全 文 ：伊犁绢蒿荒漠草地退化演替序列的划分
刘洪来 ,朱进忠 ,靳瑰丽 ,范燕敏 ,王彩虹 ,杨兴伟
(新疆农业大学草业工程学院/新疆草地资源与生态重点实验室 ,乌鲁木齐　830052)
摘　要:基于 14 个样地 70个样方 ,运用聚类分析对研究区伊犁绢蒿(Seriphidium transillense)荒漠草地进行退
化演替序列划分 ,并对其退化过程的阶段进行诊断。结果表明 , 伊犁绢蒿荒漠草地退化过程可以划分为四个
阶段 ,即未退化 、中度退化 、重度退化和极度退化。随着退化程度的加剧 ,群落主要植物种的优势地位发生明
显变化 ,其结果与野外观察一致。
关键词:伊犁绢蒿;退化演替序列;聚类分析
中图分类号:S812　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-4330(2007)02-0137-05
Division on Degraded Successional Series of Seriphidium
transillense Desert Grassland
LIU Hong-lai , ZHU Jin-zhong , JIN Gui-li , FAN Yan-min ,WANG Cai-hong ,YANG Xing-wei
(Key Laboratory of Grassland Resource and Ecology of Xinjang , College of Pratacultural Engineering , Xinjiang
Agricultual University , Urumqi 830052 , China)
Abstract:The cluster analysis method has been used to divide the degraded successional series of
Seriphidium transillense desert grassland based on 70 plots 14 sample areas , and the mode of degraded
course has been diagnosed.The results showed that the successional series of Seriphidium transillense desert
grassland might be divided into four stages , namely , non-degraded , moderately degraded severely degraded and
extremely severely degraded.With the increase of the degraded degree , the various changes in the dominants of
major plant populations are obvious , which are in accordance with the results of wild investigation.
Key words:Seriphidium transillense ;degraded successional series;cluster analysis
伊犁绢蒿(Seriphidium transillense)荒漠草地属于中亚气候型荒漠 ,在新疆集中分布于北疆地区的平
原与低山 ,是当地主要的春秋放牧场。由于长期的严重超载过牧 ,草地退化十分普遍 ,局部地区已经极
度退化 ,带来植物群落的逆向演替 ,造成草地生产性能质和量的下降 ,制约草地畜牧业的发展[ 1～ 3] 。划
分草地植物群落中放牧造成的退化演替序列 ,是进一步深入研究草地生态系统结构 、功能状况 ,不同植
物种的功能作用和放牧干扰对草地生物多样性的影响机制 ,以及制定草地生态系统的恢复与重建方法
的理论基础[ 4] 。以往对退化草地的划分大多采用定性指标[ 5 ,6] ,仅有少数学者[ 7 ,8]采用定量指标进行划
分;采用数量分类的方法对伊犁绢蒿荒漠草地退化演替序列进行划分 ,这对于定量监测该地区的草地利
用现状 、退化草地的恢复具有一定的实践指导意义 。
1　材料与方法
1.1　研究区概况
研究区位于天山北坡中段昌吉市西南部的阿什里乡 ,N43°49′26″～ 43°56′51″,E87°02′08″～ 87°05′24″,
为山前洪积冲积扇河阶二级台地 ,海拔 754 ～ 942 m。气候具有中亚荒漠气候的一般特征 ,年降水量 180
～ 190mm ,年蒸发量1 760mm ,干燥度4 ～ 10。年均温6.5℃,无霜期 160 ～ 190 d 。土壤为灰漠土 ,成土母
质为黄土状物质 ,土层较厚。伊犁绢蒿荒漠是该地区的地带性植被 ,春季有短生植物发育 ,夏季一年生
收稿日期:2006-11-06
基金项目:新疆维吾尔自治区重点实验室新疆草地资源与生态实验室开放课题(XJDX0209-2004-03)
作者简介:刘洪来(1979-),男 ,吉林人 ,在读硕士研究生 ,研究方向草地资源与生态
