全 文 ：书西北植物学报!
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文章编号$
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收稿日期$
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&修改稿收到日期$
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基金项目$国家自然科学基金"
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#
作者简介$常兆丰"
#1&+(
#!男!研究员!主要从事荒漠生态研究
2*34.5
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678#!%
!
/.04,693
民勤荒漠区主要植物群落的稳定性及生态效应
常兆丰#!!段小峰#!!韩福贵#!!仲生年#!!王强强#!!张剑挥#!
"
#
甘肃省治沙研究所!兰州
+%""+"
&
!
甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站!甘肃民勤
+%%%""
#
摘
!
要$以民勤荒漠区
&
种主要植物群落
#"
个样方
#!
年的定位观测资料为基础!运用植被盖度和投影盖度
!
个指
标对荒漠区植物群落的稳定性及其生态效应进行分析!以期阐释随着全球变暖荒漠植物群落的稳定性和生态效应
的变化规律观测结果表明!沙蒿"
!"#$%&&(("$)("&(
#的植被盖度和麻黄"
*
+
,$-"(
+
".$/(01&&
#的植被盖度以及
沙蒿的投影盖度和梭梭"
2(034
5
03)(%%3-$)-"3)
#人工林的投影盖度显著下降!白刺"
6&#"("&(#()
7
8#3"8%
#的植
被盖度亦下降分析结果表明$"
#
#植被盖度相对较低的群落的稳定性较强!而植被盖度相对较高的群落的稳定性
相对较差"
!
#当年降水量是决定植被盖度及其投影盖度的关键因子"
%
#单位面积的白刺的生态功能最大!其次
是麻黄!再次是白刺
:
梭梭!单位面积的沙蒿的生态功能最低荒漠区植被稀疏!植株枝条分布极不规则!以冠幅
计算所得的植被盖度不能反映植被实际覆盖地表的状况
关键词$植物群落&稳定性&生态效应&民勤荒漠区
中图分类号$
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文献标志码$
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540P6933I0.P
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4O/C40W
U
540P/B99P/W./PO.XIP.90./C`POC3C5
V
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D
I54O,
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D
CP4P.9069ZCO./6456I54PCWY.PB
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540P/6O9Y0W9C/09POC85C6PPBC46PI45/.PI4P.9098/IO846C69ZCOCWX
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540P6933I0.P.C/
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C6959
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.645C88C6P/
&
T.0
M
.0WC/COP4OC4
!!
气候变暖和荒漠化是近几十年来全球普遍关注 的两大环境问题!引起了全世界的广泛关注荒漠
化和全球变暖互为因果!加剧了荒漠化的发展和全
球变暖的进程(#*%)荒漠植物群落是荒漠生态系统
中主要的生态因子!国内外有关荒漠植物群落的研
究成果主要集中在植物物候对气候变暖的响应($*)*
植物群落及物种的多样性(+*))*植物对气候变暖的响
应(1*#")*群落特征(+)*生物*群落与环境因子的关
系(##)等方面植物群落的稳定性是指群落在外界
因子的干扰下!能保持原来状态的倾向稳定性是
植物群落结构与功能的一个综合特征(#!)目前有
关植物群落稳定性的评价指标有许多(#%*#$)!也有关
于荒漠植物群落稳定性的研究报道(#&*#)!然而!无论
选用什么指标!植被盖度是其中一个最主要的指标
张林静等(#+)研究认为!植被盖度能较真实地反
映荒漠植物的生态功能干旱荒漠区不仅植被稀
疏!而且植株的枝条也很稀少且分布极不规则!不同
植物甚至不同植株的冠幅盖度与投影盖度差异较
大!如果直接用冠幅盖度"由冠幅计算得的盖度#则
不能真实反映植被覆盖地表的情况(#))荒漠植物
群落的生态效应就是指植物群落对其所处的生态系
统的结构和功能的影响植物是响应区域性气候变
化最灵敏的指示物($!#1)荒漠区!尤其是沙漠区降
水极少*气候干燥*蒸发强烈!自然条件十分严酷!生
态系统十分脆弱(!")那么!随着全球变暖!荒漠植
物群落的稳定性如何+ 在如此严酷的生态环境中的
荒漠植物群落的生态效应性目前尚未有研究报道
民勤是我国严重荒漠化地区之一!民勤的荒漠化早
已引起国内外学术界的高度重视本研究以民勤荒
漠区
&
种主要植物群落
#"
个样方
#!
