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Study of patches community diversity on salinization grassland in north of Shanxi province

晋北盐碱化草地群落斑块的多样性



全 文 :书晋北盐碱化草地群落斑块的多样性
赵祥,谢开云,王妍君,董宽虎,朱慧森
(山西农业大学动物科技学院,山西 太谷030801)
摘要:通过对晋北盐碱化草地8个不同的草地群落斑块的优势度、多样性、群落相似系数及土壤性质等特征进行研
究,揭示草地群落斑块在演替过程中的结构特征与变化规律,为进一步对草地植被恢复与盐碱化草地治理奠定理
论基础。结果表明,8个群落斑块的物种组成和优势度差异比较明显,Margalef物种丰富度指数和Shannon-Wie
ner多样性指数在斑块Ⅱ、Ⅲ和Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ组之间差异极显著(犘<0.01);Pielou均匀性系数和Simpson优
势度指数在斑块Ⅱ、Ⅲ和Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ之间差异极显著(犘<0.01);斑块Ⅶ和Ⅷ、Ⅵ和Ⅶ、Ⅳ和Ⅴ群落相似系数最大,分
别为0.9567,0.9297,0.9034。8个群落斑块分为2类,其中斑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为一类,主要表现为土壤含水量、容重、
pH值和碱化度比较小,植被特征主要是以较高大的赖草为优势物种,随着土壤的旱化,一些不耐旱的种群在群落
中消退,比较耐旱的赖草在此类斑块中占据优势,形成以赖草为优势种的斑块;其他斑块为另一类,植被特征主要
是以比较低矮的委陵菜和麻黄为主。
关键词:盐碱化;斑块;生境破碎;α多样性;群落相似系数
中图分类号:S812.6;Q948.15  文献标识码:A  文章编号:10045759(2011)04005110
  退化草地生境破碎化对物种多样性的影响是当今生态学研究的一个热点问题,主要集中在生境破碎与生境
异质性、生境斑块中种群动态、生境斑块的微气候环境以及在破碎生境中维持生物多样性的措施等方面[1]。草地
生境破碎后形成大小不等的群落斑块,斑块群落随着生境变化发生一系列演替[24],使其群落组成、结构和功能发
生深刻的变化。因此,研究草地群落斑块和种群分布格局的形成机制及其性状、多样性的变化,对于深刻认识草
地演替的本质、规范人类的活动,指导草地管理和改良实践、维护草地生产力和生态功能的可持续性具有重要的
意义。目前,关于斑块领域的研究主要集中于景观多样性方面[510],多侧重于在较大空间尺度上对景观格局进行
数量化分析,孙贤斌等[11]研究表明湿地斑块面积大小是影响斑块内群落多样性的最重要因素,其次为斑块的破
碎化程度和分离度。而群落物种多样性的研究主要集中于人类活动及放牧对群落多样性的影响方面,蒙旭辉
等[12]认为适度的干扰能维持较高的群落多样性。赵玉晶等[13]对松嫩平原环境破碎化羊草(犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊)斑
块多样性进行了研究,主要侧重于对斑块多样性空间变化,而就生境破碎后对群落斑块物种多样性和种群分布格
局影响的报道较少。
晋北右玉县是山西省唯一的半农半牧县,是我国北方半干旱农牧交错带的典型区域,由于人为因素的过度干
扰,导致了坡地草地严重退化和低洼地方草地盐碱化,使得原来连续分布的草地被分割为众多大小不一的斑块,
导致草地生境破碎化,生物多样性严重丧失。本研究通过对8个不同的草地群落斑块的植物组成、数量特征、多
样性进行研究分析,旨在掌握草地群落斑块在演替过程中的结构特征与变化规律,进一步探讨草地斑块的演替方
向与成因,为该地区植被恢复和盐碱化草地治理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 样地自然概况
试验地位于右玉县威远镇后所堡村,N40.18°,E112.33°,海拔1348m,年均气温4℃,最冷月1月-15~
-11℃,最热月7月19~20℃,≥0℃年总积温2600~3600℃。终霜期在5月初,初霜期为9月上、中旬,无霜期
100~120d。全年太阳总辐射量598kJ/cm2,年日照2600~2700h,7,8月份光能资源最丰富;年降水量450
