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蓝靛果忍冬种群空间格局随海拔梯度变化研究



全 文 :北方园艺2015(22):27~31 ·试验研究·
第一作者简介:轩志龙(1985-),男,硕士研究生,研究方向为森林
培育。E-mail:254032361@qq.com.
责任作者:张启昌(1964-),男,博士,教授,研究方向为森林培育。
基金项目:吉林省科技发展计划资助项目(20120269,20140307025NY);
中央财政林业科技推广示范资助项目(2013TJQ04);吉林省教育
厅科学研究资助项目(2012-130)。
收稿日期:2015-08-19
DOI:10.11937/bfyy.201522006
蓝靛果忍冬种群空间格局
随海拔梯度变化研究
轩 志 龙1,王 峰 洁2,张 启 昌1,李 金 桂3,李 玉 涛3,刘   玥1
(1.北华大学 林学院,吉林 吉林132013;2.吉林省蛟河林业实验区管理局,吉林 蛟河132500;
3.吉林省白河林业局,吉林 安图133613)
  摘 要:以长白山北坡野生蓝靛果忍冬群落调查数据为样本,对不同海拔蓝靛果忍冬种群空
间分布格局特征进行分析比较,以揭示蓝靛果忍冬灌丛种群对环境的适应机理,从而为合理地利
用和保护这一经济植物提供科学依据。结果表明:蓝靛果忍冬基株和克隆分株种群的分布类型
为聚集分布,分布格局拟合为负二项分布;种群的聚集强度随海拔梯度变化呈双峰型曲线;种群
格局规模在海拔1 200m和1 800m处较大,种群格局规模在海拔1 600m处最小。
关键词:蓝靛果忍冬;种群;空间分布格局;海拔梯度
中图分类号:S 663.9 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2015)22-0027-05
  空间格局长期以来决定植物群落物种之间的关
系[1-3],在生态学许多领域中也起到越来越重要的作
用[4]。种群空间分布格局是组成种群的物种个体在其
生活空间中的布局和影响。通过对某个种群的空间分
布格局进行认真分析研究,可以了解该种群的空间分布
特点,根据空间分布格局的特点与关联性,可以进一步
揭示种群的动态进程及潜在的维持机理,进而推断出自
然群落中不同物种共存的维持机制[5]。植物的空间分
布格局是植物群落空间结构的基本构成要素之一,对于
正确的判定种群特征、种群相互关系以及种群与环境之
间的关系[6],掌握其演变过程及预测其变化趋势有极其
重要的意义[7]。
蓝靛果忍冬(Lonicera caerulea Linn.)属忍冬科忍
冬属蓝靛果亚组的落叶灌木[8],分布广泛,在吉林省长
白山地区、黑龙江地区以及大兴安岭地区均有分布。果
实富含多种营养元素,包括糖类、矿物质等微量元素,适
用于饮料加工、酒品酿制,是一种新兴的野生浆果。蓝
靛果忍冬具有重要的药用价值,不仅可以明目、抗疲劳、
清热解毒,而且具有抗肿瘤和改善肝功能的功效。
目前对蓝靛果忍冬的研究多在生物学和生理上、经
济价值、驯化培育、药用价值等方面[9-13];但关于植物空
间分布格局以及对生态因子的响应等方面的研究较少,
不同海拔生境种群间的比较分析研究更是少见。该试
验通过对长白山不同海拔野生蓝靛果忍冬种群的分布
格局进行分析研究,探讨了蓝靛果忍冬种群的分布规律
及对生态因子的响应,为野生蓝靛果忍冬种群的合理保
护、恢复及利用提供科学数据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验样地设在长白山北坡,长白山隶属于吉林省,
总面积19.078 1万hm2,是20世纪60年代由吉林省
政府批准建立;20世纪80年代晋升为国家级保护区,
海拔最高为2 770m,辖区内物种丰富,野生资源种类
繁多,野生植物有2 000多种,野生动物近400种[14]。
是典型的温带大陆性气候,年平均气温3.3℃;暗棕色
森林土壤,有丰富有机质和矿质元素,具体见参考文献
[15]。
1.2 试验方法
1.2.1 样地调查 标准地的设置采用梯度格局法,蓝靛
果忍冬首次出现在海拔600m,所以自海拔600m沿道
设1条样线一直延伸到蓝靛果不出现为止(海拔800m
处),每200m海拔高度设置1块样地。样地设置成为
128个2m×2m的灌木样方,调查每个样方的灌木,记
录灌木种类、盖度及蓝靛果忍冬的个体数(蓝靛果的丛
72
·试验研究· 北方园艺2015(22):27~31
数和分株数)。
1.2.2 种群空间的分布格局判定指标 对种群的聚
集程度分析,常采用以下公式方差均值比(v):
v=
∑x2-
(∑x)2

