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Distribution pattern and dynamic population changes of Seriphidium transiliense seedlings in fenced enclosures in the northern Tianshan Mountains

天山北坡围栏封育条件下伊犁绢蒿幼苗分布格局及数量动态变化规律研究



全 文 :书天山北坡围栏封育条件下伊犁绢蒿幼苗
分布格局及数量动态变化规律研究
鲁为华1,2,3,朱进忠1,2,王东江1,靳瑰丽1,2,余博1
(1.新疆农业大学草业与环境科学学院,新疆 乌鲁木齐830045;2.新疆草地资源与生态实验室,
新疆 乌鲁木齐830045;3.石河子大学动物科技学院,新疆 石河子832003)
摘要:采用空间分布型指标对围栏封育条件下的伊犁绢蒿幼苗种群进行了空间分布格局分析,结果表明,在5和9
月2个时间点上,无论围栏内外,幼苗均呈聚集分布的空间格局,但不同时间点和围栏内外的幼苗分布聚集程度存
在差异,这种差异是由于环境条件的空间异质性引起的;进一步采用TAYLOR幂法则、IWAOY对犕 的回归法进
行分布格局的拟合检验,检验结果与各空间分布型指标的结果相符合,可以确定绢蒿幼苗种群为聚集分布且适宜
取样面积为4m2;采用DCCA(除趋势对应典范分析)和相关分析对围栏内外的幼苗数量和环境因子的关系进行分
析,表明幼苗数量和环境因子之间存在密切相关,同时可以将幼苗数量的发生类型按生境条件分为4类;对4类生
境条件下的不同时间的幼苗存活数量进行了统计,表明不同生境下幼苗的初始萌发数量存在巨大的差异且在夏季
死亡率极高,呈现出“爆发性出苗”和“骤然性死亡”的特点;对幼苗发生规律的统计结果表明,4种生境条件下的幼
苗发生高峰均出现在4月,之后急剧下降,7和8月几乎没有幼苗发生。幼苗死亡率极高且发生时间强烈集中,这
主要是由于环境筛选和竞争共同作用的结果。
关键词:围栏封育;伊犁绢蒿幼苗;分布格局;数量动态
中图分类号:Q948.2  文献标识码:A  文章编号:10045759(2009)04001710
  种子的萌发和幼苗的成功定居直至种群补充更新完成的一系列事件是种群生活史的关键过程[1],但在大多
数植物的生活史中,幼苗时期是最容易受到外界伤害的阶段,许多植物在幼苗期具有很高的死亡率[2]。草地植物
群落的幼苗萌发和种群更新过程都要受到以下几个因素的影响,1)植物种子本身的质量和特性,如种子数量,种
子大小,寿命和休眠等特性;2)草食动物采食和践踏等破坏活动[3,4],草食动物的破坏使得草地植物种群特别是
退化的草地植物种群的补充更新受到极大的限制[5,6];3)初始环境条件很适合种子萌发和幼苗的形成,但幼苗的
生长和存活又可能受到可利用资源由于季节变化或竞争而造成数量和质量的限制[7~9]。因而造成幼苗大量死
亡。
由于上述3个方面的原因,使得草地植物种群在更新过程中土壤中种子的初始密度往往并不与其后来萌发
的幼苗的密度和分布格局一致,这在干旱半干旱地区尤为明显。干旱半干旱区植物幼苗的存活和建成与生物条
件和微环境密切相关[10],因此不同生物和微环境条件下所形成的幼苗格局不同,而由此造成的幼苗输入更新结
果也多种多样。由于幼苗早期阶段对种群尤其是受损种群的补充更新具有关键意义,因此幼苗建成过程不仅影
响以后的种群数量动态,而且对种群的分布格局和群落的组成都会产生深远的影响[2]。
绢蒿属(犛犲狉犻狆犺犻犱犻狌犿)荒漠草地是由温性荒漠类和温性草原化荒漠类植被组成,广泛分布于天山北坡低山及
低山丘陵区和山前平原上段,构成了天山北坡山地植被垂直地带分布的基础植被之一,绢蒿属荒漠草地除了具有
畜牧业生产资料功能外,在防止水土流失、防风固沙,维护山地的生态平衡和平原绿洲区的生态安全等方面发挥
着不可替代的作用。但近年来,由于气候变化和超载过牧,以绢蒿(犛.狋狉犪狀狊犻犾犻犲狀狊犲)为主体的荒漠草地退化严重,
其生产功能以及生态功能被严重削弱[11,12]。具体表现在种群数量及密度大大下降,群落的组成结构不完整,其