第20卷 第4期
Vol.20,No.4
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
51-60
2011年8月
 收稿日期:20110228;改回日期:20110422
基金项目:国家“十一五”科技支撑计划课题(2007BAD56B01),山西省科技攻关项目(20100312021),山西省科技基础条件平台建设项目
(20050910060801),山西农业大学引进人才科研启动项目(XB2008018)和科技创新基金项目(2004022)资助。
作者简介:赵祥(1970),男,山西宁武人,副教授,博士。Email:sxndzhaox@126.com
mm,属温带气候。土壤为苏打草甸碱土,土壤pH为9.2。
右玉草地地势平坦,地形有微起伏,草地土壤水分差异较大,地区植被类型属温性草原类,试验地草地属低地
草甸类盐化低地草甸亚类,草地型为赖草(犔犲狔犿狌狊狊犲犮犪犾犻狀狌狊)-鹅绒委陵菜(犘狅狋犲狀狋犻犾犾犪犪狀狊犲狉犻狀犪)-杂类草群丛,
整个植被呈现出“马赛克”式的镶嵌斑块景观特征,斑块之间紧密交错相街,没有明显的碱斑,不同斑块由于其优
势物种不同而明显区别于周围植被。
1.2 研究方法
于2010年7月底-8月上旬在完全禁牧2年后的平坦草地上取样,选择500m×500m斑块特征比较明显
的地段作为样地,根据物种在群落中优势程度(初步通过目测)划分出8个斑块,根据草地斑块的特征将草地斑块
面积界定在1~100m2,将大于100m2 的斑块分割成2个或3个小斑块作为重复。斑块在外观上由于植物组成
不同而明显区别于周围植被,并以表征性植物种名对斑块命名。在每个斑块上以“S”型做5个样方(50cm×50
cm),调查并记录每个样方内的植物种类及各物种在样方中的频度、盖度、密度等数量特征,小于10m2 的斑块,
对整个斑块调查,最后将样方内的植物齐地面剪下,带回实验室烘干称重测量生物量。在测定群落特征的样方内
剪掉植物后用直径为6cm的土钻取0~10,10~20和20~30cm土样,每个样方内取3个点的土样混匀后带回
实验室测定土壤含水量、pH值和碱化度等土壤理化指标,土壤含水量采用烘干法[14],土壤pH值采用电位测定
法[14],碱化度采用火焰光度法[14]。在每个斑块中选3个样点采用环刀法测量土壤容重[14]。
1.3 数据分析与处理
1.3.1 物种优势度(speciesdominance,SDR) 采用综合优势度(SDR)计算样方中各物种的优势度:
犛犇犚=(犎′+犆′+犇′+犠′)/4
式中,H′、C′、D′、W′分别为相对频度、相对盖度、相对密度和相对生物量。
1.3.2 多样性测定
1)物种丰富度(speciesrichness)采用 Margalef指数(Ma)表示:
犕犪=(犛-1)/ln犖
式中,犛为出现在样方内的物种数,犖 为出现在群落内的物种数。
2)α多样性 采用Shannon-Wiener指数(H′):
犎′=-∑

犻=1
犘犻ln犘犻
Pielou指数(均匀度指数,E):
犈=犎′/ln犛
Simpson指数(优势度指数,P):
犘=1-∑

犻=1
犘犻2
式中,犛为出现在样方内的物种数,犘犻为种犻的相对优势度。
3)群落的相似系数(similaritycoefficient,IS)采用 Motyka相似系数表示,采用BrayCurtis极点排序法对
8个斑块群落进行排序。
犐犛= 2犆犃+犅
式中,C为样地A和B中共同种的较低重要值的总和,A为样地A中所有物种重要值总和,B为样地B中所有物
种重要值总和[15]。
1.3.3 数据统计分析 将单位面积取样所调查测定的全部数量指标换算成1m×1m常规单位面积的数量指
标。用Excel软件进行描述统计分析,以平均数±标准差形式反映测量数据,所有数据采用SAS9.0软件进行统
计分析。
2 结果与分析
2.1 草地群落斑块的物种组成及优势度分析
8个斑块共出现17种植物,各个斑块分别有8~12种,仅为样地总体的47.06%~70.59%,其中共有种为6
25 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.4
种,即鹅绒委陵菜、狭叶碱毛茛(犎犪犾犲狉狆犲狊狋犲狊犾犪狀犮犻犳狅犾犻犪)、西伯利亚蓼(犘狅犾狔犵狅狀狌犿狊犻犫犻狉犻犮狌犿)、赖草、蒲公英(犜犪