N-1
(1),
m=∑xN ,t=

m -1

,S= 2N-槡 1。
  负二项参数(k),公式如下:
k= m

S2-m
(2),
I= vm-1
(3)。
  平均拥挤指数(m*),公式如下:
m* =m+ vm-1
(4),
  聚块性指数(m*/m),公式如下:
m*/m=1+1k
(5),
  进行种群聚集强度的测定,具体说明见参考文献
[16-18]。 
1.2.3 格局规模分析方法 Greig-Smith(1952)的等级
方差分析法在分析种群空间分布格局方面与其它分析
方法对比,有一定的优势,分析比较方便,较能定性的分
析比较聚集强度,该方法的具体分析过程如下:假设通
过野外调查记录,得到一个连续样方的数据,记作a1、a2、
a3…an。首先计算各个区组内所有元素的平方并累加求
和,即:
区组1∑X21=a21+a22+…a2n ,
区组2∑X22=(a1+a2)2+(a3+a4)2+…(an-1+an)2,
区组4∑X22=(a1+a2+a3+a4)2+(a5+a6+
a7+a8)2+…(an-3+an-2+an-1+an)2等,依此类推。然
后,计算各区组的平方和SS(sums of squars):
区组1 SS1=∑X21/1-∑X22/2,
区组2 SS2=∑X22/2-∑X24/4,
区组4 SS4=∑X24/4-∑X28/8等,依此类推。
再次,计算各区组的均方(means quare):Ms=各区组的
平方和(SS)/各自的自由度(df)。确定各自的自由度:
自由度df=(各自的区组元素个数)-(上述计算中已经
出现过的自由度)-1。最后,根据各个区组的均方和大
小绘制格局分析图(区组大小为横轴,区组的均方为纵
轴),再以均方峰值对应的区组数与样方边长的乘积计
算得出的数值作为斑块的规模。
2 结果与分析
2.1 不同海拔梯度蓝靛果忍冬种群聚集强度的判断
在分析各海拔蓝靛果忍冬基株种群的各个指标值
中,由表1可以看出,除海拔1 400m处t检验值>0.05,
其余海拔基株种群中的t检验值均<0.01,表明t检验
显著;方差/均值均大于1;丛生指标I和负二项参数k
的值也均>0,与方差/均值表现一致。综上,蓝靛果忍
冬基株种群的分布类型为聚集分布。
  表1 蓝靛果忍冬灌丛基株种群空间分布格局分析
  Table 1 The spatial distribution pattern of Lonicera edulis genet population
编号
Number
海拔
Altitude/m
平均拥挤指数
Mean crowding
丛生指标
Clumping index
聚块性指数
Patch index
负二项参数
Intensity index
负二项分布χ2检验
χ2-test for negative binomial
distribution(概率P)
方差均值比
Standard variance
average ratio
T值
Tvalue
(Prob<)
结果
Result
a1  600  3.685  2.960  5.083  0.245  0.014 2* 3.960
5.264 1
(<0.000 1)

a2  800  4.827  2.632  2.872  0.834  0.002 0** 3.632
6.000 7
(<0.000 1)

a3  1 000  7.612  2.832  1.592  1.688  0.010 8* 3.832
6.331 5
(<0.000 1)

a4  1 200  4.212  2.979  3.416  0.414  0.001 5** 3.979
6.710 3
(<0.000 1)

a5  1 400  1.470  0.608  1.704  1.420  0.496 1  1.608
1.365 3
(0.175 2)

a6  1 600  4.503  2.903  2.814  0.551  0.251 7  3.903
5.458 6
(<0.000 1)

a7  1 800  2.273  1.697  3.948  0.339  0.296 6  2.697
3.785 3
(0.000 3)