年的定位观测
资料为基础!拟运用植被盖度和投影盖度
!
个指标
对荒漠区植物群落的稳定性及其生态效应进行分
析!以期阐释随着全球变暖荒漠植物群落的稳定性
和生态效应的变化规律
#
!
材料和方法
<,<
!
研究区概况
民勤县位于中国西北干旱荒漠区的甘肃河西走
廊东北侧的石羊河流域下游!地处腾格里大沙漠的
西缘!地理位置为
#"#a$)b
"
#"$a#%b2
!
%)a"&b
"
%1a
!+b?
之间!总土地面积为
#"# 3^
!
!境内海拔多
在
#%""
"
#%&"3
之间"图
#
#民勤县的生态环境
退化大致可分为
%
个历史景观!即汉代以前为自然
生态景观!西汉"前
!"
"
公元
!&
#至民国年间为退
化生态景观!
#1&"
年以来为人工生态景观
民勤县属于中国最典型的干旱荒漠化地区据
图
#
!
样点位置图
H.
D
,#
!
S964P.9098/43
U
5C
U
9.0P/
民勤县统计部门提供的资料!目前境风沙漠*戈壁*
盐碱滩地和低山残丘占总土地面积的
1$,!c
其
中$沙漠面积占总面积的
&&,"%c
!戈壁占总面积的
&,""c
!荒草地占总面积的
%$,#%c

民勤县多年平均降水量
##,&!33
!蒸发量
!%&#,+133
!年平均
"
#+3
,
/
(#大风
!),!W
!沙
尘暴
!&,)W
!扬沙天气
%+,)W
!浮尘天气
%",!W
目
前绿洲内部及其边缘地下水位已下降至
!"3
左
右由于气候干旱!降水稀少!原有植被大面积衰败
死亡!荒漠草场退化
<,=
!
观测分析方法
在民勤西沙窝设置了
#"
个定位观测样方!其中
!
个白刺"
6&#"("&(#()
7
8#3"8%
#样方*
!
个麻黄
"
*
+
,$-"(
+
".$/(01&&
#样方*
!
个沙蒿"
!"#$%&&(
("$)("&(
#样方*
!
个梭梭"
2(034
5
03)(%%3-$):
-"3)
#人工林样方*
!
个白刺
:
梭梭样方样方设置
年份为
!""!
年!样方调查时间为每年的
%
*
&
*
+
*
1
*
##
月下旬!本研究分析采用
1
月下旬的调查数据
气象资料为民勤治沙综合试验站气象观测资料数
据处理用
K]KK#%,"
完成
植物种的相对优势度$
相对优势度
d
优势种植物
!""!
"
!"#%
年的平
均冠幅盖度%样方中全部植物
!""!
"
!"#%
年的平均
冠幅盖度 "
#
#
植物群落的生态功能一般用植被盖度表示植
株越高!其防护范围就越大!因此植株高度也是生态
功能的一个重要标志对于不同植物的生态效应!
可用分层冠幅盖度表示!分层冠幅盖度的生态功能
用下列"
!
#式(!#)计算$
;
<
d
%
#!
(
#
2(#
&d"
=
&
!
&
:
=
&
e
"
,(2e,
#
#
!
2
) "
!
#
%&!
#!
期
!!!!!!!!!!!
常兆丰!等$民勤荒漠区主要植物群落的稳定性及生态效应
;d;
<
e<
!
"
%
#
式中!
;
<
为以分层投影度表示的生态功能系数!
%
为一年当中植被覆盖地面的月数!
,
为植株冠幅高
度!
,
#
为草地植被高度"
%"63
#!
2d&)#
"
,
%
%"
#!
=
&
为第
&
层的投影度!
;
为单株"丛#的功能值!
<
!
为
同种植物单株平均冠幅面积"
3
!