狉犪狓犪犮狌犿犿狅狀犵狅犾犻犮狌犿)、艾蒿(犃狉狋犲犿犻狊犻犪犾犪狏犪狀犱狌犾犪犲犳狅犾犻犪)。斑块Ⅰ特有种3种,为狗尾草(犛犲狋犪狉犻犪狏犻狉犻犱犻狊)、猪
毛菜(犛犪犾狊狅犾犪犮狅犾犾犻狀犪)、米蒿(犃.犱犪犾犪犻犾犪犿犪犲),其余的为2个或3个斑块共有物种。
利用不同斑块植物种群生物量、密度、盖度和频度4个特征指标,对草地8个斑块的优势度进行分析(表1),
8个斑块群落的所有种群中赖草的相对生物量最大,占到整个群落生物量的30.64%~62.83%,其次是狭叶碱毛
茛和鹅绒委陵菜;相对密度较大的植物种主要有鹅绒委陵菜、赖草、狭叶碱毛茛、艾蒿4种;相对盖度较大的植物
种为鹅绒委陵菜、赖草、芦苇、蒲公英、艾蒿、细枝木麻黄6种;相对频度较大的为鹅绒委陵菜、赖草、蒲公英、艾蒿、
细枝木麻黄、车前6种。8个斑块群落的优势种和建群种的差异比较明显,Ⅰ~Ⅷ斑块的优势种依次分别为鹅绒
委陵菜和赖草、赖草和鹅绒委陵菜、赖草和蒲公英、艾蒿和鹅绒委陵菜、细枝木麻黄和鹅绒委陵菜、狭叶碱毛茛和
鹅绒委陵菜、赖草和狭叶碱毛茛、鹅绒委陵菜和狭叶碱毛茛,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ4个斑块是以赖草为主要优势种
的群落,而Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ4个斑块则是以鹅绒委陵菜为主要优势种的杂类草群落。
. 表1 8个群落斑块的种群优势度
犜犪犫犾犲1 犛狆犲犮犻犲狊犱狅犿犻狀犪狀犮犲狅犳犲犻犵犺狋犮狅犿犿狌狀犻狋犻犲狊狆犪狋犮犺犲狊
植物种Species
斑块编号Patchnumber
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ
鹅绒委陵菜犘.犪狀狊犲狉犻狀犪 0.2805 0.1536 0.0508 0.1885 0.1646 0.1526 0.1767 0.2278
狭叶碱毛茛犎.犪狀犮犻犳狅犾犻犪 0.0881 0.0474 0.0709 0.1041 0.1340 0.1954 0.1990 0.1727
西伯利亚蓼犘.狊犻犫犻狉犻犮狌犿 0.0713 0.0331 0.0401 0.0342 0.0367 0.0572 0.0592 0.0615
碱茅犘狌犮犮犻狀犲犾犾犻犪犳犾狅狅狉犻犱犪 - - - - 0.0750 0.0604 0.0766 0.0829
车前犘犾犪狀狋犪犵狅犪狊犻犪狋犻犮犪 0.0314 0.0174 - 0.0712 0.0441 0.0603 0.0810 0.0442
赖草犔.狊犲犮犪犾犻狀狌狊 0.2458 0.5306 0.4355 0.1685 0.1262 0.1439 0.2557 0.1375
细枝木麻黄犆犪狊狌犪狉犻狀犪犮狌狀狀犻狀犵犺犪犿犻犪狀犪 - - - 0.0674 0.2260 0.0685 0.0928 0.2128
蒲公英犜.犿狅狀犵狅犾犻犮狌犿 0.0648 0.1087 0.1303 0.0357 0.0575 0.0821 0.0699 0.0808
艾蒿犃.犾犪狏犪狀犱狌犾犪犲犳狅犾犻犪 0.0916 0.0556 0.0646 0.2187 0.0812 0.0104 0.0270 0.0453
芦苇犘犺狉犪犵犿犻狋犲狊犪狌狊狋狉犪犾犻狊 - 0.1190 - 0.0371 - 0.1122 0.0756 0.0711
草地风毛菊犛犪狌狊狊狌狉犲犪犪犿犪狉犪 0.0554 - 0.0453 - - 0.0322 0.0087 0.0278
裂叶毛果委陵菜犘.犲狉犻狅犮犪狉狆犪var.狋狊犪狉狅狀犵犲狀狊犻狊 0.0273 - 0.0299 0.0481 - - - -
黄花草木樨犃狊狋狉犪犵犪犾狌狊犿犲犾犻犾狅狋狅犻犱犲狊 - - - 0.0317 0.0479 - - -
火绒草犔犲狅狀狋狅狆狅犱犻狌犿犾犲狅狀狋狅狆狅犱犻狅犻犱犲狊 - - - - 0.0346 0.0514 0.0596 -
狗尾草犛.狏犻狉犻犱犻狊 0.0149 - - - - - - -
猪毛菜犛.犮狅犾犾犻狀犪 0.0831 - - - - - - -
米蒿犃.犱犪犾犪犻犾犪犿犪犲 0.0902 - - - - - - -
植物种数Speciesnumbers 12 8 8 11 11 12 12 11
 注:表中列出Ⅰ~Ⅷ分别与斑块1~8一一对应。下同。
 Note:ListedⅠ-Ⅷinthetablerespectivelycorrespondwiththeplaques1-8.Thesamebelow.
