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新疆伊犁天然草地白喉乌头种群分布格局



全 文 :484-487
03/2014
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
31卷03期
Vol.31,No.03
DOI:10.11829\j.issn.1001-0629.2013-0505
新疆伊犁天然草地白喉乌头种群分布格局
王 卫1,2,张鲜花1,安沙舟1,李 宏2,木克松·木明2,董莉莉1
(1.新疆农业大学草业与环境科学学院,新疆草地资源与生态重点实验室,新疆 乌鲁木齐830052;
2.伊犁哈萨克自治州治蝗灭鼠指挥部办公室,新疆 伊宁835000)
摘要:针对伊犁河谷天然草地毒害草综合治理问题,选取当地毒草优势种白喉乌头(Aconitum leucostomum)种群
为研究对象,在其进入生殖生长前依据株丛基生叶片数量将白喉乌头株丛划分为3个级别,即Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级
株丛。利用4种聚集度指标及 Moristia指数(Iδ)分布格局判定方法,研究了自由放牧样地和围栏封育+打草样地
中白喉乌头种群的结构特征及不同级别的分布格局。结果表明:1)在自由放牧区和围栏封育+打草区内,白喉乌
头种群总体及Ⅰ级株丛均为集群分布,Ⅱ级株丛均为随机分布,Ⅲ级株丛在自由放牧区为均匀分布,而在围栏封
育+打草样地内则为随机分布;2)连续4年生长季节的围栏封育有利于白喉乌头种子的萌发,且对白喉乌头种群
控制效果不明显。
关键词:天然草地;白喉乌头;株丛;分布格局
中图分类号:S812.3;Q948.15+5   文献标识码:A   文章编号:1001-0629(2014)03-0484-04

Population distribution pattern of Aconitum leucostomumin
Ili grassland,Xinjiang
WANG Wei 1,2,ZHANG Xian-hua1,AN Sha-zhou1,LI Hong2,
Mukesong-MUMING2,DONG Li-li 1
(1.Colege of Pratacultural and Environment Science of Xinjiang Agricultural University;
Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology of Xinjiang,Urumqi 830052,China;
2.Locust and Rodent Control Headerquarters of Ili Kazak Autonomous Prefecture,Yining 835000,China)
Abstract:Natural grassland weeds poisonous problem of Ili River valey is serious.Aconitum leucostomum
were scaled intoⅠ,ⅡandⅢbunch grade according to the number of strains bunch basal leaves before its
reproductive growth because this specie was the dominant.Four different aggregate indices and Moristia
index Iδdistribution pattern determination method were employed to study A.leucostomumpopulation
structure and distribution pattern in different plots under free grazing or fencing with mowing.In free
grazing plot and fencing with mowing plot,gradeⅠA.leucostomumwere clumped,gradeⅡA.leucosto-
mumrandomly distributed.gradeⅢA.leucostomumevenly distributed in free grazing plot and randomly
distributed in fencing with mowing plot.After four consecutive years fencing in growing season,it was
beneficial to A.leucostomumseed germination and was profitless for population control.
