滴、漫灌对胡杨和灰叶胡杨种群结构和多样性的影响

席琳乔 马丽亚 邓 霞 韩 路 张 玲

(塔里木大学动物科学学院/新疆生产建设兵团塔里木畜牧科技重点实验室,新疆 阿拉尔 843300)



滴、漫灌对胡杨和灰叶胡杨种群结构和多样性的影响

席琳乔 马丽亚 邓 霞 韩 路 张 玲*

(塔里木大学动物科学学院/新疆生产建设兵团塔里木畜牧科技重点实验室,新疆 阿拉尔 843300)

通过聚集度指标以及种群龄级结构分析研究滴、漫灌下胡杨/灰叶胡杨(P. euphratica)/(P. pruinosa)种群结构和多样性的变化。在塔里木河上游天然胡杨/灰叶胡杨林内设置50 m×50 m样地8个，应用相邻格子法进行调查测定。滴灌农田附近的A1、A2两个样地种群龄级结构完整，为稳定型种群；远离农田的A3、A4两个样地种群龄级结构不完整，为衰退型种群。漫灌B1、B2两个样地种群为增长型种群，B3为稳定型种群，B4为衰退型种群。距离农田较近的样地为A2、B3为随机分布，其余均为聚集分布。滴灌下荒漠绿洲过渡带距离农田由近及远，四个群落物种多样性指数逐渐降低，差异极显著(P<0. 01)；漫灌下四个群落物种多样性指数变化无明显规律。滴灌加速了胡杨/灰叶胡杨种群的衰退演替速度，过渡带植被由旱生植被胡杨(P. euphratica)-柽柳(T. chinensis)向盐生植被盐穗木(H. caspica)演替。滴灌下距离农田由近及远，过渡带植被群落物种多样性指数逐渐降低。

滴灌； 漫灌； 胡杨； 灰叶胡杨； 种群结构； 多样性

种群结构是植物种群的重要属性之一，能反映种群的变动规律，客观体现种群动态[1]。种群分布格局是种群的重要结构特征之一。植物多样性是荒漠河岸(林)植被阶段性恢复的重要参数，也可作为荒漠河岸(林)植被与地下水之间耦合关系的一个重要指标[2]。研究种群分布格局的目的不仅是对种群的水平结构进行定量描述，更重要的是用以揭示格局的成因[3-6]。因此，研究荒漠河岸胡杨和灰叶胡杨林优势种群结构与空间格局，分析种群种内和种间竟争是揭示种群生活史对策和动态机制的重要手段[7]。由于人类长期对塔里木盆地水土资源的过度开发，导致大面积的胡杨、灰叶胡杨林衰退或死亡，为此，引起了广大学者的关注，主要对胡杨/灰叶胡杨的繁殖与生理生态特性开展大量研究[8]，近年由于塔里木盆地绿洲区灌溉方式发生改变，对滴、漫灌对胡杨/灰叶胡杨林种群结构和多样性影响的报道较少。通过滴、漫灌对胡杨/灰叶胡杨的种群结构和植物多样性影响的研究，为荒漠河岸林生态系统的恢复与重建提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区地处塔里木河上游，属典型暖温带干旱荒漠性气候。该区年平均降水量17. 4 mm～42. 8 mm，年平均蒸发量1 125 mm～6 000 mm。无霜期220 d左右。风沙灾害频繁。土壤为沙壤土；天然植被多旱生具耐盐特性，植被主要有胡杨(Populus euphratica)、灰叶胡杨(Populus pruinosa)、柽柳(Tamarix chinensis)、甘草(Glycyrrhiza uralensis)、芦苇(Phragmites australis)、盐穗木(Halostachys caspica)等。

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计

试验选择滴灌和漫灌两个试验区，滴灌地位于新疆兵团第一师十二团十四连，漫灌地位于新疆阿瓦提县境内的叶尔羌河下游，分别设计了4个样地，其中滴灌试验区4个样地距离农田距离由近及远分别为A1、A2、A3、A4，距离农田距离分别为10～150 m，具体位置见表1；漫灌试验区4个样地距离河道由近及远分别为B1、B2、B3、B4，距离河道距离分别为10～500 m，具体位置见表2；测定分5层，每层20 cm，测定土壤水分、盐分以及植物组成。

表1 滴灌条件下样地基本情况

表2 漫灌条件下样地基本情况

1.2.2 野外调查

在试验地选择具有代表性的典型胡杨和灰叶胡杨林样地各四个，每个样方面积为50 m×50 m，共计10 000 m2。以5 m×5 m为基本单元，记录胸径≥2. 5 cm全部乔木树种的种类、胸径、冠幅等指标并测定所有个体的坐标位置。采用对角线法以2 m×2 m样方调查灌木和乔木幼苗和1 m×1 m样方调查草本的种类、数量、高度、盖度。以小样方为统计单位，分别计算胡杨、灰叶胡杨群落中各植物种类的盖度、密度、频度等。

