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Ecological analysis and classification of Stipa breviflora communities in the Inner Mongolia region: the role of environmental factors

内蒙古短花针茅群落数量分类及环境解释



全 文 :书内蒙古短花针茅群落数量分类及环境解释
张庆1,牛建明1,2,BUYANTUYEVAlexander2,丁勇3,
康萨如拉1,王凤兰1,张艳楠1,杨艳1,韩砚君1
(1.内蒙古大学生命科学学院,内蒙古 呼和浩特010021;2.中美生态、能源及可持续性科学内蒙古研究中心,
内蒙古 呼和浩特010021;3.中国农业科学院草原研究所,内蒙古 呼和浩特010010)
摘要:群落分布格局与环境(环境因素、空间因素、生物因素)之间的关系一直以来便是生态学研究的热点。为了探
讨环境对内蒙古短花针茅群落结构格局的影响,运用双向指示种分析法(twowayindicatorspeciesanalysis,
TWINSPAN)对内蒙古自治区202个短花针茅群落进行数量分类,并结合环境因子、空间因子(各3个)运用除趋势
典范对应分析排序方法(detrendedcanonicalcorrespondenceanalysis,DCCA)分析了环境因子、空间因子、环境因子
与空间因子交互作用及其他因素对内蒙古短花针茅群落结构格局的影响。结果表明,1)TWINSPAN将内蒙古
202个短花针茅群落在第4级水平上分为16个群丛;2)DCCA前2排序轴集中了大部分信息(75.3%),第1,2排
序轴分别突出反映了群落结构格局在热量、水分梯度上的变化,结合TWINSPAN划分的群丛类型构建了内蒙古
短花针茅草原生态系列图式;3)因子分离分析表明,环境因子对群落结构格局的解释能力为70.7%,其中26.5%
为单纯环境因子引起,空间因子解释能力为55.6%,其中11.4%是独立于环境因子的,44.2%是环境因子和空间
因子交互作用导致的,未能解释的部分达17.9%,结合其他研究有力地证明了“环境因素对植被的可解释程度是植
被本身的复杂性决定的,植被越复杂,环境的可解释程度则越低”。
关键词:内蒙古;短花针茅;双向指示种分析法;除趋势典范对应分析;环境解释
中图分类号:S812;Q948.1  文献标识码:A  文章编号:10045759(2012)01008310
  植被生态学的研究重点是植被系统,亦即典型群落的分类,其目的是揭示植物群落与环境间的相互关系[1],
群落分布格局与环境之间的相互关系一直以来便是生态学研究的热点[29]。自然界植物群落的分布格局是不同
尺度上环境、空间和生物三大因素共同作用的结果[2,1015]。环境因素指各种直接或间接的环境条件,如光照、温
度、水分及土壤理化性质等;空间因素指群落间的相对位置,包括海拔、坡度、坡向等;生物因素指生物之间的相互
作用,包括竞争、协同、人为干扰等[14,16,17]。
排序是把一个地区内所调查的群落样地,按照相似度来排定各自的位序,从而分析各样地之间及其与生境之
间的相互关系[17,18]。早在20世纪30年代,前苏联学者Ranensky就发展了一个简单的排序方法,但大量的研究
开始于50年代,随着计算机软硬件的飞跃发展,70年代后期至80年代初一系列排序方法纷纷问世,80年代中期
以后,将群落分类与排序相结合和深化的“环境解释”可以客观地把群落的分布格局与环境资料相联系,定量地给
出群落分布格局的环境贡献率,从而建立群落的空间分布模型[1820]。国内外应用较多的排序方法包括主成分分
析(principalcomponentsanalysis,PCA)、典范对应分析(canonicalcorrespondenceanalysis,CCA)、除趋势对应
分析(detrendedcorrespondenceanalysis,DCA)、除趋势典范对应分析(detrendedcanonicalcorrespondenceanal
ysis,DCCA)等,其中DCCA方法是CCA方法的改进,克服了CCA分析中的“弓形效应”,其实质是一种约束性
直接梯度分析[3,21,22],现已成为植被梯度分析与环境解释中常用的方法[18,23]。
短花针茅(犛狋犻狆犪犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪)作为荒漠草原地区重要的牧草资源,同时对于维持该区的生态安全也具有重要
意义。针对短花针茅群落,运用定量的数学分析手段进行群落类型分类,并深入细致地探讨群落分布格局与环境
第21卷 第1期
Vol.21,No.1
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