中的伴生植物数量急剧下降,适口性低劣的植物开始大量出现,群落向逆行演替的方向发展,局部地区由于退化
第18卷 第4期
Vol.18,No.4
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
17-26
2009年8月
 收稿日期:20080923;改回日期:20081110
基金项目:新疆草地资源与生态重点实验室开放课题(XJDX0209200703)资助。
作者简介:鲁为华(1976),男,新疆奇台人,讲师,在读博士。Email:winnerlwh@tom.com
通讯作者。Email:xycy3@xjau.edu.cn
严重已出现大量不毛之地。这主要是由于过度放牧对绢蒿营养繁殖的克隆生长和种子繁殖幼苗形成造成阻
断[13],使得绢蒿荒漠草地缺乏植被更新的基础,造成退化现象愈来愈重。
本研究通过对围封后的绢蒿荒漠幼苗的分布格局及其数量随时间的动态变化规律进行研究,旨在揭示绢蒿
荒漠自然植被发生过程中的种群更新特征,为该类退化草地植被保育、恢复与重建提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区位于天山北坡中段的山前倾斜平原,地理位置N43.858°~43.870°,E87.136°~87.142°,距首府乌
鲁木齐60km,为山前倾斜洪积扇平原,海拔825~897m,地形变化不大。属典型的温带干旱大陆性气候,年降
水量较少,为180~190mm,年均温6.5℃。土壤为灰漠土,成土母质为黄土状物质,土层较厚。该地区主要植被
为伊犁绢蒿,春季有短生类短生植物发育,主要包括天山郁金香(犜狌犾犻狆犪犻犾犻犲狀狊犻狊)、腋球顶冰花(犌犪犵犲犪犫狌犾犫犻犳犲狉犪)
等,夏季一年生植物可形成层片,主要包括叉毛蓬(犘犲狋狉狅狊犻犿狅狀犻犪狊犻犫犻狉犻犮犪)、弯果胡卢巴(犜狉犻犵狅狀犲犾犾犪犪狉犮狌犪狋犪)、角
果藜(犆犲狉犪狋狅犮犪狉狆狌狊犪狉犲狀犪狉犻狌狊)、猪毛菜(犛犪犾狊狅犾犪犪犳犳犻狀犻狊)等。该地区是当地重要的春秋草场。每年春秋各放牧1
次,春季放牧为3月下旬-5月下旬,秋季为9月下旬-11月,冬夏两季利用强度不大。
1.2 试验方法
1.2.1 幼苗的空间分布格局
2007年4月在试验区内设置围栏,面积为40m×40m,同年4月开始数据观测。首先在围栏内外各设定5
个2m×2m的样方,然后将每个样方分为16个50cm×50cm的小格子,统计每个格子的幼苗数量。以检测围
栏内外大样方内幼苗的聚集强度。
1.2.2 幼苗数量和环境因子之间的关系 在围栏内对角线设置20个1m×1m样方;在围栏外同样设定40m
×40m的样地,同样按对角线设定20个1m×1m样方,按月统计围栏内外各样方内的幼苗数量,同时,对相应
样方的微环境因子进行测定,在围栏内外各样方内进行包括老龄绢蒿分枝数量、枯落物重量、微地形条件、植被盖
度、退化强度5个因子的测定。其中老龄绢蒿分枝数量采用单株观测,对样方内的每株具有生殖枝的绢蒿分枝计
数,并求平均值;同时用小刷子将样方范围内的凋落物仔细收集进行称重并记录;微地形条件以地表的坑凹数量
和直径大小来确定[14];以植被指数仪测定植被盖度;退化强度以草群中不可食的一年生藜科植物数量换算划分
为5个级别[11]。之后对各样方和环境因子之间的关系进行除趋势典范对应分析(detrendedcanonicalcorrespon
denceanalysis,简称DCCA)排序[15,16],将环境因子作用下的幼苗发生类型进行分类。
1.2.3 不同环境条件下死亡存活动态及幼苗发生规律统计 根据1.2.2环境指标的分类结果,在不同的幼苗发
生类型区域重新设定1m×1m的固定样方各6个,共计24个。固定样方分为2类,一类从2007年5月开始按
月统计幼苗的存活数量;另外一类统计幼苗的发生数量,幼苗发生数量的统计方法为:在每次完成绢蒿幼苗数量
统计后将所有样方内的幼苗去除,按月观测去除幼苗后的幼苗发生数量,以统计幼苗在不同时间的发生规律。
1.3 数据处理
采用分布型指数统计幼苗的分布聚集程度,本研究采用多个指标进行测度。根据野外调查数据应用平均拥
挤度(犕)、方差/均值比率法(狏/犿)、负二项参数(犓)、Cassie指标(犆犪)、丛生指数(犐)、聚块性指数(犕/犕)进行
