全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2005) 02-0134-06
准噶尔盆地沙漠植被多元特征分析
任　王君1, 2* ,陶　玲1
( 1.兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃兰州 730070;
2. 兰州大学生命科学学院,甘肃兰州 730000)
摘要: 用主成分分析排序法分析准噶尔盆地沙漠植被的多元特征。结果表明: 根据植物种的盖度和出现频率认为, 梭梭
(H aloxy lon ammodend ron)、琵琶柴 (R eaumuria soongor ica)、西伯利亚白刺 ( Nitrar ia sibir ica)、角果藜 (Ceratocarpus
ar enarius)和对节刺( H oraninow ia ulicina)是该地区最为重要的沙漠植被组成成份及地带性植物;一年生植物表现出较
为重要的特征, 是沙漠植被中重要的组成成份;与前人的研究成果一致,可为准噶尔沙漠植被的演替提供有价值的资料。
关键词: 准噶尔盆地;沙漠植被; 多元分析;排序
中图分类号: Q948　　　文献标识码:
Multivariate Characterization of Vegetation in Junnger Basin
REN Jun
1, 2*
, T AO Ling
1
( 1. Sch ool of Environmental and Municipal E ngineering of Lanzh ou J iaotong University, Ins t itute of Environmental E cology,
Lanzhou, Gansu Province 730070, Ch ina;
2. College of Life S cien ce, Lanzhou Un ivers ity, Lanzhou, Gansu Provin ce 730070, China)
Abstract: T he pr incipal composit ion analysis ( PCA ) w as used to study the mult ivariate characterist ics of desert
vegetation in Junnger Basin. Acco rding to the average cover and the fr equency of plant species occurrence,
H aloxy lon ammodendron, R eaumur ia soongor ica, N itraria sibiri ca, Ceratocarp us arenar ius and H oraninow ia
ul icina are the most impo rtant plant species in the Junnger desert vegetat ion and regional plants. Ephemeral
plants also represent a very impo rtant const ituent of Junnger desert vegetat ion because they perform a gr eat
rare v alue in mult iv ariate analysis. The resul ts of mult ivariate analy ses identify w ith the pr evious r esearches,
and o ffer valuable data for future r esearch on the succession of plants of the Junnger desert vegetat ion.
Key words : Junnger basin; Desert v egetat ion; M ul tivariate analy sis; Ordinat ion
　　准噶尔盆地古尔班通古特沙漠是典型的大陆性荒
漠气候, 地形地貌以固定半固定沙丘为主要特色[ 1, 2]。
沙漠植物在外部形态、内部结构、繁殖行为以及种间关
系等方面都不同程度地有别于其它荒漠类型,形成了
独具特色植物多样性的基础。
在十九世纪, 植物学家曾对该地区的植被类型和
植物地理区系进行了典型调查和研究。对准噶尔盆地
的(自 1978年及以后)植被和群落情况进行了描述和
分析 [ 1, 2, 4～6]。近年来的研究结果表明,由于近 50年来,
人类干扰的加剧和超强度的农业开发, 以胡杨
