民勤绿洲霸王群落的植物多样性

2013-04-25张佳宁胡小柯朱国庆

草业科学 2013年11期

张佳宁，胡小柯，朱国庆，李亚

(1.甘肃省科学技术情报研究所，甘肃兰州730000； 2.甘肃省荒漠化防治重点实验室，甘肃省治沙研究所，甘肃兰州 733000)

霸王(Zygophyllumxanthoxylum)是荒漠孑遗植物，源于古老非洲，属蒺藜科霸王属，世界范围内主要分布于亚州中部荒漠区，我国境内主要分布于内蒙古西部、甘肃西部、宁夏西部、新疆和青海等地区。霸王适生生境多样，主要以荒漠和半荒漠的沙砾质河流阶地、低山山坡、碎石低丘和山前平原为主。作为一种超旱生植物，霸王能够适应恶劣环境条件，从而降低荒漠区地面风速，增强地表粘结力，改善局部小环境，是荒漠区和沙漠地区的先锋植物之一[1-3]。

民勤县地处河西走廊，石羊河流域下游，是我国内陆通往新疆和中亚地区的必经之地。其西、北、东三面被腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠包围，荒漠化面积已占土地总面积的94%，且以3～4 m·a-1的速度向绿洲推进。分布于民勤绿洲边缘荒漠地区的霸王群落，是遏制绿洲边缘持续荒漠化的生态屏障，更是民勤绿洲生态系统稳定的基石。霸王群落的稳定事关民勤绿洲的安全，而霸王群落的稳定性与其群落内的植物多样性密切相关。目前,关于霸王群落多样性的研究相对较少，相关研究主要集中于其种子萌发、营养成分、生长特性和组织培养等方面[4-7]。本研究对西北荒漠区民勤的霸王群落组分、结构及物种多样性进行调查，以期为维持民勤绿洲稳定，遏制绿洲边缘荒漠化提供科学依据。

1 材料与方法

1.1研究区概况研究地区属典型大陆性荒漠气候。年均温7.4 ℃，最热月7月平均气温22.4 ℃，最冷月1月平均气温-10.3 ℃，极端最高气温38.1 ℃ ，极端最低气温-28.8 ℃，≥10 ℃积温3 248.8 ℃·d。年均降水量110 mm，7、8、9月占年均降水量的73%。年均蒸发量2 644 mm。光照充足，年日照时数2 832.1 h。年平均风速2.3 m·s-1，全年平均有59 d为扬沙，27 d有沙尘暴。海拔1 425.5 m。绿洲边缘的荒漠植被以霸王、白刺和红砂等小灌木为主，但随着地下水位下降，植被稀疏化逐渐加剧，严重威胁绿洲区的生态安全。

1.2研究方法

1.2.1野外调查方法野外调查于2010年9月进行，调查地点包括民勤绿洲霸王群落的两大集中分布区和三个稀疏分布区，集中分布区分别位于五托井的霸王槽和石榴井西，稀疏分布区分别位于小井滩、红砂岗和义粮滩，共计5个群落类型(表1)。在每个分布区，沿霸王分布方向每隔1 km设置5个样地，样地面积50 m×50 m，每个样地随机设5个样方，样方面积5 m×5 m，共计25样地和125个样方。样方调查主要包括植物名称、植物种数、株数等。

1.2.2指标计算根据野外调查数据统计各样方内各种植物的盖度、密度及频度，在此基础上，计算样方内各物种重要值[8]。

灌木层重要值=(相对密度+相对频度+相对优势度)/3；

草本层重要值=(相对频度+相对优势度)/2。

物种多样性采用物种丰富度指数、均匀度指标、多样性指数和优势度指数测定[9-10]。其中，物种丰富度指数采用Margalef指数和Menhinick指数测定；多样性指数采用Shannon-Wiener指数和Simpson指数测定，均匀度指数采用Pielou指数测定。

1.2.3数据处理与分析利用Excel软件分析和统计野外采集的各样方数据，在计算盖度、密度和频度的基础上，分别计算出灌木层、草本层每种植物的重要值、并利用重要值计算群落多样性指数。

2 结果与分析

2.1霸王群落类型及生境调查结果表明，民勤绿洲地区霸王群落分为5个类型。其中霸王-猫头刺群落的生境为砾质地，主要分布于民勤石榴井西，密度为0.21株·m-2，长势一般；霸王-红砂-泡泡刺群落的生境为半固定沙丘，主要分布于民勤小井滩，密度为0.10株·m-2，长势良好；霸王-红砂-白刺-珍珠猪毛菜群落的生境为砾质地，主要分布于民勤红砂岗，密度为0.09株·m-2，长势一般；霸王-沙蒿群落的生境为砾质地，主要分布于五托井地区的霸王槽，密度为0.07株·m-2，长势一般；霸王-白刺群落的生境为半固定沙地，主要分布于义粮滩，密度为0.05株·m-2，长势一般。说明民勤地区不同霸王群落适生的环境条件存在一定的差异，导致主要伴生种存在差异。

2.2霸王群落的组分及生活型调查样方内共采集到灌木17种，隶属10科14属(表1)，主要为霸王、沙蒿、猫头刺、甘蒙锦鸡儿、合头草、戈壁天门冬、白刺和刺旋花；草本植物24种，隶属6科16属，其中多年生草本11种，一年生草本12种。多年生草本主要有骆驼蒿、黄芪、沙葱、戈壁针茅、骆驼蓬和骆驼蹄瓣，一年生草本主要有猪毛蒿、刺头菊、猪毛菜、花旗杆和碟果虫实。

