通辽市少花蒺藜草群落多样性分析

2015-04-10张志新黄贝梅

草业科学 2015年9期

张志新，田迅，刘勇，黄贝梅

（1．草地农业系统国家重点实验室兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州730020；2．内蒙古民族大学生命科学学院，内蒙古通辽028043）

生物多样性是维持生态系统稳定和可持续发展的重要评价指标［1］，而近年来有关生物多样性减少的报道日益增加［2－6］，成为各界学者所关注的热点。造成生物多样性减少的因素有很多，如环境污染以及人类对生物资源的破坏和过度开采等［7］。其中，外来入侵种是引起生境破碎化的主要原因之一［8－9］。据报道，加拿大一枝黄花（Solidago Canadensis）、紫茎泽兰（Eupatoriu m adenop hor u m）、飞机草（Chromol aena odor atu m），已经成为家喻户晓的“灾害”品种［10－12］。

少花蒺藜草（Cenchr us paucif lor us）俗名洋蒺藜狗子，禾本科蒺藜草属一年生草本植物，原分布于北美洲，多生长在砂质土壤中［13］。其耐干旱、抗寒，并具有很强的入侵性和繁殖能力，可在短时间内抢占生态位，与本土植物竞争养分，从而影响生态平衡［14］。此外，国内未见关于少花蒺藜草病害的报道，故缺少可以对其侵染和破坏的微生物也可能是促使其快速发展的主要原因之一。少花蒺藜草的种子包裹在表面生有倒刺的刺苞中，每刺苞含2～3粒，常粘附在家畜体表并对其毛皮造成伤害［15］。

关于少花蒺藜草传入我国并造成影响和危害的报道首见于1995年［14］，随后由于其对农牧业及生态健康影响巨大，在国内蔓延迅速，危害面积在逐年扩大，引起了广大学者关注，并在其生物学特性［16－19］、危害性［13－14，20－21］、防除方法［22－24］等方面开展了一些研究，而少花蒺藜草在科尔沁沙地不同生境下种群分布情况不一，由于其种子的特殊结构，其传播与人工干扰有着密切的关系，而在不同干扰情况下，其对生境中的植物种群的分布情况及多样性的影响对于保护生态平衡有重要意义，而相关研究报道较少。

本研究以科尔沁沙地通辽市及其周边地区为研究地，选取森林公园、高林屯、建国村、巴胡塔4个不同人工干扰生境，以少花蒺藜草种群及其伴生植物为研究对象，通过样方调查方法，探讨其在科尔沁沙地中群落的分布情况及植被多样性，以期为通辽市生态恢复与多样性保护提供科学依据与基础资料。

1 材料与方法

1．1 研究区自然概况

通辽市地处科尔沁草原腹地，119°14′－123°43′E，42°15′－45°59′N，属于典型的半干旱大陆性季风气候。草原面积334．67万h m2，占总土地面积的55．8%，耕地面积86万h m2，占总土地面积的14．4%。年均降水量351～450 mm，年均温6．1～6．4 ℃［25］。本研究选取4个不同人工干扰程度的生境作为研究样地，样地面积150 m2，具体概况如表1所示。

1．2 观测项目和测定方法

2008年7－8月分别对森林公园、高林屯、建国村和巴胡塔4个研究区内少花蒺藜草种群各随机设置8个1 m×1 m 的样方，分别进行群落调查，记录样方内包括少花蒺藜草在内的各植物种类、株数、密度、株高、盖度。

采用Si mpson多样性指数、Shannon－Weiner多样性指数、Mar galef丰富度和Pielou均匀度指数进行物种多样性测度［26］，按以下公式计算：

式中，Pi为样方中第i 种的密度在群落总密度中所占的比例，N 为样方中物种总个体数，S 为1 m2样方内的物种总数。

草本植物重要值＝（相对多度＋相对频度＋相对盖度）／3。

1．3 数据处理与分析

采用SPSS 17．0统计软件对不同研究区内植物样方数据分别进行方差分析和显著性检验（P＜0．05）；由Excel 2003进行作图。

2 结果与分析

2．1 科尔沁沙地不同地区群落物种组成和结构特征

群落植物种类的组成可以直接反应其结构稳定性。4个地区共调查到45种植物，隶属于17科，其中禾本科11种，豆科7种，菊科6种（表2）。群落植物的重要值是物种优势度的体现。研究结果表明，4个研究样地物种重要值存在差异，其中建国村样地少花蒺藜草伴生种以狗尾草、沙蓬为主；巴胡塔地区狗尾草和差巴嘎蒿重要值高于其他伴生种；高林屯为狗尾草和尖头叶蓼；森林公园研究地狗尾草、沙生冰草、猪毛蒿、羊草和野艾蒿在伴生种中具有重要位置。4个研究地少花蒺藜草重要值建国村＞巴胡塔＞高林屯＞森林公园，森林公园与巴胡塔植物种类均为23种，远高于高林屯（16种）与建国村（10种）。

表1 研究地概况Table 1 Description of experi ment sites

2．2 少花蒺藜草种群及其伴生种盖度分析

通过比较4个研究区种群盖度及少花蒺藜草盖度看到，高林屯显著高于其他研究区（P＜0．05），而其他研究区之间种群盖度无显著差异（P＞0．05）。表明科尔沁沙地其他3个研究区植物种群所占的空间面积相似；而少花蒺藜草种群盖度为建国村最高，达到38%，显著高于巴胡塔、高林屯和森林公园，森林公园最低，不到1%，这在一定程度上体现了少花蒺藜草在4个研究区中的严重度（图1）。