#
植物群落的稳定性用植被盖度多年变动的标准
差来表示荒漠植物比较稀疏!冠幅内空隙度相差
很大!如沙蒿冠内真正覆盖地面的枝条往往只有冠
幅面积的
#"c
"
%"c
!再如白刺群落!冠幅很大!但
冠幅内存在大面积空隙而麻黄则冠幅内空隙度
小故本研究中在做植物群落的稳定性分析和计算
生态功能时!同时引用了盖度和投影盖度
!
个指标!
以作为对照即盖度以植株冠幅面积占样地面积表
示!投影盖度则是在植株冠幅面积内扣除了空隙&空
隙度以目测法获得
在计算植物的生态动能时采用分层盖度!即假
定
!
块一定面积一定盖度的植被柱体!如果将其叠
放在一起!其生态防护作用肯定要比
!
块并列放置
在地面上的小基于这种认识!也便于乔灌木与草
地植被的比较!本研究以荒漠草场植被高度为一个
基本层高!将灌木或乔木树冠分为若干层!从下向
上!第
#
层为基本层!按其冠层投影度计算生态功能
系数&第
!
层的生态功能系数以第
#
层"下
#
层#的
#
%
!
计算&依此类推!第
0:#
层的生态功能系数以第
0
层的
#
%
!
计算"图
!
!
<
#随着乔木或灌木高度的
增高!单层的生态功能系数以指数递减"
>d#,"""
#!
图
!
!
乔木和灌木分层投影度计算方法示意图
H.
D
,!
!
K6BC34P.6986456I54P.903CPB9W.0
U
O9
-
C6P.90
98PBC54
V
COCW98POCC/40W/BOIX/
累计生态功能系数以多项式增加"
>d",111
&
图
!
!
f
#
!
!
结果与分析
=,<
!
群落特征
白刺是一种典型荒漠植物!分枝多!平铺生长!
能够积沙成丘!形成的沙丘叫白刺沙包白刺是民
勤沙区分布面积最大的一种天然灌丛!其中以民勤
西沙窝薛百乡绿洲边缘分布较为集中!形成的地貌
多为半固定沙丘或固定沙丘!也有少部分流动沙丘!
当地白刺沙包最高可达
&3
左右在民勤沙区!白
刺群落最小面积
&""3e%""3
!最大可达
#"""3
e%"""3
!群落的植被盖度为
#&c
"
!&c
!白刺灌
丛的植株高度为
!"
"
$"63
!白刺冠幅内平均投影
盖度为
!),c
!枯枝严重!在降水稀少的干旱年份!
大部分枝条停止开花*结实
沙蒿群落在当地分布极为普遍!凡是有半固定
沙丘*流动沙丘*低平沙堆和覆沙地的地方都有沙蒿
分布!群落最小面积约
#""3e#""3
沙蒿成年植
株高
%"
"
&"63
!群落植被盖度约
#&c
"
!"c
!沙蒿
冠幅内平均投影盖度为
%$,&c
!沙蒿因枝条稀疏!
不能积沙成丘在降水稀少年份!会出现大面积枯
枝或死亡
膜果麻黄是分布于粘砾质滩地上的一种典型荒
漠植被!集中分布在民勤西沙窝!群落面积约
""3
e)""3
!成年植株高度
%"
"
$"63
!群落盖度
)c
"
#"c
!麻黄冠幅内平均投影盖度为
",&c
!由于其
枝条稠密!能积沙成丘!但因其沙埋后不能继续长
高!所以只能形成
%"
"
$"63
高的小沙垅
#1&1
年民勤治沙综合试验站从新疆准葛尔地
区引种梭梭人工种植获得成功!之后在沙漠农田边
缘大面积推广梭梭造林后生长旺盛!
&
"

年后就
开始衰退死亡梭梭植株平均高
#)","63
!梭梭盖
度为
+,#c
!冠幅内平均投影盖度为
$,"c
目前
样方中梭梭成年植株普遍枯梢!干旱年份停止开花*
结实!也有部分梭梭林衰退死亡
=,=
!
稳定性特征
=,=,<
!
植被盖度的多年波动趋势
!