绢蒿幼苗种群分布格局的测定,计算公式与方法见文献[17~20];平均拥挤度犕表示生物个体在一个样方中的
平均邻居数,它反映了样方内生物个体的拥挤程度;指标狏/犿 用于检验种群是否偏离随机型。当狏/犿<1时为均
匀分布,当狏/犿=1时为随机分布,狏/犿>1时为聚集分布;负二项参数犓<0时为均匀分布,当犓=0时为随机分
布,当犓>0时为聚集分布;当Cassie指标犆犪<0时为均匀分布,当犆犪=0时为随机分布,当犆犪>0时为聚集分
布;当丛生指数犐<0时为均匀分布,犐=0时为随机分布,犐>0时为聚集分布;在 Moore的犕指标的基础上,
Lloyd提出了犕/犕 指标,当犕/犕<1时为均匀分布;当犕/犕=1时为随机分布;当犕/犕>1时为聚集分
布[21]。
以上指标分析完成后,采用TAYLOR幂法则、IWAOY对犕 的回归法进行分布格局的拟合检验。
在对幼苗数量和环境因子统计的基础上,采用DCCA排序法探讨幼苗数量和环境因子之间的关系;采用相
81 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.4
关分析来统计幼苗数量和各环境因子之间的相关性。
分析作图采用CANOCO4.5中的CANODRAW 和SIGMAPLOT10.0完成。
2 结果与分析
2.1 围栏内外实生苗空间分布格局分析
从分布格局来看,在5和9月2个时间点的统计结果中(表1和2),围栏内外绢蒿幼苗方差/均值比率法
(狏/犿)测定结果均大于1,且狋>狋0.05,符合聚集分布;从聚集强度来看,负二项参数(犓)均大于0,为聚集分布;方
差/均值比率狏/犿>1,经随机偏离度显著性检验犉0 值大于犉0.05,可认为为聚集分布;Cassie指标(犆犪)与丛生指
数(犐)均大于0,为聚集分布;聚块性指数犕/犕>1,为聚集分布,表明绢蒿幼苗的分布格局为聚集分布。
对5月围栏内外的幼苗空间分布格局进一步采用TAYLOR回归法进行分布格局的拟合检验,建立回归方
程(表1),回归系数分别为犫=1.68105和1.89493>1;TAYLOR幂法则与方差/均值及5种聚集度指标的测
定结果完全相符,5月围栏内外幼苗均符合聚集分布;同时可以认为绢蒿幼苗种群分布格局测定的取样面积为4
m2;对9月围栏内外的幼苗空间分布格局同样采用TAYLOR回归法进行拟合检验,建立回归方程(表2),回归
系数分别为犫=1.09914和1.58614>1,TAYLOR幂法则与方差/均值及5种聚集度指标的测定结果完全相
符,9月围栏内外幼苗均符合聚集分布,与5月幼苗分布格局的各指数相比较,尽管由于幼苗的大量死亡造成5
种聚集度指数发生了较大变化,但总体上仍然呈聚集分布,且取样的适宜面积也为4m2。
为更准确的反映绢蒿幼苗的空间分布格局和适宜的取样面积,进一步对犕-犕 作回归分析(IWAOY),5
月围栏内外犕-犕 方程的常数项分别为犪内=2.45915>0、犪外=-1.92063<0,表明围栏内幼苗个体间互相
吸引,分布的基本成分均为个体群;而围栏外幼苗之间则互相排斥,这主要是因为围栏外幼苗在强烈干扰下不能
形成密集的个体群,从而表现出个体之间的排斥现象,但整体上仍然属于聚集分布的空间分布类型;在犕-犕
方程中,回归系数犫为基本成分的空间分布图式,当犫<1时为均匀分布,当犫=1时为随机分布,当犫>1时为聚
集分布。从回归系数犫大小来看,5月围栏内外幼苗均呈聚集分布。同理,通过对9月幼苗的分布格局进行检
验,结果表明,其围栏内外的回归方程常数项犪均大于0,表明在9月幼苗群落已基本稳定,故均形成个体群,个
体之间相互吸引。从回归系数犫值来看,围栏内外犫值均大于1,表明在经过夏季高温等不利的环境条件筛选后,
尽管幼苗在数量上减少,但分布格局仍然属于聚集分布类型,即IWAOY指数测定结果证实了9月伊犁绢蒿幼苗
表1 围栏内外5月绢蒿幼苗空间分布型指标
犜犪犫犾犲1 犐狀犱犲狓狅犳狊犲犲犱犾犻狀犵犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狆犪狋狋犲狉狀犻狀犕犪狔
围栏内外
Insideandoutsideoffence
样方编号
No.
