渭干河-庫車河三角洲綠洲鹽生植被物種多樣性研究

王雪梅,柴仲平,塔西甫拉提?特依拜

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院,烏魯木齊830054;2.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊830046;3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊830052)

鹽生植物作為地球上廣泛分布的一類特殊的植物類群,是人類難得的基因?qū)殠靃1-2]。對于土壤環(huán)境因子與植被群落間的相關(guān)關(guān)系,國內(nèi)外已有學(xué)者做了廣泛探討[3-7]。具體研究也證明土壤環(huán)境因子對植物群落的物種多樣性起關(guān)鍵作用,但以往研究多側(cè)重于對鹽沼植被及其生境的研究[8-11],對于干旱區(qū)鹽生植被的研究還有待進一步深入。本文選擇西北干旱區(qū)典型綠洲渭干河-庫車河三角洲綠洲為主要研究區(qū)域,利用雙向指示種分析法對渭干河-庫車河三角洲綠洲鹽生植被進行分類,分析表層土壤pH值、含水量、電導(dǎo)率、TDS(溶解性總固體)、含鹽量和8大離子等12項土壤環(huán)境因子對鹽生植物群落物種多樣性的影響,此項研究將有利于揭示干旱區(qū)鹽生植被生態(tài)系統(tǒng)形成和發(fā)育的機理,為干旱區(qū)鹽生植被的開發(fā)與保護提供科學(xué)依據(jù)。

1 主要植被物種簡介

在研究區(qū)內(nèi),植被群落主要由喬木、灌木和草本植物群落構(gòu)成。其中,草本植物主要有蘆葦(Phragmitesaustralis)、甘草(Glycyrrhiza inf late)、羅布麻(Poacynum hendersonii)、駱駝刺(Alhagi sparsi folia)、豬毛菜(Salsola arbuscula)等,灌木主要為檉柳(Tamarixram osissina)、梭梭 (Haloxylon ammodendron)、白梭梭(Haloxylon persicum)、鹽穗木(Halostachyscaspica)、鹽節(jié)木(Halocnemum strobilaceum)、鈴檔刺(Halinodenron halodendron)等,喬木主要是胡楊(Populus euphratica)。該區(qū)植被為多汁肉質(zhì)鹽生灌叢和泌鹽植物,這些植被含有大量可溶性鹽分,殘落物和殘體經(jīng)礦化分解歸入土壤,可加劇土壤積鹽過程。

2 數(shù)據(jù)采集及處理

2.1 樣地布設(shè)及數(shù)據(jù)采集

為保證樣品代表性,研究組以2007年的ALOS影像為工作底圖,在GPS技術(shù)支持下,在土壤圖、地形圖和土地利用等輔助信息基礎(chǔ)上先進行室內(nèi)布點,使采樣點盡可能遍及研究區(qū)范圍內(nèi)主要的土地利用類型和植被類型,而且盡可能使樣點分布具有隨機規(guī)律,利于進行統(tǒng)計分析。先后于2007年7月和2008年4月在研究區(qū)內(nèi)展開詳細調(diào)查,共調(diào)查樣地81個,剔除植被稀少和調(diào)查數(shù)據(jù)不全樣方,最終確定了49個樣地。每個樣地隨機調(diào)查1個30 m×30 m喬木樣方,3個10 m×10 m的灌木樣方和3個1 m×1 m的草本樣方,對于上述每一調(diào)查樣方,記錄其植被組成、數(shù)量及其各植物種的密度、多度、蓋度和株高等數(shù)據(jù)。取每個樣地中3個灌木和草本調(diào)查樣方各物種上述指標的平均值作為該樣地的計算參數(shù)。考慮到采樣點周圍土壤性質(zhì)相對成因一致,環(huán)境因子類似,異質(zhì)性較小,在每個樣地內(nèi)隨機設(shè)置3個采樣點,分別于0-10,10-30,30-50 cm土層處采集土樣。將同一樣地的3份土樣混合均勻,用于土壤各指標的測量。野外工作使用統(tǒng)一的野外調(diào)查記錄表,并按照野外調(diào)查的要求進行詳細記錄。每個樣點均進行統(tǒng)一編號,進行GPS定位,景觀描述,并配合拍攝相應(yīng)的景觀照片,以備后期必要時進行核對。

