湖南省衡阳市紫色土丘陵坡地不同恢复阶段植物群落稳定性

刘朝辉,　杨　宁

(1.湖南省绥宁县林业局,湖南 绥宁 422600;2.湖南环境生物职业技术学院 园林学院,湖南 衡阳 421005)



湖南省衡阳市紫色土丘陵坡地不同恢复阶段植物群落稳定性

刘朝辉1,杨宁2

(1.湖南省绥宁县林业局,湖南 绥宁 422600;2.湖南环境生物职业技术学院 园林学院,湖南 衡阳 421005)

摘要：以典型的衡阳紫色土丘陵坡地不同恢复阶段为研究对象，采用空间序列代替时间序列的方法，选用立地条件基本相似的狗尾草群落(Comm.Setaria viridis)(Ⅰ)、紫薇+糯米条-狗尾草群落(Comm.Lagerstroemia indica+Abelia chinensis-Setaria viridis)(Ⅱ)和牡荆+紫薇群落(Comm.Vitex negundo var.cannabifolia+Lagerstroemia indica)(Ⅲ)，通过模糊综合评价，研究不同恢复阶段植物群落的稳定性.结果表明：(1) 3个植物群落的Margalef丰富度指数和Whittaker生境多样性指数的大小顺序为Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ(P<0.05),Simpson优势度指数的大小顺序为Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ(P<0.05),Pielou均匀度指数差异不大(P>0.05);(2) 3个植物群落的Godron交点坐标分别为(35.51,64.51)、(36.23,63.79)和(35.59,64.43)，均偏离稳定态坐标(20,80)，处于不稳定状态;(3) 3个植物群落的稳定性的隶属函数值的大小顺序为Ⅲ(0.777)>Ⅱ(0.760)>Ⅰ(0.715)(P<0.05).表3,参24.

关键词：植被恢复;群落稳定性;模糊综合评价;紫色土;衡阳市

植物群落稳定性是植物群落在特定的时空范围内，保持其性质与功能基本不变的能力[1]，它与该植物群落所生存空间的生态因子密切相关[2-3].目前，国内外对植物群落的稳定性研究主要是从生物多样性、顶极群落理论、种内与种间竞争协调理论等方面展开研究[4-6]，这些传统的理论认为，只有植物群落结构与功能多样性化、且向顶极群落演替演替，植物群落的稳定性才增强[7].但目前，也有学者对此观点提出异议，认为不同的演替阶段有不同的稳定性[8].

研究采用空间序列代替时间序列的方法[9-11]，以不同恢复阶段的典型植物群落为研究对象，通过对其植物群落结构以及其多样性进行调查分析，旨在了解不同恢复阶段稳定性的变化趋势和群落多样性与稳定性的关系，为该地区的植被恢复提供科学的依据.

1研究地区与研究方法

1.1研究地区概况

研究地点位于衡阳市衡南县谭子山镇工联村、莲塘村，是典型的紫色土丘岗地区，地理坐标为：26°56′ N，112°20′ E.属亚热带季风湿润气候，自2000年以来，年均气温17.8 ℃，极端最高气温40 ℃，极端最低气温-10 ℃，年平均降水量1268.8 mm，蒸发量1396.1 mm，相对湿度80%，全年无霜期286 d，土层有的较深(在60 cm以上)，有的较浅(在30 cm左右).植物种类：木本植物主要有牡荆(Vitexnegundovar.cannabifolia)、糯米条(Abeliachinensis)、六月雪(Serissajaponica)、紫薇(Lagerstroemiaindica)等；草本植物主要有有禾本科两耳草(Paspalumconjugatum)、狗尾草(Setariaviridis)、象草(Pennisetumpurpureum)、麦冬(Ophiopogonjaponicus)等，成散生状或小块状分布.

1.2研究方法

(1)研究对象.该地区植被演替的过程为：草本阶段→草灌阶段→灌丛阶段→乔灌阶段→乔林阶段[12-13]，在研究区域内，选择坡向、坡度、坡位等生态因子基本相似的从低级到高级的3个植物群落：(1)狗尾草群落(Comm.Setariaviridis)(Ⅰ)(坡向：SW15°；坡位：中坡；坡度：25°；海拔：125 m；盖度：35%；平均植物密度1.89 株.m-2；平均植物高度0.56 m)；(2) 紫薇+糯米条-狗尾草群落(Comm.Lagerstroemiaindica+Abeliachinensis-Setariaviridis)(Ⅱ)(坡向：SW25°；坡位：中坡；坡度：32°；海拔：115 m；盖度：55%；平均植物密度0.39 株.m-2；平均植物高度1.46 m)；(3) 牡荆+紫薇群落(Comm.Vitexnegundovar.cannabifolia+Lagerstroemiaindica)(Ⅲ)(坡向：SW30°；坡位：中坡；坡度：28°；海拔：130 m；盖度：85%；平均植物密度0.15 株.m-2；平均植物高度16.9 m).