拥挤度
犕
丛生指数

聚块性指数
犕/犕
Cassie指标
犆犪
方差/均值
狏/犿
负二项参数

围栏内
Insideoffence
1 161.9991 13.3116 1.0895 0.0895 14.3116 11.1697
2 50.6303 14.3178 1.3943 0.3943 15.3178 2.5362
3 275.2041 46.2041 1.2018 0.2018 47.2041 4.9563
4 196.6436 34.6436 1.2138 0.2138 35.6436 4.6762
5 14.7755 3.1505 1.2710 0.2710 4.1505 3.6898
TAYLOR幂法则 TAYLORmodel:lg狏=-0.03890+1.68105×lg犕,犚=0.9811
IWAOY回归分析法IWAOYequation:犕=2.45915+1.16904犕,犚=0.9969
围栏外
Outsideoffence
1 11.5667 3.5667 1.4458 0.4458 4.5667 2.2430
2 28.9567 16.7692 2.3759 1.3759 17.7692 0.7268
3 2.5840 0.9590 1.5901 0.5901 1.9590 1.6946
4 3.1990 0.8865 1.3833 0.3833 1.8865 2.6086
5 3.2727 1.5852 1.9394 0.9394 2.5852 1.0645
TAYLOR幂法则 TAYLORmodel:lg狏=0.07831+1.89493×lg犕,犚=0.9747
IWAOY回归分析法IWAOYequation:犕=-1.92063+2.29277犕,犚=0.9654
91第18卷第4期 草业学报2009年
表2 围栏内外9月绢蒿幼苗空间分布型指标
犜犪犫犾犲2 犐狀犱犲狓狅犳狊犲犲犱犾犻狀犵犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狆犪狋狋犲狉狀犻狀犛犲狆狋犲犿犫犲狉
围栏内外
Insideandoutsideoffence
样方编号
No.
拥挤度
犕
丛生指数

聚块性指数
犕/犕
Cassie指标
犆犪
方差/均值
狏/犿
负二项参数

围栏内
Insideoffence
1 18.8896 1.6396 1.0950 0.0950 2.6396 10.5208
2 6.5678 3.2553 1.9827 0.9827 4.2553 1.0176
3 27.6514 1.2139 1.0459 0.0459 2.2139 21.7795
4 30.4814 7.0439 1.3005 0.3005 8.0439 3.3273
5 2.8111 1.3111 1.8741 0.8741 2.3111 1.1440
TAYLOR幂法则 TAYLORmodel:lg狏=0.43930+1.09914×lg犕,犚=0.9372
IWAOY回归分析法IWAOYequation:犕=2.06589+1.05747犕,犚=0.9813
围栏外
Outsideoffence
1 2.4000 1.4000 2.4000 1.4000 2.4000 0.7143
2 7.5592 4.7467 2.6877 1.6877 5.7467 0.5925
3 - - - - - -
4 1.1083 0.7333 2.9556 1.9556 1.7333 0.5114
5 1.2565 0.8190 2.8719 1.8719 1.8190 0.5342
TAYLOR幂法则 TAYLORmodel:lg狏=0.45880+1.58614×lg犕,犚=0.9965
IWAOY回归分析法IWAOYequation:犕=0.00049+2.66422犕,犚=0.9983
 注:围栏外样方3中到9月已经不存在实生苗。
 Note:Quadrate3wasnoseedlingsinoutsideoffenceinSeptember.
种群空间分布格局均呈聚集分布。IWAOY指数测定结果与TAYLOR幂法则、方差/均值及5种聚集度指标测
定结果相符,可以判定绢蒿幼苗种群分布格局测定时的适宜取样面积为4m2,此取样面积能较好地反映它们的
空间分布格局。因此,从上述结果可以看出,用TAYLOR幂法则模型与IWAOY回归模型测定伊犁绢蒿幼苗空
间分布格局,既能准确判定种群的空间格局类型,又能进一步推断、证实其空间格局的适宜取样面积,保证结果的
可靠性。
从上述分析结果可看出,在2个时间点上,围栏内外幼苗都呈聚集分布的现象,出现这种结果,主要有以下4
个方面的原因:1)绢蒿种子落粒后,由于缺乏便于传播的附属物和外部条件,加之种子表面有黏液[22],落粒后粘
附在土壤表面,种子流动性较差,主要集中在母株周围,因此出现聚集分布的状况;2)绢蒿种子落粒后,由于地形
条件的变化,春季积雪融水形成的地表径流会成为落在地表的绢蒿种子传播的外因力,将种子冲刷聚集在地势较
低的地方,同时将凋落物和牲畜粪便携带冲刷连同种子聚集在某一地区,因此会形成幼苗特别密集的现象;3)由
于伊犁绢蒿荒漠作为春秋场,大部分地区都已经过度利用而产生了不同程度的退化,在采食和践踏过重的地区,
植株生殖枝遭到严重破坏,种子不能形成,因此样地内的有些地区不会有新生幼苗出现,而有些未被破坏的地方
存在一部分种子可产生幼苗,从而产生聚集分布的格局;4)由于绢蒿属于非典型的克隆植物,其分枝主要增加植
株构件的数量而不增加新个体数量,新的个体主要依靠种子的萌发形成,因此,种子繁殖势必形成密集的幼苗。
通过围栏内外对比可发现,围栏内的绢蒿幼苗的聚集强度要大于围栏外。这主要是因为围栏外经过春季牲
