生态位理论在临洮县生态恢复效应评价中的应用

孙会东，高 赟

(甘肃省定西市临洮农业学校，甘肃 临洮 730500)

生态位理论在临洮县生态恢复效应评价中的应用

孙会东，高 赟

(甘肃省定西市临洮农业学校，甘肃 临洮 730500)

通过调查临洮县南屏山、东山造林站区域植物群落中16种共同出现的种群生态位特征值，计测Shannon-Wiener生态位宽度和Petraitis特定重叠指数，并进行t测验。结果表明：1)两区域Shannon-Wiener生态位宽度特征值差异不显著，表明两个群落中种群竞争关系差异不显著，即资源位差异不显著，或尚未呈现资源不足；2)两区域Petraitis特定重叠指数特征值差异极显著，表明两个群落对资源的利用状况有极显著差异，即两种生态恢复模式的生态学效果差异极显著。3)不同群落中相同种群间的Shannn-Wiener生态位宽度和Petraitis特定重叠指数，可量化在不同强度干扰下植物群落中植物种群对资源的利用状况，可以利用生态位理论评价生态恢复效应，拓展生态恢复效应评价的结构体系。

生态恢复效应评价; Shannon-Wiener生态位宽度; Petraitis特定重叠指数

Corresponding auther: SUN Hui-dong E-mail:ltshd0226@126.com

植被恢复是退化生态系统修复和重建的重要目标和最直接的效果表达[1]，不同学者分别从恢复目标、内容和过程进行了阐述，评价内容主要集中在生物个体生长情况、生物量、生存密度及生物多样性等方面[2-3]。目前，尚缺少植被恢复过程中植物群落对环境资源利用状态效应的生态位评价方法，使“因地制宜”在资源位的综合利用层面上得不到合理表达。运用生态位理论，分析生态恢复过程中植物群落与对环境资源利用状况，可探索“因地制宜”的生态恢复模式，更重要的是，可以拓展生态恢复效应评价的思路，以充实生态恢复评价的理论框架体系。

生态位理论的应用主要集中在对植物群落的生态位特征进行定量化分析，从而判断植物群落内各种群对资源的利用状况[4]，生态位宽度和生态位重叠是定量化估算和分析一个物种生态位特征与物种间生态位关系数量的重要数学模型[5]。本研究针对临洮县域两个不同生态恢复模式，在植物群落生态位宽度与生态位重叠特征值响应的研究基础上，对比分析临洮县南屏山与东山造林站两个区域植物群落生态位特征统计量的变化，揭示相同植物种群在造林与封育两种不同生态恢复策略下植物群落生态位特征的不同响应，探讨两种恢复策略对环境资源的利用效应，探索利用生态位理论来评价生态恢复效应和拓展生态恢复效应评价的结构体系。

1 材料与方法

1.1 样地概况

临洮县东山造林站成立于1972年，距今约40年。该地海拔1 932 m，年降水量565.2 mm，≥10 ℃有效积温2 418.4 ℃·d，干燥度1.47。坡度15°～35°[6]。原生植被为甘蒙锦鸡儿-阿尔泰紫菀群落；少量散生乔木类小叶杨(Populussimonii)、旱柳(Salixmatsudana)、白榆(Ulmuspumila)、山杏(Prunusansu)及臭椿(Ailanthusaltissima)等。人工林植被乔木层树种以人工栽植的华北云杉(Piceawilsonil)、华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)、油松(Pinustatbulaeformis)、华山松(Pinusarmandii)、樟子松(P.sylvestris)及侧柏(Platycladusorientalis)为主，灌木层配置有紫穗槐(Amorphafruticosa)、沙棘等，为临洮县域人工造林修复模式的典型代表。

南屏山样地海拔2 053 m，年降水量680.7 mm，≥10 ℃有效积温2 318.6 ℃·d，干燥度1.22。坡度约为30°[6]，植物群落分层明显。建群种为板栗(Castaneamollissima)、细叶小檗(Berberidaceaeberberis)，板栗盖度65%，高度约4 m，细叶小檗盖度40%，高度约3 m，伴生种有灌木类黄刺玫(Rosaxanthina)、沙棘(Hippophaerhamnoides)，草本有阿尔泰紫菀等。此区域植物群落为残存的天然次生林，是县域内降水量较丰富、生态环境最原始、人为干扰最小的区域，能代表区域内封育修复模式效应的特征。

1.2 样地选择与计测方法

1.2.1 样地选择与调查 根据研究区域的地形特征设置样带，样带内随机布设样方。根据群落最小面积法确定样方面积，连续调查样方内植物种群的高度、密度、盖度以及频度等数量特征。

1.2.2 植物种群的总和优势度。

SDR4=(B′+D′+C′+H′)/4×100%.