通讯作者:朱进忠(1953-),男 ,河北人 ,教授 ,博士生导师 ,研究方向草业 、草业资源与生态 、草地畜牧业和草地遥感应用 ,(E-mai l)xycy3
@xjau.edu.cn
新疆农业科学　2007 ,44(2):137-141
Xinjiang Agricultural Sciences
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
植物形成优势层片 ,在时间序列上群落的植物组成 、生活型结构以及某些经济性状的特征要较亚洲中部
气候型荒漠复杂[ 1] ,生产上用作春秋季利用草场 ,由于过度利用 ,草地呈现不同程度的退化。
1.2　研究方法
采用野外调查与室内分析相结合的研究方法 。2006年 4月在研究区实地取样 ,根据草地退化分布
特征 ,取样方法采取了系统和典型取样相结合的方式 ,共取样地 14个 ,每个样地取 5个 1×1(m2)的样
方 ,记录样方内植物种的高度 、盖度 、密度 ,测定各样方的地上生物量和各样地植物的频度 。
研究采用聚类分析方法对伊犁绢蒿荒漠草地群落退化程度进行定量分析。聚类分析是多元分析的
一个分支 ,主要根据分类对象的数量指标 ,定量地确定这些分类对象之间的亲疏关系 ,并根据其相似和
相异程度分类 ,其原则是同一类中的个体有较大的相似性 ,不同类中的个体差异大。研究运用分层聚类
分析(Hierarchical Cluster)子模块 ,聚类法(定义 、计算两项间距离和相似性的方法)采用组间连接法
(Between Groups-linkage),测度方法(对距离和相似性)选择欧氏距离平方和(Squared Euclidean Distance)
即两项之间的距离是每个变量值之差的平方和。聚类分析采用 SPSS软件[ 9]在计算机上实现 。
2　结果与分析
2.1　退化演替序列的划分与特征分析
在退化演替序列的划分上 ,前人做了大量研究 ,如王忠仁等[ 7]采用聚类分析方法对羊草草地放牧演
替阶段进行划分 ,以优势种羊草的数量变化作为聚类指标;杜晓军等[ 8]运用聚类分析采用生态因子指标
对辽西低山丘陵区生态系统退化状况进行定量确定 ,刘钟龄等[ 10]以植被生产力的衰减作为退化演替的
指标 ,王炜等[ 11]按优势种的更替对退化草地进行诊断;研究采用聚类分析与物种的消长变化相结合的
方法 ,以重要值为参量对样地进行聚类分析。在研究区域内 ,把未退化的两个样地设在阿魏滩军用飞机
场 ,对未退化样地内的植物进行主成分筛选后 , 选择叉毛蓬(Petrosimonia sibirica)、顶冰花(Gagea
bulbifera)、伊犁绢蒿(Seriphidium transillense)、角果藜(Ceratocarpus arenarius)、蒲公英(Altaicum schischk .)五
种植物的重要值为参数 ,对 14个样地进行聚类分析。表 1
对14个样地的指标进行聚类分析 ,分析显示若以聚类距离为 6.5的水平 ,可以把 14块样地分为 4
类;其中 13号 、14号样地为第一类 ,这两个样地均位于阿魏滩军用飞机场 ,围封超过 20年 ,将其定义为
未退化群落。在未退化阶段 ,由于未受到外界干扰 ,伊犁绢蒿在群落中占有十分明显的优势地位 ,群落
有较高的生产力水平 ,地上生物量达到 113.9 g/m2 ,植被覆盖度高达 38.2%;其中伊犁绢蒿的地上生物
量为 102.1 g/m2 ,其盖度为 34.7%,分别占群落的 89.7%和 91%。表 2 ,图 1
表 1　各样地叉毛蓬 、顶冰花 、伊犁绢蒿 、角果藜 、蒲公英的重要值
Table 1　The important value of Petrosimonia sibirica , Gagea bulbifera , Seriphidium transillense ,
Ceratocarpus arenarius , Altaicum schischk in different sample plot
样地编号
Number
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
叉毛蓬
Petrosimonia
sibirica
0.05 0.04 0.17 0.05 0.05 0.02 0.22 0.02 0.50 0.42 0.09 0.18 0.15 0.16
顶冰花
Gagea
bulbifcra
0.60 0.55 0.29 0.32 0.38 0.38 0.18 0.36 0.05 0.07 0.01 0.02 0.00 0.00
伊犁绢蒿
Seriphidium
transillense
0.08 0.05 0.19 0.38 0.34 0.07 0.02 0.06 0.00 0.02 0.00 0.00 0.69 0.52
角果藜
Ceratocarpus
arenarius
0.02 0.03 0.06 0.07 0.07 0.06 0.10 0.01 0.04 0.02 0.00 0.00 0.08 0.07
蒲公英
Altaicum
schischk