畜踩踏和啃食,幼苗的数量减少,使得整体的聚集强度减弱;同时,围栏外的环境条件同围栏内相比,水分、遮荫、
种子的数量质量相对较差,因此造成种子萌发困难,即便萌发,由于季节性环境条件剧烈波动的限制所造成的死
亡率也相当高。
5和9月2个时间点绢蒿幼苗的拥挤度犕指标存在巨大差异,这主要是由于绢蒿幼苗在不利环境条件下大
量死亡引起的。4-5月为绢蒿种子萌发的高峰期,在这一时期,土壤湿度较大,气温较低,种子在短时间内几乎
全部萌发,因此在空间分布上表现出强烈的聚集分布,随着时间的推移,气温逐渐升高,土壤水分条件变差,不仅
种子萌发不能进行,而且已经萌发的幼苗由于高温干旱而死亡,到9月调查时,数量急剧下降,因此幼苗的聚集强
02 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.4
度大大减小。
2.2 不同分布状况下实生苗数量差异及环境解释
40个样方的环境因子基本统计参数结果表明,各环境因子的变异较大,其中凋落物重量的变异系数达到
1.2928(表3),退化强度变异系数为0.6967,老龄绢蒿分枝数量变异系数为0.6178。总体来看各环境因子存在
较大变异。
从环境因子和幼苗数量的相关分析可知(表4),凋落物重量、植被盖度、老龄绢蒿分枝数量与幼苗数量存在
显著正相关,而退化强度和幼苗数量呈显著负相关,微地形条件和幼苗数量之间存在正相关但相关系数很小。
由于环境因子和幼苗数量存在相关性,因此,进一步对40个调查幼苗的样方采取DCCA进行分类排序(图
1)。DCCA排序第1轴基本反映了植被盖度和退化强度的变化,排序轴自左向右,植被盖度逐渐减小,而退化强
度逐渐增大;第2轴基本反映了凋落物重量和老龄绢蒿分枝的数量变化趋势,排序轴自下而上,凋落物重量和老
龄绢蒿的分枝数量逐渐减小。
从样方的分布来看,各样方在排序图上有规律地分布。因而DCCA排序图可以将实生苗的微生境类型划分
为4种,二维排序图内部下方的4,5,12~15,19~21九个样方幼苗数量和凋落物重量密切相关,可以认为此类样
方为凋落物保护型;而1,2,3,16,17和18六个样方内幼苗主要和老龄绢蒿分枝数量密切相关,因此可以称为老
龄株丛型;6~11六个样方内幼苗和植被盖度密切相关,因此可以称为植被盖度型;其余样方为强烈退化所形成
的幼苗数量类型,因此可称为退化型。这4个类型在二维排序上各有自己的分布范围和界线,说明 DCCA 分析
能较好地反映出各样方类型与环境因子之间的关系。
表3 围栏内外40个样方各环境因子调查基本统计参数
犜犪犫犾犲3 犉狌狀犱犪犿犲狀狋犪犾狊狋犪狋犻狊狋犻犮犪犾狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊狅犳犲狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犳犪犮狋狅狉狊
项目
Item
均值
Average
平均偏差
Average
deviation
极差
Range
方差
Variance
标准差
Standard
deviation
标准误
Standard
error
变异系数
Coefficientof
variation
凋落物重量 Weightofsearedmatter(g) 3.5733 3.6247 15.6000 21.3399 4.6195 0.7304 1.2928
植被盖度 Vegetationcover(%) 16.3375 6.7875 27.0000 59.7742 7.7314 1.2224 0.4732
微地形条件 Microtopography 2.8250 0.9513 4.0000 1.4814 1.2171 0.1924 0.4308
老龄分枝数 Oldbranchs(个Number) 12.4250 6.2738 25.0000 58.9173 7.6758 1.2136 0.6178
退化强度 Degradedintensity 2.8000 1.8900 4.0000 3.8051 1.9507 0.3084 0.6967
表4 绢蒿幼苗数量、各环境因子之间的相关系数
犜犪犫犾犲4 犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犮狅犲犳犳犻犮犻犲狀狋狅犳狊犲犲犱犾犻狀犵狀狌犿犫犲狉狊犪狀犱犲狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犳犪犮狋狅狉狊
项目
Item
幼苗数
Seedling
number
凋落物重量
Weightofseared
matter
植被盖度
Vegetation
cover
微地形条件
Microtopography
老龄分枝数
Oldbranchs
退化强度
Degraded
intensity
幼苗数Seedlingnumber 1.0000
凋落物重量 Weightofsearedmatter 0.8100 1.0000
植被盖度 Vegetationcover 0.4500 0.6900 1.0000 -0.2100
微地形条件 Microtopography 0.0100 -0.3800 -0.2100 1.0000
老龄分枝数 Oldbranchs 0.6300 0.8400 0.5700 -0.5300 1.0000
退化强度 Degradedintensity -0.7700 -0.5700 -0.2000 0.2000 -0.6000 1.0000
 注:表示显著相关,表示极显著相关。
 Note:indicatesignificantcorrelation,indicatehighlysignificantcorrelation.