2.2 分析方法

土壤樣品帶回室內(nèi)風(fēng)干,分析方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法》(中國土壤學(xué)會,1983)進行,將預(yù)處理后土樣按5∶1水土比進行浸提,用Orion 115A+儀器測定浸提液25℃時的電導(dǎo)率、含鹽量、TDS(Total Dissolved Solids的縮寫,即溶解性總固體,單位:mg/L);pH值的測定是按2∶1水土比浸提,SM210型數(shù)字式酸度計測定;土壤含水量采用烘干法測定;CO2-3和 HCO-3采用雙指示劑中和法測定;Cl-采用AgNO3滴定法測定;SO2-4 采用EDTA間接滴定法測定;Ca2+和Mg2+采用EDTA絡(luò)合滴定法測定;Na++K+采用陰陽離子平衡法測定[12]。

2.3 植被數(shù)量指標的計算

通過對各樣地植被物種的各項調(diào)查數(shù)據(jù)進行整理后,采用重要值(Important Value,IV)作為各物種在群落中的優(yōu)勢度指標[13]。在不影響表達群落特征的前提下,我們除去了蓋度小于1%且出現(xiàn)幾率較小的植物種,以49個樣地11個植物種的重要值組成樣地-物種矩陣。重要值計算公式如式(1)。

IV=(相對多度+相對蓋度)/200 (1)式中:相對多度=某個種的多度/所有種的多度之和×100%;相對蓋度=某個種的蓋度/所有種的蓋度之和×100%(灌木蓋度=東西冠幅×南北冠幅/樣地面積)。

物種多樣性主要采用Patrick豐富度指數(shù)(R)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(C)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)和Pielou均勻度指數(shù)(E)等指標來反映研究區(qū)植被分布的數(shù)量特征。

3 雙向指示種分類

目前對于植被數(shù)量特征的定量分析,國內(nèi)外常用的主要方法是雙向指示種分析法對植被群落類型進行劃分[10,13-17]。雙向指示種分析法(Two-Way Indicator Species Analysis,TWINSPAN),是 20 世紀80年代以后至今使用最多的植物群落分類方法,也是目前最有效的群落定量分類方法。該方法是一種等級分類法,以整個數(shù)據(jù)矩陣為基礎(chǔ),以二歧式的分割法來劃分群落類型,可以同時給出群落分類結(jié)果和物種分類結(jié)果。雙向指示種分類法能同時完成對群落種類和樣地分類。它首先把所有樣地和種類分成0和1兩大類,然后這兩大類再各自劃分成兩類以此類推,直至達到所要求的劃分水平為止。

4 結(jié)果分析

4.1 植被群落類型的確定

為了分析干旱區(qū)鹽生植被類型的空間分異規(guī)律,用雙向指示種分析法(TWINSPAN)對渭干河-庫車河三角洲綠洲49個樣地11個主要植物種進行分類。分類時將物種重要值分為 0～0.10,0.10～0.25,0.25～0.50,0.50～0.75,0.75～1.00共5個等級。采用第3級的劃分結(jié)果,最終將渭干河-庫車河三角洲綠洲鹽生植被劃分為6個群落類型。各群落類型的名稱依據(jù)其優(yōu)勢種和TWINSPAN分類時的指示種確定,命名方法參考《中國植被》和其他相關(guān)文獻[18-20]。分類結(jié)果如圖1所示。

