_黑土滩_退化草地_高寒湿地及其交错区植物群落结构多样性

/黑土滩0退化草地、高寒湿地及其
交错区植物群落结构多样性
徐松鹤1,尚占环2,龙瑞军1,2,3,齐文娟1
(1.甘肃农业大学草业学院,甘肃兰州730070; 2.兰州大学草地农业科技学院,农业部草地农业生态系统
学重点开放实验室,甘肃兰州730020; 3.中国科学院西北高原生物研究所,青海西宁810008)
摘要:采用样方调查方法研究了青藏高原江河源区/黑土滩0退化草地、高寒湿地及其二者交错区的植物群落结构及其多样性。

结果表明,交错区植物群落多样性最高,/黑土滩0退化草地植物群落多样性明显高于高寒湿地植物群落多样性。

高寒湿地植物群落中以莎草科植物占优势,/黑土滩0退化草地则以毒杂草占绝对优势,交错区可食性杂草类群较多。

从3种植物类型区物种构成变化看,尽管3者互相毗邻,但是/黑土滩0可能是其他高寒植被类型退化演替而形成,不能证明/黑土滩0与其临近的高寒湿地存在群落发生学关系。

以毒杂草构成为主的/黑土滩0次生植被则对其周边高寒湿地具有明显的侵入性和生态胁迫,因此必须加强对江河源区/黑土滩0退化草地的治理。

关键词:/黑土滩0退化草地;高寒湿地;群落结构多样性
中图分类号:Q948.15;S812.8文献标识码:A文章编号:1009-5500(2007)04-0045-05
近年来,青藏高原三江源地区/黑土滩0退化草地的面积正在迅速的扩增。

为了治理/黑土滩0退化草地,我国已经投入大量资金和科技力量[1~3]。

但是,关于/黑土滩0的来源目前学术界仍存在争论。

一般认为,/黑土滩0是由高寒草甸退化产生[4~6]。

实际调查发现/黑土滩0大多分布于江河源区的河流沿岸滩地,而其周围群落多为山地草地和河流湿地[7~8]。

那么这些/黑土滩0是山地草地退化而形成,是高寒湿地衰退而形成,还是另有其原始植被类型?这个问题的解决对/黑土滩0恢复工程中/自我设计0技术具有重要指导意义。

为揭示/黑土滩0与其周边植被的关联性,选择了典型高寒湿地草地及其周围的/黑土滩0草地,以及二者的交错区,进行植物群落结构和多样性方面的研究,为深入研究高寒地区/黑土滩0退化草地来源问题提供参考资料。

收稿日期:2007-01-16;修回日期:2007-04-05
基金项目:国家自然基金项目(30371021,30600426)和中
科院/百人计划0项目资助。

作者简介:徐松鹤(1981-),男,内蒙古包头人,在读硕士。

龙瑞军为通讯作者。

1材料和方法
1.1研究区概况
试验地位于青海省南部果洛藏族自治州境内的黄河源区,玛沁县大武河沿岸滩地,国家/十#五0攻关项目区域范围,包括河滩高寒湿地草地,/黑土滩0退化草地以及二者过渡区域,海拔3740~3750m,地理位置N34b27c,E100b12c,年均温-0.6e。

极端最低气温-34.9e,最冷月1月平均气温-12.9e,最热月7月平均气温9.1e,>0e的年积温1210.6e,> 5e的年积温865.0e,野生牧草生长季120d左右,年降水量513mm,多集中在5~9月,雨热同季,年蒸发量1459mm,年日照时数2571h,无绝对无霜期。

1.2取样方法
在3个研究区域内分别设置40m@40m样地,在样地内调查物种种数;同时在样地内设置50cm@50 cm典型样方10~15个,调查样方内所有物种的个体数、盖度[9]和重要值。

重要值(Pi)=(相对密度+相对盖度)@2/100[10]。

1.3分析方法
群落结构特征根据样方中物种重要值确定群落中
物种优势程度,用来描述群落物种组成及结构特征。

多样性指数采用DPS数据处理系统算出。

A多样性指数:采用Shannon-Weiner指数(H c)、Brillo uin指数(H)、Pielou均匀度指数(J c)。

H c=-E S
i=1
P i ln(P i)
其中,S为物种总数,P i为第i种物种个体数占群落总个体数的比例。

H=1
N ln(
N!
n1!n!n3!,
)
式中,n1为抽样中第1个物种的个体数量,n2为抽样中第2个物种的个体数量,以此类推,N为抽样中所有物种个体总和。