12第18卷第4期 草业学报2009年
图1 40个样方的犇犆犆犃二维排序
犉犻犵.1 犜狑狅犱犻犿犲狀狊犻狅狀犪犾犇犆犆犃狅狉犱犻狀犪狋犻狅狀犱犻犪犵狉犪犿狅犳40狇狌犪犱狉犪狋犲狊
 数字为样方编号;WS为凋落物重量;VC为植被盖度;DI为退化强度;OB为老龄植株分枝数;MT为微地形条件 Numberisserialnumberofquad
rates;WS:Weightofsearedmatter;VC:Vegetationcover;OB:Quantityofoldseedlingbranchs;DI:Degradedintensity;MT:Microtopography
4种幼苗数量类型以退化型所占比例最大(图1),40个样方中有19个为退化型,在所有退化型样方中,28,
29,30,31,34和35六个样方处于围栏内,而其余13个样方处于围栏外,占此类样方的68.4%,说明围栏外由于
春季牲畜的采食和践踏对幼苗的萌发环境条件造成了不利影响,使得幼苗数量大大减少。而从其余的3个类型
来看,样方主要分布在围栏内,说明围栏后凋落物、老龄绢蒿分枝、植被盖度都得到了很好的保护,从而大大增加
了生境的异质性,为幼苗的萌发提供了有利条件。
2.3 不同时间各生境条件下实生苗存活动态及幼苗发生规律
在静态分析的基础上,于2007年4月11日-9月25日,以设定的各类型固定样方为观察对象,按月观察绢
蒿实生苗的存活及出苗动态。统计出苗动态变化规律以及死亡数量等指标。对4种类型的幼苗存活率及幼苗发
生进行统计,统计时设定2类样方,一类样方统计死亡率,一类样方用来统计幼苗发生率。每次统计时间间隔为
1个月,2007年统计6次,分析过程不考虑来年实生苗的存活状况,以9月25日调查的幼苗数量作为成活率指
标。
2.3.1 不同时间幼苗存活动态 4种生境类型的幼苗数量存在着巨大差异,但在数量变化趋势上趋于一致(图
2),在4月有1个萌发高峰,完成整个萌发量的95%以上,5月在数量上变化不大,但均有增长,之后由于大规模
死亡而数量迅速下降。因此,不论在哪种生境条件下都呈现出“爆发性出苗”和“骤然性死亡”的特点。同时,在8
-9月,又出现1个小幅度的数量增长,这主要可能是因为:1)由于8,9月气温降低,降水增多,使土壤中未萌发
的种子得到了合适的萌发条件而形成了新的植株单元;2)由于6,7月温度太高,高强度的曝晒使得已经萌发的植
株地上部分枯死,但在此之前,个别植株的根系已经得到了很好的发育,植株还保持一定的活力,在水分和温度条
22 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.4
件适宜时又发生了二次返青现象,使得幼苗数量增加。
从统计的实生苗数量来看,在4种生境条件下,以凋落物型实生苗数量最多,在4月数量达到1087株/m2,5
月为1130株/m2,这主要是因为,1)此生境下大部分凋落物来源并非正常情况下自然落下的植物枯枝落叶,而是
由于春季融雪及夏季降水造成的地表径流携带在合适地段形成了较多的积累,与此同时,地表径流也充当了种子
扩散外因力的角色,大量的种子落粒后,被冲刷携带沉积使得局部地区的种子密度远远高于正常水平;2)由于凋
落物覆盖厚度远高于其他生境,因此,造成微环境条件的改善,使得种子萌发条件得到优化,因此,种子萌发的成
功率也远远高于其他生境;同时,老龄株丛型的幼苗数量也较高,4,5月幼苗总量分别为975.8和1035.0株,这
主要是由于老龄株丛的生殖枝数量较多,结实较多,种子数量巨大,因此出现了幼苗数量的密集状态。
但总体来看,除退化型外,其他类型初始幼苗数量都较大,但最终成活株数很少。这主要是由于,1)夏季高温
干旱具有强烈的环境筛选作用,特殊的生境条件尽管为绢蒿种子的萌发提供了理想环境,但随着气温升高,这种
独特生境的保护作用逐渐消失,因此造成大量幼苗的死亡;2)由于绢蒿种子在落粒后,缺乏有效的传播媒介,在幼
苗的空间分布格局上为强烈的聚集分布,同胞之间产生强烈的竞争也是造成幼苗死亡的主要原因。对于退化型
幼苗类群来讲,幼苗也具有很高的死亡率,主要是因为环境条件的改变和一年生藜科植物的竞争作用引起的。不
同的是生境条件下幼苗最终成活数量也存在一定差异,其中以老龄株丛型、凋落物型和植被盖度型数量较多,这
说明尽管由于夏季大的环境条件的恶化不利于幼苗的存活,但较为茂密的植被、母株和凋落物的保护使得幼苗得
到了相对较好的生存条件。
2.3.2 不同时间幼苗发生规律 从统计结果来看(图3),4种类型的幼苗发生主要集中在4月,在4月土壤中的
种子基本全部萌发,至6月底,萌发数量显著减少,7-8月几乎不再萌发,到9月有2种类型少量萌发。总体来
看,不同生境条件下发生的幼苗总量具有很大差异,且发生比较集中,因此可以认为幼苗的发生和种子的初始分
布格局具有很大关系。随着时间的推移,幼苗萌发数量减少,一方面是由于大部分种子已经萌发,土壤中种子数
