以1a
龄级最高,2a、3a、4a和5a龄级的养分贮存能力
不断减弱。由此反映出,在生境 H1 中,潮湿、疏松的
沙质土壤生境,有利于假苇拂子茅无性系种群在当年
形成大量的1a根茎,并赋予其旺盛的生活力和养分贮
存能力。对于生境H2和H3,则以2a根茎的生产力最
高,其次分别为1a、3a、4a和5a(表6),根茎生产力在
3个生境间差异不显著(P>0.05)。
表2 不同生境假苇拂子茅种群分蘖株生物量及其年龄谱
Table 2 Biomass and age spectrum on tilers of Calamagrostis pseudophragmites
populations in different habitats
龄级
Age class
H1
生物量
Biomass/g·m-2
年龄谱Age
spectrum/%
H2
生物量
Biomass/g·m-2
年龄谱Age
spectrum/%
H3
生物量
Biomass/g·m-2
年龄谱Age
spectrum/%
1a 142.2±32.1a 39.47  338.8±190.6ab  34.07  325.0±147.4a 46.06
2a 125.4±70.7a 34.79  407.0±250.1a 40.93  269.2±132.3a 38.15
3a 54.6±36.1b 15.15  156.5±71.9bc  15.74  94.0±81.8b 13.32
4a 27.1±17.0b 7.52  68.7±48.3c 6.91  17.4±23.8b  2.47
5a 11.0±13.5b 3.07  23.3±42.8c 2.35 -
合计Total  360.3±107.8B 100.00  994.3±355.7A 100.00  705.6±286.1AB  100.00
表3 不同生境假苇拂子茅无性系种群分蘖株生产力 g·株-1
Table 3 Productivity per tiler of Calamagrostis pseudophragmites
clonal populations in different habitats  g·tiler-1
龄级 Age class  H1 H2 H3
1a 0.315 4±0.098 9a 2.181 6±0.676 4a 0.692 8±0.238 9a
2a 0.243 4±0.126 4ab  1.546 3±0.715 0ab  0.513 1±0.319 0a
3a 0.197 3±0.135 7b 1.350 8±0.463 6b 0.368 8±0.083 4ab
4a 0.145 3±0.032 0ab  0.852 8±0.523 0bc  0.148 2±0.130 1b
5a 0.111 1±0.104 8b 0.458 6±0.483 5c -
平均 Mean  0.240 7±0.070 2B 1.578 0±0.377 7A 0.555 1±0.235 0B
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表4 不同生境假苇拂子茅无性系种群的根茎累积长度及其年龄谱
Table 4 Rhizomes’accumulated length and age spectrum of Calamagrostis pseudophragmites
clonal populations in different habitats
龄级
Age class
H1
长度Length/
m·m-2
年龄谱Age
spectrum/%
H2
长度Length/
m·m-2
年龄谱Age
spectrum/%
H3
长度Length/
m·m-2
年龄谱Age
spectrum/%
1a 64.27±29.88a 29.04  25.82±8.86a 31.92  34.60±11.82a 59.98
2a 75.79±43.07a 34.25  17.63±8.37ab  21.80  10.72±2.15b 18.50
3a 50.58±27.67ab  22.86  16.06±7.18abc  19.86  5.88±1.38bc  10.14
4a 22.92±15.27bc  10.36  11.14±10.86bc  16.25  5.36±2.88bc  9.25
5a 7.74±9.01c 3.49  6.22±7.13c 10.80  1.40±2.04c 2.13
合计Total  221.30±96.57A 100.00  76.88±25.38B 100.00  57.96±12.59B 100.00
表5 不同生境假苇拂子茅无性系种群根茎的累积生物量及其年龄谱
Table 5 Rhizomes’accumulated biomass and age spectrum of Calamagrostis pseudophragmites
clonal populations in different habitats
龄级
Age class
H1
生物量
Biomass/g·m-2
年龄谱Age
spectrum/%
H2
生物量
Biomass/g·m-2
年龄谱Age
spectrum/%
H3
生物量
Biomass/g·m-2
年龄谱Age
spectrum/%
1a 103.97±47.12a 46.31  26.96±10.22a 38.93  29.84±7.87a 62.51
2a 73.08±11.96b 32.56  22.40±9.12ab  32.34  12.17±1.95b 25.49
3a 33.95±3.73c 15.12  13.94±6.79b 20.13  3.11±1.11c 6.51
4a 9.31±4.34d 4.15  3.79±1.72c 5.47  2.11±1.03c  4.42
5a 4.18±4.49d 1.86  2.17±2.30c 3.13  0.51±0.72c  1.07
合计Total  224.48±30.75A 100.00  69.26±19.43B 100.00  47.74±7.07B 100.00
表6 不同生境假苇拂子茅种群根茎的生产力
Table 6 Rhizomes’productivity per meter of Calamagrostis pseudophragmites
clonal populations in different habitats  g·m-1
龄级 Age class  H1 H2 H3
1a 1.808 4±0.554 0a 1.036 7±0.055 0b 0.879 7±0.086 4b
2a 1.182 2±0.503 1b 1.419 6±0.132 2a 1.164 0±0.242 0a
3a 0.853 1±0.426 9bc  0.786 3±0.068 3b 0.518 6±0.097 6c
4a 0.595 5±0.427 1bc  0.471 7±0.179 1c 0.407 7±0.043 7cd
5a 0.347 8±0.351 5c 0.396 5±0.366 3c 0.190 4±0.221 1d