群落Ⅰ:檉柳+梭梭群落。包括樣地 3,5,23,29,33,36,44和46,以檉柳和梭梭為主要優(yōu)勢種。檉柳蓋度(平均蓋度,下同))約為17.8%,梭梭蓋度約為10%。一般檉柳的優(yōu)勢度要略高于梭梭,是IWINSPAN分類時該群落的指示種。此外,樣地44中有少量駱駝刺出現(xiàn),樣地45中有胡楊出現(xiàn)。

群落Ⅱ:駱駝刺+梭梭群落。包括樣地2,4,10,11,27,35,41,42和47,以駱駝刺為優(yōu)勢種,駱駝刺蓋度約為28.3%,梭梭蓋度約為10.7%,但僅在樣地13,14和16中出現(xiàn)。另有個別樣地中伴生有少量鹽介木和鹽穗木。

群落Ⅲ:檉柳-鹽穗木+鹽節(jié)木群落。包括樣地1,13,17,19,20,34,38,40和43,該群落以檉柳和鹽穗木、鹽節(jié)木為共生優(yōu)勢種,檉柳蓋度約為12.7%,鹽穗木蓋度約為12.4%,鹽節(jié)木蓋度僅為4.8%。在IWINSPAN分類時檉柳和鹽穗木為該群落的指示種,而鹽節(jié)木僅在樣地38和42中出現(xiàn)。

群落Ⅳ:梭梭群落。包括樣地24,31,32,45,48和49,梭梭蓋度約為25.0%。該群落以梭梭為單優(yōu)勢種和指示種,群落結(jié)構(gòu)十分簡單,基本不存在其他伴生種。

群落Ⅴ:檉柳+蘆葦群落。包括樣地6,7,8和9。該群落以檉柳和蘆葦為優(yōu)勢種,檉柳蓋度約為33.7%,蘆葦蓋度約為25.5%。在＇IWINSPAN分類時檉柳為該群落的指示種。此外,在樣地30中有少量鹽穗木相伴出現(xiàn)。

群落Ⅵ:蘆葦+駱駝刺群落。包括樣地12,14,15,16,18,21,22,25,26,28,30,37和39。該群落以蘆葦和駱駝刺為主要優(yōu)勢種,蘆葦蓋度約為44.0%,駱駝刺蓋度僅為5.0%。在＇IWINSPAN分類時蘆葦為該群落的指示種,而在個別樣地中有少量白刺和河西苣相伴而生。

圖1 TWINSPAN分類結(jié)果

4.2 不同植被群落類型的物種多樣性分析

對6種植被群落與物種多樣性關(guān)系進行分析(圖2):以梭梭為單優(yōu)勢種的群落Ⅳ有最高的優(yōu)勢度指數(shù)(C)和最低的豐富度指數(shù)(R)、多樣性指數(shù)(H′)和均勻度指數(shù)(E),表明群落Ⅳ在這6種群落中物種多樣性最低,群落結(jié)構(gòu)最為簡單;以駱駝刺為優(yōu)勢種和梭梭為主要伴生種的群落Ⅱ相對于其它群落具有較高的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù),但優(yōu)勢度指數(shù)較低,表明群落Ⅱ中優(yōu)勢種長勢不顯著,常與其它伴生種相伴而生,群落物種多樣性較高,結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定;以檉柳和梭梭為共優(yōu)勢種的群落Ⅰ具有最高的物種豐富度和中等水平的優(yōu)勢度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù),說明群落Ⅰ物種數(shù)目較多,群落結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜;以蘆葦和駱駝刺為共優(yōu)勢種的群落Ⅵ具有較高的物種豐富度和物種多樣性,物種優(yōu)勢度和物種均勻度水平居中,群落結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜;群落Ⅲ和Ⅴ的物種豐富度指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)在6種群落中均表現(xiàn)為中等居上水平,可見其物種多樣性也較高,群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