83-92
2012年2月
 收稿日期:20101102;改回日期:20110106
基金项目:国家科技支撑计划课题(2011BAC07B01),国家自然科学基金(30760158,31060320)及高等学校博士学科点专项科研基金
(20070126004)资助。
作者简介:张庆(1981),男,山东泰安人,讲师。Email:qzhang82@163.com
通讯作者。Email:jmniu2005@163.com
间的相互关系及环境因子与空间因子的交互作用方面的研究尚未见报道。本研究运用双向指示种分析法(two
wayindicatorspeciesanalysis,TWINSPAN)和DCCA方法对内蒙古自治区202个短花针茅群落进行数量分类
及排序分析,以期解决如下4个问题:1)内蒙古短花针茅群落类型数量分类;2)影响内蒙古短花针茅群落结构格
局的主导环境因子;3)构建内蒙古短花针茅草原生态系列图式;4)环境因子、空间因子、二者交互作用及其他因素
对内蒙古短花针茅群落结构格局的影响(贡献率),以期揭示该植物群落的结构格局及其环境梯度,从而为退化植
被的生态恢复和自然植被的有效保护提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
短花针茅草原区属温带干旱与半干旱区,≥10℃的年积温在1846(化德)~3214℃(赤峰),年均温在2.1(化
德)~7.4℃(准噶尔旗),湿润度在0.23~0.47,年降水量在279~434mm[24],土壤类型多为淡栗钙土、灰钙土和
棕钙土。该区内的短花针茅群落类型复杂多样:在暖温性草原区,它和本氏针茅(犛.犫狌狀犵犲犪狀犪)构成群落;在荒漠
草原区,它和小针茅(犛.犽犾犲犿犲狀狕犻犻)、无芒隐子草(犆犾犲犻狊狋狅犵犲狀犲狊狊狅狀犵狅狉犻犮犪)等占据优势;而在中温性典型草原与荒
漠草原的过渡区域,它还与克氏针茅(犛.犽狉狔犾狅狏犻犻)共同建群,在一些砾石质化非常强烈的地方,群落中还会或多
或少的出现一些锦鸡儿灌木。
1.2 研究方法
图1 样点分布图
犉犻犵.1 犇犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳狊犻狋犲狊
1.2.1 植被调查 依据短花针茅物候及地上生物量
波动规律[25,26],植被调查均在其生物量高峰期,即
2008年6月下旬-7月中旬期间进行。一方面为尽量
满足样地设置的全面性、代表性及典型性[27],另一方
面考虑到研究区环境条件及人力、财力的限制。以研
究区部分旗县所在地为原点,向多方位呈辐射状调查,
并以旗县之间连通道路为主线进行调查,在短花针茅
草原分布边界地区,若连续20km未出现短花针茅群
落时,则停止调查,样地与样地之间距离大约10km,
且距离道路至少200m,在整个研究区内共设置202
个样地,每个样地大小为10m×10m(图1)。
每个样地植被调查采用样方法[28,29],样方大小为
1m×1m,记录群落的总盖度及每一物种的垂直高
度、株丛数,并分种齐地面剪取地上部分,称取鲜重后
分袋保存,回实验室后置于60℃烘箱内烘干至恒重
(约24h),获得干重。同时,描述每个样地的周围环
境、地形地貌、土壤特征、人类干扰等,并使用 GPS
(globalpositionsystem)记录每个样地的位置。
1.2.2 环境、空间因子获取 环境因子包括年平均降
水量(annualprecipitation,AP)、年平均气温(annualtemperature,AT)、土壤类型(soiltype,ST)3个指标。各
样地年平均降水量和年平均气温采用牛建明[30]提供的内蒙古气候因子空间模拟模型,土壤类型依据内蒙古自治
区1∶150万土壤类型图获得[31],按照不同土壤类型进行赋值(表1),构成202×3环境因子矩阵。空间因子指群
落间的相对位置[14],选用经度(longitude,LNG)、纬度(latitude,LAT)、海拔(altitude,ALT)3个指标,构成202
×3空间因子矩阵。
犃犘=13872.124117-0.894064犃犔犜-198.273094犔犃犜+2.235910犔犃犜2-0.031340犃犜×犃犔犜-
176.056646犔犖犌+0.829509犔犖犌2+0.020352犔犖犌×犃犔犜(犚2=0.84)
犃犜=82.933-1.02943犔犃犜-0.24845犔犖犌-0.0066531犃犔犜 (犚2=0.96)
48 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.1
表1 土壤类型和赋值
犜犪犫犾犲1 犛狅犻犾狋狔狆犲狊犪狀犱狇狌犪狀狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀
土壤类型
Soiltype
暗栗钙土
Darkchestnutsoil