2.2 草地群落斑块的α多样性分析
α多样性是对一个群落内植物分布的数量和均匀程度的测量指标,是生物群落在组成、结构、功能和动态方
面表现出的差异,反映了植物对环境的适应能力和对资源的利用能力[1619]。Margalef物种丰富度指数、Shannon
-Wiener多样性指数、Pielou均匀性系数为斑块Ⅱ、Ⅲ极显著低于其他斑块(犘<0.01),Simpson优势度指数为
斑块Ⅱ极显著低于其他斑块(犘<0.01)。综合说明斑块Ⅱ、Ⅲ与Ⅰ、Ⅳ~Ⅷ之间的α多样性差异较明显(表2)。
35第20卷第4期 草业学报2011年
表2 8个群落斑块的α多样性指数比较
犜犪犫犾犲2 α犱犻狏犲狉狊犻狋狔犻狀犱犲狓狅犳犲犻犵犺狋犮狅犿犿狌狀犻狋犻犲狊狆犪狋犮犺犲狊
斑块编号
Patchnumber
样方内物种数
(S)
Speciesnumber
Margalef物种
丰富度指数(Ma)
Margalefabundance
index
Shannon-Wiener多样性
指数(H′)
Shannon-Wienercommunity
diversityindex
Pielou均匀性系数(E)
Pielouevenness
coefficient
Simpson优势度指数(P)
Simpsondominance
index
Ⅰ 12±0.5774Aa 4.0600±0.1765Aa 2.2541±0.1043Aa 0.8981±0.0564ABb 0.8107±0.0666ABab
Ⅱ 8±0.5774Bc 2.6260±0.1801Bc 1.5629±0.1499Bb 0.7396±0.0923Cc 0.6539±0.0972Cc
Ⅲ 9±1.1547Bc 2.7441±0.3789Bc 1.5512±0.0641Bb 0.7225±0.0630Cc 0.7108±0.0656Bb
Ⅳ 11±0.5774Aab 3.7016±0.1766Aab 2.1142±0.0900Aa 0.8719±0.0545ABa 0.8468±0.0262Aa
Ⅴ 12±1.1547Aa 3.8192±0.3696Aab 2.1870±0.0988Aa 0.8933±0.0737ABb 0.8560±0.0271Aa
Ⅵ 12±0.0000Aab 3.9423±0.1036Aab 2.2531±0.0951Aa 0.9067±0.0383Aa 0.8775±0.0046Aa
Ⅶ 12±0.0000Aab 3.9205±0.1427Aab 2.3119±0.1219Aa 0.9304±0.0491Aa 0.8548±0.0269Aa
Ⅷ 11±0.0000Ab 3.5839±0.0942Ab 2.2325±0.1505Aa 0.9310±0.0628Aa 0.8476±0.0252Aa
 注:同列中标有不同大写字母表示差异极显著(犘<0.01),不同小写字母表示差异显著(犘<0.05)。
 Note:Comparisonamongthesamecolumn,highlysignificantdifferencewithdifferentcapitalletters(犘<0.01),significantdifferencewithdifferent
smalletters(犘<0.05).
  Shannon-Wiener指数与 Margalef指数、Pielou指数、Simpson指数呈显著正相关,相关系数分别达0.972
(犘<0.01),0.929(犘<0.01)和0.916(犘<0.01)(表3)。其中Shannon-Wiener指数与Margalef指数的相关系
数最大,说明群落物种多样性优先受到物种丰富度的影响。
表3 α多样性指数间的相关分析
犜犪犫犾犲3 犜犺犲犮狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犪狀犪犾狔狊犻狊犪犿狅狀犵α犱犻狏犲狉狊犻狋狔犻狀犱犲狓犲狊
项目
Item
多样性指数
Shannon-Wienerindex
丰富度指数
Margalefabundanceindex
均匀性系数
Pielouevennesscoefficient
丰富度指数 Margalefabundanceindex 0.972
均匀性系数Pielouevennesscoefficient 0.929 0.990
优势度指数Simpsondominanceindex 0.916 0.938 0.926
 注: 表示在0.01水平(双侧)上显著相关。
 Note: wassignificantcorrelationat0.01level.
2.3 草地不同群落斑块的相似系数分析
斑块Ⅶ和Ⅷ、Ⅵ和Ⅶ、Ⅳ和Ⅴ群落相似系数最大,分别为0.9567(犘<0.01),0.9297(犘<0.01)和0.9034
(犘<0.01),表现出斑块之间物种组成的相对一致性(表4)。斑块Ⅴ与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的群落相似系数最小,分别为
0.5933(犘>0.05),0.6157(犘>0.05)和0.6334(犘>0.05)。利用相异系数排序(图1)效果检验,8个不同斑块
群落之间排序间距和相异系数的相关系数狉=0.8569(犘<0.05),说明8个斑块群落排序后群落间的距离和原
始数据反映的相异性拟合的较好,8个斑块中斑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ的物种分布比较接近,与斑块Ⅳ和斑块Ⅴ
相对较远,说明在群落分布中相邻的斑块群落相似系数较大,相距较远的斑块之间群落相似性系数较小。二维极
点排序的结果从另一方面揭示了生境破碎后群落的演替是一个连续的过程,斑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ之间与斑块Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ
之间的生境特征相似度较低。
45 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.4
表4 8个群落斑块的相似系数
犜犪犫犾犲4 犛犻犿犻犾犪狉犻狋狔犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋狅犳犲犻犵犺狋犮狅犿犿狌狀犻狋犻犲狊狆犪狋犮犺犲狊
斑块编号Patchnumber Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ
Ⅱ 0.8566
Ⅲ 0.8624 0.8199
Ⅳ 0.8085 0.8938 0.8520
Ⅴ 0.5933 0.6157 0.6334 0.9034
Ⅵ 0.6763 0.7784 0.7115 0.7584 0.8589
Ⅶ 0.7543 0.8403 0.7771 0.8462 0.8869 0.9297
Ⅷ 0.6909 0.7543 0.8278 0.8530 0.8625 0.8902 0.9567
 注: 表示在0.01水平上相关,表示在0.05水平上相关,下同。
 Note: wascorrelationat0.01level, wascorrelationat0.05level,thesamebelow.