民勤荒漠区植
物群落结构简单!伴生植物很少!优势种植物的相对
优势度十分突出"表
#
#由表
#
可见!在沙蒿群落
中!除了沙蒿!其他植物只有个别几株!麻黄群落中
也是如此白刺
:
梭梭人工林群落靠近农田!伴生
植物相对较多!而优势种植物的相对优势度仍很高
!
个梭梭人工林群落中的梭梭枯梢*死亡严重!因而
$&!
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
%$
卷
虽然伴生植物亦较少!但优势种的优势度相对最低
植被盖度能较真实地反映荒漠植物的生态功
能(#+)荒漠植物的冠幅内空隙度大小悬殊!鉴于
此!本研究分别以植被盖度和植被投影盖度的多年
波动来考察植被的稳定性
!""!
"
!"#%
年
&
个群
落的植被盖度和植被投影盖度波动见图
%
*图
$
和
表
!
由图
%
和图
$
可见!所有样方的植被盖度的
变化均大于投影盖度的变化!
&
种植物群落的植被
盖度和投影盖度均随着时间有降低趋势$"
#
#从生活
型看!灌木的盖度变化最大!草本植物的盖度变化最
小&从灌木优势种的角度看!白刺盖度的变化最大!
其次是沙蒿!麻黄盖度的波动最小但沙蒿的投影
盖度变化最大!其次是白刺!麻黄的盖度和投影盖度
变化均很小且最为接近"
!
#从群落角度看!麻黄群
落的植被总盖度波动最小!其次是梭梭人工林群落!
白刺
:
梭梭人工林群落的植被总盖度波动最大!白
刺群落的植被总盖度波动其次但由表
!
可见!白
刺群落和白刺
:
梭梭人工林群落的植被盖度下降趋
势显著"
?
$
","&
#&沙蒿群落的植被盖度和投影盖
度均呈极显著下降趋势"
?
$
","#
#&麻黄群落的植
被盖度呈极显著下降趋势"
?
$
","#
#&梭梭人工林
群落的投影盖度呈极显著下降趋势"
?
$
","#
#
=,=,=
!
植被盖度与气候环境因子的关系
!
#1#
"
!"#"
年民勤荒漠区年平均气温升高速率大于全球
水平和中国近百年平均水平显著升高!但降水增加
趋势不显著(1)
!""!
"
!"#%
年的年降水量平均为
#!&,)33
!波动较大"标准差
!%,1)#33
#同期年
平均气温
),#%g
"标准差
",$g
#分别以上年
降水量*当年降水量*当月"植被观测月份#降水量*
上月降水量以及上年气温*当年气温*当月气温*上
月气温与以上
&
种植物群落的盖度和投影盖度做相
关分析"表
%
#!由表
%
可以看出!植被投影盖度均与
当年降水量为极显著正相关"
?
$
","#
#!只有梭梭
人工林的植被盖度与当月降水量显著正相关"
?
$
表
<
!
不同植物群落的优势种及其优势度
\4X5C#
!
E93.040P/
U
C6.C/40WPBC.OW93.0406C.0W.88COC0P
U
540P6933I0.P.C/
群落
=933I0.P
V
优势种
E93.040P/
U
C6.C/
伴生植物
U
540P
相对优势度
QC54P.ZCW93.0406C
白刺群落
6&#"("&(#()
7
8#3"8%
白刺
6&#"("&(#()
7
8#3"8%
黄花矶松*五星蒿*碱蓬*毛条
@&%3)&8%(8"$8%
!
A(&(
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5+
,
5
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!
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C
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7
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沙蒿群落
!"#$%&&(("$)("&(
沙蒿
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沙拐枣*麻黄*碱蓬*刺蓬
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7
3)8%%3)
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麻黄群落
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沙拐枣*沙蒿*泡泡刺*碱蓬
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5
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沙蒿*五星蒿*沙米*碱蓬*刺蓬
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沙蒿*毛条*沙米*碱蓬*五星蒿*黄花矶松*甘草
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年民勤荒漠区
&
种植物
群落的植被盖度的年际动态变化
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年民勤荒漠区
&
种植物
群落的植被投影盖度的年际动态变化
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期
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常兆丰!等$民勤荒漠区主要植物群落的稳定性及生态效应
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由表
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态功能最大!其次是麻黄!再次是白刺
:
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面积沙蒿的生态功能最低
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!
