湖南省衡陽市紫色土丘陵坡地不同恢復(fù)階段植物群落穩(wěn)定性

劉朝輝,　楊　寧

(1.湖南省綏寧縣林業(yè)局,湖南 綏寧 422600;2.湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院 園林學(xué)院,湖南 衡陽 421005)

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湖南省衡陽市紫色土丘陵坡地不同恢復(fù)階段植物群落穩(wěn)定性

劉朝輝1,楊寧2

(1.湖南省綏寧縣林業(yè)局,湖南 綏寧 422600;2.湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院 園林學(xué)院,湖南 衡陽 421005)

摘要：以典型的衡陽紫色土丘陵坡地不同恢復(fù)階段為研究對象，采用空間序列代替時間序列的方法，選用立地條件基本相似的狗尾草群落(Comm.Setaria viridis)(Ⅰ)、紫薇+糯米條-狗尾草群落(Comm.Lagerstroemia indica+Abelia chinensis-Setaria viridis)(Ⅱ)和牡荊+紫薇群落(Comm.Vitex negundo var.cannabifolia+Lagerstroemia indica)(Ⅲ)，通過模糊綜合評價，研究不同恢復(fù)階段植物群落的穩(wěn)定性.結(jié)果表明：(1) 3個植物群落的Margalef豐富度指數(shù)和Whittaker生境多樣性指數(shù)的大小順序為Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ(P<0.05),Simpson優(yōu)勢度指數(shù)的大小順序為Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ(P<0.05),Pielou均勻度指數(shù)差異不大(P>0.05);(2) 3個植物群落的Godron交點坐標(biāo)分別為(35.51,64.51)、(36.23,63.79)和(35.59,64.43)，均偏離穩(wěn)定態(tài)坐標(biāo)(20,80)，處于不穩(wěn)定狀態(tài);(3) 3個植物群落的穩(wěn)定性的隸屬函數(shù)值的大小順序為Ⅲ(0.777)>Ⅱ(0.760)>Ⅰ(0.715)(P<0.05).表3,參24.

關(guān)鍵詞：植被恢復(fù);群落穩(wěn)定性;模糊綜合評價;紫色土;衡陽市

植物群落穩(wěn)定性是植物群落在特定的時空范圍內(nèi)，保持其性質(zhì)與功能基本不變的能力[1]，它與該植物群落所生存空間的生態(tài)因子密切相關(guān)[2-3].目前，國內(nèi)外對植物群落的穩(wěn)定性研究主要是從生物多樣性、頂極群落理論、種內(nèi)與種間競爭協(xié)調(diào)理論等方面展開研究[4-6]，這些傳統(tǒng)的理論認為，只有植物群落結(jié)構(gòu)與功能多樣性化、且向頂極群落演替演替，植物群落的穩(wěn)定性才增強[7].但目前，也有學(xué)者對此觀點提出異議，認為不同的演替階段有不同的穩(wěn)定性[8].

研究采用空間序列代替時間序列的方法[9-11]，以不同恢復(fù)階段的典型植物群落為研究對象，通過對其植物群落結(jié)構(gòu)以及其多樣性進行調(diào)查分析，旨在了解不同恢復(fù)階段穩(wěn)定性的變化趨勢和群落多樣性與穩(wěn)定性的關(guān)系，為該地區(qū)的植被恢復(fù)提供科學(xué)的依據(jù).

1研究地區(qū)與研究方法

1.1研究地區(qū)概況

研究地點位于衡陽市衡南縣譚子山鎮(zhèn)工聯(lián)村、蓮塘村，是典型的紫色土丘崗地區(qū)，地理坐標(biāo)為：26°56′ N，112°20′ E.屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，自2000年以來，年均氣溫17.8 ℃，極端最高氣溫40 ℃，極端最低氣溫-10 ℃，年平均降水量1268.8 mm，蒸發(fā)量1396.1 mm，相對濕度80%，全年無霜期286 d，土層有的較深(在60 cm以上)，有的較淺(在30 cm左右).植物種類：木本植物主要有牡荊(Vitexnegundovar.cannabifolia)、糯米條(Abeliachinensis)、六月雪(Serissajaponica)、紫薇(Lagerstroemiaindica)等；草本植物主要有有禾本科兩耳草(Paspalumconjugatum)、狗尾草(Setariaviridis)、象草(Pennisetumpurpureum)、麥冬(Ophiopogonjaponicus)等，成散生狀或小塊狀分布.