(2)样地设置及调查方法.在每个植物群落内设置20 m×20 m的乔木样方1个(每木检尺，记录种名、胸径和冠幅等)，在其四角和中心分别设置5个4 m×4 m的灌木样方(测多度、盖度、高度和频度等)和1 m×1 m的草本样方(计测个体数量、盖度、高度和频度等).

1.3评价指标及因子

(1)演替现状.以优势植物种幼树和幼苗占优势植物种类的比例来评价种群更新潜力[14].

(2)物种多样性.物种多样性指标包括Marglef丰富度指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数和Whittaker生境多样性指数，其计测方法参照文献[15-16].

(3)Gordon测定的理论稳定性值.稳定性的测定参照郑元润改进的M.Godron稳定性测定方法(以植物累计的相对频率作纵坐标Y轴，植物种类百分数横坐标X轴，求与植线x+y-100=0的交点坐标)[17-18].

1.4数据处理

在本研究中，以各恢复阶段植物群落的参评指数隶属度平均值来评价植物群落的稳定性，每个参评指标的权重是相等的，因此，在本研究中采用标准化处理方法[19-20].其公式为：

Y(Xabc)=(Xabc-Xcmin)/(Xcmax-Xcmin)

Y(Xabc)：a恢复阶段中的植物群落类型中第b个层次第c项指标的隶属度，0≤Y(Xabc)≤1；Xabc：a恢复阶段中的植物群落类型中第b个层次第c项指标的测定值；Xcmax和Xcmin分别为所有参评植物群落中第c项指标的测定值的最大值和最小值.

2结果与分析

2.1恢复现状

从狗尾草群落→紫薇+糯米条-狗尾草群落→牡荆+紫薇群落的演替过程中，植物个体的高度增加、郁闭度增大，因此它们所生存的环境的受光条件变差，因此，3个植物群落的幼树幼苗的个体数量占优势个体数量的比例减小，分别为78%、56%和45%.

2.2物种多样性

研究表明(表1)，3个植物群落的Margalef丰富度指数和Whittaker生境多样性指数的大小顺序为紫薇+糯米条-狗尾草群落>牡荆+紫薇群落>狗尾草群落(P<0.05)，狗尾草群落和牡荆+紫薇群落的Margalef丰富度指数分别为紫薇+糯米条-狗尾草群落的35.48%和66.31%；Whittaker生境多样性指数分别为53.74%和87.76%.原因在于紫薇+糯米条-狗尾草群落为狗尾草群落和牡荆+紫薇群落的生态过渡区，导致这2这个指数高于前后两个植物群落[4]；Simpson优势度指数的大小顺序为牡荆+紫薇群落>紫薇+糯米条-狗尾草群落>狗尾草群落(P<0.05)，狗尾草群落和紫薇+糯米条-狗尾草群落Simpson优势度指数分别为牡荆+紫薇群落的71.43%和90.82%.随着恢复的进行，物种之间的的竞争Simpson优势度指数随恢复的进行而增大；3个植物群落Pielou均匀度指数差异不大，从另一个侧面说明，由于竞争排斥假说，植物有最大化扩大其生存潜力的能力[21].

表1　3种植物群物种多样性指数

注(Note):同行不同字母表示相同指数在不同植物群落差异显著(P<0.05) Different capital letters in the same row meant significant difference for the same indexes and different plant communities at 0.05 level.表3同The same in Tab.3

2.3Gordon稳定性测定值

采用Godron稳定性测定方法，用DPS12.0进行平滑性模拟，得出3个植物群落的二次抛物曲线的回归曲线，其曲线的P值<0.001，然后求出各二次抛物曲线与x+y-100=0的交点坐标(X,Y)，其交点坐标分别为(35.51,64.51)、(36.23,63.79)和(35.59,64.43)，均偏离稳定态坐标(20,80)，所以3个植物群落均处于不稳定状态.