( Pop ulus euphratica)和白梭梭( H aloxy lon p ersicum )
和梭梭( H . ammodendron)为优势植物的准噶尔盆地
沙漠植被急剧退化, 大面积的沙漠植物群落衰亡[ 2, 3]。
迄今为止,很少有研究者对该地区的天然沙漠植被做
出系统的研究, 尤其是利用多元分析的方法[ 6～12]。试
图应用国际在植被分类与排序研究中经常采用的多元
统计分析的方法, 利用实地调查取得的资料,对准噶尔
盆地的沙漠植被进行系统分析。
本项研究通过观测准噶尔盆地天然沙漠植被在不
同环境条件下的结构及组成,并进行多元分析, 以期更
深入了解过去的植被动态, 并对未来的植被变化提供
有价值的资料。
收稿日期: 2004-10-15; 修回日期: 2005-5-12
基金项目:国家自然科学基金项目( 30470325)和兰州交通大学“青蓝”人才工程基金资助
作者简介:任 ,男, ( 1968-) ,甘肃省张掖市人,博士,兰州交通大学环境与市政工程学院教授,主要研究方向为植被动态与植物生态学; * 通讯
作者: Author for cor respondence E-mail: ren jun30@ hotmail. com
第 13卷　第 2期
　Vo l. 13　　No. 2
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　　2005年　 6 月
　June 　　2005
1　材料与方法
1. 1　研究区域自然概况
研究区位于天山、阿尔泰山和准噶尔西部山地之
间,面积 38×104 km2, 海拔 550 m,盆地内古尔班通古
特沙漠面积 4. 88×104 km2, 为我国第二大沙漠 ( 44°
11′～46°20′N, 84°31′～90°00′E)。年均气温 6～10℃,
最热月均气温 24～27°C,极端最高气温达 40℃以上,
≥10℃年积温 3000～3500℃, 相对湿度 50%～60% , 5
- 8月通常在 45%以下, 年均降水量不超过 150 mm ,
在沙漠腹地仅 70～100 mm , 年蒸发量高达 2000 mm
以上,是降水量的 20～30倍,干燥度很大[ 2]。
植物种类较丰富, 物种丰富度 ( species richness)
较高。共有高等植物 204种,分属于 30科 123属。其
中多样性组成最丰富的科依次是藜科( 24 属, 53种) ,
十字花科( 16属, 22种) , 菊科( 15 属, 20 种) ,豆科( 8
属, 18 种) ,禾本科( 12 属, 13种) , 蓼科( 3属, 11种) ,
蒺藜科( 4属, 8种)和柽柳科( 2属, 8种)。上述 8个科
共含 84属 153种,约占该区总属数的 68%和植物总
种数的 74% [ 1, 4]。
1. 2　取样方法
根据各植被类型的大致范围,分别选择 3～8个具
有代表性的样地。绝大部分样地均不超过公路的两边
10 km 处。共取得 124个样地。其植被类型从沙漠草
地、亚灌木林地、灌木林地到乔木林地。调查中, 使用全
球定位仪( GPS)对每个样点进行定位, 以保证在以后
的研究中能够准确返回同一调查样点。
1. 3　数据收集
植被调查采用样线截矩法[ 14, 15] ,于 2002年 5至 8
月进行。在每个样点中选择一个中心点, 以此点为中
心,随机辐射出 3条 60 m 长并互成 120°角的样线, 每
种植物在每条样线上的截矩被记录(精确到 1 cm )。有
些植物定到种,有些只能确定到属。当两种植物的冠幅
重叠时,上层和下层的截矩要分别记录。最后的植被盖
度数据是基于所有植物的盖度。
1. 4　数据分析
1. 4. 1　将调查数据输入计算机建立数据库　单变量
统计计算利用 Excel软件的计算功能。将各样地每个
种的盖度数据计算综合成盖度值,代表该种在植被中
的相对重要程度。在进行多元排序前,盖度数据需经过
对数转换,避免特殊群落中的样点对分析结果的影响。
1. 4. 2　植被数据的排序利用主成分分析法( PCA)　
利用 ST AT IST ICA 软件包进行[ 13]　在进行多元分析
前,所有在样地中出现频率小于 5%的植物种被从数
据矩阵中剔除。同属的植物由于难以区别而合成一个
变量。例如地白蒿( A rtemisia terraealbae )和小蒿( A .
gracilescens) ,囊果苔草( Carex physodes)和准噶尔苔
草( C. songorica)。其它一些形态上极其相似在野外难
以鉴定的同属植物也被合并在一起, 例如驼绒藜
( Ceratoides latens)和心叶驼绒藜 ( C. ew er smannia-
na) ;东方旱麦草( Eremopyr um orientale)和旱麦草( E.