  注:C,聚集分布Clump;R,随机分布Random;*表示负二项分布显著;**表示负二项分布极显著。表2同。
Note:C,Clump;R,Random;*indicates binomial distribution significantly;**indicates binomial distribution is very significantly.The same as table 2.
82
北方园艺2015(22):27~31 ·试验研究·
  表2 蓝靛果忍冬灌丛克隆分株种群空间分布格局分析
  Table 2 The spatial distribution pattern of Lonicera edulis clonal rament population
编号
Number
海拔
Altitude/m
平均拥挤指数
Mean crowding
丛生指标
Clumping index
聚块性指数
Patch index
负二项参数
Intensity index
负二项分布χ2检验
χ2-test for negative binomial
distribution(概率P)
方差均值比
Standard variance
average ratio
T值
Tvalue
(Prob<)
结果
Result
b1  600  9.497  8.272  7.753  0.148  0.014 2* 4.700
14.710 1
(<0.000 1)

b2  800  16.381  10.677  2.872  0.534 <0.000 1** 11.677
24.338 6
(<0.000 1)

b3  1 000  14.845  6.505  1.780  1.282  0.000 8** 7.505
14.545 2
(<0.000 1)

b4  1 200  28.270  24.639  7.786  0.147  0.088 9  25.639
55.503 7
(<0.000 1)

b5  1 400  2.408  1.340  2.254  0.798  0.033 0* 2.340
3.010 4
-0.003 3

b6  1 600  17.762  14.882  6.167  0.194  0.061 0  15.882
27.982 8
(<0.000 1)

b7  1 800  4.619  3.700  5.025  0.248  0.042 7* 4.700
8.252 0
(<0.000 1)