量减少;另一方面是由于温度升高,干旱少雨,剩余的种子没有良好的萌发条件而产生休眠。
图2 4种生境类型不同时间的幼苗存活数量变化曲线
犉犻犵.2 犆狌狉狏犲狅犳狇狌犪狀狋犻狋狔狅犳狊狌狉狏犻狏犪犾狊犲犲犱犾犻狀犵犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犻犿犲狌狀犱犲狉犳狅狌狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犺犪犫犻狋犪狋犮狅狀犱犻狋犻狅狀狊
A:植被盖度型 Vegetationcovertype;B:凋落物型Littertype;C:老龄株丛型 Oldseedlingtype;D:退化型 Degradedtype
32第18卷第4期 草业学报2009年
图3 4种生境类型不同时间的幼苗发生曲线
犉犻犵.3 犆狌狉狏犲狅犳狊犲犲犱犾犻狀犵犲犿犲狉犵犲狀犮犲犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犻犿犲狌狀犱犲狉犳狅狌狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犺犪犫犻狋犪狋
A:植被盖度型 Vegetationcovertype;B:凋落物型Littertype;C:老龄株丛型 Oldseedlingtype;D:退化型 Degradedtype
不同生境条件下,仅在5月幼苗的发生数量上存在明显差异,其中以凋落物型在5月发生的幼苗数量最多,
其次是植被盖度型和老龄株丛型,而退化型的幼苗发生数量很少,这说明凋落物所提供的环境条件对夏季来临的
高温具有一定的“缓冲”作用,使得部分剩余种子得到了萌发,但随着温度的持续升高,这种缓冲作用也逐渐消失。
在9月,植被盖度型和老龄株丛型仅有2.5和2.1株新发生的幼苗出现,可能是因为在这一时间段气温降低,水
分条件相对较好,使剩余的个别种子萌发,但数量极少,且秋萌幼苗的生存能力极低,存活的可能性较小。
3 讨论
5和9月2个时间点围栏内外的幼苗种群空间分布均为聚集分布,这主要和绢蒿种子的传播方式以及新个
体的建成方式有关;同一时间点上,围栏内和围栏外各自的幼苗聚集强度指标也存在较大差异,这主要是环境条
件的空间异质性引起的;在统计的所有样方中,环境条件的变异较大,同时和幼苗的数量密切相关,因此可以结合
环境因子将幼苗的发生数量分为4种类型,DCCA分析结果表明这4种类型在二维排序图上具有明显的界限和
分布范围;不同生境下幼苗的初始密度存在巨大差异,这主要是由于环境因子的空间异质性造成种子沉积数量和
萌发条件的差异引起的,这种异质性对退化草地恢复过程中种群的更新具有重要意义;同时,不同生境下幼苗的
存活数量都很低,环境筛选起了决定性的作用,同胞和种间竞争也是不可忽视的因素;不同生境下幼苗的发生数
量在不同时间点上存在较大差异,这主要是由于绢蒿种子的萌发特性和大的气候环境条件的波动性所造成的,尽
管不同生境幼苗的发生过程具有差异,但这种差异也仅存在4,5和9月,即微生境条件的差异仅作用于种子的数
量差异和早期及秋季的萌发过程,而对干旱和高温时期幼苗发生过程几乎不产生影响。
草地植物幼苗种群的萌发和存活是草地更新过程中的关键事件,但在干旱和半干旱区,草地植物种群在更新
过程中土壤中种子的初始密度往往并不与其后来存活幼苗的密度和分布格局一致,这主要是由于环境波动和草
地过度利用对种子的萌发和幼苗的建成具有强烈的筛选作用。萌发后的幼苗均成聚集分布,而生境逐年恶化,聚
集有利于个体生存,这也是种群抵抗不良环境的生态适应对策。
尽管绢蒿可以通过营养物质积累和再分配来抵御不良环境的影响[23],但绢蒿荒漠由于长期受到重度放牧的
压力,营养繁殖和种子成功结实在牲畜过度采食和践踏下不能完成,且环境条件在逐年恶化,新的植株个体很难
42 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.4
形成。种群的更新繁殖受到阻遏,这是目前退化绢蒿荒漠草地难以恢复的主要原因。从统计的幼苗数量来看,凡
是具有独特生境保护下的幼苗数量都是相当巨大的,尽管这种独特生境(凋落物、老龄植株、植被盖度)在大面积
环境条件相对均质的草地上出现的几率较低(从统计结果也可看出,围栏外具有这类独特生境保护的样方很少),
但意义重大,因为退化草地恢复的“种源”正是来自于数量较少的独特生境。提供多样性的有利于种子萌发和幼
苗成活的微生境类型是目前退化绢蒿荒漠恢复的基础。因此,只有通过围栏封育措施,首先为种子成熟落粒提供
必要条件,然后通过幼苗萌发初期的有利生境条件的形成为产生活力较强、数量众多的幼苗提供一个良好的基
础,才能使较多的幼苗通过环境筛选的考验,真正成为种群更新的推动力量。