2.4 草地不同群落斑块的土壤理化性质
图1 8个斑块群落的二维排序(狉=0.8569)
犉犻犵.1 犜犺犲狋狑狅犱犻犿犲狀狊犻狅狀犪犾狆狅犾犪狉狅狉犱犻狀犪狋犻狅狀狅犳
犲犻犵犺狋狆犪狋犮犺犲狊犮狅犿犿狌狀犻狋犻犲狊(狉=0.8569)
在0~10,10~20和20~30cm的土层(表5),斑
块Ⅰ~Ⅲ土壤含水量极显著低于其他斑块(犘<
0.01),Ⅳ~Ⅷ斑块0~10cm 土层的土壤含水量比
Ⅰ~Ⅲ斑块0~10cm土层含水量高83.55%,10~20
cm土层高57.75%,20~30cm土层高47.39%。0~
10cm土层斑块Ⅱ的土壤容重极显著低于斑块Ⅶ和Ⅷ
(犘<0.01),斑块Ⅳ显著低于斑块Ⅵ~Ⅷ(犘<0.05);
10~20cm土层斑块Ⅶ和Ⅷ极显著高于斑块Ⅰ~Ⅲ
(犘<0.01),斑块Ⅵ极显著高于斑块Ⅰ和Ⅱ(犘<
0.01);20~30cm土层斑块Ⅲ显著低于斑块Ⅱ和Ⅷ
(犘<0.05)。土壤pH值0~10cm土层斑块Ⅲ极显著
高于斑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ(犘<0.01),斑块Ⅳ极显著
高于斑块Ⅰ、Ⅵ、Ⅶ(犘<0.01);10~20cm土层斑块Ⅲ极显著高于其他斑块(犘<0.01),斑块Ⅰ、Ⅱ显著高于斑块
Ⅳ~Ⅷ(犘<0.05);20~30cm土层斑块Ⅱ和Ⅲ极显著高于其他斑块(犘<0.01)。土壤碱化度与土壤含水量有类
似的规律,0~10,10~20和20~30cm土层斑块Ⅰ~Ⅲ碱化度极显著低于其他斑块(犘<0.01),Ⅳ~Ⅷ斑块比Ⅰ
~Ⅲ斑块0~10cm土层的碱化度平均高64.74%,10~20cm的土层高67.28%,20~30cm的土层高73.98%。
2.5 土壤理化性质与群落α多样性的相关性分析
0~10,10~20和20~30cm的土壤含水量、容重和碱化度与群落多样性之间呈正相关,土壤pH值与多样
性之间呈负相关(表6)。0~10cm土壤的含水量、容重、pH值和碱化度与多样性指数、均匀度指数和优势度指
数之间显著相关(犘<0.05),与物种丰富度指数相关性不显著(犘>0.05)。土壤pH值与α多样性间的相关系数
随着土层深度增大而增大,在20~30cm土层时显著相关(犘<0.01)。在0~10和10~20cm土层土壤容重与
多样性指数、均匀度指数和优势度指数之间显著相关(犘<0.05),在20~30cm土层时,相关性不显著(犘>
0.05)。
3 讨论
3.1 不同种群分布格局的形成
对8个斑块群落的物种优势度分析表明,同一物种在不同群落斑块中的优势度不同,各个斑块中群落的物种
55第20卷第4期 草业学报2011年
表5 8个斑块不同土层深度的土壤理化性质
犜犪犫犾犲5 犘犺狔狊犻犮犪犾犪狀犱犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狅犻犾犱犲狆狋犺狅犳犲犻犵犺狋狆犪狋犮犺犲狊
项目
Item
土层
Soillayer(cm)
斑块编号Patchnumber
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ
含水量
Watercontent
(%)
0~10 3.26±
0.01Cc
2.51±
0.01Cc
4.53±
0.02Cc
16.83±
0.05Bb
21.69±
0.02ABab
22.06±
0.01Aa
23.50±
0.00Aa
20.33±
0.02ABab
10~20 8.19±
0.01Bc
8.89±
0.01Bc
8.39±
0.02Bc
17.99±
0.03Ab
19.74±
0.02Aab
20.58±
0.01Aab
21.87±
0.01Aa
20.28±
0.01Aab
20~30 9.95±
0.01Bb
11.42±
0.01Bb
11.47±
0.02Bb
19.25±
0.03Aa
22.10±
0.04Aa
21.09±
0.01Aa
21.38±
0.02Aa
20.20±
0.01Aa
容重
Bulkdensity
(g/cm3)
0~10 1.30±
0.04ABabc
1.24±
0.09Bc
1.28±
0.07ABbc
1.26±
0.04ABc
1.33±
0.06ABabc
1.36±
0.04ABab
1.39±
0.01Aa
1.39±
0.01Aa
10~20 1.24±
0.07Bc
1.24±
0.04Bc
1.25±
0.01Bc
1.33±
0.02Ab
1.34±
0.04Ab
1.35±
0.05Ab
1.38±
0.03Aa
1.39±
0.05Aa
20~30 1.36±
0.16Aab
1.45±
0.02Aa
1.29±
0.11Ab
1.35±
0.04Aab
1.37±
0.05Aab
1.41±
0.04Aab
1.43±
0.05Aab
1.45±
0.05Aa
土壤pH
SoilpH
0~10 8.48±
0.17Cdc
8.85±
0.15BCdc
9.08±
0.16Aa
8.90±
0.17ABab
8.74±
0.14ABCbc
8.38±
0.10Cd
8.48±
0.19Cdc
8.52±
0.15BCdc
10~20 8.92±
0.27BCb
8.97±
