全 文 ：第 25卷 第 4期 植 物 研 究 2005年 10月
Vo .l 25 No. 4 BULLETIN OF BOTAN ICAL RESEARCH Oc.t , 2005
基金项目:兰州交通大学 “青蓝 ”人才工程基金资助计划和国家自然科学基金项目(30470325)
第一作者简介:任 (1968— ),男 ,博士 ,主要从事干旱区环境生态及植物生态学研究。 E -m ail:ren jun30@ hotm ai.l com
收稿日期:2004 - 10 - 16
准噶尔盆地梭梭植物群落的聚类分析
任 1, 2 陶 玲 1
(1.兰州交通大学环境与市政工程学院 ,环境生态研究所 , 兰州 730070)
(2.兰州大学生命科学学院 , 兰州 730000)
摘 要 梭梭(Haloxy lon ammodendron)是准噶尔盆地沙漠植被中最重要的优势植物。根据对准
噶尔盆地典型梭梭植物群落样地的物种及群落状况的调查 ,采用数量分类的方法对该地区梭梭植
物群落的相似性进行了聚类分析。聚类分析的结果表明 , 37个梭梭群落被划分为 11个群丛 ,根
据聚类过程阶梯图的结果 , 11个群丛进一步划归为 5个群系。研究结果与传统的植物群落分类
结果基本相一致 ,对于更好地保护和恢复梭梭植被具有一定的实践指导意义 。
关键词 梭梭植物群落;相似性;聚类分析;群丛;群系
Cluster analysis of theHa loxylon ammodendron commun ities in Junnger Basin
REN Jun
1, 2 TAO Ling1
(1. Env ironmenta l and municipal Eng ineering C ollege of Lanzhou Jiao tong University, Institute o f Env ironm enta lE co logy,
Lanzhou 730070;2. C ollege o f L ife Science, Lanzhou University, Lanzhou 730070)
Abstract Ha loxylon ammodendron was themost important dom inant plan t in Junnger basin. On the ba-
sis of investigation results o f typicalHaloxy lon ammodendron commun ities, the classification of these
communitie s was carried on according to the sim ila rity among communities by using numerica l cluster.
The results suggested tha t a ll 37 communities w ere included in 11 plant associa tions. Acco rding to the
resu lts of c luste r analysis, 11 p lant associations we re included in 5 fo rmations. The re sults of c lassifica-
tion analysisw e re basically consistentw ith the trad itional classification ofHaloxy lon ammodendron com-
munities. The researching resu lts w as meaning for pro tection and restoration o fHa loxy lon ammodendron