1.2.3 种群龄级结构划分

种群龄级结构划分按照1960年森林专业调查办法草案中的规定进行[16]。

1.2.4 聚集度指标

根据野外调查数据，分析灰叶胡杨/胡杨的空间分布格局[4]和植物多样性指数[9-14]。

2 结果与分析

2.1 滴、漫灌下荒漠绿洲过渡带胡杨/灰杨林龄级结构分析

滴灌下荒漠绿洲过渡带胡杨和灰叶胡杨不同种群龄级结构(图1)，A1样地胡杨种群I级幼苗仅占1. 1%，II级幼树占9. 0%，中树(Ⅲ-Ⅵ)、大树(Ⅶ-X)、老树(XI)，分别占总量的78. 7%、9. 0%、2. 2%，为稳定型；A2样地灰叶胡杨种群I级幼苗占4. 2%，II级幼树占7%，中树(Ⅲ-Ⅵ)、大树(Ⅶ-X)、老树(XI)分别占总量的77. 5%、8. 5%、2. 8%，为稳定型；A3样地胡杨种群缺少I级幼苗、II级幼树，中树(Ⅲ-Ⅵ)、大树(Ⅶ-X)、老树(XI)，分别占总量的70. 3%、24. 3%、5. 4%，为衰退型；A4样地胡杨种群缺少中树VI级、大树VII-VIII级、以及X级，其中I级幼苗占总株数6. 9%，II级幼树占13. 8%，中树(Ⅲ-V)、大树(IX)级，分别占总量的62. 1%、3. 4%，为衰退型。由远及近A1、A2样地为稳定型，A3、A4样地为衰退型。

漫灌下荒漠绿洲过渡带灰杨林不同种群龄级结构(图2)，B1样地灰叶胡杨种群I级幼苗占37%，缺少II级幼树和老树XI级结构，中树(Ⅲ-Ⅵ)、大树(Ⅶ-X)，分别占总量的54. 7%、8. 0%，为增长型； B2样地灰叶胡杨种群I级幼苗占总株数42. 5%，缺少II级幼树、大树(VIII-IX)以及老树XI级结构，中树(Ⅲ-Ⅵ)、大树Ⅶ级，分别占总量的53. 4%、4. 1%，为增长型；B3样地灰叶胡杨种群缺少I级幼苗、大树IX以及老树XI级结构，II级幼树占总株数4%，中树(Ⅲ-Ⅵ)、大树(VII-VIII，X)级，分别占总量的91. 2%、4. 8%，为稳定型种群；B4样地灰叶胡杨种群I级幼苗占总株数18. 8%，缺少II级幼树、老树XI级结构，中树(Ⅲ-Ⅵ)、大树(Ⅶ-X)级，分别占总量的50. 0%、31. 2%，为衰退型。漫灌下荒漠绿洲过渡带距河道由近及远四个样地，B1、B2为增长型种群；B3样地为稳定型，B4样地为衰退型。

图1 滴灌下荒漠绿洲过渡带胡杨种群龄级结构

图2 漫灌下荒漠绿洲过渡带灰叶胡杨种群龄级结构

2.2 滴、漫灌下荒漠绿洲过渡带胡杨/灰杨林种群空间分布格局

滴灌下荒漠绿洲过渡带胡杨种群空间分布格局类型和聚集强度(表3)。滴灌下样地A1、A3、A4胡杨种群的空间分布格局均为聚集分布，A2胡杨种群的种群分布格局为随机分布。

表3 滴灌下不同种群分布格局的测定结果

漫灌下荒漠绿洲过渡带灰叶胡杨种群空间分布格局类型和聚集强度(表4)，B1、B2、B4灰叶胡杨种群的空间分布格局均为聚集分布，样地B3为随机分布。

表4 漫灌对不同灰叶胡杨种群分布格局的测定结果

2.3 滴、漫灌下荒漠绿洲过渡带胡杨/灰杨林种群物种多样性

滴灌下A1样地的物种丰富度、总个体数显著高于其他三个样地(表5)，差异显著，而A2～A4的物种丰富度和总个体数之间差异不显著。四个样地距农田由近及远，多样性指数在逐渐降低，差异显著。

表5 滴灌下不同植物群落物种多样性比较

注：大写字母表示差异达极显著水平(P<0. 01)

