全 文 ：第21卷 第1期
Vol.21 No.1
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2013年 1月
Jan. 2013
科尔沁沙地人工固沙林群落中少花蒺藜草
种群动态及群落多样性研究
周立业,汪丽萍,刘庭玉∗
(内蒙古民族大学农学院,内蒙古 通辽 028042)
摘要:为明确少花蒺藜草(CenchruspauciflorusBenth.)的入侵特征,采用样方调查法对科尔沁沙地人工小叶杨
(Populussimonii)和黄柳 (Salixgordejevii)2个固沙林群落中少花蒺藜草种群动态及群落多样性进行分析研究。
结果表明:少花蒺藜草于6月初开始出现于2个群落中,7月份种群高度、盖度、频度、生物量均达到最大值,成为固
沙林草本群落中的优势种,8月底完成生命周期;少花蒺藜草入侵地物种稀少,7月份群落的Shannon-Wiener指数、
Simpson指数和Pielou指数达到最大,仅为2.23,0.89,0.50(小叶杨草本群落)和1.89,0.84,0.41(黄柳草本群
落)。分析认为少花蒺藜草的入侵对群落的多样性产生不利影响,影响了整个生物群落的结构组成。
关键词:少花蒺藜草;种群动态;群落多样性;科尔沁沙地
中图分类号:Q948 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2013)01-0087-05
PopulationDynamicsofCenchruspauciflorusandCommunityDiversity
ofArtificialSand-FixationForestCommunityinHorchin
ZHOULi-ye,WANGLi-ping,LIUTing-yu∗
(AgriculturalColege,InnerMongoliaUniversityforNationalities,Tongliao,InnerMongolia028042,China)
Abstract:Toascertaintheinvasioncharacteristicsoffieldsandbur(CenchruspauciflorusBenth.),field
sandburpopulationdynamicsandcommunitydiversityintheartificialysand-fixationforestsuchasPopu-
lussimoniiandSalixgordejeviiwerestudiedusingquadratsurveymethod.Resultsshowedthatfield
sandburappearedinearlyJune,anditsheight,populationcoverage,frequency,biomassachievedmaxi-
mumvaluesthenbecomethedominantapeciesofthegrasscommunitiesinsand-fixationforestinJuly.The
speciescompleteditslifecycleattheendofAugust.Theinvasionoffieldsandburreducedcommunitydi-
versity.CommunityShannon-Wienerindex,SimpsonindexandPielouindexreachedthelargestinJuly,
were2.23,0.89and0.50inPopulussimoniigrasscommunitiesand1.89,0.84and0.41inSalixgorde-
ieviigrasscommunities,respectively.Itwasconcludedthattheinvasionoffieldsandburhadnegative
effectsoncommunitydiversityandaffectedcommunitystructure.
Keywords:CenchruspauciflorusBenth.;Populationdynamics;Communitydiversity;Khorchinsandyland
科尔沁沙地位于我国北方半干旱农牧交错带东
南端,是内蒙古自治区重要的畜牧业生产基地和商
品粮基地,也是沙漠化最为严重的地区之一[1]。长
期以来,由于人们忽视对草地资源的科学管理,滥
垦、滥牧、滥櫵现象严重,致使草地群落结构和组成
发生了改变,同时也加剧了草场的退化[2-4]。从20
世纪80年代以来,我国在科尔沁沙地实施了“三北”
防护林营造工程,人工大面积种植小叶杨(Populus
simonii)、黄柳(Salixgordejevii)、樟子松(Pinus
sylvestrisvar.mongolica)及小叶锦鸡儿(Caragna
microphylla)等,人工林的种植对于治理流动沙丘
和改善生态环境起到了积极促进作用,但沙漠化程
度仍呈现局部逆转、整体恶化趋势[5]。一年生禾本
科蒺藜属少花蒺藜草(Cenchruspauciflorus)作为
科尔沁沙地的一种恶性入侵草,具有极强的适应性
和繁殖能力,它不仅与其他植物争夺空间、水分和养