平均 Mean  1.153 0±0.401 4A 0.924 4±0.158 6A 0.836 1±0.085 8A
3 讨论与结论
本研究中,在新疆伊犁河谷地霍城县大西沟山
前不同生境中,假苇拂子茅分蘖节的存活年限最高
可达6a,分蘖株最高达5个龄级,且均以5a龄级
所占比例最小;3个生境的假苇拂子茅无性系种群
分蘖株在数量上均属于稳定型年龄结构。已有的研
究表明,在伊犁河雅玛图段河岸、伊宁县巴依托海乡
和巩乃斯河种羊场段中心岛中分布的假苇拂子茅无
性系种群均为增长型种群,且最高仅达3个龄
级[23]。在东北松嫩平原及内蒙古科尔沁草原区通
辽县境内火电站储灰池植被恢复生境中,假苇拂子
茅无性系种群分蘖株最高也为3个龄级,分蘖节最
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高可存活4a,且属增长型的年龄结构[21-22]。由此可
见,在新疆伊犁谷地地区,分布于沟谷适宜生境下的
假苇拂子茅,由于逆温带的特殊小气候条件,其无性
系种群可以达到其最大存活年限,并达到稳定结构。
禾本科多年生无性系禾草的分蘖株单株生物量
代表了分蘖株的物质生产力[13]。3个生境的假苇拂
子茅无性系种群均以1a龄级分蘖株的生产力最
高,且均随龄级的增加而减少,5a龄级分蘖株的最
低。在已有研究[23-24]中,分蘖株的生产力同样是以
1a龄级最旺盛。就单株生产力的整体水平而言,3
个生境表现为 H2>H3>H1,且生境间差异显著
(P<0.05),反映了单株生产力在不同群落类型与
组成间具有一定的差异。在生境 H2 的假苇拂子茅
无性系种群中,由于没有放牧及人为干扰压力,具有
旺盛的生产力,而频繁的放牧、水淹等干扰不利于其
分蘖株的物质生产。因此,此结果为假苇拂子茅草
地的管理、合理放牧与割草等提供了一定的理论依
据。
在对伊犁河谷、松嫩平原及其他地区假苇拂子
茅无性系的已有研究[21-23]中,根茎龄级均为增长型。
本研究中,在霍城县山地沟谷中,假苇拂子茅无性系
的根茎最多可以存活5a。对于单位根茎的生产力,
则以1a或2a龄级最高,这与已有研究[21-24]结果基
本相同,这结果体现了不同地区、不同生境或植被类
型上假苇拂子茅无性系的年轻龄级分蘖株和根茎具
有旺盛的物质生产能力的共同特点。禾本科多年生
草本植物的根茎是重要的繁殖器官及养分吸收与存
储器官,根茎长度反映了其对地下生态空间的扩展
能力,而生物量则反映根茎的养分存储能力[13]。本
研究中,3个生境的假苇拂子茅根茎的生产力表现
为H1>H2>H3。根据根茎龄级的划分标准,2a根
茎由1a蘖直接供养,3a根茎则由2a蘖直接供养
分。生境 H2 和 H3 中1、2a分株的生物量特征恰
好与根茎的相吻合,即根茎生产力的明显减弱是地
上部分株旺盛的生长竞争所导致。由于生境 H1 中
的假苇拂子茅群落郁闭度较低,尚未形成稳定的群
落,加之疏松、潮湿的沙质土壤条件,无性系通过具
有旺盛生命力的1a龄级根茎向外进行扩展,因此
生境 H1 的1a龄级根茎具有较高的生产力。此结
果为避开种子繁殖不宜进行以及植株生长缓慢等不
足,实现假苇拂子茅在湿地生态工程应用中的快繁
等提供了理论依据。
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Age structure of modules on Calamagrostis pseudophragmits
population in Huocheng County
ZHAO Yu,LIU Ying,Nurmamat
(Resources and Ecology Institute,University and Colege Key Lab of Natural Product
Chemistry and Application in Xinjiang;Chemistry and Bioscience School,
Yili Normal University,Yining 835000,China)
Abstract:Calamagrostis pseudophragmits is a perennial,rhizomatic and typical clone grass.Components
and age structure of modules of C.pseudophragmites populations were studied at the end of growth season
in different habitats in the Guly Mountains in Huocheng County of Xinjiang,China.It was found that the
tiler nodes of C.pseudophragmitsin three habitats kept alive as long as for 6year,and there were five age
classes of tilers which showed a stable age structure.Viewing the general conclusions as a whole,the pro-
ductivity of per tilers in the second habitat(H2)was significantly higher than those of the third habitat
(H3),the least was 2nd (H1),and there were significant difference among different habitats which
showed that some difference of productivity per tiler occurred in different vegetations(P<0.05).The
cumulate length of rhizomes and its biomass was the highest for the one-year-old class,and it decreased
with an increased age,the storage of dry matter within per meter rhizome was the highest for the 1st(in
H1)or 2nd(in H2and H3)age class.The results showed that loosen and damp sandy soil was advanta-
geous to the growth and storage of dry matter in rhizomes.
Key words:Calamagrostis pseudophragmits;clonal population;tiler;age structure;rhizome;habitat
Corresponding author:ZHAO Yu E-mail:2001zhaoyu@sohu.com
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