0.04 0.10 0.00 0.03 0.02 0.02 0.00 0.04 0.00 0.01 0.01 0.02 0.01 0.05
注:重要值 IV=(RC+RY+RD+RF)/ 4, RC 为草地植物的相对盖度 , RY 为相对生物学鲜重产量 , RD 为相对密度 , RF 为相对频度
Note:The important value IV=(RC+RY +RD +RF)/ 4 , RC is relavate coverage of grasslancl plant , RY is fresh yield of relavate biology , RD is
relative density , RF is relavate frequency
·138·　　　　　　　　　　　　　　　新疆农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　44卷
第二类由 3号 、4号和 5号样地组成 ,这 3个样地之间的相异系数为 0.006 ～ 0.051。由聚类图和相
异矩阵可以看出 ,此类与未退化群落(第一类)之间的相异系数为 0.133 ～ 0.334 ,定义为中度退化 。在中
度退化阶段 ,由于受到牧压的抑制 ,伊犁绢蒿的高度急剧降低 、密度明显下降 ,群落的生产力水平显著下
降 ,地上生物量为 30.4 g/m2 ,植被盖度下降到 23.4%;其中伊犁绢蒿生物量为12.4 g/m2 ,其盖度下降到
4.9%;分别占群落的 40.8%和 20.9%。
　　第三类由 1号 、2号 、6号 、8号共 4个样地组
成 ,这 4个样地之间的相异系数为 0.006 ～ 0.058 ,
与中度退化(第二类)之间的相异系数为 0.047 ～
0.172 ,定义为重度退化 。在重度退化阶段 ,由于
家畜长期频繁的啃食 、践踏等强烈的牧压干扰 ,群
落的正常生长发育受到明显抑制 ,群落结构发生
改变;一年生植物顶冰花和老鹳草(Geranium
pratense)取代伊犁绢蒿成为优势种。群落的生产
力水平和植被盖度均比中度退化阶段略高 ,分别
为33.6 g/m2 和 30.5%;但是伊犁绢蒿的地上生
物量和盖度却明显下降 , 分别为4.0g/m2和
1.8%;分别占群落的 11.9%和 6%。伊犁绢蒿的
密度下降 ,早春植物顶冰花 、老鹳草等的大量增加
使群落密度大幅度增大。
第四类由 7号 、9号 、10号 、11号和 12号共 5
个样地组成 。这5个样地之间的相异系数为
0.007 ～ 0.168 ,与重度退化(第三类)之间的相异
系数为 0.086 ～ 0.520 ,定义为极度退化。群落的
生产力水平与中度退化阶段和重度退化阶段基本
保持一致 ,为 30.4 g/m2 ,植被盖度为 31.0%;伊犁
绢蒿的地上生物量和盖度分别为0 .3 g/m2和
0.1%;分别占群落的 0.1%和 0.03%。在该区域
伊犁绢蒿基本消失 ,但可以在该区域找到一些残
余的伊犁绢蒿的枯根 ,说明该地段在历史上为伊
犁绢蒿群落。
图 1　各样地树状聚类
Fig.1　The cluster dendrogram of every plot
表 2　各样地相异系数矩阵
Table 2　The dissimilarity matrix of every plot
Case 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1 0
2 0.007 0
3 0.130 0.116 0
4 0.172 0.164 0.051 0
5 0.119 0.118 0.047 0.006 0
6 0.052 0.036 0.047 0.100 0.077 0
7 0.224 0.188 0.047 0.180 0.179 0.086 0
8 0.058 0.040 0.051 0.108 0.086 0.003 0.088 0
9 0.520 0.476 0.203 0.420 0.433 0.344 0.100 0.338 0
10 0.428 0.385 0.143 0.334 0.345 0.261 0.060 0.253 0.007 0
11 0.364 0.311 0.126 0.247 0.267 0.152 0.055 0.138 0.168 0.114 0
12 0.360 0.308 0.112 0.252 0.270 0.160 0.036 0.146 0.105 0.063 0.008 0
13 0.752 0.734 0.334 0.212 0.280 0.551 0.493 0.557 0.605 0.539 0.490 0.488 0
14 0.568 0.536 0.192 0.133 0.190 0.366 0.291 0.366 0.392 0.332 0.281 0.277 0.032 0
2.2　伊犁绢蒿荒漠草地不同退化阶段的诊断
·139·2期　　　　　　　　　刘洪来等:伊犁绢蒿荒漠草地退化演替序列的划分　　　　　　　　　　　
伊犁绢蒿荒漠草地的退化演替模式为:伊犁绢蒿+叉毛蓬※顶冰花+伊犁绢蒿※顶冰花+老鹳草
※叉毛蓬+弯果葫芦巴+老鹳草 ,随着退化演替程度的加剧 ,以下给出伊犁绢蒿群落主要植物种的组成
