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荒漠草原沙生针茅群落组成及其地上生物量研究



全 文 :*通讯作者,E-mail:bytgt@sohu.com
收稿日期:2014-01-10;修回日期:2014-03-24
基金项目:现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-353)
作者简介:王珏(1989- ),女,内蒙古包头市人,在读硕士研究
生,E-mail:wangjue210@126.com.
文章编号:1673-5021(2014)03-0108-04
荒漠草原沙生针茅群落组成及其地上生物量研究
王 珏,宝音陶格涛*
(内蒙古大学生命科学院,内蒙古 呼和浩特 010021)
摘要:对内蒙古二连浩特地区荒漠草原沙生针茅植物群落进行四年的研究结果表明:沙生针茅群落植物种类较
为贫乏,四年封育中物种组成无大的变化;群落多样性指数与均匀性指数呈显著正相关关系(R2=0.97,P<0.05),
但与主要物种的重要值呈负相关;四年中群落地上生物量变化与降水量有显著正相关关系(R2=0.96,P<0.05),而
且猪毛菜的密度及地上生物量变化对群落总密度及总地上生物量产生较大影响。
关键词:沙生针茅;群落组成;地上生物量
中图分类号:S812   文献标识码:A
  荒漠草原是典型草原向荒漠过渡的一类草
原,其建群种由强旱生丛生禾草组成,并伴生有
一定数量的小半灌木。沙生针茅(Stipaglareo-
sa)是荒漠草原的一种重要牧草,以其为建群种
或优势种的沙生针茅草原虽然生产力较低,但它
和戈壁针茅草原一样是荒漠草原地带的优质上
等牧场,宜于养羊、养驼[1]。国内有关荒漠草原
短花针茅群落、戈壁针茅群落及小针茅群落的研
究均有报道[2~5],而对沙生针茅群落的研究则少
有人涉及。为此,本文就荒漠草原封育状态下沙
生针茅植物群落组成及生物量进行研究,以期为
荒漠草原的恢复及群落物种组成特征的研究提
供参考资料。
1 材料与方法
1.1 研究区自然概况
  试验在内蒙古二连浩特市境内的荒漠草原进
行,为典型草原向荒漠过渡地带。试验区海拔932.2m,
植被成分较为单一,主要由禾本科、菊科、百合科、藜
科、蒺藜科、豆科等植物组成。典型中温带大陆性季
风气候,多风沙,年均温3.4℃左右,年均日照率为
69%;年均降水量142.4mm,主要集中在夏季的7
月和8月(占全年降水量的67.84%);土壤为淡棕
钙土,有机质层较薄,肥力较差。供研究的沙生针
茅群落代表性地段(112°50′E,43°37′N)是一个面
积为200km×200km的围封样地,为荒漠草原植
被类型,沙生针茅为建群种,无芒隐子草(Cleisto-
genes songorica)为优势种,主要伴生种有狭叶锦鸡
儿(Caragana stenophylla)、戈壁天门冬(Aspara-
gus gobicus)、猪毛菜(Salsola collina)、沙葱(Alli-
um mongolicum)等。
1.2 研究方法
  2010~2013年,分别于不同时间(2010年8月
16日、2011年8月15日、2012年8月15日和
2013年8月15日)在围封样地内进行植物群落调
查。首先根据随机分布原则布置5个样方(样方
间隔50m),利用1m×1m样方法取草本样方记录
群落内各植物种的密度、株高,并分种齐地面剪割
样方内全部植物,分别装入自封袋封好并记好标
签;然后去除杂物按不同植物种称量测其鲜重;最
后将其置于烘箱内在65℃下烘干至恒重,再测其
干重。
1.3 数据处理
重要值I=(Rn+Rw+Rf)/3
多样性指数(Shannon-wiener指数)
H=-∑PilnPi
均匀度指数E=H/lnS
式中,Rw、Rn、Rf分别为相对生物量、相对密度、相
对频度;Pi是第i种植物的重要值除以群落所有物
种重要值之和;S为样方中植物种数。
以上数据的统计分析采用Excel 2003和Spss
19.0软件。
2 结果与分析
2.1 物种组成及动态变化
2010~2013年对围封样地内沙生针茅群落植
物种类组成进行的调查统计结果见表1。
—801—
第36卷 第3期
Vol.36 No.3
         
中 国 草 地 学 报
Chinese Journal of Grassland
         
2014年5月
May 2014
表1 沙生针茅群落植物种类组成
Table 1 Plants of Stipaglareosain different years
植物名称
Plant names
不同年份沙生针茅群落物种组成