Tr iticeum) ; 麻黄属植物( Ephedra) 与膜果麻黄 ( E .
p r z ew alski i)。高枝假木贼( A nabasis elat ior )、长叶盐
蓬 ( H alimocnemis longif olia ) 和 木 碱 蓬 ( Suaed a
dendroid es)只出现在一个样地,其盖度不超过 0. 5% ,
因此分别与盐生假木贼 ( A . salsa)、柔毛盐蓬( H .
vil losa)和小叶碱蓬( S. microp hyl la)合并为一个分类
单元。在有些情况下物种单元的合并是由于生态相似
性, 例如猪毛菜属 ( Salsola ) 中的木本猪毛菜 ( S .
ar buscula)、东方猪毛菜( S. or ientalis)松叶猪毛菜( S .
laricif olia)都是多年生亚灌木植物, 具有相似的生态
型,在植被演替中的功能也类似,宜于合并为一个分类
单元。由于同样的原因猪毛菜属的另外 3个一年生草
本 植物刺沙蓬 ( S . ruthenica )、长刺猪毛菜 ( S .
paulsenii)和早熟猪毛菜( S. p raecox )也被合并为一
个分类单元。另有一些同属植物由于在样地中出现的
频率少于 3个而被合并,以便参加多元分析,例如尖叶
盐爪爪 ( K al idium cusp idatum ) , 里海盐爪爪 ( K .
casp icum)和圆叶盐爪爪( K . schr enkianum)。经过合
并剔除后,形成 1个 55个分类单元和 124个样本的数
据矩阵。
2　结果与分析
2. 1　植物种分析
2. 1. 1　在准噶尔盆地沙漠植被中最频繁出现的植物
是一年生短寿型植物角果藜( Ceratocarpus arenarius)
在 38 个 样 地 中 出 现。另 一 个 是 梭 梭 ( H .
ammodend ron)共在 37个样地出现。盖度最小的是雾
冰 藜 ( Bassia dasyphy lla ) 和 齿 稃 草 ( Schismus
ar abicus) , 在样地中最大盖度都没有超过 2% ,分别是
1. 5%和 1%(表 1)。
135第 2期 任 等:准噶尔盆地沙漠植被多元特征分析
表 1　多元分析的分类单元(所有物种均在 5 个以上样地出现过)
T able 1　Taxa included in t he multiv ar iate analyses ( i. e. all species occurr ing in at least five sites) .
Fr equency o f occur r ence, and percent cover at those sites w her e present
种类 Taxon 盖度 Percent cover
最大值
Max
最小值
Min
中值
Med ian
样地数
Number of sites
频度
Frequ ency
芨芨草 A chnathe rum sp lend ens 0. 78 0. 01 0. 150 14 0. 159
侧花沙蓬 A gr iop hyl lum laterif l or um 0. 33 0. 01 0. 160 12 0. 136
沙蓬 A gr iop hyl lum squarrosum 0. 26 0. 01 0. 160 12 0. 136
骆驼刺 A lhag i sp ar sif olia 0. 83 0. 01 0. 050 16 0. 182
无叶假木贼 A nabasis ap hyl la 0. 23 0. 01 0. 035 10 0. 114
盐生假木贼+ 高枝假木贼 A . sal sa+ A . elatior 0. 18 0. 01 0. 110 15 0. 170
羽毛三芒草 A ristida p ennata 0. 32 0. 02 0. 120 15 0. 170
假紫草 A rnebia g ut tata 0. 21 0. 01 0. 015 8 0. 091
沙蒿 A rtemisia arenaria 0. 16 0. 01 0. 045 14 0. 159
苦艾蒿 A . santol ina 0. 23 0. 01 0. 030 16 0. 182
地白蒿+ 小蒿 A . terr aealbae+ A . grac ilescens 0. 34 0. 02 0. 060 16 0. 182
雾冰藜 Bassia dasyp hyl la 0. 02 0. 01 0. 015 8 0. 091
拂子茅 Calamag rost is ep ig eios 0. 06 0. 01 0. 010 7 0. 080
白皮沙拐枣 Call ig onum leucocladum 0. 23 0. 01 0. 040 17 0. 193