2．3 少花蒺藜草种群及其伴生种株高分析

科尔沁沙地4个地区植物种群高度无显著差异（P＞0．05），而少花蒺藜草高度在不同研究区差异较大，由高到低排序为：高林屯＞建国村＞巴胡塔＞森林公园。其中高林屯、建国村与巴胡塔和森林公园间均达到显著差异（P＜0．05），巴胡塔和森林公园间无显著差异，表明少花蒺藜草虽然在4个研究地中的空间布局不同，但仍未对本土植被的空间格局造成太大影响（图2）。

2．4 少花蒺藜草种群及其伴生种密度分析

4个研究区植物群落密度不同，其中高林屯最大，为326株·m－2，是建国村的6．8倍，高林屯、森林公园与巴胡塔、建国村均存在差异显著（P ＜0．05）。巴胡塔显著高于与建国村。从少花蒺藜草种群密度来看，巴胡塔、建国村、高林屯显著高于森林公园（图3）。植被和少花蒺藜草密度的变化表明，4个研究区中的少花蒺藜草对不同地区伴生种可能存在不同程度的影响。

2．5 少花蒺藜草种群及其伴生种多样性指数分析

Shannon－Wiener指数巴胡塔和森林公园约为建国村与高林屯的1．5倍，且各值均较小，表明科尔沁沙地植被种类较少，物种种群结构稳定性较差；Mar galef指数巴胡塔最高，为4．329，森林公园次之，随后为高林屯，建国村最小，为2．583；Si mpson

指数巴胡塔与森林公园分别达到0．843、0．869，高于建国村与高林屯；Pielou 指数巴胡塔最高，为0．681，其次依次为森林公园、建国村和高林屯，分别为0．667、0．604和0．482；Whittacker指数顺序为森林公园＞巴胡塔＞高林屯＞建国村，其中森林公园和巴胡塔是其他2个研究区的1．5～1．7倍（表3）。

表2 科尔沁沙地不同地区少花蒺藜草及其伴生种重要值Table 2 Important value of Cenchrus paucif lorus and its companion species in different regions of Korqin sandy land

图1 4个研究地少花蒺藜草及其伴生种盖度Fig．1 Coverage of Cenchr us paucif lor us and its accompanying species in four experi ment sites

图2 4个研究地少花蒺藜草及其伴生种高度Fig．2 Height of Cenchr us paucif lor us and its accompanying species in f our experi ment sites

图3 4个研究地少花蒺藜草及其伴生种密度Fig．3 Plant density of Cenchr us paucif lor us and its accompanying species in four experi ment sites

表3 科尔沁沙地不同地区群落多样性指数Table 3 Diversity indices of plant community in different regions of Kor qin sandy land

3 讨论与结论

维持和保护生态系统物种多样性是保证生态系统平衡稳定和健康发展的的重要措施。本研究结果显示，4个研究区内少花蒺藜草及其伴生种分布规模、生长情况与多样性均存在一定差异。其中受人为干扰的建国村与高林屯样地植物种类少于未受干扰的森林公园样地，且以禾本科与菊科植物为主，这与植物群落形成时间短等因素有关。少花蒺藜草在各研究区内的重要值为建国村最大，其次为巴胡塔，而森林公园很小，表明少花蒺藜草对建国村入侵程度较其他地区严重。这主要由于建国村为斑块状分布的沙丘地形，且受人工干扰较大，生态系统结构相对脆弱，生态系统平衡性和稳定性较低，少花蒺藜草种子极易粘附在衣物等传播媒介上加快其传播速度，从而在短时间内抢占生态位，形成群落。这与Lock wood等［27］在《Invasion Ecology》中所述人类干扰可以促进绝大多数外源入侵种建立的观点一致。

4个研究区中高林屯地区少花蒺藜草伴生种盖度和密度最高，其主要原因为在农田附近有灌溉条件，有利于植被快速生长，建立稳定和群落结构。盖度分析表明，研究区少花蒺藜草大体呈现随盖度增加而减少的趋势。密度分析的结果显示少花蒺藜草在4个研究区内的分布顺序为巴胡塔＞高林屯＞建国村＞森林公园，表明其在沙丘地区和为人为干扰严重地区可以快速建立种群。高林屯和建国村少花蒺藜草高度较高与样地水分条件较好促进其快速生长有关。

群落多样性指数可以科学地反映种群的物种丰富度和均匀程度。贾桂康和薛跃规［28］2011年报道了另外两种国内严重的入侵杂草紫茎泽兰和飞机草在广西12个地区的分布和生物多样性分析，发现有入侵种存在的生境各多样性指数均有不同程度的降低；邓旭等［29］对入侵植物豚草（Ambrosia artemisiif olia）在湖南对植物多样性的影响进行研究后发现，被豚草入侵的不同类型研究区多样性指数均显著下降。综合比较本研究中各多样性指数，少花蒺藜草入侵较重的样区其多样性指数同样表现出一定程度下降。

少花蒺藜草种群在4个研究区都有不同的入侵表现，受人为扰动较大的地区入侵程度相对严重，且和生境地形情况有关。而针对各研究区具体生境下其种群的年际动态变化及发展规律仍需要进一步研究和监测，以期为寻求更好的防治方法提供科学基础。

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