Key words:grassland;Aconitum leucostomum;strains bunch;pattern
Corresponding author:AN Sha-zhou E-mail:xjasz@126.com
*收稿日期:2011-12-11  接受日期:2013-09-03
基金项目:新疆科技厅科技攻关项目“新疆草原主要毒害草防治技术开发及试验示范(200831104)”
第一作者:王卫(1984-),男,浙江临海人,农艺师,硕士,主要从事草地资源与生态研究及草原生物灾害监测与防治。
E-mail:zjwangwei185@sina.com
通信作者:安沙舟(1956-),男,陕西富平人,教授,博导,博士,主要从事草地资源与生态、牧草种质资源评价的教学与科研工作。
E-mail:xjasz@126.com
03/2014 草 业 科 学 (第31卷03期)
  种群的分布格局(Pattern)是指在特定时间内,
群落中某一种群个体在空间的分布特征,是种群相
对静止的一种表现形式。种群的分布格局与种群特
性、种间关系以及生境条件等的综合影响因素有
关[1],是种群与环境长期适应和选择的结果,它不仅
因种而异,即使同一个物种在不同的生境条件下其
分布格局也存在显著差异[2-3]。按照种群内个体的
聚集程度和方式,种群分布格局的类型一般包括随
机分布(Random)、均匀分布(Uniform)和集群分布
(Clumped)。研究种群的结构和分布格局,既可阐
明种群的动态特征,还可说明种群与环境之间相互
作用的过程[4-5]。目前对植物种群分布格局研究相
对较多[6-7],森林群落中不同龄级的关联性也已有报
道[8],但对草地有毒植物种群分布格局研究较少[9]。
白喉乌头(Aconitum leucostomum)为毛茛科乌
头属根颈型多年生草本植物,是新疆天然草地主要
毒草之一,近年来在新疆伊犁草原大面积蔓延,已经
严重危害到当地草地畜牧业的发展[10]。本研究旨
在揭示白喉乌头种群在退化草地自由放牧和围栏封
育+打草两种不同利用方式下,经过连续4年的处
理后,其种群的分布格局及大小株丛分布特性的变
化规律,对于阐明白喉乌头种群的繁殖扩散机制以
及制定防治措施具有重要的理论价值和实践意义。
1 材料和方法
1.1 研究区自然概况
研究区设在新疆伊犁哈萨克自治州新源县那拉
提草原(83°46′-84°08′E,43°11′-43°17′N),海拔
1 965m,属温凉湿润半湿润山地气候。冬长夏短,
夏季多雷雨、冰雹天气,气候凉爽,秋季降温迅速,冬
季积雪较厚,平均积雪450mm,最大积雪900mm。
年降水量600~800mm。无霜期80~110d,年日
照时数2 400~2 700h,年平均气温-2~2℃,≥10
℃积温小于1 000℃·d。草地类型为禾草+杂类
草的山地高草草甸,土壤类型为高山草甸土。作为
当地牧民的夏季放牧草地,利用时间为6月22日-
9月22日;长期的过度放牧,造成草原上毒害草丛
生,其中以白喉乌头为优势种,本研究的自然放牧区
样地于该区域内随机选择。
围栏封育+打草样地是2008年在该退化区域
随机围封的500亩(33.33hm2)草地,于每年的8月
中旬打草利用,作为当地的新疆褐牛中心的冬天补
饲草料地,于2009年开始作为本研究试验地。
1.2 样地调查
观测发现白喉乌头进入生殖生长前基生叶片数
与生长年限存在显著关系,其幼龄株基生叶片数较
少,大龄株基生叶片数较多。根据研究目的,按株丛
内基生叶片数将白喉乌头株丛划分为3级,即叶片数
1~6为Ⅰ级株丛,7~15为Ⅱ级株丛,16片以上为Ⅲ级
株丛。野外调查于2009年6月中旬在自由放牧区和
围栏封育4年+打草的围栏内选择具有代表性的地
段分别设置一个10m×10m正方形样地,将其划分
为100个1m×1m的小样方,记录样方内各级别白
喉乌头数量及样地内所有白喉乌头的级别。
1.3 数据分析
种群分布型指数是描述种群空间分布格局的重
要指标,主要以样地调查数据为依据,运用描述种群
分布格局的扩散和聚集指数,来判断种群的空间分
布类型,这些指标同时可以判定种群的聚集强
度[11]。
本研究中主要采用平均拥挤度(m*)、聚块性指数
(m*/m)、扩散指标(CA)、扩散系数(C),Moristia指数
(Iδ)来判定白喉乌头种群的分布类型和聚集强度[7,12]。
平均拥挤度(m*)表示生物个体在一个样方中
的平均邻居数,反映样方内生物个体的拥挤程度。
m*=


j=1
xjxj-1


j=1
xj
=x+S2/x-1 (1)
式中,xj为第j个样方的个体数,n为样方总数,x
为平均密度,S2 为样本方差。
聚块性指数(m*/m),即平均拥挤度与其平均
值之比值。当m*/m<1时为均匀分布;m*/m=1
时为随机分布;m*/m>1时为聚集分布。
m*/m=m


(2)
扩散指标(CA),当CA<0时为均匀分布,当CA=0
时为随机分布,当CA>0时为聚集分布。
CA=(S2/x-1)/x (3)
扩散系数(C)用于检验种群是否偏离随机型。
当C<1时为均匀分;C=1时为随机分布;C>1时