1.2研究方法

(1)研究對象.該地區(qū)植被演替的過程為：草本階段→草灌階段→灌叢階段→喬灌階段→喬林階段[12-13]，在研究區(qū)域內(nèi)，選擇坡向、坡度、坡位等生態(tài)因子基本相似的從低級到高級的3個植物群落：(1)狗尾草群落(Comm.Setariaviridis)(Ⅰ)(坡向：SW15°；坡位：中坡；坡度：25°；海拔：125 m；蓋度：35%；平均植物密度1.89 株.m-2；平均植物高度0.56 m)；(2) 紫薇+糯米條-狗尾草群落(Comm.Lagerstroemiaindica+Abeliachinensis-Setariaviridis)(Ⅱ)(坡向：SW25°；坡位：中坡；坡度：32°；海拔：115 m；蓋度：55%；平均植物密度0.39 株.m-2；平均植物高度1.46 m)；(3) 牡荊+紫薇群落(Comm.Vitexnegundovar.cannabifolia+Lagerstroemiaindica)(Ⅲ)(坡向：SW30°；坡位：中坡；坡度：28°；海拔：130 m；蓋度：85%；平均植物密度0.15 株.m-2；平均植物高度16.9 m).

(2)樣地設(shè)置及調(diào)查方法.在每個植物群落內(nèi)設(shè)置20 m×20 m的喬木樣方1個(每木檢尺，記錄種名、胸徑和冠幅等)，在其四角和中心分別設(shè)置5個4 m×4 m的灌木樣方(測多度、蓋度、高度和頻度等)和1 m×1 m的草本樣方(計測個體數(shù)量、蓋度、高度和頻度等).

1.3評價指標(biāo)及因子

(1)演替現(xiàn)狀.以優(yōu)勢植物種幼樹和幼苗占優(yōu)勢植物種類的比例來評價種群更新潛力[14].

(2)物種多樣性.物種多樣性指標(biāo)包括Marglef豐富度指數(shù)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)和Whittaker生境多樣性指數(shù)，其計測方法參照文獻[15-16].

(3)Gordon測定的理論穩(wěn)定性值.穩(wěn)定性的測定參照鄭元潤改進的M.Godron穩(wěn)定性測定方法(以植物累計的相對頻率作縱坐標(biāo)Y軸，植物種類百分數(shù)橫坐標(biāo)X軸，求與植線x+y-100=0的交點坐標(biāo))[17-18].

1.4數(shù)據(jù)處理

在本研究中，以各恢復(fù)階段植物群落的參評指數(shù)隸屬度平均值來評價植物群落的穩(wěn)定性，每個參評指標(biāo)的權(quán)重是相等的，因此，在本研究中采用標(biāo)準(zhǔn)化處理方法[19-20].其公式為：

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

Y(Xabc)：a恢復(fù)階段中的植物群落類型中第b個層次第c項指標(biāo)的隸屬度，0≤Y(Xabc)≤1；Xabc：a恢復(fù)階段中的植物群落類型中第b個層次第c項指標(biāo)的測定值；Xcmax和Xcmin分別為所有參評植物群落中第c項指標(biāo)的測定值的最大值和最小值.

2結(jié)果與分析

2.1恢復(fù)現(xiàn)狀

從狗尾草群落→紫薇+糯米條-狗尾草群落→牡荊+紫薇群落的演替過程中，植物個體的高度增加、郁閉度增大，因此它們所生存的環(huán)境的受光條件變差，因此，3個植物群落的幼樹幼苗的個體數(shù)量占優(yōu)勢個體數(shù)量的比例減小，分別為78%、56%和45%.

2.2物種多樣性

研究表明(表1)，3個植物群落的Margalef豐富度指數(shù)和Whittaker生境多樣性指數(shù)的大小順序為紫薇+糯米條-狗尾草群落>牡荊+紫薇群落>狗尾草群落(P<0.05)，狗尾草群落和牡荊+紫薇群落的Margalef豐富度指數(shù)分別為紫薇+糯米條-狗尾草群落的35.48%和66.31%；Whittaker生境多樣性指數(shù)分別為53.74%和87.76%.原因在于紫薇+糯米條-狗尾草群落為狗尾草群落和牡荊+紫薇群落的生態(tài)過渡區(qū)，導(dǎo)致這2這個指數(shù)高于前后兩個植物群落[4]；Simpson優(yōu)勢度指數(shù)的大小順序為牡荊+紫薇群落>紫薇+糯米條-狗尾草群落>狗尾草群落(P<0.05)，狗尾草群落和紫薇+糯米條-狗尾草群落Simpson優(yōu)勢度指數(shù)分別為牡荊+紫薇群落的71.43%和90.82%.隨著恢復(fù)的進行，物種之間的的競爭Simpson優(yōu)勢度指數(shù)隨恢復(fù)的進行而增大；3個植物群落Pielou均勻度指數(shù)差異不大，從另一個側(cè)面說明，由于競爭排斥假說，植物有最大化擴大其生存潛力的能力[21].