栗钙土
Chestnutsoil
淡栗钙土
Lightchestnutsoil
棕钙土
Brownsoil
淡棕钙土
Lightbrownsoil
淡灰钙土
Lightsierozem
黄绵土
Loessialsoil
赋值 Quantification 1 2 3 4 5 6 7
1.2.3 数量分析方法 202个样方共记录了133个物种,考虑到研究区内气候相对干旱,往往由于降水,会在短
时期内形成一、二年生植物景观,因此剔除掉群落中30种一、二年生植物后,计算每个群落中不同物种的重要值,
构成202×103样方重要值矩阵,采用VESPAN软件包中 Hil[32]设计的TWINSPAN分类法进行群落分类;采
用TerBraak编制的CANOCO软件包[21,22],依据Borcard等[11]的思想,采用DCCA排序方法,结合样方重要值
矩阵、环境因子矩阵、空间因子矩阵进行4次不同处理的排序,以每次排序得到的前4轴的特征值之和除以物种
的总变异值,得到不同处理的排序所能解释的量[12,14],从而分析环境因子、空间因子、环境因子与空间因子交互
作用及其他因素(可能是生物因素或其他随机因素)对群落结构格局的影响。
重要值=(某一群落中每个物种干重/群落内所有物种干重)×100
2 结果与分析
2.1 TWINSPAN分类结果
依据中国植被的分类原则和系统[33],采用第4级水平的划分,将202个群落划分为16组,即16个群丛(图
2,表2)。图2中方框内数字代表样方个数,最下行数字1~16代表群丛编号。
图2 202个样方犜犠犐犖犛犘犃犖分类树状图
犉犻犵.2 犇犲狀犱狉狅犵狉犪犿狅犳狋犺犲犜犠犐犖犛犘犃犖犮犾犪狊狊犻犳犻犮犪狋犻狅狀狅犳202狆犾狅狋狊
2.2 DCCA排序分析
短花针茅群落类型与所有环境(包括3个环境因子和3个空间因子)DCCA排序分析结果见表3和图3。群
落和环境前2个排序轴的相关系数比较高,分别为0.773和0.765(表3),对群落而言,前2个排序轴间的相关系
数仅为0.002,几乎互相垂直;对环境而言,前2个轴相关系数为0.00,相互垂直,且累积贡献率分别为40.6%和
75.3%。同时,蒙特卡罗检验(MonteCarlotest,循环次数狀=499)显示群落及环境在第1排序轴(犉=5.802,犘
=0.002,狀=499)及所有排序轴上(犉=3.166,犘=0.002,狀=499)均存在极显著相关性。综上,可以认为DCCA
排序分析的结果是可信的[21,3436]。图3中6个因子均用箭头表示,箭头所处象限表示不同因子与排序轴之间的
正负相关性,箭头与排序轴的夹角代表着环境因子与排序轴的相关性大小;箭头连线的长度表示群落分布与该因
子相关性的大小,连线越长影响越大;2个箭头之间夹角大小代表这2个因子之间相关性大小,夹角越小,相关性
越大[21,34]。
58第21卷第1期 草业学报2012年
表2 202个样方犜犠犐犖犛犘犃犖分类结果及16个群丛环境特征
犜犪犫犾犲2 犜犺犲狉犲狊狌犾狋狅犳犜犠犐犖犛犘犃犖犮犾犪狊狊犻犳犻犮犪狋犻狅狀狅犳202狆犾狅狋狊犪狀犱犲狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狅犳16犪狊狊狅犮犻犪狋犻狅狀狊
群丛
Association
命名
Name
包含样方
Plots
年平均降水量
AP(mm)
 年平均气温
AT(℃)
土壤特征
Soilcharacteristic
1 短花针茅+百里香+达乌里胡枝子群丛
Association犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犜犺狔犿狌狊狊犲狉
狆狔犾犾狌犿+犔犲狊狆犲犱犲狕犪犱犪狏狌狉犻犮犪
154,155,175 400.97 4.16 黄绵土为主,风蚀强烈Lo
essalsoil,seriouswinder
rosion
2 短花针茅+百里香+糙隐子草群丛 Associ
ation犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犜.狊犲狉狆狔犾犾狌犿+犆犾犲犻狊
狋狅犵犲狀犲狊狊狇狌犪狉狉狅狊犪
2,9,12,53,79,152 336.05 3.65 黄绵土为主,风蚀强烈Lo
essalsoil,seriouswinder
rosion
3 短花针茅+本氏针茅+达乌里胡枝子群丛
Association犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犛.犫狌狀犵犲犪狀犪+
犔.犱犪狏狌狉犻犮犪
83 322.87 4.64 栗钙土为主Chestnutsoil
4 短花针茅+本氏针茅+达乌里胡枝子+糙
隐子草群丛 Association犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犛.