The species of Stipaglareosain diferent years
2010  2011  2012  2013
无芒隐子草Cleistogenes songorica √ √ √ √
天门冬Asparagus cochinchinensis √ √ √ √
沙生针茅Stipaglareosa √ √ √ √
狭叶锦鸡Caragana stenophylla √ √ √ ×
苔草Carex korshinskyi × × √ √
沙葱Allium mongolicum √ √ √ √
猪毛菜Salsola collina √ √ √ √
田旋花Convolvulus arvensis √ × × ×
矮锦鸡儿C.pygmaea √ × × ×
多叶棘豆Oxytropis myriophylla × × × √
  注:“√”为物种出现,“×”为物种未出现。
  Note:Plant existed in community(√)and did not(×).
  从表1看出,在2010~2013年四年的围封期
间,沙生针茅群落种类组成无大的变化:2010年有8
种植物;2011年有6种植物;2012年有7种植物;
2013年也是7种植物。
2.2 植物功能群及其地上生物量变化
根据生活型谱,本研究将研究区域内的植物划
分为丛生禾草(无芒隐子草、沙生针茅)、根茎苔草
(苔草)、灌木(狭叶锦鸡,矮锦鸡)、多年生杂类草(多
叶棘豆、天门冬、沙葱、田旋花)和一二年生杂类草
(猪毛菜)5个功能群,各功能群的地上生物量测定
结果见表2。
表2 各功能群生物量年度变化
Table 2 The annual change of biomass in plant functional group
功能群
Plant functional group
不同年份群落功能群地上生物量(g/m2)
Biomass of each plant functional group in
different years
2010  2011  2012  2013
丛生禾草 25.16  6.97  10.32  31.01
根茎苔草 0  0  0.36  0.17
灌 木 0.38  0.39  2.59  0
多年生杂类草 3.87  2.56  3.83  12.43
一二年生杂类草 5.87  0.76  133.15  5.12
在2010、2011和2013年,丛生禾草地上生物量
分别占群落总生物量的71.7%、65.3%和63.6%,
居优势地位;多年生杂类草地上生物量达25%~
31%,在群落地上生物量中起重要作用;灌木地上生
物量最小,占群落总地上生物量的1%左右;根茎苔
草仅在2012、2013年出现,其生物量仅占总地上生
物量的2%~3%;一二年生草本植物地上生物量在
7%~16%。2012年群落地上生物量的分布变化较
大,一二年生杂类草的生物量占到群落总地上生物
量的88.6%,丛生禾草的相对生物量仅为6.7%(较
其他年份有大幅下降),灌木、多年生杂类草、根茎苔
草的相对生物量也仅为1%~2%。从表3看出,围
封四年中群落总地上生物量与全年总降水量呈显著
正相关(r2=0.96,P<0.05)关系。2012年一二年
生杂类草(猪毛菜)的生物量占群落地上生物量的
88.62%,较其他三年的生物量有大幅增加。
表3 群落总生物量与年总降水量
Table 3 Annual aboveground biomass and precipitation
年份
Year
总地上生物量(g/m2)
Aboveground biomass
全年降水总量(mm)
Annual precipitation
2010  35.73  85
2011  10.68  70.9
2012  150.25  170.4
2013  48.73  121.2
2.3 不同功能群物种的密度变化
在四年的研究中,除2011年外密度最大的功能
群均为一二年生杂类草(表4),其次是丛生禾草及
多年生杂类草,灌木的密度最低。2010年群落总密
度最大,达到100.06株/m2,其中一二年生杂类草
猪毛菜的密度达到63.22株/m2,但其地上生物量
仅为5.87g/m2。可见,猪毛菜虽然单位面积株丛数
较多,但单株生物量较小,因而群落总地上生物量
不大。
表4 各功能群密度年度变化
Table 4 The annual change of density in plant functional group
功能群
Plant functional group
不同年份群落功能群密度(个/m2)
Density of each plant functional group in
different years