滴灌下荒漠绿洲过渡带样方内出现的物种有9种，分别为：胡杨(P. euphratica)、灰叶胡杨(P. pruinosa)、柽柳(T. chinensis)、甘草(G. uralensis)、芦苇(P. australis)、骆驼刺(A. sparsifolia)、铃铛刺(H. halodendron)、胖姑娘(Karelinia caspia Less.)、盐穗木(H. Caspica)。

对漫灌下荒漠绿洲过渡带四个群落的物种多样性进行比较(表6)，距离漫灌农田较近的B3样地，物种丰富度最高、总个体数也较多，且差异显著。四个样地距离河道由近及远，多样性指数呈不规律的变化趋势。

表6 漫灌下不同植物群落物种多样性比较

注：小写字母表示差异达显著水平(P<0. 05)；大写字母表示差异达极显著水平(P<0. 01)

漫灌下荒漠绿洲过渡带样方内出现的物种有10种，分别为：灰叶胡杨(P. pruinosa)、黑果枸杞(L. ruthenicum)、柽柳(T. chinensis)、甘草(G. uralensis)、芦苇(P. australis)、铃铛刺(H. halodendron)、天门冬(A. Persicus)、苦苣菜(Sonchus oleraceus)、蒙古鸦葱(Scorzonera mongolica)、牛皮消(Cynanchum auriculatum)。

滴灌下荒漠绿洲过渡带的植物群落类型距农田由近及远由胡杨-柽柳-骆驼刺-盐穗木逐渐演替为胡杨-柽柳群落，而漫灌下荒漠绿洲过渡带的植物群落类型距河道由近及远，依次为灰叶胡杨-黑果枸杞、灰叶胡杨-柽柳、灰叶胡杨-铃铛刺-甘草-芦苇、灰叶胡杨-甘草，距离农田较近的群落类型较丰富。

3 结论与讨论

3.1 讨论

年龄结构是植物种群的重要特征，关系到种群的发展、生存，种群年龄结构的分析是探索种群动态的有效方法[15]，通过对胡杨/灰叶胡杨种群龄级结构分析，滴灌下距离农田较近的两个样地胡杨种群龄级结构为稳定型，距离农田较远的两个样地为衰退型。漫灌下距离河道较近的两个样地为增长型，其次为稳定型，距离河道最远的样地为衰退型种群，因为胡杨/灰叶胡杨都是河流岸树，对水分要求比较高，而且滴灌地处于荒漠绿洲过渡带边缘，由于绿洲边缘农田排盐碱，在过渡带形成一个盐带，受到节水灌溉(滴灌)的影响，盐带距离农田越来越近，而漫灌对形成了一个较大的脱盐区域，有利于过渡带植被的生长，形成了稳定型种群，而距离农田较远的区域都形成了衰退型的种群，可能都是由于受到水分和盐分的影响，导致植被退化，因此，为了保护胡杨林必须进行生态补水。

自然状态下胡杨种群呈聚集分布格局[17]，研究发现受到水分很盐分影响较大的样地为随机分布，其他样地均为聚集分布；滴灌下距离农田较近的样地形成了一个高盐和高水分的土壤，漫灌下距离农田较远的样地形成了一个高盐土壤。

一般来说，比较稳定的群落，其多样性指标也较高，同一植物群落物种多样性升高会导致群落稳定性提高[18]。滴灌下距离农田越远灰叶胡杨/胡杨群落物种多样性指数越低，虽然荒漠绿洲过渡带中植被种类较少，物种多样性较低，但是距离农田较近植被丰富度相对较高。漫灌下距离河道由近及远，灰叶胡杨种群物种多样性指数变化不规律；距离农田较近的灰叶胡杨种群其物种丰富度、多样性指数相对较高，其原因可能为农田的土壤理化性质、水盐含量相比叶尔羌河河岸更适宜植物生长与繁衍；散落于河漫滩上的植被种子，被叶尔羌河的河水带走或不能萌发生长[19,20]。

3.2 结论

滴灌农田附近的A1、A2两个样地种群龄级结构完整，为稳定型种群；远离农田的A3、A4两个样地种群龄级结构不完整，为衰退型种群。漫灌B1、B2两个样地种群为增长型种群，B3为稳定型种群，B4为衰退型种群。距离农田较近的样地为A2、B3为随机分布，其余均为聚集分布。滴灌下荒漠绿洲过渡带距离农田由近及远，四个群落物种多样性指数逐渐降低，差异极显著；滴灌加速了胡杨/灰叶胡杨种群的衰退演替速度，过渡带植被由旱生植被胡杨(P. euphratica)-柽柳(T. chinensis)向盐生植被盐穗木(H. caspica)演替。滴灌加速了胡杨/灰叶胡杨种群的衰退演替。

[1] PIELOU E C.Mathematical ecology [M].New York:Wiley-Interserence,1985：84-193.