犫狌狀犵犲犪狀犪+犔.犱犪狏狌狉犻犮犪+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪
22,84,146~151,153,157,158,
172,174
349.53 5.09 栗钙土为主Chestnutsoil
5 短花针茅+糙隐子草+冷蒿群丛 Associa
tion犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪+犃狉狋犲犿犻
狊犻犪犳狉犻犵犻犱犪
1,3~8,10,11,13,29,80,81,
85,86,132,137,139,164,173,
176
322.70 3.59 淡栗钙土为主,土壤沙质化
Lightchestnut soil,soil
sandification
6 短花针茅+克氏针茅+糙隐子草+冷蒿群
丛Association犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犛.犽狉狔犾狅狏犻犻
+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪+犃.犳狉犻犵犻犱犪
27,28,51,52,56,69,75,78,
143,156,161,177,184,185,
197,198,200,202
300.78 2.89 淡栗钙土为主Lightchest
nutsoil
7 短花针茅+无芒隐子草+糙隐子草+冷蒿
群丛 Association犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犆.狊狅狀
犵狅狉犻犮犪+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪+犃.犳狉犻犵犻犱犪
14~16,18,21,26,38~40,42~
44,54,55,57,58,60,63,65,70
~74,76,95,123,129,138,145,
165,166,171,186,194,195
274.00 3.37 棕钙土为主,土壤沙质化
Browncalcicsoil,soilsan
dification
8 短花针茅+无芒隐子草+冷蒿群丛 Associ
ation犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犆.狊狅狀犵狅狉犻犮犪+犃.
犳狉犻犵犻犱犪
41,46,64,66,77,141,187,196,
199,201
252.10 2.86 棕钙土为主,土壤沙质化
Browncalcicsoil,soilsan
dification
9 短花针茅+小针茅+无芒隐子草群丛Asso
ciation犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犛.犽犾犲犿犲狀狕犻犻+犆.
狊狅狀犵狅狉犻犮犪
25,30,32,35,36,45,47,59,61,
62,101,103,127,131,133~
136,178
210.22 3.73 淡棕钙土为主,有薄层覆沙
Light brown calcic soil,
thinsandcoveringsoil
10 短花针茅+无芒隐子草群丛 Association犛.
犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犆.狊狅狀犵狅狉犻犮犪
34,49,67,100,116~118,124~
126,128,130,142,144,162,
163,179,181~183,190,191
258.16 4.28 淡棕钙土为主,有薄层覆沙
Light brown calcic soil,
thinsandcoveringsoil
11 短花针茅+小针茅+碱韭+无芒隐子草群
丛Association犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犛.犽犾犲犿犲狀狕犻犻
+犃犾犾犻狌犿狆狅犾狔狉犺犻狕狌犿+犆.狊狅狀犵狅狉犻犮犪
17,19,20,24,37,48,50,68,
102,140,159,160,167~170,
180,188,189,192,193
236.29 3.25 淡棕钙土为主,土壤轻度盐
碱 化 Light brown calcic
soil,lightsoilsalinization
12 短花针茅+小针茅群丛Association犛.犫狉犲
犳犻犳犾狅狉犪+犛.犽犾犲犿犲狀狕犻犻
31,33 179.35 4.67 淡棕钙土为主,有薄层覆沙
Light brown calcic soil,
thinsandcoveringsoil
13 锦鸡儿-短花针茅+无芒隐子草+糙隐子
草群丛 Association犆犪狉犪犵犪狀犪shrub-犛.
犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犆.狊狅狀犵狅狉犻犮犪+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪
23,82,87,88,96~99,104,108,
109,112,113,115,121,122
284.97 6.32 灰钙土为主,土壤砂砾质化
Sierozem,soilgravel
68 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.1
 续表2 Continued
群丛
Association
命名
Name
包含样方
Plots
年平均降水量
AP(mm)
 年平均气温
AT(℃)
土壤特征
Soilcharacteristic
14 锦鸡儿-短花针茅+小针茅+无芒隐子草
+ 糙 隐 子 草 群 丛 Association犆犪狉犪犵犪狀犪
shrub-犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犛.犽犾犲犿犲狀狕犻犻+犆.