为聚集分布。
C=S2/x (4)
对以上指标进行t 测验,t= (S2/x-1)/
2/(n-1槡 ),t>tn-1,0.05时为集群分布,否则为随机
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分布或均匀分布。
Morisita指数不但可较准确地进行空间格局类
型判断,而且可以量化聚集强度,是进行植物种群空
间格局研究的一种较好的指数。当Iδ=1时为随机
分布;Iδ<1时为均匀分布,Iδ>1时为聚集分布。Iδ
的显著性可用F 值进行检验。Iδ 和F 的计算公式
如下:
Iδ=
n(∑

i=1
x2-N)
N(N-1)
(6)
F=[Iδ(N-1)+n-N]/(n-1) (7)
式中,n为样方数,N 是样地内某个种(级别)的总株
数;x为每个样方内某个种的个体数。
将F值与0.05水平上的F表中f1=总体数-
1,f2=N-1相对应处的F值(方差比)进行比较,
当F≤F0.05时种群为随机分布;F>F0.05时,则为聚
集分布。
2 结果与分析
一般情况下,以母株为中心的植物繁殖方式
使低龄植物呈现聚集分布;随着年龄的增加,植物
对光因子和营养条件的要求提高,加之自疏、它疏
等作用,种群会趋于均匀分布;年龄继续增加,种
群将趋于随机分布[13]。本研究中,两个不同利用
方式下的白喉乌头种群总体及Ⅰ级株丛均为聚集
分布,Ⅱ级、Ⅲ级株丛则表现为聚集株群的消失。
Iδ和其他4个聚集度测定指标显示两样地中Ⅱ级
株丛均为随机分布,但仍然表现出一定的聚集性,
这是因为白喉乌头以有性生殖和营养繁殖两种方
式繁殖后代,种子成熟后自然散落于母株周围,条
件适宜即可萌发。因此,相对年轻的Ⅰ级株丛呈
聚集分布。在由Ⅰ级株丛向Ⅱ、Ⅲ级株丛转变的
过程中,由于株丛增大,种群内部竞争加剧,生态
位重新分配,能够进入较大级别株丛的数量减少,
聚集株群开始扩散,最终呈现随机分布。同时由
Ⅲ级株丛表现出稳定的随机分布或均匀分布同样
可以得到验证。由于生境的差异,Ⅲ级株丛的分
布形式表现出了差异,在自由放牧样地内为均匀
分布,而在围栏封育+打草样地内则为随机分布。
观察发现,自然放牧区由于家畜活动频繁,虽然白
喉乌头本身不被家畜采食,但通过家畜践踏,最终
导致了Ⅲ级株丛表现为均匀分布,这符合死亡格
局导致种群的均匀分布。围栏封育+打草样地内
则仅仅表现为围栏封育造成白喉乌头大株丛间竞
争剧烈,使聚集株群相对扩散而呈随机分布。
表1 两样地中白喉乌头总体及不同株丛级的分布类型
Table 1 Overal and the different grade Aconitum leucostomumdistribution type in two plots
项目
Item
围栏+打草Enclosure+ mowing
株丛级Grade
总体Total Ⅰ Ⅱ Ⅲ
自由放牧Free grazing
株丛级Grade
总体Total Ⅰ Ⅱ Ⅲ
聚集度指标
Degree of
aggregation
index
拥挤度m*
Degree of congestion
7.292  6.330  1.402  0.530  4.284  2.730  1.189  0.598
聚块性指数m*/m
Patchiness index
1.224  1.479  1.188  1.061  1.148  1.492  1.062  0.767
扩散指标CA
Diffusion index
0.224  0.479  0.188  0.061  0.148  0.492  0.062 -0.233
扩散系数C
Diffusion coefficient
2.332  3.050  1.222  1.030  1.554  1.899  1.069  0.818
t测验t test  3.895* 6.328* 0.487 -1.281  9.370* 14.420* 1.562  0.213
T(n-1,0.05) 1.984  1.984  1.984  1.984  1.984  1.984  1.984  1.984
Moristia指数(Iδ)Moristia index  1.147  1.489  1.062  0.766  1.222  1.475  1.188  1.061
F测验Ftest  1.554* 1.899* 1.069  0.818  2.332* 3.050* 1.222  1.030
F(f1,f2,0.05) 1.145  1.174  1.280  1.460  1.186  1.290  1.412  1.362
分布类型
Dispersion pattern
聚集
Clumped
聚集
Clumped
随机
Random
随机
Random
聚集
Clumped
聚集
Clumped
随机
Random
均匀
Uniform
注:*表示5%水平下大于临界值。
Note:*indicates that the 5%level is greater than the critical value.