  从表2可以看出,克隆分株各海拔t检验值均<
0.01,方差/均值均大于1;丛生指标I和负二项参数k
的值也均>0,说明各个海拔克隆分株种群分布为聚集
分布。
2.2 不同海拔梯度蓝靛果忍冬种群聚集强度的变化
该研究选用平均拥挤指数m*、丛生指标I、负二项参
数k、聚块性指数m*/m,从不同角度分析不同海拔蓝靛果
忍冬基株种群和克隆分株种群的特点,详见图1(a、b)。
注:a-基株种群,b-克隆分株种群。下同。
Note:a-genet population;b-clonal rament population.The same below.
图1 蓝靛果忍冬灌丛基株种群聚集强度沿海拔梯度变化
Fig.1 The aggregation intensity variation of Lonicera edulis population along elevation gradient
  图1(a)说明了基株的4个指标数值随着海拔高度
升高而呈现不同数值的特点。从图1(a)还可以看出,在
海拔1 000m和1 400m处,负二项参数出现2个峰值,
分别为1.688和1.420,在海拔600m处出现最低值,为
0.245;在海拔1 000m和1 600m处,平均拥挤度指标曲
线的趋势呈双峰曲线形状,在海拔1 400m处出现最低
值,为1.470;在海拔600m处丛生指标I值最高,为
2.960,在海拔1 400m处值最低,为0.608;聚块性指数
m*/m在海拔600、1 200、1 800m出现3个峰值,分别为
5.083、3.416、2.814,在海拔1 000m和1 400m处出现2
个波谷,分别是1.592和1.704。
图1(b)表明,分株的4个指标随着海拔高度升高
而呈现不同数值的特点,其呈现与基株种群不同的规
律。其中,在海拔1 000m和1 400m处,负二项参数出
现2个峰值,分别是1.282和0.798,表现出双峰曲线,在
海拔1 200m处出现最低值,为0.147;在海拔1 200m
和1 600m处,平均拥挤指数和丛生指标都出现2个峰
值,平均拥挤度值分别为28.270和17.762,丛生指标值
为24.639和14.882,在海拔1 400m处,二者出现最低
值分别为2.408和1.340;在海拔600、1 200、1 600m处
聚块性指数出现3个峰值分别为7.753、7.786、6.167,在
海拔1 000m处出现最低值,为1.780,其曲线是一种波
浪形曲线。
2.3 蓝靛果忍冬种群空间分布格局的规模分析
该研究采用Greigh-Smith方法(1952)对蓝靛果忍
冬种群空间分布格局规模进行分析,表明不同海拔高度
92
·试验研究· 北方园艺2015(22):27~31
的蓝靛果忍冬种群,其格局大小不全相同。从图2可以
看出,格局为8,面积为32m2 的基株种群分布在海拔1
600m处;格局为16,面积为64m2的基株种群分布在海
拔600、800、1 000、1 400m 处;格局为32,面积为
128m2的基株种群分布在海拔1 200m和1 800m处。
海拔1 400m处克隆分株种群的格局大小为32,格局面
积128m2,其它海拔的分株格局大小及面积与同海拔的
基株格局及面积相同。
注:横坐标表示区组大小,纵坐标表示区组均方。
Note:x-coordinate representation of block size,y-coordinate representation of mean square.
图2 蓝靛果忍冬种群格局规模分析
Fig.2 The pattern scale analysis of Lonicera edulis population
3 结论与讨论
经研究分析可得,在各海拔蓝靛果忍冬基株种群的
各指标值中,除海拔1 400m处的基株种群的t检验值>
0.05,其余海拔基株种群中的t检验值均<0.01,表明t
检验显著;方差/均值均大于1;丛生指标I和负二项参
数k的值均>0,与方差/均值表现一致。综上,蓝靛果
忍冬基株种群的分布类型为聚集分布。克隆分株各海
拔t检验值均<0.01,方差/均值均大于1;丛生指标I和
负二项参数k的值均>0,说明各个海拔克隆分株种群
分布也为聚集分布。这种格局可能与蓝靛果忍冬繁殖
特点有关:有性繁殖上,与荔波瘤果相似,种子掉落在母
树附近,逐渐长成植株,形成种群[19];无性繁殖上,因为
母株根系生长的范围不是很广,分株在根系上生长,易
形成聚集分布。
该研究选用平均拥挤指数m*、丛生指标I、负二
项参数k、聚块性指数m*/m从不同角度分析不同海
拔蓝靛果忍冬基株种群和克隆分株种群的特点。结果
发现,蓝靛果忍冬基株及克隆分株种群的聚集强度均
呈现了先高后低再高再低的规律;聚集强度高的种群
分布在海拔600~1 200m的范围内及1 600m处,聚
集强度降低的种群分布在海拔1 400m处和1 800m
处。课题组认为,林分内光照是海拔1 400m处蓝靛
果忍冬种群聚集强度呈现较低的重要因素。实地调查
中发现,在长白山海拔1 400m处是典型的暗针叶林,
林分郁闭度较大,透光度差,林下几乎见不到光,蓝靛
果忍冬植株在林下生长受到限制,致使其分布极为分
散,在海拔1 800m处为岳桦林景观带,温度较低,风
力强,影响了蓝靛果忍冬生长;而其它海拔样地其林分
郁闭度低、光照相对充足、温度适中,适合蓝靛果生长,
所以蓝靛果忍冬种群的聚集程度很高。综上,课题组
认为,除了地形因素影响蓝靛果忍冬种群天然更新而
影响其聚集强度外,林分结构对其生长环境(光照条
03
北方园艺2015(22):27~31 ·试验研究·
件)的影响,是导致蓝靛果忍冬种群的聚集强度不同的
直接原因。
树种的空间分布不仅取决于树种的繁殖特点及其
种子传播方式[20-21],而且与环境状况,如,土壤、气候因子
及地形因子等[22-23]因素的影响相关。研究表明,蓝靛果
忍冬基株及克隆分株种群的格局规模在海拔梯度上存
在一些差异,但差异不大。结合调查样地设在原始林
内,受到人为干扰较少,综上,可知影响蓝靛果忍冬种群
在海拔上梯度上呈现不同分布格局的主要原因是繁殖
方式及空间环境变化(如气候因子、地形因子)。
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Spatial Paterns of Lonicera caerulea Linn.Populations Along Elevation Gradient
XUAN Zhilong1,WANG Fengjie2,ZHANG Qichang1,LI Jingui 3,LI Yutao3,LIU Yue1
(1.Forestry Colege,Beihua University,Jilin,Jilin 132013;2.Jiaohe Forestry Experiment Administration Bureau of Jilin Province,Jiaohe,Jilin
132500;3.Baihe Forestry Bureau of Jilin Province,Antu,Jilin 133613)
Abstract:The sample was mainly based on the data of the wild Lonicera caerulea Linn.community in the north slope of
Changbai Mountains,and compared the population spatial distribution pattern in diferent altitude,to reveal the
mechanism to adapt to the environment,so as to provide a scientific basis on use and protection of the economic plants.
The results showed that the distribution of Lonicera caerulea Linn.of genet and ramet population were both clustered;
the distribution pattern fitting for negative binomial distribution;population clustered intensity change with altitude
gradient was bimodal type curve population patern scale at an altitude of 1 200mand 1 800mwere larger,while 1 600m
was smaler.
Keywords:Lonicera caerulea Linn.;population;spatial pattern;elevation gradient
13