狊狅狀犵狅狉犻犮犪+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪
105~107,111,114 283.76 5.89 淡棕钙土为主,土壤砂砾
质化 Lightbrowncalcic
soil,soilgravel
15 锦鸡儿-短花针茅+旱蒿+无芒隐子草群
丛Association犆犪狉犪犵犪狀犪shrub-犛.犫狉犲犳犻
犳犾狅狉犪+犃.狓犲狉狅狆犺狔狋犻犮犪+犆.狊狅狀犵狅狉犻犮犪
89~91,110,119 300.61 6.86 淡棕钙土为主,土壤砂砾
质化 Lightbrowncalcic
soil,soilgravel
16 锦鸡儿-短花针茅+无芒隐子草群丛Asso
ciation犆犪狉犪犵犪狀犪shrub-犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+
犆.狊狅狀犵狅狉犻犮犪
92~94,120 297.84 7.02 灰钙土为主,土壤砂砾质
化Sierozem,soilgravel
表3 除趋势典范对应分析前2个排序轴间及其与6个因子间的相关系数
犜犪犫犾犲3 犜犺犲犮狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋狊狅犳狋犺犲犳犻狉狊狋犪狀犱狊犲犮狅狀犱犪狓犲狊狅犳犇犆犆犃犳狅狉狊犻狓犳犪犮狋狅狉狊
项目
Item
物种轴一
Species1
物种轴二
Species2
环境轴一
Environment1
环境轴二
Environment2
经度
LNG
纬度
LAT
海拔
ALT
年平均气温
AT
年平均降水量
AP
土壤类型
ST
物种轴一Species1 1.000
物种轴二Species2 0.002 1.000
环境轴一Environment10.773 0.000 1.000
环境轴二Environment20.000 0.765 0.000 1.000
经度LNG -0.511 0.291 -0.661 0.380 1.000
纬度LAT -0.607 -0.228 -0.786 -0.297 0.713 1.000
海拔ALT -0.229 0.053 -0.296 0.069 -0.317-0.279 1.000
年平均气温AT 0.758 0.039 0.981 0.051 -0.652-0.794-0.322 1.000
年平均降水量AP 0.037 0.653 0.048 0.853 0.405-0.338 0.088 0.061 1.000
土壤类型ST 0.425 0.117 0.550 0.153 -0.379-0.523-0.114 0.581 0.112 1.000
累积贡献率Cumula
tivecontributions(%)
40.6 75.3
犘<0.01,犘<0.05.
2.2.1 排序轴与6个因子的关系 排序轴是在较低空间反映综合生态梯度的抽象轴,相关系数表示的是各排序
轴与真实环境梯度之间的相关性。通常累积贡献率在70%以上便能反映事物的基本面貌[37,38],因DCCA第1、2
排序轴的累积贡献率为75.3%,反映了排序的绝大部分信息,因此只对第1、2轴分析即可。表3显示除年平均
降水量外,其余5个因子均与第1排序轴存在极显著相关性,经度、纬度、年平均降水量与第2排序轴也存在显著
相关性。经度、纬度同时与第1、第2排序轴间存在极显著相关性,且第1、第2排序轴间相关性又非常微弱(狉=
0.002),说明第1、第2排序轴代表的综合生态梯度必然与经度和纬度同时存在密切联系。
2.2.2 群落分布与环境的关系 DCCA排序结果中各样地在坐标轴上的平面位置反映了样地所在群落的生态
学特性,图3中箭头连线的长度表示所有6个因子对内蒙古短花针茅群落分布都有一定的影响。通过表3及图
3可以看到,年平均气温是与第1排序轴相关性最强的因子,年平均降水量是与第2轴相关性最强的环境因子,
因此在决定内蒙古短花针茅群落分布中起着主要作用的因子是年平均气温和年平均降水量,且年平均气温起主
导作用。沿着第1轴由左至右,随着热量的增加,在上半部分依次分布着短花针茅和克氏针茅为主的类型(第3
78第21卷第1期 草业学报2012年
组,GroupⅢ)、以短花针茅和本氏针茅为主的类型
图3 样地犇犆犆犃排序
犉犻犵.3 犜犺犲狆犾狅狋狊狊犮狅狉犲狊狅犳犇犆犆犃
(第1组,GroupⅠ),同时还可以看到以短花针茅和
无芒隐子草为主(第5组,GroupⅤ)、以短花针茅和
小针茅为主(第6组,GroupⅥ)以及短花针茅锦鸡
儿灌丛化(第7组,GroupⅦ)的3个类型跨越的热
量范围都比较宽;沿着第2轴由下及上,随着水分的
增加,依次分布着以短花针茅和小针茅为主的类型
(第6组,GroupⅥ)、以短花针茅和无芒隐子草为主
的类型(第5组,GroupⅤ)、以短花针茅和糙隐子草
