黃土丘陵區(qū)天然群落的植物組成與生態(tài)適應性

黃土丘陵區(qū)天然群落的植物組成與生態(tài)適應性

群落的組成是反映結構變化的重要指標。群落植物組成和區(qū)域組成是了解群落特征的基礎和關鍵。群落的植物物種多樣性是表征植物群落結構的重要參數(shù),能客觀的反映群落內(nèi)物種組成的變化,其中物種多樣性、物種豐富度是生態(tài)恢復的核心指標。由于環(huán)境因子對群落的物種組成有著深刻的影響,因此,群落的物種多樣性必然要反映環(huán)境對群落的這種影響本研究選擇具有代表性的4種立地條件,通過對不同立地條件下天然植物群落組成、植物多樣性及其與環(huán)境因子的關系的研究,從群落結構組成的空間變異來分析環(huán)境因子對群落組成和植物多樣性的影響,探索陜北黃丘陵區(qū)天然群落自然恢復過程中群落的結構組成、多樣性與環(huán)境因子的關系,為該區(qū)植被恢復提供有效借鑒。1研究領域的總結和研究方法1.1旱半干旱區(qū)人工濕地植物生長特性研究區(qū)位于陜北安塞縣高橋鄉(xiāng),主要為梁峁狀黃土丘陵。全區(qū)海拔1000~1400m,年均日照時數(shù)2300~2570h,年均降雨量490.5~663.3mm,多集中在7-9月份,屬干旱半干旱區(qū)。年均溫7.7~10.6℃,無霜期157d,≥10℃積溫3170.3℃。土壤以黃綿土為主。地帶性植被為森林草原,植物以菊科(Compositae)、豆科(Leguminosae)、禾本科(Poaceae)和薔薇科(Rosaceae)的物種為主。分布較廣且有代表性的植物種有鐵桿蒿(Artemisiasacrorum)、達烏里胡枝子(Lespedezadahurica)、白羊草(Bothriochloaischaemum)、長芒草(Stipabungeana)、茭蒿(Artemisiagiraldii)等。1.2學習方法1.2.1調(diào)查樣地的設置在高橋北宋塔、任臺溝和劉坪溝3條溝道,選擇群落類型相同、外貌相似的4個立地8個群落(設2個重復),這4個立地分別是陰坡上坡位、陰坡下坡位、陽坡上坡位和陽坡下坡位(表1)。2008年6月、8月、10月初,用樣方法進行群落調(diào)查,研究區(qū)的灌木基本上都是矮小的半灌木,因此灌木樣方面積為2m×2m,草本樣方面積為1m×1m,每個樣地設置10個樣方。調(diào)查指標包括植物種類、高度、蓋度、多度、頻度和生活型等。3次調(diào)查的數(shù)據(jù)取其平均值用作數(shù)據(jù)處理。生境因子記錄地理位置、海拔高度、坡向以及坡度。1.2.2樣地設置與分析于2008年6月、8月、10月初,用烘干稱重法測定0~100cm土層(除表層為0~10cm外,其余為每20cm一層)的土壤含水量。每塊樣地設置3次重復,取平均值作為該樣地當月的土壤含水量。2008年8月采集土樣進行土壤養(yǎng)分分析。取樣深度為0~20和20~40cm,按S形設5個重復,同一樣地5個重復的土樣按相同層次混合成一個樣品,風干、磨碎、過篩,以四分法將土樣調(diào)減到所需的量。有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法外加熱法1.2.3物種總數(shù)(simpson)重要值(IV)的計算公式生物多樣性指數(shù)采用Simpson指數(shù)D、Shannon-Wiener(1949)指數(shù)H、Patrick(1949)豐富度指數(shù)D式中:S為物種總數(shù);N1.2.4生命類型的定義本研究用Whittaker的生長型系統(tǒng)來表示生活型,即用群落中植物莖的木質(zhì)化程度來確定生活型1.3處理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采用SPSS13.0軟件進行分析。