0.12Bb
9.49±
0.18Aa
8.34±
0.19Dc
8.53±
0.19DCc
8.33±
0.08Cd
8.51±
0.11DCc
8.38±
0.17Dc
20~30 8.50±
0.11Bc
9.38±
0.10Ab
9.65±
0.13Aa
8.26±
0.17Bc
8.47±
0.16Bc
8.37±
0.16Bc
8.45±
0.15Bc
8.44±
0.09Bc
碱化度
Basicity
(%)
0~10 4.71±
0.49Cd
4.11±
0.16Cd
3.96±
1.25Cd
8.91±
1.65Bc
12.88±
1.39Aab
11.73±
1.44Ab
12.24±
1.03Ab
14.62±
1.09Ab
10~20 3.45±
0.20De
3.47±
0.40De
2.66±
0.37De
7.67±
1.28Cd
9.87±
0.51Bcb
8.92±
0.47BCc
10.41±
0.31ABb
11.93±
1.16Aa
20~30 2.66±
0.32Cc
2.21±
0.80Cc
1.41±
0.02Cc
5.02±
0.63Bb
9.06±
0.55Aa
8.50±
0.54Aa
9.30±
0.64Aa
8.41±
1.40Aa
 注:多重比较仅限于同层之间,同行中标有不同大写字母表示差异极显著(犘<0.01),不同小写字母表示差异显著(犘<0.05)。
 Note:Multiplecomparisonsonlyinthesamelayer,differentcapitallettersweresignificantlydifferentinthesamerowat犘<0.01,lowercaselet
tersweresignificantlydifferentat犘<0.05.
组成也有很大的差异,造成这种差异的原因可能是草地生境在一定干扰作用下破碎后形成不同种群分布格局,不
同种群分布格局最终形成群落斑块。在草地生境分解到形成群落斑块的过程中,由于不同种群生长和繁殖方式
不同,种群的扩展以母体为中心的聚集分布[20,21],晋北盐碱化草地8个群落6种优势种群,除蒲公英为种子繁殖
植物外,其他种群均有较高的营养繁殖能力,其中鹅绒委陵菜和碱毛茛等种群在放牧干扰下不容易形成种子,即
使形成种子,由于其个体矮小,种子散布距离和范围较小,因此容易形成格局规模较小的聚集分布。另外鹅绒委
陵菜和碱毛茛的营养繁殖器官为匍匐茎,当它们以种子完成侵入、扩散并成功定居后,则以营养繁殖来完成种群
的增长,使得种群在斑块中形成优势。生境破碎后,群落环境发生改变,种群的微生境包括其基质土壤的含水量、
容重、pH值和碱化度等都影响种群分布,0~10cm土壤的含水量、容重、pH值和碱化度与多样性指数、均匀度
指数和优势度指数之间显著相关(犘<0.05),使得斑块群落之间在种群组成、优势度、多样性等方面差异比较明
显。
草地生境破碎化的结果是连续的草地被分割成众多大小不一的群落斑块,斑块之间在种群组成、优势度、多
样性等方面明显的差异,说明种群的生境正在或已经受到一定的外界干扰,致使种群在群落中的地位发生改变,
65 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.4
表6 土壤理化性质与α多样性的相关性
犜犪犫犾犲6 犜犺犲犮狅狉狉犲犾犪狋犻狏犻狋狔犫犲狋狑犲犲狀狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳狊狅犻犾犪狀犱α犱犻狏犲狉狊犻狋狔
土层
Soillayer(cm)
项目
Item
丰富度指数
Shannon-Wienerindex
多样性指数
Margalefabundanceindex
均匀度指数
Pielouevennesscoefficient
优势度指数
Simpsondominanceindex
0~10 含水量 Watercontent 0.6211 0.7182 0.7551 0.7547
容重Bulkdensity 0.6014 0.7149 0.7592 0.7588
土壤pHSoilpH -0.6052 -0.6944 -0.7248 -0.7253
碱化度Basicity 0.5878 0.7283 0.7916 0.7924
10~20 含水量 Watercontent 0.6011 0.7121 0.7552 0.8212
容重Bulkdensity 0.5693 0.7102 0.7587 0.8047
土壤pHSoilpH -0.7490 -0.8109 -0.7245 -0.8261
碱化度Basicity 0.5728 0.7228 0.7922 0.7880
20~30 含水量 Watercontent 0.5522 0.6501 0.6908 0.9737
容重Bulkdensity 0.0834 0.2573 0.3536 0.0980
土壤pHSoilpH -0.8982 -0.9391 -0.9402 -0.9070
碱化度Basicity 0.6501 0.7577 0.8031 0.8151
在已经破碎化的草地上放牧,家畜采食延迟或阻滞了种子植物的有性繁殖,有利于具根茎或匍匐茎的植物的无性