为主的类型(第4组,GroupⅣ)、以短花针茅和克氏
针茅为主的类型(第3组,GroupⅢ)、以短花针茅和
百里香为主的类型(第2组,GroupⅡ)、以短花针茅
和本氏针茅为主的类型(第1组,GroupⅠ);此外,
在各类型之间还存在着一些过渡样地,这些样地介
于相邻类型之间。同时发现,DCCA划分的7组与
TWINSPAN第3级分类结果非常吻合,正是TWINSPAN中第4等级划分的16个群落类型在第3等级上的空
间体现。
依据图3中各群落类型的空间位置及各因子对其分布格局的影响,并结合表2中各群落类型的描述,抽象后
得到水、热、土3个主要环境梯度下的内蒙古短花针茅草原生态系列图式(图4)。处于该图式中心位置的是短花
针茅+无芒隐子草+糙隐子草+冷蒿群丛,向右为水分增加的方向,在中温性草原可以过渡到短花针茅+克氏针
茅+糙隐子草群丛,最终演变为克氏针茅群系;在暖温性草原可以过渡到短花针茅+本氏针茅+达乌里胡枝子+
糙隐子草群丛,若继续向中生方向过渡则演变为本氏针茅群系,但风蚀作用增强则会过渡到短花针茅+百里香群
丛,并最终演变为百里香群系;向左为水分减少的方向,首先会出现含有小针茅的短花针茅+小针茅+无芒隐子
草+冷蒿群丛,旱生性继续增强,该群丛会演变为小针茅群系;在该区域的低洼处,土壤轻度盐渍化,则会过渡到
短花针茅+碱韭+小针茅群系,并最终演变为碱韭群系;若土壤砂砾质化增强,则会过渡到短花针茅的锦鸡儿灌
丛化草原,并最终演变为锦鸡儿灌丛。
2.2.3 群落格局的环境因子和空间因子分解 表4是4种不同排序方案处理下前4个排序轴的特征值之和及
其占物种总变异值的百分比,也就是环境因子、空间因子、环境因子与空间因子交互作用和其他因素对群落结构
格局的贡献率。可以看到环境因子对群落分布格局的解释能力为70.7%,其中26.5%是单纯由环境因子引起
的,其余高达44.2%是由环境因子和空间因子交互作用导致的;空间因子引起的群落分布格局的变异占总体变
异的55.6%,但只有11.4%是由单纯空间因子引起的,44.2%是由环境因子与空间因子交互作用导致的,说明环
境条件和群落分布具有相似的空间格局,群落分布格局是在历史过程中植物和环境相互作用,共同发展的结果;
群落分布格局的变异中,不可解释的部分占了17.9%,这部分主要包括物种间竞争导致的异域分布、互惠导致的
种间联结、放牧导致的退化及随机因素等。
3 讨论
1)生物群落分类是生态学研究领域中争论最多的问题之一,甚至成为不同学派的重要特色[17]。Whittak
er[39]曾列举了12种主要的分类途径,包括依据区系特征、优势度、群落动态、生态外貌等一系列分类途径。其中
依据植被区系特征的分类系统于1921年由BraunBlanquet所完成,因其最为标准化和系统化,且可适用于不同
植被类型的群落分类,因此,BraunBlanquet方法被认为是应用最广泛、最成功、最标准化的方法,也是国际植被
生态学界公认的正规等级分类系统[1,39,40]。TWINSPAN分类方法是对BraunBlanquet途径的一种数量化发
展[32],通过数据转换把实际的数量指标转化成等级,再以等级数据加权的方式恢复不同等级的数量差别意义,从
而反映不同物种在群落中的地位或优势度,成为当今最主要的数量分类方法,其分类结果比较客观,个人经验对
88 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.1
分类结果影响小[37,41]。
2)在短花针茅草原生态系列图式中处于中心位置的是短花针茅+无芒隐子草+糙隐子草+冷蒿群丛,这里
冷蒿的出现截然不同于典型草原冷蒿的出现。典型草原区的地带性植被为大针茅和克氏针茅,有些地段由于长
期过度放牧、啃食和践踏,抑制了禾草及其他一些草本植物的生长,导致其逐渐减少甚至消失,而抗旱性强且耐啃
食和践踏的冷蒿却能适应这种条件,并逐渐取代其他草本植物,从而在群落中出现并占据重要地位[42,43];荒漠草
原区冷蒿的出现与长期的风蚀作用和基质条件有着密切联系。由于温度的激烈变化和强大的风力作用,土壤基
质的沙粒质逐渐增多,粘细的壤质趋于减少,土壤的侵蚀与堆积作用破坏了地面芽植物的发育,使得针茅不能广
泛发育,冷蒿便成为这个区域的优势物种[24]。
图4 短花针茅草原群落生态系列图式
犉犻犵.4 犈犮狅犾狅犵犻犮犪犾狊犲狉犻犲狊犪犿狅狀犵狋犺犲狏犪狉犻狅狌狊犪狊狊狅犮犻犪狋犻狅狀犛.犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪
 碱韭群系Formation犃犾犾犻狌犿狆狅犾狔狉犺犻狕狌犿;锦鸡儿灌丛Formation犆犪狉犪犵犪狀犪shrub;短花针茅+碱韭+小针茅犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犃.狆狅犾狔狉犺犻狕狌犿+犛.