囊果苔草+ 准噶尔苔草 Carex p hysod es+ C . songorica 0. 22 0. 01 0. 020 9 0. 102
角果藜 Ceratocarp us ar enarius 0. 41 0. 01 0. 135 38 0. 432
驼绒藜+ 心叶驼绒藜 Ceratoid es latens+ C. ew er smanniana 0. 23 0. 01 0. 080 23 0. 261
倒披针叶虫实 Cor isp ermum lehmannianum 0. 23 0. 01 0. 030 12 0. 136
麻黄+ 膜果麻黄 Ep hed ra saxat ili s+ E . p rz ew al skii 0. 27 0. 01 0. 020 17 0. 193
东方旱麦草+ 旱麦草 Er emop yrum or iental e+ E . tri tice um 0. 18 0. 01 0. 010 18 0. 205
沙生大戟 Eup horbia tur czaninov ii 0. 03 0. 01 0. 010 8 0. 091
柔毛盐蓬+ 长叶盐蓬 H alimocnemis v il losa+ H . long if ol ia 0. 22 0. 01 0. 045 8 0. 091
铃铛刺 H al imod end ron halodend ron 0. 68 0. 01 0. 030 20 0. 227
盐生草 H alog eton g lomeratu s 0. 20 0. 01 0. 040 8 0. 091
梭梭 H aloxylon ammod endr on 0. 56 0. 01 0. 120 37 0. 420
白梭梭 H . p ersi cum 0. 34 0. 02 0. 120 15 0. 170
对节刺 H oraninow ia u licina 0. 30 0. 01 0. 085 28 0. 318
尖叶盐爪爪+ 里海盐爪爪+ 圆叶盐爪爪
K alid ium cuspidatum+ K . casp icum+ K . schr enkianum
0. 24 0. 01 0. 050 8 0. 091
盐爪爪 K . f oliatum 0. 14 0. 01 0. 020 13 0. 148
花花柴 K ar elinia casp ica 0. 31 0. 01 0. 110 17 0. 193
尖翅地肤 K ochia od ontop t era 0. 06 0. 01 0. 010 12 0. 136
木地肤 K . p r ostrata 0. 05 0. 01 0. 010 8 0. 091
狭果鹤虱 Lap pula semiglabr a 0. 17 0. 01 0. 020 21 0. 239
赖草 L eymus secal inus 0. 11 0. 01 0. 030 15 0. 170
黑果枸杞 Ly cium ruthenicum 0. 08 0. 01 0. 020 14 0. 159
西伯利亚白刺 N itr aria sibi rica 0. 38 0. 01 0. 030 25 0. 284
叉毛蓬 P etrosimonia sibiri ca 0. 23 0. 01 0. 040 24 0. 273
芦苇 P hragmites communi s 0. 58 0. 01 0. 065 14 0. 159
小车前 P lantag o minu ta 0. 04 0. 01 0. 010 12 0. 136
胡杨 P op ulus eup hrati ca 0. 27 0. 02 0. 180 7 0. 080
红砂 R eaumuria soong or ica 0. 32 0. 02 0. 115 32 0. 364
紫翅猪毛菜+ 粗枝猪毛菜 Sal sola af f ini s+ S . subcr assa 0. 09 0. 01 0. 035 10 0. 114
木本猪毛菜+ 东方猪毛菜+ 松叶猪毛菜
S . arbuscula+ S . or iental is+ S . lar icif ol ia
0. 28 0. 01 0. 030 9 0. 102
散枝猪毛菜 S . brach iata 0. 16 0. 01 0. 025 10 0. 114
猪毛菜 S . col lina 0. 46 0. 02 0. 130 25 0. 284
浆果猪毛菜 S . f ol iosa 0. 24 0. 01 0. 130 8 0. 091
钠猪毛菜 S . nitr aria 0. 31 0. 01 0. 125 10 0. 114