SDR4为总和优势度,H′、D′、C′和H′分别为高度比、密度比、盖度比和频度比。

1.2.3 植物种群生态位测定

Shannon-Wiener生态位宽度：

Bi=-∑(PijlnPij).

式中，Bi为种群生态位宽度；Pij=nij/Ni，P为种i在第j个资源状态下个体数百分比，nij为种群i利用资源状态，r为样方数。

1.2.4 Petraitis特定重叠指数测定 Petraitis特定重叠指数代表群落种群间的相似性与竞争强度[6-7]。Petraitis特定重叠指数模型，采用资源状态的相对多度来测定多种群的生态位重叠，并可直接进行统计检验。

SOik=eEik;Eik=∑(PijlnPkj)-∑(PijlnPij);

SOki=eEki;Eki=∑(PkjlnPij)-∑(PkjlnPkj).

显著性检验用

Uik=-2rln(SOik);Uki=-2rln(SOki).

式中，SOik为物种i重叠物种k的生态位重叠指数；SOki为物种k重叠物种i的生态位重叠指数。经过Uik与Uki检验，差异不显著的在生态位重叠表中标记为0.000 0，差异极显著的在生态位重叠表中标记为1.000 0，差异显著但达不到极显著的，以实际的SOik或SOki标记。

选择两个区域中共同出现的16个植物种群(表1)进行Petraitis特定重叠指数列表(表2，表3)，对比说明Petraitis特定重叠指数在不同植物群落中种群数量特征响应的变化。

2 结果与分析

东山造林站样地内植物种群26种，南屏山样地内植物种群59种，两区域样地内共同植物种群有16种，可代表临洮县域森林草原植被基本结构特征。

表1 东山造林站与南屏山相同植物种群Shannon-wiener生态位宽度

2.1 生态位宽度特征

生态位宽度是指种y和n个生态因子的适应或利用范围[7-8]，是物种或种群适应环境和利用资源的实际幅度或潜在能力[9]，是度量植物种群对环境资源利用的尺度[10]，生态位越宽，表明种群对环境适应能力越强，对资源的利用越充分[11-12]；因此，生态位宽度是度量植物种群对环境资源利用状况的尺度[13]，在多维生态位研究中，生态位宽度表示为被一个种群利用的不同资源位的总和[14]。简而言之，生态位宽度是种群对资源竞争程度的表达。

区域内16个植物种群生态位宽度有下列特征：1)东山造林站生态位宽度特征值统计分析表明，最大值为5.987 8，最小值为0.163 3；特征值样本平均数为2.125 5，标准差为2.058 0。2)南屏山生态位宽度特征值统计分析表明，最大值为8.261 8，最小值为0.189 5，；特征值样本平均数为2.607 7，标准差为2.531 4。3)对两个样本平均数相比较的t测验，两个样本平均数差数标准误为1.920 2，t=0.251 1

2.2 生态位重叠特征

资源分享的数量或生态位重叠是理论生态学研究的中心问题。关于生态位重叠，不同的学者有不同的解释。如：生态位重叠是两个物种与其生态因子联系上的相似性[9,15]，是两个物种在适应环境和利用资源的实际幅度或潜在能力方面所表现出来的共同性和相似性[7]，是群落中种群对相同资源的共同利用或共有的生态空间资源区域[16]。因此，种间生态位重叠多被认为是物种多样性及群落结构的决定因素，反映该种群对资源的利用能力及在群落或生态系统中的功能位置，也反映了其所在群落的稳定性[17]。简而言之，生态位重叠是种群对资源利用状况的量化响应，是植物群落稳定性的参数。