community in the future.
Key words Ha loxy lon ammodendron community;sim ilarity;classification analysis;associa tion;fo r-
ma tion
物种的个体都存在于具有结构分化的环境中 ,
生境的这种分化可保证物种间的共存 ,也使种群结
构和功能在小生境内发生各种变化 ,因此测度生境
局部特征上群落的相似性就有其实际意义[ 1 ～ 4] 。
群落的相似性结构是种群在生态适应 、自然选择和
协同进化中形成的 。生态系统中的优势种对群落
结构的形成有着明显的控制作用 ,因此研究上层优
势种既是研究生态系统群落结构的基础 ,又是群落
定性分类的前提条件 。在植物群落生态学研究中 ,
往往涉及大量有关生物物种和环境因素的观察数
据。对这些繁杂的数据 ,要想探求其内部复杂的生
态学关系 ,唯有使用数量聚类分析的方法来达
到[ 5 ～ 10] 。对群落和环境因素进行客观的分类 ,可
以导出生物之间 、生物与环境之间的某些相互关
系[ 1 ～ 4] 。其中 ,运用相似性指数进行群落相似性的
分析是一切数量分类的基础 ,因而成为群落生态学
重要的研究内容之一 [ 1 ～ 4] 。
运用相似性指数测度群落或生境之间的相似
程度是植物群落研究常用的手段。目前对多样性
研究中应用的相似性指数很多 ,大多数是基于物种
有无为计算对象的 。在研究中发现这种测度不能
有效的测度群落的相似性 。在这些指数的基础上 ,
许多学者以物种的盖度 、密度及重要值为计算对象
用来测度在环境梯度和人为活动造成的生境差异
的群落相似性 [ 2, 3, 5 ～ 10] 。另外 ,根据相似性指数采
用组平均聚类法 (UPGMA)是植物群落聚类研究中
常用到的方法。也是较理想的聚合方法 [ 11] 。本文
尝试用欧式距离系数和 UPGMA方法对新疆准噶
尔盆地梭梭植物群落进行数量分类研究。
1 材料与方法
1. 1 研究区自然条件概况
研究区所在的准噶尔盆地位于天山 、阿尔泰山
和准噶尔西部山地之间 , 呈不等边三角形 , 面积
38万 km2 ,盆地东高西低 ,平均海拔 550 m ,盆地内
固尔班通古特沙漠面积 4. 88万 km2 ,为我国第二
大沙漠 。经纬度位置是 44°11′～ 46°20′N , 84°31′
～ 90°00′E ,周围还有许多面积大小不等 、零星分布
的沙漠或沙地。整个古尔班通古特沙漠以固定半
固定沙丘为主要特色 。新疆的梭梭 (Ha loxylon am-
modendron)植被分布面积约 8. 44万 km2 ,占我国梭
梭植被总面积的 73%(其中准噶尔盆地梭梭林分
布面积约 7. 95万 km2 ,是我国梭梭林集中分布区 ,
约占我国梭梭林总面积的 68%,约占新疆梭梭林总
面积的 94%)。准噶尔盆地的梭梭林是新疆荒漠
地区珍贵的林木资源 [ 12 ～ 22] 。
与内亚其它沙漠 (塔里木 、柴达木 、阿拉善等)
比较起来 ,古尔班通古特沙漠的植物种类是比较丰
富的 ,即它的物种丰富度 (species richness)较高。
该沙漠共有高等植物 204种 ,分属于 30科 123属。
其中多样性组成最丰富的科依次是藜科 (24属 , 53
种 ),十字花科(16属 , 22种),菊科 (15属 , 20种 ),
豆科(8属 , 18种 ),禾本科 (12属 , 13种 ),蓼科 (3
属 , 11种 ),蒺藜科 (4属 , 8种 )和柽柳科 (2属 , 8
种 )。上述 8科共含 84属 153种 ,分别约占该沙漠
总属数的68%和植物总种数的74%[ 13, 15, 21, 23] 。
1. 2 研究方法
我们于 2001年 6 ～ 10月 , 2002年 6 ～ 10月分
别进行了样方调查 。样地数量和位置及典型性尽
可能覆盖准噶尔盆地内天然梭梭植物群落的变化。