2結果與分析2.1坡向植物的組成由表2可知,不同立地的群落,物種的組成數(shù)目從大到小的順序為:陰坡下坡位>陰坡上坡位>陽坡下坡位>陽坡上坡位。各群落相比,屬的個體數(shù)之和與種的組成有相同的規(guī)律,即陰坡屬的數(shù)目大于陽坡,下坡位物種屬數(shù)大于上坡位。從大類群的組成來看,陰坡科的數(shù)目大于陽坡;同一坡向不同坡位相比,陰坡2個立地的科數(shù)目相同,陽坡下坡位科的數(shù)目是上坡位的2倍;植物組成以雙子葉居多,單子葉次之,裸子植物最少;且都屬于高等植物。4個立地各群落植物種類屬于菊科、禾本科、豆科、薔薇科這4大科的比例較高,群落植物組成主要集中在這4大科內(nèi)。這4大科中又以菊科物種最多,禾本科次之,豆科較少,薔薇科最少。其中陰坡上坡位這4大科植物占本群落植物種之和的64.58%,陰坡下坡位占68.42%,陽坡上坡位占86.76%,陽坡下坡位占74.19%。相對而言,這4大科的植物更適合陽坡生長,主要原因是菊科、禾本科等植物比較能適應干旱的環(huán)境。2.2不同坡向的優(yōu)勢種和伴生種重要值表示一個種的優(yōu)勢程度,是反映該種群在群落中的相對重要性的一個綜合指標和對所處群落的適應程度由表3可知,有些物種雖然在不同立地條件下均有分布,但是在不同群落中的功能和作用卻不同,如鐵桿蒿在陰坡上坡位、陽坡上坡位、陽坡下坡位均為優(yōu)勢種,而在陰坡下坡位為亞優(yōu)勢種。達烏里胡枝子在陰坡上坡位和陽坡上坡位是伴生種,而在陽坡下坡位卻是亞優(yōu)勢種。同一坡向的上、下坡位,優(yōu)勢種和伴生種重要值不同,因此形成的群落結構也不一樣。鐵桿蒿和南牧蒿(A.eriopoda)在陰坡上坡位和陰坡下坡位均占有重要地位,只不過優(yōu)勢種和亞優(yōu)勢種剛好互換。陽坡的上坡位和下坡位的優(yōu)勢種均為鐵桿蒿,而陽坡上坡位的亞優(yōu)勢種為無芒隱子草(Cleistogenessongorica)和茭蒿,陽坡下坡位的亞優(yōu)勢種為達烏里胡枝子。杠柳(Periplocasepium)在陽坡的2個坡位均為伴生種,而在陰坡的2個坡位雖然也有分布,但其重要程度卻比不上陽坡的2個坡位。由表3還可看出,各個立地優(yōu)勢種的重要值均較小,重要值指數(shù)分配比較分散。如陽坡上坡位的鐵桿蒿的重要值為所有物種中最大的重要值,僅僅為18.42%,各個樣地主要伴生種的重要值指數(shù)均較小。因此各個群落中物種的優(yōu)勢地位不是很明顯。2.3灌木群落的物種組成幾種生活型相比,各個立地有相同的趨勢:多年生草本植物占優(yōu)勢,重要值之和均大于59.73%,其次是半灌木,一、二年生草本植物和灌木的比例均較小。同一坡向不同坡位相比,一、二年生草本植物和灌木均是下坡位優(yōu)于上坡位。而多年生草本植物和灌木的重要值卻是上坡位大于下坡位。各個立地的群落中,灌木主要局限在幾個物種之間,如陰坡上部是灌木鐵線蓮(Clematisfruticosa)、尖葉胡枝子(Lespedezajuncea);陰坡下坡位的灌木是杠柳、紫丁香(Syringaoblata)、柔毛繡線菊(Spiraeapubescens)、尖葉胡枝子和山莓(Rubuscorchorifolius);陽坡上坡位是灌木鐵線蓮、杠柳和狼牙刺(Sophoraviciifolia);陽坡下坡位是灌木鐵線蓮、杠柳、扁核木(Prinsepiauniflora)、紫丁香和狼牙刺。立地之間相比,下坡位的灌木物種多于上坡位。各立地的半灌木物種數(shù)目相同,均是鐵桿蒿和達烏里胡枝子。草本植物主要以禾草類和蒿草類為主。2.4群落相似性系數(shù)(jaccd)群落相似性表示2個群落共有的基本特征,相似性的大小直接反映群落間的相似程度。相似性系數(shù)是測量群落間或者樣方間種類組成上的相似程度的一種指標。二元數(shù)據(jù)Jaccord相似系數(shù)結果表明(表5):陽坡上坡位和陽坡下坡位的群落相似性最大,2個相似系數(shù)為0.5429,陰坡的上下2個坡位次之,相似性系數(shù)為0.4474。