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  两样地中的白喉乌头总体拥挤度均大于3个亚
级别,且Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级株丛的拥挤度依次递减,
调查发现此结果与总体及各级别下的白喉乌头个体
数存在着较大的关系;围栏封育+打草样地内的总
体及Ⅰ级、Ⅱ级株丛的拥挤度均大于自由放牧区,Ⅲ
级株丛则自由放牧样地略大于围栏封育+打草样
地,此结果也与两样地中对应的各级别下白喉乌头
个体数相一致,表现出个体数越多,对应的拥挤度越
大(表1)。
  两样地内的 Moristia指数(Iδ)结果均表现出了
相同的规律性,总体的聚集强度小于Ⅰ级株丛而大
于Ⅱ级、Ⅲ级株丛,说明Iδ 跟个体数量无直接相关
关系,而是反映了总体及各级别下的白喉乌头种群
的分布形式;Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级丛 Moristia指数值
表现出有规律的递减,这是因为白喉乌头种群的有
性繁殖特点,导致有性繁殖形成的Ⅰ级株丛和由Ⅰ
级发展形成的Ⅱ级株丛均表现出了一定的聚集性,
但从Ⅰ级向Ⅱ级的发展中,由于种内竞争产生的自
疏作用,使Iδ值明显减小,到Ⅲ级株丛则已经表现
出了随机或均匀分布。
围栏封育+打草样地内仅Ⅰ级株丛的Iδ略大于自
由放牧样地,其他对应级别均小于自由放牧样地,这
是因为Ⅰ级丛在生长季围栏的样地内受外界干扰较
小,特别是不存在牲畜的踩踏等,有性繁殖的个体当
年的存活率较自由放牧样地明显要大,因此Ⅰ级株丛
聚集度指数围栏封育+打草样地要略高于自由放牧
样地,但由于生长季节的围封使样地内形成较大的郁
闭环境导致了有性繁殖个体的越年成活率降低,表现
为Iδ下降幅度较自由放牧样地要大。
3 结论
两样地中的白喉乌头种群总体及Ⅰ级株丛均为
聚集分布,Ⅱ级株丛均为随机分布,Ⅲ级株丛在自然
放牧区为均匀分布而在围栏封育+打草场内则为随
机分布。
围栏封育+打草样地白喉乌头种群密度明显要
高于自由放牧样地,其中以Ⅰ级株丛最为明显,这可
能跟连续4年生长季的围栏为其种子的萌发创造了
良好的土壤和水热条件有关,因此认为,生长季节的
围封有利于白喉乌头种子的萌发,且对已遭受毒害
草入侵的草地生态恢复作用较弱,应该在生长季节
围封的同时增加人为的防治措施,如挖除、刈割和化
除等,以达到对毒害草白喉乌头治理的目的。
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(责任编辑 武艳培)
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