刺沙蓬+ 长刺猪毛菜+ 早熟猪毛菜
S . ruthenica+ S . p aul seni i+ S . p raecox
0. 34 0. 01 0. 120 20 0. 227
齿稃草 S chismus ar abicus 0. 02 0. 01 0. 010 8 0. 091
苦豆子 S oph ora alop ecur oid es 0. 48 0. 02 0. 085 12 0. 136
沙生针茅 S tip a glareosa 0. 12 0. 01 0. 010 8 0. 091
小叶碱蓬+ 木碱蓬 Suaeda micr op hyl la+ S . dend roides 0. 27 0. 01 0. 030 10 0. 114
囊果碱蓬 S . p hysop hor a 0. 18 0. 01 0. 025 20 0. 227
柽柳 T amarix r amosissima 0. 34 0. 01 0. 040 24 0. 273
四齿芥 T etracm e quad ricornis 0. 13 0. 01 0. 020 17 0. 193
136 草　地　学　报 第 13卷
2. 1. 2　达到最大盖度( 83%)的植物是多年生草本疏
叶骆驼刺 ( Alhagi sparsif olia ) , 其次是灌木铃铛刺
( H alimodendron halodendron) ( 68% )和梭梭( 56% ) ,
芨芨草 ( A chnather um sp lendens )、芦苇 ( Phragmites
communis)和苦豆子( S op hora alop ecur oides)的盖度分
别为 78%、58%和 48%。猪毛菜( Salsola col lina)和角
果藜为 46%和 41%。平均盖度(只计算盖度不为 0的
样地 ) 较大的植物是乔木胡杨达到 18%, 芨芨草
( 15%) , 以及一年生植物侧花沙蓬 ( A griophy llum
laterif lorum)和沙蓬( A . squarrosum)均达到 16%。
2. 2　主成分分析( PCA)
2. 2. 1　准噶尔盆地沙漠植被的主成分分析结果表明,
前 3个主成分累积贡献率只有 58. 62%(第 1 主成分
30. 03% ,第 2主成分 17. 68%, 第 3主成分10. 91% ) ,
均达到 70%,但是由于原始数据的分类单元和样本实
体均超过50个, 该结果仍然具有主成分分析的意义。前
两个主成分的特征值显著大于结合线模型中的对应特征
值[ 14, 15] , 因此可以进行有意义的主成分分析; 第3主成分
的特征值略大于结合线值,也是有意义的(图1)。
图 1　第 1(Axis 1)和第 2 主成分(Axis 2)排序
Fig. 1　Pr incipal components 1 and 2 ar e shown
图 2　第 1( Axis 1)和第 2 主成分(Axis 2)盖度排序
Fig. 2　PCA o rdination of canopy cover by selected species
2. 2. 2　根据各分类单元在第 1主成分中的特征分量 绝对值的大小,与第 1主成分呈显著负相关的植物有
137第 2期 任 等:准噶尔盆地沙漠植被多元特征分析
侧花沙蓬( - 0. 63)、沙蓬( - 0. 65)、角果藜( - 0. 62)和
对节刺( - 0. 63) ,都是典型的一年生沙漠短寿型植物。
与第 2主成分呈显著负相关的植物有东方旱麦草和旱
麦草( - 0. 51)、叉毛蓬( - 0. 59)和四齿芥( - 0. 60) , 均
为典型的盐碱类一年生荒漠短命植物。没有单个的分
类单元与第 2主成分呈正相关关系。但仍然有一组典
型的沙漠植物与第 2主成分呈正相关关系,它们是侧
花沙蓬( + 0. 43)、沙蓬( + 0. 45)、羽毛三芒草( + 0. 48)、
白皮沙拐枣( + 0. 46)和白梭梭( + 0. 43)。如将所有的
样点根据第 1和第 2主成分排序的结果画在平面上,
大多数样点聚集形成一个倒“V”字形状(图 1)。只有若
干样点散布在倒“V”字的两条臂之间。选择出现频率
较高的三种灌木梭梭、红砂和白刺,以及两种草本植物
角果藜和对节刺,根据其在各样点上盖度的大小成比
例地做出气泡图(图 2)。图 2显示梭梭、琵琶柴、角果
藜和对节刺四种植物出现较高盖度值的样点均分布在
倒“V”字的左臂, 而白刺的高盖度样点则出现在倒
“V”字的顶端。
图 3　第 1(Axis 1)和第 3(Axis 3)主成分排序
F ig . 3　PCA ordinat ion o f all 124 sites. Pr incipal
components 1 and 3 ar e show n.