在古尔班通古特沙漠西缘 、南缘和东缘对梭梭天然
植物群落进行样方调查 ,采用随机典型抽样法 ,在
群落的中心地段设置 10m ×10 m样方 ,调查并记
录灌木和草本植物的种类 、高度 、盖度等 ,样地的海
拔 、坡向 、坡度 、土壤类型等生境因子。植物通常能
被定义到种 ,在有些情况下 ,一些不处于成熟期或
结实期的草本和亚灌木只能被定义到属的水平 。
一些同属的植物由于难以区别而合成一个变量 。
当两种植物的冠幅重叠时 ,上层和下层植物的截矩
要分别记录 。最后的植被盖度数据是基于所有植
物的盖度。共调查 37个样方。绝大部分样地均不
超过地图上有路的两边 10 km处 。有少数样地由
于道路或天气原因被取消 。另有 3个已调查样地
由于总植被盖度 <5%及总植物种类少于 5种被剔
除。经过合并剔除后 ,形成了一个 88个植物种 、37
个样本(分类单元)的数据矩阵 。
样地调查过程中 ,使用了全球定位仪 (GPS)对
每个样点进行了定位 。定位信息可以保证在以后
的研究能够准确返回同一调查样点。野外调查的
数据输入计算机并建立一个数据库。基本的单变
量统计计算利用 Exce l软件的数学计算功能即可
完成 。每个样地上的每个种的盖度数据被综合计
算成一个盖度值 ,代表了这个种在植被中的相对重
要程度。在进行聚类分析计算前 ,盖度数据需经过
对数转换 ,以避免由于特殊植物群落中的样点对分
析结果的影响。
梭梭植物群落样地调查数据按以下步骤进行
聚类分析计算:一是数据标准化。本研究采用标准
差标准化法;二是选择平方欧氏距离作为相似性指
标 ,计算得到植物群落间的平方欧氏距离系数矩阵
(表 1);三是选择差异最小的样方或样方组合并成
新的样方组;第四步计算新的样方组与其他样方或
样方组的相似性;第五步重复第三 、四步 ,直到所有
样方聚成一类为止 ,最后根据聚类结果 ,绘制聚类图
(图 1)。所有计算利用 STATISTICA软件包进行。
2 结果与分析
用组平均聚类法得到了 37个样方的聚类树状
图(图 1),根据聚类过程阶梯图反映出的特点 (图
2), λ值在 10处有一个较为明显的跨跃 [ 11] ,并结
合传统的新疆植物群落分类结果 ,选取 λ=10为阈
值将 37个样方划分为 11个群丛 ,群丛类型按照优
势种命名 ,这 11个群丛分别是:
1. 梭梭 +琵琶柴群丛 ,主要的伴生植物有盐
4114期 任 等:准噶尔盆地梭梭植物群落的聚类分析
412 植 物 研 究 25卷
图 1 准噶尔盆地梭梭植物群落的系统聚类树状图
F ig. 1 The dendrog ram ofHa loxy lon amm odendron communities in Junnge r Basin
图 2 准噶尔盆地梭梭植物群落的聚类过程阶梯图
F ig. 2 The g rading p lo t of clustering o f
Haloxy lon amm odendron comm unities in Junnger Basin
爪爪 、碱篷 、柽柳等植物 ,具有明显盐生植被的特
点 。包括 31 ～ 33共 3个样地 ,均位于大黄山地区 ,
基质为盐化粘沙土。
2. 梭梭 +猪毛菜群丛 ,主要的伴生植物有旱
麦草 、四棱芥 、碱篷 、地肤 、千里光等植物 ,短命植物
种类十分丰富。包括 20 ～ 23共 4个样地 ,位于乌
伦古河以南 ,自火烧山到富蕴一带 ,砾质 、沙质荒漠
区 。
3. 梭梭 +无叶假木贼群丛 ,主要的伴生植物
有猪毛菜 、蛇麻黄等植物 ,盐生植物种类较多 ,仅
34号一个样地 ,位于奇台荒漠自然保护区内的野
马放生地附近 ,为典型的砾质荒漠。
4. 梭梭 +木本猪毛菜群丛 ,主要的伴生植物
有对节刺 、角果藜等植物 ,植物种类较少 ,仅 15号
一个样地 ,位于奇台荒漠自然保护区西北部 ,为典
型的砾质荒漠。
5. 梭梭 +白梭梭 +角果藜群丛 ,主要的伴生