陰坡下坡位與陽坡上坡位相似性最小,相似系數(shù)為0.2388。即同一坡向不同坡位的群落間相似性較高,而不同坡向不同坡位的群落間相似性較低。2.5物種多樣性的影響4種立地條件下,相同坡位不同坡向相比,Simpson指數(shù)和Shannon-Wienner指數(shù)具有相同的規(guī)律:陽坡大于陰坡;Patrick豐富度指數(shù)表現(xiàn)為陰坡大于陽坡。同一坡向不同坡位相比,Simpson指數(shù)、Patrick豐富度指數(shù)以及Shannon-Winner指數(shù)均是下坡位大于上坡位。經(jīng)Tukey多重比較,各立地群落中Patrick豐富度指數(shù)表現(xiàn)為:陰坡與陽坡相比時不論是上坡位還是下坡位均達顯著水平(P<0.05),且陰坡下坡位分別與陽坡上坡位和陽坡下坡位的差異達極顯著水平(P=0.0035<0.01,P=0.0079<0.01)。其他各指數(shù)均差異不顯著。多樣性指數(shù)之間大多顯著相關,因為多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)反應的群落特征具有一致性由表7可知,坡度與物種多樣性成顯著負相關,隨著坡度的增大,物種多樣性將會減少;土壤含水量與多樣性指數(shù)、土壤有機質(zhì)與多樣性指數(shù)、植被蓋度和多樣性指數(shù)之間成顯著正相關(P<0.05)。土壤水分及有機質(zhì)含量的增加,植物生長的環(huán)境得到改善,物種多樣性將會提高;植被蓋度增加,物種多樣性隨著提高。此外,海拔高度和多樣性指數(shù)成負相關,坡向和多樣性指數(shù)成正相關(P>0.05)。說明隨著海拔、坡向也會對物種多樣性產(chǎn)生影響,但是海拔和坡向?qū)Χ鄻有缘挠绊戇h不如土壤含水量、坡度以及有機質(zhì)含量明顯。由表8可知:土壤含水量與多樣性指數(shù)之間的回歸分析的t值為4.4917,其值大于檢驗值t3討論和結論3.1不同植物種類群落的生態(tài)適應性黃土丘陵區(qū)由于其特殊的地理位置和生態(tài)環(huán)境,土壤水分具有非常重要的意義,它不僅影響植物的個體發(fā)育,而且決定著植物的類型,限制植被的分布本研究中,各立地群落植物的種類主要集中在菊科、禾本科、豆科、薔薇科,其他科的物種相對少且分散,這4大科的植物具有較強的生態(tài)適應性,能適應陜北黃土丘陵區(qū)干旱少雨、土壤貧瘠的生態(tài)環(huán)境,是各個立地群落的主要組成部分;其中鐵桿蒿在各立地均有分布,且重要值相對較大,為各個立地的優(yōu)勢種或者亞優(yōu)勢種,表明菊科中的鐵桿蒿在當?shù)胤植挤秶軓V,適應性強,在植被恢復重建過程中該種應優(yōu)先考慮。群落的結構組成是群落的基本特征,分類上來自不同科、屬的植物形態(tài)特征上的差異,也可能預示著差異多樣的生態(tài)屬性。重要值表示一個種的優(yōu)勢程度,是反映該種群在群落中相對重要性的一個綜合指標和對所處群落的適應程度不同立地條件下的群落,因組成群落各物種的生物、生態(tài)學特性不同,使群落的結構組成表現(xiàn)出一定差異。該研究中出現(xiàn)群落結構簡單,物種單一且數(shù)目偏少,科、屬和種相對集中,以及物種的生活型是以草本植物占據(jù)優(yōu)勢、灌木和半灌木較少的局面,主要與陜北黃土丘陵區(qū)干旱少雨的大環(huán)境有關,其次是由組成群落物種的生物學特性所決定。3.2立地條件的影響在本研究中,不同立地條件下群落的Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)以及Patrick豐富度指數(shù)的變化規(guī)律主要與各個立地的水分條件關系密切。因此在該區(qū)進行植被建設時應優(yōu)先選擇水分條件較好的陰坡以及下坡位,在改變局部環(huán)境的情