生态效应
!
植物群落的生态效应就是指植
物群落对其所处的生态系统的结构和功能的影响
荒漠植物的生态效应主要表现为以下几个方面$
!
#
"对固定沙面的影响
!
表
$
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值就是植物群落单位面积的防风固沙功能值在民
勤沙区!能积沙成丘的植物只有白刺*柽柳和麻黄!
白刺和柽柳沙埋后枝条上能形成不定根!植株继续
长高!故而可形成
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"
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高的白刺沙丘"沙包#和
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而只能聚积流沙在植株下风向形成高
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长
!
"
$3
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主杆!地面以上一定高度内无枝条遮挡!因而不能积
沙成丘&沙蒿虽无主杆!但枝条稀疏且枝叶主要分布
在枝端!因而也不能积沙成丘因此!单位面积白刺
的生态功能最大!其次是麻黄!再次是白刺
:
梭梭!
单位面积沙蒿的生态功能最低生态功能越强的
植物群落的正向生态效应就越强
!"对减少风沙流和沙尘暴的影响
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以上(!")裸露的沙面将大量的太阳辐射反射
到近地层大气中!因而沙漠地区春季增温迅速!这便
是沙漠地区气温响应全球变暖敏感主要原因所在
植物"植被#具有沙障等其他防沙固沙措施所不具备
的特殊功能!那就是能够通过光合作用利用太阳能
和通过蒸腾作用消耗部分热量!调节气温盖度不
仅是表征植物防风固沙的重要指标!而且还是表征
植物利用和消耗太阳辐射热量的重要指标由图
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可见!
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洲边缘积沙带的形成及其生态效应.!河西绿洲边缘
积沙带上的柽
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沙包居多!是河西绿洲边缘积沙带的主要组成部分
河西绿洲边缘积沙带的研究结果表明!积沙带作为
绿洲边缘防沙固沙的副产物!其自身也具有防风阻
沙的功能!积沙带的形成有利于绿洲边缘的防风阻
沙&高度是表征积沙带防御风的功能的一个重要指
标!积沙带越是高大!防御风的范围就越大(!!)
%
!
讨
!
论
麻黄群落的植被盖度相对较低!但群落最稳定&
退化的梭梭人工林植被盖度最低!群落也相对较稳
定&白刺
:
梭梭人工林的植被盖度相对较高!但群落
稳定性最差&白刺群落的植被盖度也相对较高!但群
落稳定性次差即植被盖度相对较低的群落的稳定
性较强!而植被盖度相对较高的群落的稳定性相对
较差沙蒿的植被盖度和投影盖度表现为显著降低
趋势当年降水量是决定植被盖度及投影盖度的主
要关键因子单位面积的白刺的生态功能最大!其
次是麻黄!再次是白刺
:
梭梭!单位面积沙蒿的生态
功能最低
虽然国内外有不少关于以植被盖度分析植物群
落稳定性的成果(!%)!然而!荒漠区植被稀疏!植株枝
条分布极不规则!以冠幅计算得的植被盖度不能反
映植被实际覆盖地表的状况本研究以植物的植被
盖度和植被投影盖度对照!分析了荒漠植物的稳定
性!并首次以植物的分层盖度计算了不同高度植物
的生态功能
荒漠植被稀疏!不同植物之间冠幅盖度与投影
盖度的差异较大!冠幅盖度只表达了植株枝条的扩
展状况!而投影盖度反映了植被覆盖地面的真实状
况!是其生态功能的真正体现因此!在做干旱荒漠
区植物的结构功能分析亦即用到植物的盖度时!应
以植株的投影盖度为主!而冠幅盖度只作对照参考
植株高度是体现植物生态功能的一个重要指标!也
是植物或植被生态功能分析时不可忽视的重要指标
之一
柽柳群落一般分布在农田边缘的积沙带上!既
有天然群落!也有人工植被!或许因为最初都是人工
的!一般只有农田边缘几十米的范围内才有!因此本
研究的定位观测样方中没有包括柽柳群落
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常兆丰!等$民勤荒漠区主要植物群落的稳定性及生态效应
参考文献!
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