繁殖。鹅绒委陵菜具有匍匐茎、适口性差,放牧家畜的选择性采食导致其他物种的生长空间减小,拓展了鹅绒委
陵菜的生长空间;另一方面放牧时家畜对其踩踏,使得它匍匐茎着地,更容易生根,增加其繁殖速度,有利于鹅绒
委陵菜在放牧草地上占据优势地位,这与青秀玲[22]在典型草原上放牧使得星毛委陵菜密度增加,其扩展空间使
斑块面积扩大和数量增多的研究结果一致。
3.2 不同斑块的群落特征分析
Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数均能较全面地反映物种的多样性和植物个体在种群中
分布的均匀程度[23],8个群落斑块尽管群落外貌相似,但在物种组成上的差异较大,一般而言,物种多样性在一定
程度上反映了群落的稳定性[24,25],斑块Ⅱ、Ⅲ与Ⅰ、Ⅳ~Ⅷ之间的α多样性的差异较明显,Simpson优势度指数斑
块Ⅱ极显著低于其他斑块 (犘<0.01),说明每个斑块的物种优势度分布不均匀,虽然8个斑块中斑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及
斑块Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ的物种分布比较接近,与斑块Ⅳ和斑块Ⅴ相对较远,在群落分布中相邻的斑块群落相似系数较大,
相距较远的斑块之间群落相似性系数较小,但任何一个斑块都无法代表整个样地的物种组成特点,物种多样性指
数与丰富度指数、优势度指数间相关系数(狉=0.9720,犘<0.01)达到最大,这说明群落的多样性受到群落的
Margalef指数和Simpson指数的影响较大,这种组成结构的差异是群落物种多样性维持的基础,也意味着各个
斑块的生态功能有所差别。
植物群落斑块结构的形成与维持是植物群落及其物种多样性持续发展的基础,其驱动力源于外界的干
扰[26,27]。所调查样地在围封之前经过连续多年的重度放牧利用,碱茅等可食牧草由于适口性相对好而被啃食失
去再生能力,在群落中逐渐消失,群落多样性下降,围封2年后草地恢复生长,所受干扰减低,群落多样性下降的
速率减小,说明群落已经受到干扰而分解成群落斑块,受到的干扰越大,群落生境分解的越快,分解成的斑块越
小,数量越多,形状越复杂[28]。
3.3 不同群落斑块生境变化
植被群落的组成及其群落斑块与土壤养分、土壤结构等[2932]相互影响,使得不同群落斑块的浅层土壤含水
量、容重、pH值和碱化度(0~10cm)有明显差别(犘<0.01)。从斑块群落优势植物来看,8个斑块分为2类,Ⅰ、
Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ4个斑块是以赖草为主要优势种的群落,而Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ4个斑块则是以鹅绒委陵菜为主要优势种的
杂类草群落,斑块Ⅱ、Ⅲ与Ⅰ、Ⅳ~Ⅷ之间的α多样性的差异较明显,斑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ之间与斑块Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ之间的生
75第20卷第4期 草业学报2011年
境特征相似度较低;根据土壤性质的差异将8个斑块也分为2类,其中斑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为一类,其他5个斑块为另
一类,其土壤含水量、容重、pH值和碱化度较前一类大;综合考虑植物组成、生境、物种多样性将8个斑块分为2
类,其中斑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为一类,其他5个斑块为另一类,由于斑块Ⅶ的生境特征与斑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相似度较低,与斑
块Ⅷ、Ⅵ群落相似系数较高,因此将斑块Ⅶ归到后一类。前一类土壤含水量和碱化度极显著低于另一类斑块
(犘<0.01),有利于根茎型禾草赖草的生存和生长而形成以赖草为优势种的斑块群落,其斑块物种数、Shannon-
Wiener指数、Margalef指数、Pielou指数、Simpson指数均小于后类,说明草地群落的α多样性受其土壤性质的
影响较大,随着土壤的旱化和盐碱程度降低,一些相对不耐旱的种群在群落中消退,又由于土壤属于盐碱土,其他
物种还不能适应该生境,造成物种数量相对较少。后一类土壤含水量、容重、pH值和碱化度较大,土壤紧密、空
气较少,不利于赖草的生长发育,而比较低矮、耐盐碱、营养繁殖能力强的委陵菜、麻黄和碱毛茛占据优势地位。
在晋北盐碱化草地上,斑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的土壤水分低,土壤碱化度也低,而另一类正好相反,说明土壤盐碱化程
度的分布不均匀与土壤水分密切相关,在水分充足的低洼地方盐碱含量较高,而相对干旱的地方盐碱含量低,土
壤含水量、容重和碱化度又与群落多样性之间呈正相关,说明土壤理化性状的变化作用于植物的生长、群落的组