收稿日期:2012-07-12;修回日期:2012-09-28
基金项目:内蒙古民族大学科研创新团队支持计划(nmd1003);贵州省科学技术基金(黔科合J字[2011]2347)资助
作者简介:周立业(1969-),女,博士,副教授,主要从事草地生态方面的科学和研究,E-mail:toni2002@126.com;∗通信作者 Authorfor
correspondence,E-mail:lty_nmd@sina.com
草 地 学 报 第21卷
分,果实的刺苞还能刺伤人和动物的皮肤而且造成
放牧家畜口腔和胃肠的溃疡,给当地农牧业生产带
来极大的损失[6-8]。针对科尔沁沙地植被恢复过程
少花蒺藜草对植物群落及多样性的影响,本文在典
型人工固沙林中开展少花蒺藜草入侵影响下物种多
样性时空变化的研究[9],为科尔沁沙地治理及有效
防除少花蒺藜草的扩散蔓延、恢复草地功能、加强草
地资源的可持续利用提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 研究地自然概况
研究地位于内蒙古通辽市科尔沁区辽河西境
内,地理位置处在N43°22′~43°56′,E120°42′~123°
02′间,属于中温带半干旱的大陆性季风气候,春季
干旱多风,夏季炎热,降水集中在6-8月,其他月份
较分散。秋季凉爽,冬季干冷。无霜期为90~150
d,年降雨量350~450mm,年平均气温5.8℃[10]。
研究区域植物主要有狗尾草(Setairaviridis(L.)
Beauv.)、少花蒺藜草、灰绿藜(Chenopodiumglau-
cum Linn.)、大麻(Cannabis)等。
1.2 样地设置与取样方法
在研究区域选取植被均匀人工小叶杨(XYY)
和黄柳(HL)2个典型固沙林群落各1万m2 作为试
验样地,杨树株行距5m×5m,树龄5~10年,柳
树株行距5m×5m ,树龄7~10年,2个样地全年
均无人为干扰。试验于2011年5-8月分别对2个
群落中林间牧草进行调查研究,在每个样地内选取
5个样方,各样方取对角线,样方面积为1m×1m,
样方间隔30m。
1.3 测定项目及方法
1.3.1 群落种类调查 隔一个月调查一次,调查每
个样方中草本植物种类、高度、盖度、频度及生物
量[11]。
1.3.2 群落内物种多样性指数计算 选取几个目
前较为普遍的物种多样性指数对群落内物种多样性
进行研究,即丰富度指数(richnessindices),如Mar-
galef指数;多样性指数(diversityindices),如Shan-
non-Wiener指数、Simpson指数;均匀度指数(even-
nessindices),如Pielou指数,具体计算公式如下:
丰富度指数:R=S
Shannon-Wiener多样性指数:
H=-∑
s
i=1
(PilnPi),其中:Pi=ni/N
Simpson多样性指数:D=1-∑
s
i=1
Pi2
Pielou均匀度指数:E=H/lnS
式中:S为物种总数,Pi为第i个物种的相对重
要值,ni为第i个物种的重要值,N 为群落中所有物
种的重要值之和。
1.4 数据处理
采用 SPSS17.5统计软件包中的 Compare
Means法,对试验数据进行单因素方差分析,用
LSD法进行多重比较,并用Excel2010制图。
2 结果与分析
2.1 不同群落环境中植物组成特点及少花蒺藜草
在群落中的重要值
经调查,小叶杨群落中共有植物14种,分7科11
属,禾本科5种占43.7%、菊科4种占32.0%、豆科、
藜科、萝藦科、蒺藜科、大麻科各1种均占4.86%;黄
柳群落中共有植物10种,分6科8属,其中禾本科为
3种达33.1%、菊科3种占33.1%、萝藦科、蒺藜科、蔾
科、大麻科各1种均占8.45%。少花蒺藜草在小叶
杨和黄柳群落中的重要值分别为40和26,已成为
辽河西林间草地群落中的优势种(表1)。
2.2 不同群落环境中少花蒺藜草种群数量特征
5月少花蒺藜草处于种子萌动期,6月开始出
苗,开始占据空间和领地,7月少花蒺藜草进入旺盛
生长期,在2种生境样地内的高度、盖度和频度达到
最大,分别为45.3cm,10%和48.2%;40.8cm,
17.1%和41.2%;生物量(DM)也达到峰值,每株
(4.54±1.93)g,进入8月高度、盖度、频度及生物
量各项指标逐渐下降,进入衰老枯黄期。各月份间
少花蒺藜草生物量显著差异(P<0.05)(表2)。
2.3 不同群落中植物数量特征
小叶杨与黄柳2个群落中牧草在5月出苗或返
青,7月为旺盛生长期,2个群落物种植物高度(长
势)和盖度分别为60cm和56%(XYY);40cm和
46%(HL)。8月各类植物进入结实期,群落盖度逐
渐下降(表3)。
88
第1期 周立业等:科尔沁沙地人工固沙林群落中少花蒺藜草种群动态及群落多样性研究
表1 不同群落环境中植物组成及其重要值
Table1 Plantspeciesandimportantvalueindifferentcommunityenvironments
植物名称Plantname 科名Family 生活型Lifeform
重要值Importantvalue
XYY HL
狗尾草
Setairaviridis(L.)Beauv.