表1　3種植物群物種多樣性指數(shù)

注(Note):同行不同字母表示相同指數(shù)在不同植物群落差異顯著(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穩(wěn)定性測定值

采用Godron穩(wěn)定性測定方法，用DPS12.0進行平滑性模擬，得出3個植物群落的二次拋物曲線的回歸曲線，其曲線的P值<0.001，然后求出各二次拋物曲線與x+y-100=0的交點坐標(biāo)(X,Y)，其交點坐標(biāo)分別為(35.51,64.51)、(36.23,63.79)和(35.59,64.43)，均偏離穩(wěn)定態(tài)坐標(biāo)(20,80)，所以3個植物群落均處于不穩(wěn)定狀態(tài).

表2　3個植物群落穩(wěn)定性分析

2.4群落穩(wěn)定性評價

對參評的各項指數(shù)進行進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，從恢復(fù)現(xiàn)狀、物種多樣性、Gordon穩(wěn)定性來求得各植物群落的隸屬值[22-24].從恢復(fù)現(xiàn)狀來看，3個植物群落的大小順序為狗尾草群落(1.00)>紫薇+糯米條-狗尾草群落(0.76)>牡荊+紫薇群落(0.65)(P<0.05)，狗尾草群落的恢復(fù)現(xiàn)狀值分別為紫薇+糯米條-狗尾草群落和牡荊+紫薇群落的1.32和1.54倍；從物種多樣性來看，3個植物群落的大小順序為紫薇+糯米條-狗尾草群落(0.65)>狗尾草群落(0.57)>牡荊+紫薇群落(0.35)(P<0.05)，狗尾草群落和牡荊+紫薇群落的物種多樣性值分別為紫薇+糯米條-狗尾草群落的53.85%和87.69%；從Gordon穩(wěn)定性來看，3個植物群落的大小順序為牡荊+紫薇群落(1.00)>狗尾草群落(0.98)>紫薇+糯米條-狗尾草群落(0.88)(P<0.05)，牡荊+紫薇群落Gordon穩(wěn)定性值分別為狗尾草群落和紫薇+糯米條-狗尾草群落的1.02和1.14倍.綜合所得，3個植物群落的穩(wěn)定性的隸屬函數(shù)值的大小順序為牡荊+紫薇群落(0.777)>紫薇+糯米條-狗尾草群落(0.760)>狗尾草群落(0.715)(P<0.05).

表3　3個植物群落穩(wěn)定性評價隸屬函數(shù)值

3討論與結(jié)論

3.1討論

通過隸屬數(shù)值方法得出，隨著恢復(fù)的進行，3個群落豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)呈現(xiàn)出增大的趨勢，因此，群落穩(wěn)定性不斷加強，這與傳統(tǒng)和演替理論一致[4，25].在本研究中，利用Gordon穩(wěn)定性測定方法測得的3個植物群落的穩(wěn)定性均遠離穩(wěn)定的平衡點，原因可能與這3個植物群落自身的原因有關(guān)，因為這3個植物群落均處于演替的早期或中期階段，遠沒有達到頂極階段，群落的更新潛力均很強，從而導(dǎo)致穩(wěn)定性結(jié)果偏離平衡點.

群落演替的實質(zhì)是植物與土壤、水分和氣候等相互作用的過程[26]，因此，在該區(qū)域的植被恢復(fù)過程中，必須改善區(qū)域的水、土等生態(tài)條件，促進該區(qū)域植物群落的正向演替發(fā)展.

3.2結(jié)論

采用空間序列代替時間序列的方法，選擇選擇坡向、坡度、坡位等生態(tài)因子基本相似的從低級到高級狗尾草群落、紫薇+糯米條-狗尾草群落和牡荊+紫薇群落，并對它們的穩(wěn)定性進行研究，得出以下主要結(jié)論：

(1) 3個植物群落的Margalef豐富度指數(shù)和Whittaker生境多樣性指數(shù)的大小順序為紫薇+糯米條-狗尾草群落>牡荊+紫薇群落>狗尾草群落(P<0.05)； Simpson優(yōu)勢度指數(shù)的大小順序為牡荊+紫薇群落>紫薇+糯米條-狗尾草群落>狗尾草群落(P<0.05)，Pielou均勻度指數(shù)差異不大(P>0.05).

(2) 3個植物群落的Godron交點坐標(biāo)分別為(35.51,64.51)、(36.23,63.79)和(35.59,64.43)，均偏離穩(wěn)定態(tài)坐標(biāo)(20,80)，處于不穩(wěn)定狀態(tài).

(3) 3個植物群落的穩(wěn)定性的隸屬函數(shù)值的大小順序為牡荊+紫薇群落(0.777)>紫薇+糯米條-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.

中圖分類號：Q146

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-7300(2016)01-007-06

作者簡介：劉朝輝(1972-)，男，湖南綏寧人，助理工程師，研究方向：森林培育與森林生態(tài).

基金項目：國家科技支撐計劃項目(編號: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.