生态位重叠指数的选择应具有易进行生物学解释和对资源状态可用性的变化进行解释的能力。 Petraitis特定重叠指数是基于种群对资源利用曲线分离的似然率而来，在计测方法中引入统计检验量，以解决大多数重叠测度方法难以确定重叠程度在统计学上是否显著的限制[18]。在一定程度上较好地反映其对环境资源因子的利用情况及物种的空间关系。

分析区域内16个植物种群组成256个种对特征值。结果显示，1)东山造林站区域Petraitis特定重叠指数特征值统计分析表明：最大值为0.860 1，最小值为0.0000，众数为0.0000，即差异不显著的特征值有106个，占特征值总数的41.41%，表明对环境资源利用状况差；特征值样本平均数为0.345 6，标准差为0.330 8。2)南屏山区域Petraitis特定重叠指数特征值统计分析表明：最小值为0.767 8，最大值为0.986 2；特征值平均数为0.902 8，标准差为0.061 1。3)对两个样本平均数相比较的t测验，两个样本平均数差数标准误为0.006 843，︱t︱=81.423 6>t0.01(2.575 8)，即两个区域Petraitis特定重叠指数特征值达极显著水平差异，表明在两个群落中相同植物种群对资源的利用差异极显著，即两种生态恢复模式的生态学效应存在极差异显著。4)Petraitis特定重叠指数特征值平均值比较结果为0.902 8(南屏山)>0.345 6(东山造林站)，说明在不同生态恢复模式下，植物群落中相同种群对环境资源的利用明显不同，以封育为主要模式的南屏山区域优于以造林为主要模式的东山造林站。

3 讨论与小结

3.1 生态位理论可拓展生态恢复效应评价体系空间

生态位理论的应用主要集中在植物群落优势种或主要种群生态位研究[10,12-14,17]，生态恢复与重建模式中乡土树种的生态位研究[18]和演替序列中优势种群生态位研究等方面[19-20]。本研究在生态位理论研究基础上进行拓展，扩大研究对象及范围，以两个具有当地代表性的生态恢复模式进行生态位特征的研究与对比，揭示相同植物种群在不同生态恢复模式下所产生的生态位特征响应以及资源利用状况特征参数，来间接反映不同生态恢复模式或技术手段产生的生态学效应，拓展生态恢复评价体系的空间，为生态恢复提供了生态位理论依据。

3.2 Petraitis生态位特定重叠指数可为生态恢复效应评价指数

生态恢复效应的评价是多学科协作的系统工程，其系统性的特点规定了评价指标和方法的多样性和复杂性，不同的学科以其自身研究重点、技术手段为生态恢复评价体系设立了不同的评价指标。Petraitis生态位特定重叠指数可定量显示植物群落对资源位利用状况的效应，可作为生态恢复效应评价的新内容和指标，评估生态恢复过程中技术措施是否“因地制宜”，是否实现资源位的合理配置。

由于生态位计测模型很多且各有特点，利用生态位理论建立生态恢复效应评价的指标，尚需要更多的研究对其验证。

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(责任编辑 武艳培)

Applications of the niche theory in ecological restoration evaluation

SUN Hui-dong, GAO Yun

(Lintao Agricultural School, Lintao 730500, China)

Using a series of indices proposed by Levins, Shannon-Wiener and Petraitis, the eigenvalue of niches for 16 plant population which existed in Nanping mountain and Dongshan afforestation station were investigated in the present paper. No significant difference presented in the niches breadths in two regions which showed that the competition relationship between the two population was not obvious and there was no significant difference in environmental resources. Significant differences existed in the Petraitis' overlapping indices which showed that there were significant effects on the ecological vegetation restoration patterns of these population. Shannon-wiener niche breadth and Petraitis specific overlap indices can be explored to evaluate the competition and resource utilization status among different plant communities, and it could reflect the characteristics of ecology which plant communities response to artificial interference. The niche theory could be used to evaluate the effect of ecological restoration.

ecological restoration effect evaluation； Shannon-wiener niche breadth; Petraitis specific overlap indices

10.11829j.issn.1001-0629.2013-0279

2013-05-20 接受日期：2013-09-03

孙会东(1969-)，男，甘肃临洮人，讲师，硕士，主要研究方向为农业资源利用。E-mail:ltshd0226@126.com

S181;Q948.1

A

1001-0629(2014)06-1022-06*1