禾本科
Gramineae
一年生草本
Annualherb
6 8
砂引草
TournefortiasibiricaL.
紫草科
Boraginaceae
多年生草本
Perennialherb
12 5
野艾蒿
ArtemisialavandulaefoliaDC.
菊科
Compositae
多年生草本
Perennialherb
3 0
大籽蒿
Artemisiasieversiana
菊科
Compositae
一年生草本
Annualherb
18 22
达乌里胡枝子
Lespedezadavurica(Laxm.)Schindl.
豆科
Leguminosae
多年生草本状半灌木
Perennialherbaceoussubshrub
2 0
苦荬菜
Ixerissonchifolia(Bunge.)Hance.
菊科
Compositae
二年生草本
Biennialherb
15 12
地梢瓜
Cynanchumthesioides(Feryn)K.Schum.
萝藦科
Asclepiadaceae
多年生草本
Biennialherb
8.5 5
铁杆蒿
ArtemisiasacrorumLedeb.
菊科
Compositae
多年生草本
Perennialherb
12.5 5
少花蒺藜草
CenchruspaucifloruBenth.
禾本科
Gramineae
一年生草本
Annualherb
40 26
蒺藜
TribulusterrestrisL.
蒺藜科
Zygophylaceae
一年生或多年生草本
Annualorperennialherb
6 10
灰绿藜
ChenopodiumglaucumL.
蔾科
Chenopodiaceae
一年生草本
Annualherb
4 1
虎尾草
ChlorisvirgataSw.
禾本科
Gramineae
一年生草本
Annualherb
11 0
稗草
Echinochloacrusgalli(L.)Beauv.
禾本科
Gramineae
一年生草本
Annualherb
11 0
大麻
CannabissativaL.