植物有白皮沙拐枣等植物 ,植物种类稀少 ,包括
26、28、29共 3个样地 ,位于克拉玛依地区的夏子
街 、乌尔禾一带 ,为典型的砾质粘土性荒漠。
6. 梭梭 +柽柳 +猪毛菜群丛 ,主要的伴生植
物有蒿类 、刺篷等植物 ,植物种类较为丰富 ,兼有沙
生植物和盐生植物的特点 ,仅包括 13号一个样地 ,
位于石河子地区玛纳斯河道阶地上 ,为沙质荒漠。
7. 梭梭 +角果藜群丛 ,主要的伴生植物有猪
毛菜 、叉毛篷等植物 ,伴生植物有盐生植物的特点 ,
包括 3、4、35共 3个样地 ,位于古尔班能古特沙漠
东南缘 ,阜康东北部地区 ,为粘土质平原沙地荒漠 。
8. 梭梭 +胡杨群丛 ,主要的伴生植物有白刺 、
琵琶柴等植物 ,草本植物种类稀少 ,仅包括 36和
37两个样地 ,均位于奇台荒漠自然保护区管理站
西南面 10公里的丘间低地上 ,属粘土质盐生荒漠
植被区。
9. 梭梭 +沙拐枣 +对节刺群丛 ,主要的伴生
植物有猪毛菜 、沙米等 ,植物种类为典型的沙生植
物 ,包括 17 ～ 19共 3个样地 ,位于古尔班通古特沙
漠的西缘 ,为典型的沙漠 。
10.梭梭 +白梭梭群丛 ,伴生植物种类较少 ,主
要是角果藜和对节刺 ,但其盖度较大 ,包括 27和
30两个样地 ,位于莫索湾一带 ,为典型的沙漠植被
区。
11.梭梭 +琵琶柴 +刺沙篷群丛 ,伴生植物种
类丰富 ,主要有角果藜 、对节刺 、猪毛菜及部分一年
4134期 任 等:准噶尔盆地梭梭植物群落的聚类分析
生短命植物种类 ,植被盖度较大 ,包括 1、2、5 ～ 12、
14、16、24、25共 14个样地 ,位于典型沙漠边缘或
内部。
同理根据聚类过程阶梯图反映出的特点 , λ值
在 10处有一个较为明显的跨跃 ,并结合传统的新
疆植物群落分类结果 ,选取 λ=12为第二个阈值 ,
再次 11个群丛进一步划分为 5个群系 (图 2)[ 11] ,
第 1、2群系分别只包括梭梭 +琵琶柴群丛和梭梭
+猪毛菜群丛。第 3群系则包括梭梭 +无叶假木
贼群丛 、梭梭 +木本猪毛菜群丛 、梭梭 +白梭梭 +
角果藜群丛 、梭梭 +柽柳 +猪毛菜群丛和梭梭 +角
果藜群丛 ,基本为粘土质或砾质荒漠植被区。第 4
群系只包括梭梭 +胡杨群丛 ,是以乔木和灌木占绝
对优势的盐碱化沙漠植被区。第 5群系则包括梭
梭 +沙拐枣 +对节刺群丛 、梭梭 +白梭梭群丛和梭
梭 +琵琶柴 +刺沙篷群丛 ,为典型的沙漠植被区。
3 结论与讨论
相似性系数表明是某个梯度上系统间物种的
共有度 。但不能说明共有物种或系统间丢失减少
物种在系统内的生态位宽度。而聚类分析或其它
以数量数据为基础的计算结果说明的是基于物种
在各个样地的生态位宽度或重要性的群落结构或
功能上的异同程度 。但是结果没有显示出从一个
系统到另一个系统时物种数的变化情况 。因此在
比较群落或系统选用这种方法 ,结果有一定的局限
性 ,但还是有一定意义的。
本文用类平均聚类法(UPGMA)把准噶尔盆地
的梭梭植物群落分为 11个群丛 , 5个群系 ,研究结
果与传统的植被分类结果基本一致 。其中梭梭 +
琵琶柴和猪毛菜群系属于较为典型的盐碱化荒漠
植被 ,基本可以包含这一类以梭梭为优势植物的植
物群落的种类和结构信息 ,并与以乔木和灌木占绝
对优势的盐碱化沙漠植被有明显差别 。另外两类
植物群系为粘土质或砾质荒漠植被和典型的沙漠
植被 ,通过聚类反映出了梭梭植物群落的物种和群
落结构上的特征 ,及其与土壤因子的关系 。
对准噶尔盆地梭梭植物群落的研究结果表明 ,
系统聚类分析能够很好的反应荒漠植被的实际群
落结构状况 ,但是缺点在于没有反应物种在系统间
过渡的变化状况 ,因此笔者建议在研究群落关系时
结合以物种有无为基础的数学模型进行综合分析。
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414 植 物 研 究 25卷