[2] 周志强,魏晓雪,刘彤.新疆奇台荒漠植物群落的数量分类及土壤环境解释[J].生物多样性,2007,15(3)：264-270.

[3] 陈志阳,杨宁,姚先铭,等.贵州省公山秃杉种群生活史特征与空间分布格局[J].生态学报, 2012,32(7)2158-2165.

[4] 周国英.青海湖地区芨芨草群落主要种群分布格局研究[J].西北植物学报,2006,26(3):0579-0584.

[5] 张文辉.裂叶沙参种群生态学研究[M].哈尔滨:东北林业大学出版社，1998：46-48.

[6] 彭少麟.南亚热带森林群落动态学[M].北京:科学出版社，1996：111-112.

[7] 王世绩.全球胡杨林的现状及保护和恢复对策.世界林业研究,1996(6):37-44.

[8] 李志军,焦培培,王玉丽,等.濒危物种灰叶胡杨的大孢子发生和雌配子体发育[J].西北植物学报,2011,31(7):1303-1309.

[9] Margalef R.Information theory in ecology [J].General Systems,1958,32(3): 36-71.

[10] Simpson E H.Measurement of diversity [J].Nature,1949,163:688.

[11] Ludwig J A,Reynolds J F.Statistical Ecology: A Primer on Methods and Computing [M].New York: John Wiley.1988：337.

[12] Whittaker R H.Evolution and measurement of species diversity [J].Taxon,1972,21(2-3):213-251.

[13] 张甘霖,龚子同.土壤调查实验室分析方法[M].北京:科学出版社,2012:55-81.

[14] 邓聚龙. 灰色系统理论教程[M].武汉:华中理工大学出版社.1992:33-78.

[15] 彭少麟.南亚热带森林群落动态学[M].北京:科学出版社, 1996：198-212.

[16] 韩路,王海珍,彭杰.塔里木河上游灰叶胡杨种群结构与空间格局研究[J].塔里木大学学报,2008,20(3):67-71.

[17] 张绘芳,李霞.塔里木河下游胡杨种群空间分布格局分析[J].西北植物学报,2006,26(10):2125-2130.

[18] 李永宏.放牧影响下羊草草原和大针茅草原植物多样性的变化[J].植物学报,1993,35(11): 877-884.

[19] 刘加珍,陈亚宁,李卫红,等.塔里木河下游植物群落分布与衰退演替趋势分析[J].生态学报,2004,24(2):379-383.

[20] 陈亚宁,张宏锋,李卫红,等.新疆塔里木河下游物种多样性变化与地下水位的关系[J].地球科学进展, 2005,20(2):158-165.

The Effects of the Distribution Pattern of Populus Euphratica /Populus Pruinosa Forest and Species Diversity on the Irrigation of Dripping and Flooding

Xi Linqiao Ma Liya Deng Xia Han Lu Zhang Ling*

(College of Animal Science,Tarim University/Key Laboratory of Tarim Animal Husbandry Science and Technology of Xinjiang Production & Construction Corps,Alar,Xinjiang 843300)

P. euphratica / P. pruinosa changes in population structure and diversity will be studiesd throuth analyze the aggregation index and population age structure. Eight 50 m×50 m plots were established in natural Populus euphratica /Populus pruinosa forest in the upper reaches of Tarim River, then investigated and determined them with contiguous grid quadrate method. Two drip irrigation plots that near A1,A2 farmland was stable population and they have complete population age structure.The population in two drip irrigation plots that far from A3,A4 farmland had incomplete age structure,their population were declining. The population of two flooding irrigation plots B1, B2 is grow, B3 is stable,and B4 is declining. Plots close to the A1,A2 farmland was random distribution and the rest were clustered distribution. Four communities’s species diversity index of desert-oasis ecotone under drip irrigation was gradually reduce(P<0. 01)by the position relative to the farmland. Under flooding irrigation, communities’s species diversity index had a irregular change. Drip irrigation speed of the decline and succession of P. euphratica / P. pruinosa population,the vegetation in the transition zone transformed from xerophytic vegetation P. euphratica and T. chinensisto halophytic vegetation Halostachys caspica (H. caspica) . The species diversity index ofthe vegetation community in the transition zone was gradually reduced by the position relative to the farmland.

drip irrigation; flooding; Populus euphratica; Populus pruinosa; population structure; variety

1009-0568(2016)04-0001-07

2015-11-06

973计划前期研究项目(2012CB426507)；新疆生产建设兵团应用基础研究项目(2015AG006)。

席琳乔(1978-)，男，副教授，博士，研究方向为草地生态。 E-mail：gsxlq666@163.com

*为通讯作者 E-mail：1044763025@qq.com

Q948.1

A

10.3969/j.issn.1009-0568.2016.04.001