2010  2011  2012  2013
丛 生 禾 草 9.19  40.32  35.3  33.96
根 茎 苔 草 0  0  2.14  1.93
灌 木 2.27  2.42  1.07  0
多年生杂类草 25.38  30.64  18.98  24.37
一二年生杂类草 63.22  26.61  47.71  39.74
2.4 群落多样性指数、均匀度指数分析
群落的物种多样性指数和均匀度指数是反映群
落组成结构特征的定量指标。如表5所示,四年中
群落的多样性指数及均匀度指数均呈现上升趋势,
表明群落的物种多样性呈逐年增加的趋势。对多样
性指数与均匀性指数进行相关性分析可知,两者具
有显著正相关关系(R2=0.97,P<0.05)。
表5 沙生针茅群落不同年份多样性指数与均匀度指数
Table 5 Index of diversity and evenness in different years
年份
Year
多样性指数
Diversity index
均匀度指数
Evenness index
2010  1.546  0.743
2011  1.614  0.813
2012  1.632  0.841
2013  1.681  0.862
2.5 主要物种重要值变化
—901—
王 珏 宝音陶格涛  荒漠草原沙生针茅群落组成及其地上生物量研究
选取相对频度在50%的五种主要植物,其各年
度的重要值及其显著性差异如表6所示。
表6 沙生针茅群落主要物种重要值年度变化
Table 6 The annual change of importance value of the main
plants in Stipaglareosa community
植物名称
Plants names
不同年份的重要值
Importance values of the main plants
in Stipaglareosa community for years
2010  2011  2012  2013
无芒隐子草 22.9a 29.07a 14.13a 18.01a
天 门 冬 37.8ab  44.27ab  33.51ab  38.13ab
猪 毛 菜 58.27ab  46.4ab  66.21ab  34.63ab
沙   葱 25.67b 26.65b 34.13b 14.4b
沙 生 针 茅 62.3a 55.3a 44.8a 63.6a
  注:同列内不同字母表示差异性显著(P<0.05)。
  Note:Different letters within the same column represent a significant
difference(P<0.05).
  对这几种主要植物种的重要值与群落的多样性
系数进行相关性分析的结果(表7)表明,群落多样
性系数与主要植物种的重要值呈负相关(P<0.05)
关系,相关性系数绝对值最大的为猪毛菜,其次为沙
葱、无芒隐子草、沙生针茅和天门冬。
表7 主要物种重要值与群落多样性系数相关分析
Table 7 The correlation analysis of main species
important values and species diversity coefficient
物种
Species
相关性系数
Correlation coefficient
无芒隐子草 -0.42
天 门 冬 -0.088
猪 毛 菜 -0.57
沙   葱 -0.43
沙 生 针 茅 -0.091
2.6 一年生杂类草生物量、密度年度变化
在群落密度最大的2010年和群落地上生物量
最大的2012年,引起群落密度和地上生物量增加的
均为一年生杂类草猪毛菜。对2010~2013年猪毛
菜8月地上生物量和密度的测定结果见表8。
表8 猪毛菜八月地上生物量、密度年度变化
Table 8 The annual changes of Salsola
aboveground biomass,density
年份
Year
地上生物量(g/m2)
Aboveground biomass
密度(株/m2)
Density
2010  5.87  63.22
2011  0.76  26.61
2012  133.15  47.71
2013  5.12  39.74
3 讨论
在内蒙古荒漠草原区,降水是草地生产力的主
要限制因子。韩芳等[6]研究了气候变化对内蒙古荒
漠草原牧草生产力的影响,认为年降水量与牧草生
产力有显著的相关关系,这与本研究的结果相一致,
即沙生针茅群落的地上生物量(初级生产力)与年总
降水量呈显著的相关关系(R2=0.96,P<0.05)。
在四年的研究中发现,一二年生杂类草的种群密度