及特征变化。表 3
表 3　伊犁绢蒿荒漠不同退化阶段草地主要植物种类组成及特征
Table 3　The main plant species constitutes and characters of
Seriphidium transillense desert in different degraded stages
样地编号
Number
主要植物种
Main plant species
重要值
Important value
高度(cm)
Height(cm)
盖度(%)
Coverage(%)
密度(株/m2)
Density
(Plant/m2)
地上生物量(g/m2)
Biomass on
ground
退化阶段
Degraded
stage
13 伊犁绢蒿
Seriphidium transllense
0.65 10.4 34.70 35 102.11 未退化
Non degraded
14 叉毛蓬
Petrosimonia sibirica 0.16 1.4 1.70 81 3.94
角果黎
Ceratocarpus arenarius 0.07 1.7 0.50 36 0.80
蒲公英
Altaicum schischk 0.04 2.3 0.60 3 2.48
弯果葫芦巴
Angularfruit fenugreek
0.02 1.8 0.40 6 0.94
角果毛茛
Angularfruict artemisia
0.02 1.3 0.10 32 0.57
抱茎独荇菜
Lepidium perfoliatum
0.02 2.5 0.00 2 0.18
3 顶冰花
Gagea bulbifera
0.36 0.6 9.40 194 5.05 中度退化
Moderately degraded
4
伊犁绢蒿
Seriphidium transllense
0.35 1.9 9.07 17 18.69
5 叉毛蓬 0.08 0.6 1.80 69 0.86
角果藜 0.05 1.0 0.87 27 0.54
弯果葫芦巴 0.04 0.7 0.93 9 0.91
老鹳草 Cranesbill 0.04 0.6 0.53 36 0.93
黄芪 Milkvetch 0.03 0.5 0.40 4 1.99
蒲公英 0.02 0.2 0.60 2 0.47
1 顶冰花 0.53 1.8 20.00 379 11.42 重度退化
Severely degraded
2 老鹳草 0.12 0.5 2.20 84 2.61
6 伊犁绢蒿 0.06 2.4 1.80 4 3.96
8 弯果葫芦巴 0.06 0.5 1.55 16 2.21
蒲公英 0.06 0.3 1.30 8 3.09
黄芪 0.06 0.8 2.10 7 5.01
木地肤
Xylonlichen 0.04 1.9 1.30 5 2.67
叉毛蓬 0.02 0.5 0.30 9 0.09
7 叉毛蓬 0.32 0.5 9.84 454 8.80
极度退化
Extremely severely
degraded
9 弯果葫芦巴 0.22 0.7 5.12 60 7.86
10 老鹳草 0.18 0.6 6.8 189 5.40
11 鸦葱 Crow onion 0.10 1.4 1.96 20 2.60
12 顶冰花 0.05 2.6 2.2 44 1.56
角果藜 0.03 0.4 1.12 34 0.64
早熟禾
Annual bluegrass
0.03 0.6 2.28 8 0.71
猪毛菜 Salsola 0.02 0.5 0.68 26 0.80
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3　结论与讨论
3.1　关于草地退化的概念
草地退化是草地生态学与草地经营学中日益引人注意的问题 ,然而对草地退化却有着不同的理解。
从生态学角度而言的草地植被退化(即生态退化)是指草地生态系统背离顶极的一切演替过程(逆向演
替);从草地经营学角度而言的草地退化是指草地生产力降低 ,质量下降和生境变劣等 ,这一切都是不利
于草地生产的过程[ 12] 。研究主要从经营管理学角度来谈草地退化。从经营管理学角度看 ,当叉毛蓬和
弯果葫芦巴成为伊犁绢蒿荒漠的建群种时 ,该地已经发生重度退化 ,但并没有发生重度的生态退化 。
3.2　弯果葫芦巴在阻截草地发生生态退化中的作用
随着伊犁绢蒿荒漠退化演替程度的加剧 ,伊犁绢蒿在群落中的重要地位逐渐降低 ,其对群落的影响
也减小;一年生植物在群落大量增加。弯果葫芦巴个体“小型化”特征相当明显 ,植株平行地面匍匐生
长 ,不易被家畜所采食 ,故成为阻截伊犁绢蒿荒漠草地发生生态退化的关键物种 。
3.3　采用空间序列代替时间序列的方法
在没有长期定位观测的情况下 ,采用以空间序列代替时间序列的研究方法是一种被动选择 ,建议以
后对草地退化演替进行长期持续系统的定位研究 。
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·141·2期　　　　　　　　　刘洪来等:伊犁绢蒿荒漠草地退化演替序列的划分