犽犾犲犿犲狀狕犻犻;锦鸡儿-短花针茅+小针茅+无芒隐子草+糙隐子草犆犪狉犪犵犪狀犪shrub-犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犛.犽犾犲犿犲狀狕犻犻+犆.狊狅狀犵狅狉犻犮犪+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪;锦鸡
儿-短花针茅+无芒隐子草+糙隐子草犆犪狉犪犵犪狀犪shrub-犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犆.狊狅狀犵狅狉犻犮犪+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪;短花针茅+小针茅+无芒隐子草+冷蒿犛.
犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犛.犽犾犲犿犲狀狕犻犻+犆.狊狅狀犵狅狉犻犮犪+犃.犳狉犻犵犻犱犪;短花针茅+无芒隐子草+糙隐子草+冷蒿犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犆.狊狅狀犵狅狉犻犮犪+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪+犃.
犳狉犻犵犻犱犪;短花针茅+克氏针茅+糙隐子草犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犛.犽狉狔犾狅狏犻犻+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪;短花针茅+本氏针茅+达乌里胡枝子+糙隐子草犛.犫狉犲犳犻
犳犾狅狉犪+犛.犫狌狀犵犲犪狀犪+犔.犱犪狏狌狉犻犮犪+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪;克氏针茅群系Formation犛.犽狉狔犾狅狏犻犻;本氏针茅群系Formation犛.犫狌狀犵犲犪狀犪;小针茅群系Forma
tion犛.犽犾犲犿犲狀狕犻犻;锦鸡儿-短花针茅+小针茅+无芒隐子草+糙隐子草犆犪狉犪犵犪狀犪shrub-犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犛.犽犾犲犿犲狀狕犻犻+犆.狊狅狀犵狅狉犻犮犪+犆.狊狇狌犪狉
狉狅狊犪;锦鸡儿-短花针茅+无芒隐子草+糙隐子草犆犪狉犪犵犪狀犪shrub-犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪+犆.狊狅狀犵狅狉犻犮犪+犆.狊狇狌犪狉狉狅狊犪;短花针茅+百里香犛.犫狉犲犳犻犳犾狅狉犪
+犜.狊犲狉狆狔犾犾狌犿;百里香群系 Formation犜.狊犲狉狆狔犾犾狌犿;中温性草原 Middletemperaturegrassland;暖温性草原 Warmtemperaturegrassland;旱生
Drought;中生 Mesophytes;盐渍化Salinization;砂砾质化 Gravel;风蚀作用 Winderosion.
98第21卷第1期 草业学报2012年
表4 约束排序和物种多度矩阵变化的因子分解结果
犜犪犫犾犲4 犚犲狊狌犾狋狊狅犳犇犆犆犃犪狀犱狆犪狉狋犻狋犻狅狀犻狀犵狅犳狋犺犲狏犪狉犻犪狋犻狅狀狅犳狊狆犲犮犻犲狊犿犪狋狉犻狓
项目Item 数值Value
群落格局的总体变异 Totalvariationofspeciesabundancematrix 9.366
群落格局的环境解释部分Sumofcanonicaleigenvaluesforenvironmentlyconstrainedanalysis 6.622
群落格局的空间解释部分Sumofcanonicaleigenvaluesforspatialyconstrainedanalysis 5.207
群落格局的单纯环境解释部分Sumofcanonicaleigenvaluesforenvironmentlyconstrainedanalysisafterremovalefectsofspatialfactors 2.763
群落格局的单纯空间解释部分Sumofcanonicaleigenvaluesforspatialyconstrainedanalysisafterremovaleffectsofenvironmentalfactors 1.068
环境因子对群落格局的解释能力Speciesabundancevariationexplainedbyenvironmentalvariables(%) 70.7
空间因子对群落格局的解释能力Speciesabundancevariationexplainedbyspatialvariables(%) 55.6
单纯环境因子对群落格局的解释能力Speciesabundancevariationexplainedbypureenvironmentalvariables(%) 26.5
单纯空间因子对群落格局的解释能力Speciesabundancevariationexplainedbypurespatialvariables(%) 11.4
环境因子、空间因子对群落格局的交互解释能力Speciesabundancevariationexplainedbycrossedspatialenvironmentalfactors(%)44.2
未能解释的部分 Unexplainedspeciesabundancevariation(%) 17.9
表5 植被类型及环境解释率
犜犪犫犾犲5 犞犲犵犲狋犪狋犻狅狀狋狔狆犲狊犪狀犱犲狓狆犾犪犻狀犲犱狏犪狉犻犪狋犻狅狀
区域
Zone
植被类型
Vegetationtype
环境解释率
Explainedvariation(%)
湖北大老岭DalaolingMountain,Hubeiprovince 亚热带常绿阔叶林Subtropicalevergreenbroadleavedforest 9.50
木论国家自然保护区 Mulunnationalnaturereserve 中亚热带混交林 Midsubtropicalmixedforest 39.16
岷江上游TheupperofMinjiangriver 温带灌木林 Warmtemperatureshrubforest 21.47
松嫩平原Songnenplain 温带典型草原 Midtemperaturetypicalsteppe 69.10
内蒙古中西部 MiddleandwestofInnerMongolia 荒漠草原Temperaturedesertsteppe 70.70