图 4　第 1( Axis 1)和第 3 主成分(Axis 3)盖度排序
Fig. 4　PCA o rdination of canopy cover by selected species
2. 2. 3　与第 3主成分呈显著负相关的分类单元,有东
方旱麦草和旱麦草( - 0. 53)、狭果鹤虱( - 0. 50)和小车
前草( - 0. 47)。与第 3主成分呈显著正相关的分类单
元有无叶假木贼( + 0. 46)、盐生草( + 0. 46)和浆果猪毛
138 草　地　学　报 第 13卷
菜( + 0. 45)。如将所有样点根据第 1和第 3主成分排
序的结果画在平面上, 样点的排列没有一定的规律(图
3)。选择在第 3主成分中具有较大绝对值特征分量的
5个分类单元, 根据其盖度的大小成比例地做出气泡
图(图 4)。无叶假木贼( + 0. 46)、盐生草、浆果猪毛菜、
东方旱麦草和旱麦草等具有较大盖度的样点均分布在
排序图的下半部分, 而狭果鹤虱的大盖度样点则分布
在左半部分。
3　结论与讨论
3. 1　研究结果与前人对准噶尔沙漠植被所做的研究
基本一致 [ 1, 4]。根据植物种的盖度、出现频率,有 3种
乔灌木、2种草本植物是准噶尔地区最为重要的植物
种。它们是梭梭、红砂、白刺、角果藜和对节刺。主成分
分析结果表明,第 1排序轴上具有较大的分量值,其中
梭梭、红砂、角果藜和对节刺占据第一排序轴倒“V”字
的左臂,而白刺则占据了第 1排序轴的倒“V”字的顶
端。研究结果表明,这 5种植物是现在准噶尔盆地沙漠
植被中最为重要的组成元素及地带性植物。
3. 2　124个准噶尔盆地沙漠植被调查样地中,包括古
尔班通古特沙漠的绝大多数植物群落类型 [ 1, 4]。不仅
有地带性沙漠植被,也有非地带性的草甸、灌丛和河岸
疏林等植物群落。按生态基质划分, 既有沙生、耐沙植
被、盐(化)土植被, 也有适应干旱戈壁环境的植物群
落。按照建群种植物体有机物质积累的特点,准噶尔盆
地沙漠植被可以分为以胡杨、榆树 ( Ulmus) 和沙枣
( Elaeagnus)为优势植物的河岸乔木群落, 以梭梭、沙
拐枣和柽柳属植物等为优势种的典型灌木群落, 以假
木贼、红砂、骆驼刺和盐爪爪为优势植物的亚灌木群
落,以及以芨芨草和蒿属植物为优势植物的多年生草
本植物群落。值得一提的是,沙漠植被中的一年生短寿
型植物虽然不能形成植物群落的优势层, 但在植被的
多元分析结果中仍然表现出较为重要的特征分量, 说
明它们是准噶尔盆地沙漠植被中重要组成元素。
3. 3　根据调查结果,在 124个样地中共出现 158个植
物种, 按其生活型统计(图 5) ,一年生和多年生草本植
物种占 60%以上, 亚灌木植物种占有较大比例( 20.
3% ) ,比例最小的是乔木树种( 3. 2% )。准噶尔盆地沙
漠植被的物种组成结构符合典型的温带内陆干旱荒漠
气候区植物群落特点,同时也是由于境内有多种地形
地貌、地表基质状况、水盐状况及植被自身的发育过程
所影响的结果。
3. 4　本研究仅对准噶尔盆地现阶段沙漠植被特征进
行了简单的定量化描述,研究结果对古尔班通古特沙
漠植被的演变历史提供有价值的资料。未来境内的植
被仍会由于自然及人为因素的影响而发生变化。在确
定样点时均利用 GPS 进行定位,以期对今后的研究有
所帮助。
图 5　准噶尔盆地沙漠不同生活型植物种比例
Fig . 5　Plant species pr opor tion of differ ent life-type
in Junnger desert vegetation
参考文献
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应用[M ] . 北京: 科学出版社, 1978. 49-123, 97-213
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139第 2期 任 等:准噶尔盆地沙漠植被多元特征分析