大麻科
Cannabinaceae
一年生草本
Annualherb
16 24
表2 少花蒺藜草种群数量动态特征
Table2 CharacteristicofCenchruspauciflorusBenth.communityquantity
月份 Month 5 6 7 8
地点Site XYY HL XYY HL XYY HL XYY HL
盖度Coverdegree/% 0±0.1 0±0.2 6.8±0.3 8.3±1.7 10.0±0.3 17.1±2.2 7.7±2.1 6.4±0.2
高度 Height/cm 0±0.1 0±0.3 24.1±0.2 21.2±0.6 45.3±1.1 40.8±0.6 29.1±1.5 23.8±0.4
频度Frequency/% 0±0.3 0±0.2 24.9±0.4 19.9±0.4 48.2±0.6 41.2±1.1 25.2±0.4 23.2±0.1
生物量Biomass/g 0±0.22d 2.53±1.01bc 4.54±1.93a 3.51±1.33ab
表3 不同草地群落数量特征
Table3 Quantitycharacteristicofdifferentcommunities
月份 Month 5 6 7 8
地点Site XYY HL XYY HL XYY HL XYY HL
平均高度Averageheight/cm 21 15 25 23 60 40 68 58
总盖度Totalcoverdegree/% 26 19 35 30 56 46 40 23
2.4 不同群落中草本植物平均盖度
2个群落中草本植物种类不同,黄柳群落中有
14种,小叶杨群落中仅有10种;除裸露土地外,少
花蒺藜草在2个群落中均占重要优势,平均盖度分
别为13.6%(XYY)和21.4%(HL)(图1,图2)。
2.5 不同群落中植物种多样性变化
2个草地群落中物种丰富度指数虽然有些差异
(小叶杨群落>黄柳群落),但试验区物种的分布较
均匀,随着月份的变化,2个样地物种丰富度总体趋
势一致(表4)。样地群落的Simpson指数、Shan-
98
草 地 学 报 第21卷
non-Wiener指数和Pielou指数变化趋势为5月最
低而在7月达到最高,分别为2.23,0.89和0.50
(小叶杨群落);1.89,0.84和0.41(黄柳群落)。
图1 小叶杨草本群落中各类植物平均盖度
Fig.1 PlantaveragecoverdegreeinPopulussimoniiherbaceouscommunity
图2 黄柳草本群落中各类植物平均盖度
Fig.2 PlantaveragecoverdegreeinSalixgordejeviiherbaceouscommunity
表4 不同植物群落多样性及均匀度
Table4 Diversityandevennessofdifferentcommunities
月份 Month 5 6 7 8
地点Site XYY HL XYY HL XYY HL XYY HL
Margalef指数 1.12 1.08 2.02 1.74 1.51 1.81 2.56 1.20
Shannon-Wiener指数 1.67 1.34 1.86 1.73 2.23 1.89 2.15 1.62
Simpson指数 0.71 0.68 0.83 0.81 0.89 0.84 0.86 0.77
Pielou指数 0.45 0.30 0.38 0.39 0.50 0.41 0.38 0.39
3 讨论与结论
植被是草地生态系统中构成生物系统的重要组
成部分,是由当地气候、土壤、地形及人类活动干扰
等内外因素综合作用的结果,其演替特征也是当地
环境条件可视景观的综合反映[12]。物种多样性作
为植被群落的重要特征,标示群落系统内部及其与
周围环境关系的变化,不仅受物种数量的影响,而且
受物种内空间分布均匀性的影响[13],而外来物种入
侵是影响生物多样性变化的重要因素[14],甚至有人
认为外来物种的扩张是导致物种灭绝的重要因
素[15]。本研究中,在少花蒺藜草的入侵地物种稀
少,这与许多研究中发现的外来物种对生物多样性
的影响表现在阻止本土物种的更新是一致的[16-18]。
3.1 在样方调查中,少花蒺藜草具有较强的抗旱性
与繁殖能力,其生命周期短,能在较短时间内建群,
并成为群落优势种。建议在实际生产中可在早期用
于防风固沙,恢复生态建设。
3.2 少花蒺藜草在2个群落生境条件下所表现的
差异,体现出少花蒺藜草应对不同环境条件的生态
适应对策特征。小叶杨群落的多样性指数大于黄柳
群落,可见黄柳林间更适合少花蒺藜草种群的生存;
另外,一些多年生的豆科牧草如达乌里胡枝子(Les-
pedezadavurica (Laxm.)Schindl.)的存在对少花
09
第1期 周立业等:科尔沁沙地人工固沙林群落中少花蒺藜草种群动态及群落多样性研究
蒺藜草的生长有一定的抑制作用,有可能是由于豆
科牧草根系强大与少花蒺藜草争夺水肥或根瘤菌对
其产生抑制作用引起的,具体原因有待进一步的研
究探讨。
3.3 2个试验区物种相对稀少,从多样性与稳定性
角度分析,对辽河西沙地应该进行人工干预种草,从
本研究的结果看,建议在科尔沁沙地沙化严重的地
区采取补播等手段种植一些固沙的优良豆科牧草,
从而改善植物群落结构,增加物种的多样性,改善沙
化和盐碱化土地,恢复草地生产力[19-20]。
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(责任编辑 李美娟)
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