及地上生物量年际波动较大,对群落的多项指标都
有较大影响。梁存柱等[7]的研究指出,在降水量为
70mm左右时,猪毛菜于4月中旬左右开始萌发,展
叶期到5月中旬,其完全生殖生长期(从盛花期到果
实完全成熟的时间)大约从5月中旬开始到6月中
旬结束;降水量在150mm左右时,猪毛菜的萌发时
间以及展叶期与降水量为70mm时相差无几,只是
其完全生殖生长期持续到7月中旬结束。由此可
知,2011年、2012年的6月及7月为猪毛菜的生殖
生长期,此时密度不会再随降水量的增加有大幅度
的增加,但其株高、叶长以及生物量仍然随着降水量
的增多而增加,因而单位面积猪毛菜的数量反而会
因为种内竞争有所减少,同时出现8月的密度与总
降水量呈弱负相关的现象。
本研究的样地进行了为期四年的围封禁牧,群
落处于进展演替阶段,随着封育时间的延长,群落的
物种丰富度及单位面积的物种数都出现了一定程度
的增加,因此群落的多样性指数出现逐年小幅增加。
群落的多样性系数与各主要植物种的优势度均呈负
相关关系,这与彭少麟等[8]、杜茜等[9]的研究结果一
致。多样性系数能够表明一个群落在种结构上的复
杂程度,当群落中物种数增加时已存在的物种个体
分布越均匀,多样性系数就越大。本研究的沙生针
茅群落物种数在四年封育状态下并未有显著变化,
因此群落中物种个体分布的均匀程度与多样性系数
密切相关。而猪毛菜是受年际降水量变化影响最大
的植物种群,其相对生物量、密度均为群落中波动最
大的种群,因而它的个体分布均匀度变化程度也是
群落中最大的。作为群落建群种的沙生针茅,其密
度、地上生物量均保持在一定范围内,并且变化很
小,其个体分布均匀度也基本保持不变,因而猪毛菜
重要值与其负相关性最大,沙生针茅重要值与其负
相关性最小。
4 结论
沙生针茅群落物种组成较为贫乏,且在短期封
育后不会发生大的变化。群落中丛生禾草层片密
度、地上生物量、重要值均有小幅度波动。群落的地
—011—
中国草地学报 2014年 第36卷 第3期
上生物量与降水总量呈极显著的正相关。群落多样
性指数在四年围封状态下呈增加的趋势,且与群落
均匀性指数呈正相关,与主要植物种重要值呈负相
关。一二年生植物的密度、地上生物量波动较大,对
群落地上生物量以及密度起决定性作用。
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Species Composition and the Aboveground Biomass
of Stipaglareosa Community in Desert Steppe
WANG Jue,Baoyin Taogetao
(College of Life Science,Inner Mongolia University,Hohhot 010021,China)
Abstract:Based on the four years(2010~2013)investigation of the Stipaglareosa plant communities
in Erenhot desert steppe of Inner Mongolia.The results showed that the species composition of Stipa
glareosa community was relatively poor,after four years'fencing there was no markedly change in species.
Diversity index was positively correlated to homogeneity index(R2=0.97,P<0.05).The important val-
ues of main species were negatively correlated with diversity index.The aboveground biomass was signifi-
cantly positively correlated to precipitation (R2 =0.96,P<0.05).The density and variation of
aboveground biomass of Salsola collina had great effect on the total density and above biomass.
Key words:Stipaglareosa community;Species composition;Aboveground biomass
—111—
王 珏 宝音陶格涛  荒漠草原沙生针茅群落组成及其地上生物量研究