3)沈泽昊与张新时[12]曾利用DCCA排序方法定量分离了地形、空间及其交互作用对三峡大老岭地区森林植
被的空间格局的影响,并认为环境因素对植被的可解释程度是植被本身的复杂性决定的,植被越复杂,环境的可
解释程度则越低。汇总了近年使用 DCCA 排序分析分离环境因子及空间因子对群落分布格局影响的研
究[12,14,23,35],得到表5。可以看到随着植被类型复杂性的减弱(由亚热带常绿阔叶林到荒漠草原),环境的可解释
程度逐渐增大,由9.5%升高至70.7%,且草原区环境解释率普遍高于森林区的环境解释率。
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犈犮狅犾狅犵犻犮犪犾犪狀犪犾狔狊犻狊犪狀犱犮犾犪狊狊犻犳犻犮犪狋犻狅狀狅犳犛狋犻狆犪犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪犮狅犿犿狌狀犻狋犻犲狊犻狀狋犺犲犐狀狀犲狉
犕狅狀犵狅犾犻犪狉犲犵犻狅狀:狋犺犲狉狅犾犲狅犳犲狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犳犪犮狋狅狉狊
ZHANGQing1,NIUJianming1,2,BUYANTUYEVAlexander2,DINGYong3,KANGSarula1,
WANGFenglan1,ZHANGYannan1,YANGYan1,HANYanjun1
(1.SchoolofLifeSciences,InnerMongoliaUniversity,Hohhot010021,China;2.SinoUSCenterfor
Conservation,EnergyandSustainabilityScienceinInnerMongolia,Hohhot010021,
China;3.GrasslandResearchInstitute,ChineseAcademyof
AgriculturalSciences,Hohhot010010,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Environmentalcharacteristics,spatialheterogeneity,andbiologicalinteractionsarekeyfactorsthat
affectecologicalcommunities.Westudiedhowenvironmentalfactorsandspatialpatternsinfluencethestruc
tureof犛狋犻狆犪犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪communitiesintheInnerMongoliaregion.First,weusedthetwowayindicatorspe
ciesanalysis(TWINSPAN)algorithmtosummarizevariationinspeciescompositionandgroup202studyplots.
Second,weinvestigatedtheeffectsofthreeenvironmentalandthreespatialfactors,togetherwiththeirinterac
tion,onthestructureof犛.犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪communitiesbyusingdetrendedcanonicalcorrespondenceanalysis(DC
CA).1)Thetargetplantcommunitieswereclassifiedinto16groupsatthefourthlevelofdivisionbyTWINS
PAN;2)ThefirsttwoDCCAaxes,whichcorrespondedtogradientsoftemperatureandprecipitation,respec
tively,explainedmostofthevariationincommunitystructure(75.3%).Basedontheseresultsdifferent犛.
犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪communitieswerearrangedintoanecologicalseries;3)Whenanalysedtogether,70.7%ofthetotal
variancein犛.犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪communitystructurewasexplainedbyalenvironmentalfactorsand55.6% byal
spatialfactors.Whenthesefactorswereexaminedseparately,only29.5%and11.4% ofthetotalvariance
wereexplainedrespectively,while44.2% wassimultaneouslyexplainedbythetwogroupsoffactors,and
17.9% wasexplainedbyotherundeterminedfactors.Ourstudycontributestootherresearchers’findingsand
stronglysupportstheconclusionthatthedegreetowhichenvironmentalfactorscontrolthestructureandspatial
distributionofplantcommunitiesisdeterminedbycomplexityofthevegetationpattern.Theexplanatorypower
ofplantcommunitystructurebyenvironmentalfactorsdecreaseswiththeincreaseincomplexityofvegetation
cover.
犓犲狔狑狅狉犱狊:InnerMongolia;犛狋犻狆犪犫狉犲狏犻犳犾狅狉犪;TWINSPAN;DCCA;environmentalinterpretation
29 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.1