不同霸王群落内灌木或半灌木层种类差异不大，但灌木种类和草本种数的比例在不同群落内存在一定的差异，霸王-猫头刺和霸王-红砂-泡泡刺群落内灌木种类与草本种类的比例为1∶1，霸王-白刺群落内灌木种类与草本种类的比例为3∶2，霸王-红砂-白刺-珍珠猪毛菜和霸王-沙蒿群落内灌木种类和草本种类的比例为5∶8和7∶10，说明不同生境内，霸王群落内适生的草本植物种类存在差异。但每个群落内，多年生草本种类与一年生草本种类的比例基本接近。不同生境内，霸王群落的主要伴生灌木存在差异，且同一灌木在不同生境下其数量不同，说明不同生境下各个伴生灌木适应性存在差异。

2.3霸王群落内各种灌木的重要值重要值是群落中物种生态适应能力和物种在群落中所处地位的综合指标，其大小是确定优势种和建群种的重要指标[11-13]。不同霸王群落内，各种灌木的重要值存在明显的差异(表2)，霸王-猫头刺、霸王-沙蒿、霸王-红砂-白刺-珍珠猪毛菜群落内，优势种为霸王，次优势种分别为猫头刺、红砂、沙蒿和白刺，而在霸王-红砂-泡泡刺群落内，霸王的重要值要次于泡泡刺和红砂；霸王-白刺群落内，优势种为白刺、次优势种为柽柳。草本层中，霸王-猫头刺群落优势种为戈壁针茅、次优势种为骆驼蒿；霸王-红砂-泡泡刺群落优势种为猪毛蒿，次优势种为花旗杆；霸王-红砂-白刺-珍珠猪毛菜群落优势种为五星蒿，次优势种为黄花补血草；霸王-猫头刺群落优势种为猪毛蒿，次优势种为沙葱；霸王-白刺群落中优势种为骆驼蓬，次优势种为砂蓝刺头。

2.4群落的物种多样性不同霸王群落内植物物种多样性具有明显的差异(表3)，表现为霸王-猫头刺群落和霸王-红砂-泡泡刺群落内物种多样性指数较高，霸王-红砂-白刺-珍珠猪毛菜群落和霸王-沙蒿群落内植物物种多样性指数较低，而霸王-白刺群落内植物物种多样性指数更低，仅为0.181 7，反映了霸王群落植物多样性随着物种组成和种群内群落的分布状况而发生变化，生态优势度高，多样性指数低，种间相遇率低，群落中物种分布不均匀，群落结构单一，向优势种或建群种发展。霸王-猫头刺群落和霸王-红砂-泡泡刺群落多样性指数、群落均匀度、种间相遇率相对较高，而生态优势度相对较低，主要由泡泡刺、霸王、绵刺、中亚紫菀木组成的灌木层，冗余物种比较丰富，所以群落结构趋于稳定。霸王-红砂-白刺-珍珠猪毛菜群落灌木层主要由霸王和红砂组成，种群数量较少，草本层植物生长良好，在种类和数量上超过了灌木树种，群落生态优势度相对较高，说明建群种对群落的作用十分突出。霸王-沙蒿群落灌木层主要由霸王、白刺、沙蒿组成，亚优势种群较多，生态优势度相对较高。霸王-白刺群落多样性指数、种间相遇率及群落均匀度均相对最低，说明群落物种组成简单，建群种白刺的主导地位突出，其他种则处于不稳定或区域退化，整个群落向单一种群发展。

表1 民勤绿洲区霸王群落植物组分及数量Table 1 Plant components and quantity of community in Minqin Oasis Zygophyllum xanthoxylum

表2 不同分布群落灌木层重要值Table 2 Shrub importance values in different distributions communities

表3 民勤绿洲霸王分布群落物种多样性指数Table 3 Species diversity index of Zygophyllum xanthoxylum community in Minqin Oasis

3 讨论

在沙质草地和丘间低地，霸王植株长势较好，基本以零星分布为主，而在砾质草地，尽管植株长势较其它生境弱，但霸王成片分布，形成以霸王为优势种的植物群落。本研究表明，民勤绿洲霸王群落总体表现出了物种单一，结构简单，建群种优势明显的特性。共有灌木植物17种，草本植物23种，其中灌木层主要伴生种有沙蒿、猫头刺、甘蒙锦鸡儿和白刺等；草本层主要伴生种有骆驼蒿、戈壁针茅和猪毛蒿等；且不同生境内灌木层伴生种在物种和数量上有较大差异，这是由于不同生境下灌木层伴生种对外界环境适应能力差异所致。

在荒漠地区大部分植物群落的物种多样性水平普遍较低[14-17]，本研究发现，民勤霸王草地植物群落Simpson多样性指数介于0.181 7～0.778 5，Shannon-Weiner多样性指数介于0.365 2～1.426 8、Pielou均匀度指数在0.234 9～0.666 6，生态优势度介于0.221 5～0.806 7，与荒漠地带植被的多样性水平相当，总体表现出了生态优势度高、多样性指数低、种间相遇率低和物种分布不均匀的特征。这与荒漠生境条件恶劣、群落的组成种类少，且种的分布极不均匀有关。在霸王群落中，灌木或半灌木层占有绝对优势，优势种或建群种占居主导地位，群落向单一种群发展。

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