绢蒿荒漠放牧利用主要集中在春秋两季,而这2个时间段与绢蒿种子成熟和萌发过程重合,因此,对于绢蒿
荒漠草场来讲,以围栏短时封育为基础采取分年度的划区利用,使得绢蒿种子成熟和幼苗萌发能够完成并能充实
到种群中去,才能实现此类草地生产力的维持和恢复。
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52第18卷第4期 草业学报2009年
犇犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狆犪狋狋犲狉狀犪狀犱犱狔狀犪犿犻犮狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀犮犺犪狀犵犲狊狅犳犛犲狉犻狆犺犻犱犻狌犿狋狉犪狀狊犻犾犻犲狀狊犲
狊犲犲犱犾犻狀犵狊犻狀犳犲狀犮犲犱犲狀犮犾狅狊狌狉犲狊犻狀狋犺犲狀狅狉狋犺犲狉狀犜犻犪狀狊犺犪狀犕狅狌狀狋犪犻狀狊
LU Weihua1,2,3,ZHUJinzhong1,2,WANGDongjiang1,JINGuili1,2,YUBo1
(1.ColegeofPrataculturalandEnvironmentalScience,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830045,
China;2.XinjiangKeyLaboratoryofGrasslandResourcesandEcology,Urumqi830045,China;
3.TheColegeofAnimalTechnology&Science,ShiheziUniversity,Shihezi832003,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Spatialdistributionpatternanalysiswasusedtodescribedistributionpatternsof犛犲狉犻狆犺犻犱犻狌犿狋狉犪狀
狊犻犾犻犲狀狊犲seedlings.SeedlingshadaclumpedpatternofdistributioninMayandSeptemberbothinsideandout
sidethefencedarea,butthedegreeofaggregationwasdifferentduetothespatialheterogeneityoftheenviron
mentalconditions;theIWAOYregressionandTAYLORprincipleanalysesofthespatialdistributionofindica
torsinlinegavethesameresults.Thesamplingareaof犛.狋狉犪狀狊犻犾犻犲狀狊犲seedlingswas4m2;DCCAandcorrela
tionanalysisshowedthatthenumberofseedlingswaspositivelycorrelatedwithenvironmentalfactors,and
thattheseedlingpopulationscouldbeclassifiedintofourcategoriesaccordingtothehabitatconditions.There
werehugedifferencesinthenumbersofsurvivingseedlingsatdifferenttimesunderdifferenthabitatcondi
tions:Largenumbersofseedlingsgerminatedinitialyandtherewasahighmortalityrateinthesummer,char
acteristicsof“explosiveemergence”and“suddendeath”.PeakseedlingemergencewasinAprilinalfourhabi
tatconditionsandwasfolowedbysharpdecreasesinJulyandAugustwithalmostnosurvivingseedlings.The
highmortalityrateandastrongfocusintime,weremainlyduetointensiveenvironmentalselectionandtocom
petition.
犓犲狔狑狅狉犱狊:fencingenclosure;seedlingsof犛犲狉犻狆犺犻犱犻狌犿狋狉犪狀狊犻犾犻犲狀狊犲;distributionpattern;quantitydynamic
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