4.3 不同植被群落物種多樣性與土壤因子的相關(guān)分析

Spearman相關(guān)分析結(jié)果(表1)表明:物種豐富度指數(shù) R與電導(dǎo)率、TDS、含鹽量、Cl-、Ca2+和Mg2+相關(guān)關(guān)系最為顯著(P＜0.01),與 SO2-4 及K+與Na+有較為顯著的相關(guān)關(guān)系(P＜0.05);物種優(yōu)勢度指數(shù)C與pH值、電導(dǎo)率、TDS、含鹽量和HCO-3有顯著的相關(guān)關(guān)系(P＜0.01),與Cl-的相關(guān)關(guān)系最為顯著(P＜0.001),與含水量、TDS及 K+與 Na+有較為顯著的相關(guān)關(guān)系(P＜0.05);物種多樣性指數(shù) H′與電導(dǎo)率、含鹽量和HCO-3有顯著的相關(guān)關(guān)系(P＜0.01),與Cl-有極為顯著的相關(guān)關(guān)系(P＜0.001),與 pH 值、TDS 、SO2-4 、Ca2+、Mg2+及 K+與 Na+有較為顯著的相關(guān)關(guān)系(P＜0.05);物種均勻度指數(shù)E與Cl-有顯著的相關(guān)關(guān)系(P＜0.01),與pH 值、電導(dǎo)率、TDS、含鹽量、SO2-4 及 K+與 Na+有較為顯著的相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)。

圖2 不同植被群落物種多樣性分布圖

從物種多樣性與土壤因子的相關(guān)關(guān)系可以看出,物種多樣性與土壤酸堿度和土壤鹽分有顯著相關(guān)關(guān)系,其中豐富度指數(shù)(R)、多樣性指數(shù)(H′)和均勻度指數(shù)(E)與土壤酸堿度和土壤鹽分負相關(guān)關(guān)系顯著,而優(yōu)勢度指數(shù)(C)與土壤酸堿度和土壤鹽分具有顯著正相關(guān)關(guān)系。由于研究區(qū)域土壤堿化程度高,絕大多數(shù)土壤偏堿性,使生長在鹽漬化土壤上的植物向耐鹽堿的生態(tài)適應(yīng)方向發(fā)展,因而,土壤酸堿度和鹽度是與多樣性顯著相關(guān)的限制性因子。在渭干河和庫車河灌區(qū)由于地下水位較高,整體上可以滿足植物生長發(fā)育的需要。加之當?shù)刂饕植家恍┖瞪虺瞪参?利用有限的水分就可以完成生活史。因此,物種多樣性與水分關(guān)系不明顯。

表1 物種多樣性與土壤因子的相關(guān)系數(shù)

5 結(jié)論與討論

由于鹽生植物的多樣性明顯受到土壤鹽分的制約,除檉柳、鹽穗木、鹽節(jié)木和蘆葦?shù)壬贁?shù)鹽生植物可以廣泛分布于各種鹽漬化生境中,具有較寬的鹽分適應(yīng)幅度以外,多數(shù)鹽生植物都局限分布于較窄的鹽分區(qū)間,隨土壤含鹽量的增加,多樣性降低,這時主要可以見到檉柳、鹽穗木、鹽節(jié)木和蘆葦,它們常常成為鹽生植物群落的建群種、優(yōu)勢種或主要伴生種。由于它們的耐鹽能力不同,其分布幅度也有一定的差異。檉柳、鹽穗木可以分布于各種鹽漬化生境,并隨土壤含鹽量的增加,優(yōu)勢度指數(shù)也在增加。而鹽節(jié)木則主要分布于低洼積水的重度鹽漬化生境。以上幾種鹽生植物都具有很高的耐鹽能力,調(diào)查結(jié)果也表明這些鹽生植物都是重度鹽漬化生境的建群種或優(yōu)勢種,并常常形成單優(yōu)勢種群落。蘆葦是對鹽分適應(yīng)幅度最廣的草本植物,在輕度鹽漬化環(huán)境中常形成純?nèi)郝?而在重度鹽漬化環(huán)境中常成為群落重要的伴生種。

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