表2　3个植物群落稳定性分析

2.4群落稳定性评价

对参评的各项指数进行进行标准化处理，从恢复现状、物种多样性、Gordon稳定性来求得各植物群落的隶属值[22-24].从恢复现状来看，3个植物群落的大小顺序为狗尾草群落(1.00)>紫薇+糯米条-狗尾草群落(0.76)>牡荆+紫薇群落(0.65)(P<0.05)，狗尾草群落的恢复现状值分别为紫薇+糯米条-狗尾草群落和牡荆+紫薇群落的1.32和1.54倍；从物种多样性来看，3个植物群落的大小顺序为紫薇+糯米条-狗尾草群落(0.65)>狗尾草群落(0.57)>牡荆+紫薇群落(0.35)(P<0.05)，狗尾草群落和牡荆+紫薇群落的物种多样性值分别为紫薇+糯米条-狗尾草群落的53.85%和87.69%；从Gordon稳定性来看，3个植物群落的大小顺序为牡荆+紫薇群落(1.00)>狗尾草群落(0.98)>紫薇+糯米条-狗尾草群落(0.88)(P<0.05)，牡荆+紫薇群落Gordon稳定性值分别为狗尾草群落和紫薇+糯米条-狗尾草群落的1.02和1.14倍.综合所得，3个植物群落的稳定性的隶属函数值的大小顺序为牡荆+紫薇群落(0.777)>紫薇+糯米条-狗尾草群落(0.760)>狗尾草群落(0.715)(P<0.05).

表3　3个植物群落稳定性评价隶属函数值

3讨论与结论

3.1讨论

通过隶属数值方法得出，随着恢复的进行，3个群落丰富度指数和多样性指数呈现出增大的趋势，因此，群落稳定性不断加强，这与传统和演替理论一致[4，25].在本研究中，利用Gordon稳定性测定方法测得的3个植物群落的稳定性均远离稳定的平衡点，原因可能与这3个植物群落自身的原因有关，因为这3个植物群落均处于演替的早期或中期阶段，远没有达到顶极阶段，群落的更新潜力均很强，从而导致稳定性结果偏离平衡点.

群落演替的实质是植物与土壤、水分和气候等相互作用的过程[26]，因此，在该区域的植被恢复过程中，必须改善区域的水、土等生态条件，促进该区域植物群落的正向演替发展.

3.2结论

采用空间序列代替时间序列的方法，选择选择坡向、坡度、坡位等生态因子基本相似的从低级到高级狗尾草群落、紫薇+糯米条-狗尾草群落和牡荆+紫薇群落，并对它们的稳定性进行研究，得出以下主要结论：

(1) 3个植物群落的Margalef丰富度指数和Whittaker生境多样性指数的大小顺序为紫薇+糯米条-狗尾草群落>牡荆+紫薇群落>狗尾草群落(P<0.05)； Simpson优势度指数的大小顺序为牡荆+紫薇群落>紫薇+糯米条-狗尾草群落>狗尾草群落(P<0.05)，Pielou均匀度指数差异不大(P>0.05).

(2) 3个植物群落的Godron交点坐标分别为(35.51,64.51)、(36.23,63.79)和(35.59,64.43)，均偏离稳定态坐标(20,80)，处于不稳定状态.

(3) 3个植物群落的稳定性的隶属函数值的大小顺序为牡荆+紫薇群落(0.777)>紫薇+糯米条-狗尾草群落(0.760)>狗尾草群落(0.715)(P<0.05).

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Stability of plant communities in different re-vegetation stages on sloping-landwith purple soils in Hengyang City,Hunan Province

LIU Chao-hui1,YANG Ning2

(1.Suining County Forestry Bureau of Hunan Province,Suining 422600,China;2.School of Landscape Architecture,Hunan Polytechnic of Environment and Biology,Hengyang,421005,China)

Abstract：By using the spatial series to replace time series,three typical plant communities,Comm.Setaria viridis,Comm.Lagerstroemia indica+Abelia chinensis-Setaria viridis,and Comm.Vitex negundo var.cannabifolia+Lagerstroemia indica were selected to explore the plant communities stability.The three plant communities were similar and typical,and denoted three successive re-vegetation stages.The results showed that:(1)The Margalef richness index and Whittaker's were followed the order as Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ(P<0.05);Simpson dominance index was followed the order as Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ(P<0.05),and there was not significant difference of Pielou evenness index in three plant communities(P>0.05);(2)The Godron intersection point coordinate of three plant communities were (35.51,64.51),(36.23,63.79) and (35.59,64.43),respectively,and deviating stable state coordinate (20,80) and being instability;(3) The subordinative function value of comprehensive judgment on stability of three plant communities were followed the order as Ⅲ(0.777)>Ⅱ(0.760)>Ⅰ(0.715)(P<0.05).3tabs.,24refs.

Keywords：re-vegetation;community stability;fuzzy synthetic evaluation;purple soils;Hengyang City of Hunan Province,South-central China.

中图分类号：Q146

文献标识码：A

文章编号：2095-7300(2016)01-007-06

作者简介：刘朝辉(1972-)，男，湖南绥宁人，助理工程师，研究方向：森林培育与森林生态.

基金项目：国家科技支撑计划项目(编号:2012BAD14B17)

收稿日期：2015-10-26

Biography：YIU Chao-hui,male,born in 1972,assistant engineer,research direction in forest cultivation and forest ecology.