成过程等重要的生态过程[3336],因此促进了种群分布格局的变化和斑块群落的形成,植物群落分布的异质性和群
落斑块结构的演变取决于基质土壤水分的传递速率变化[37]。
4 结论
8个群落斑块的物种组成和优势度差异比较明显,草地生境破碎后种群分布格局和斑块群落的形成及演替
有利于群落物种多样性的增加。
8个群落斑块分为2类,其中斑块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为一类,主要表现为土壤含水量、容重、pH值和碱化度比较小,植
被特征主要是以较高大的赖草为优势物种;其他斑块为另一类,植被特征主要是以比较低矮的委陵菜和麻黄为
主。草地生境破碎后,土壤含水量、容重、pH值和碱化度等性质的异化是群落斑块形成的重要原因,其中土壤水
分和盐碱度的分布不均匀是形成斑块群落最重要的环境因素。
群落斑块的演替主要受两方面的影响,一方面随着群落生境的旱化,一些不耐旱的种群在群落中消退,比较
耐旱的赖草在此类斑块中占据优势,形成以赖草为优势种的斑块;一些喜湿物种如鹅绒委陵菜和麻黄等在土壤水
分量大的地方占据优势。另一方面主要是因为受不同种群繁殖速度的影响,群落逐渐斑块化,斑块化的结果将有
利于群落物种多样性的增加。
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95第20卷第4期 草业学报2011年
犛狋狌犱狔狅犳狆犪狋犮犺犲狊犮狅犿犿狌狀犻狋狔犱犻狏犲狉狊犻狋狔狅狀狊犪犾犻狀犻狕犪狋犻狅狀犵狉犪狊狊犾犪狀犱犻狀狀狅狉狋犺狅犳犛犺犪狀狓犻狆狉狅狏犻狀犮犲
ZHAOXiang,XIEKaiyun,WANGYanjun,DONGKuanhu,ZHUHuisen
(ColegeofAnimalScienceandVeterinaryMedicine,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:8communitiespatchesonsalinizationgrasslandwerestudiedbythedominance,diversityandcommu
nitycharacteristics.Thepurposeofthispaperwasrevealtothestructureandvariationofgrasslandcommunity
patchesinthesuccessionprocess,furtherprovidethetheoreticalbasistograsslandrestorationandsalinization
grasslandrestoration.Theresultsshowedthatthespeciescompositionanddominanceof8communitypatches
weremoreobviousdifferent,theMargalefspeciesrichnessindexandShannon-Wienerdiversityindexwere
significantdifferentbetweenthepatchⅡ,ⅢandⅠ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ,Ⅷ (犘<0.01),theSimpsondominanceindex
andPielouuniformitycoefficientweresignificantdifferentbetweenthepatchesⅡ,ⅢandⅥ,Ⅶ,Ⅷ(犘<0.01),
thecommunitysimilaritycoefficientsofthepatchⅦandⅧ,ⅥandⅦ,ⅣandⅤ werelargest,respectively
0.9567,0.9297,0.9034.Thereweretwogroupsofcommunitypatches.PatchⅠ,ⅡandⅢ wereagroups,
whichsoilmoisture,bulkdensity,pHvalueandsalinitywerelower,thedominantplantis犔犲狔犿狌狊狊犲犮犪犾犻狀狌狊.
Withthedryingofsoil,someweakdroughtresistantspeciesdisappearedfromthecommunity,whiledrought
resistant犔.狊犲犮犪犾犻狀狌狊occupieddominantstatusinthegrouppatches,therebecomedcommunitypatcheswhich
dominantplantwas犔.狊犲犮犪犾犻狀狌狊.Otherswereinanothergroup,thedominantplantswere犘狅狋犲狀狋犻犾犾犪犪狀狊犲狉犻狀犪
and犆犪狊狌犪狉犻狀犪犮狌狀狀犻狀犵犺犪犿犻犪狀犪.
犓犲狔狑狅狉犱狊:salinization;patch;habitatfragmantation;αdiversity;communitysimilaritycoefficient
06 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.4