J c=H c
ln S
式中,S为物种总数。

2结果与分析
2.13种类型区植物群落物种组成特征
由表1可看出,3种类型区的植物种数分别是高寒湿地25种,/黑土滩032种,交错区36种。

其中, /黑土滩0和高寒湿地有12种共有植物,有磷叶龙胆、秦艽、小嵩草、矮嵩草、乳白香清、洽草等。

高寒湿地和交错区有14种共有植物,如冷地早熟禾、蒲公英、藏嵩草、华扁穗草、蒲公英、青藏苔草、珠芽蓼等植物。

/黑土滩0和交错区的共有物种最多达22种,有白苞筋骨草、独一味、甘肃马先蒿、狗尾草、拉拉藤、赖草、茅香等植物。

3种植物类型区共有的物种有10种,有矮嵩草、黄帚橐吾、冷地早熟禾、蕨麻委陵菜、裂叶独活等植物。

从这3种类型区的物种重要值比较中可看出,3种类型区优势物种都不相同,但是次优势种和伴生种中有共有物种。

铁棒棰是/黑土滩0的有毒植物代表,在/黑土滩0中是优势种,重要值26.3,而在交错区则为伴生种,重要值仅为6.4。

在高寒湿地中未发现。

藏嵩草是一种家畜喜食的优良牧草,在高寒湿地中是一种重要的优势种,重要值37.1,在交错区中则为伴生种,重要值仅为3.0。

在/黑土滩0中未发现。

黄帚橐吾是/黑土滩0中另外一种标志性有毒植物,在/黑土滩0中为优势种,其重要值为25.0。

在高寒湿地和交错区中为重要伴生种,重要值分别为8.9和0.7。

南山蒿同时存在于/黑土滩0和交错区中,在/黑土滩0中是优势种,重要值为27.5,在交错区中是伴生种,重要值为2.8。

臭蒿只出现在/黑土滩0中,是/黑土滩0中的优势种,重要值为26.0。

黑褐苔草只存在于高寒湿地中,是高寒湿地中的优势物种,重要值为19.0。

表13种类型区植物群落的物种组成及重要值
Table1Species composition and important value of three areas
植物名称
重要值
高寒湿地交错区/黑土滩0退化草地
矮火绒草L eontop odium nanum4.5
矮嵩草K obr esia humilis1.39.34.8白苞筋骨草A j ug a l up ulina3.93.9白花龙胆Gentiana algid a1.3
藏红花Csr thamus tinctor ius1.5
藏嵩草K obr esia tibetica37.13.0
臭蒿A r temisia hedinii26.0单花金腰Chr ys osp lenium unif lor um8.8
独一味L amiop hlomis r otata5.73.4鹅绒委陵菜P otentilla anserina27.913.513.1甘肃马先蒿P ed icular is kansuensis4.59.4高山米口袋Gueldenstaed tia himalaica1.90.7狗尾草S etar ia vir idis1.41.7海乳草Glaux mar itima2.9
黑褐苔草Carex atr o-f usca19.0
华扁穗草Bly s mus sinocomp r essus30.33.5
黄花棘豆Ox y trop is ochrocep hala2.62.14.8黄帚橐吾L igular ia v ir gaur ea8.90.725.0金莲花T r ollius chinenses5.8
续表1
植物名称
重要值高寒湿地交错区/黑土滩0退化草地
矮火绒草L eontop odium nanum 4.5 聚头蓟Cir sium souliei 2.2 拉拉藤Galium bo reale 1.10.5 赖草L ey mus s ecal inus
13.13.6 狼毒大戟Eup hor bia f ischer iana 12.8 冷地早熟禾P oa cr y mop hila 11.25.413.2 裂叶独活H er acleum millef ol ium 3.010.7
11.8 磷叶龙胆Gentiana sq uar r osa 1.0
0.9 马尿泡P rz ew alsk ia tang utica 3.0 茅香H ier ochloe odor ata 0.92.3 梅花草P ar nass ia p al ustr is 2.80.71.6 摩苓草M or ina chinesis
1.011.8 南山蒿A r temisia nanschanica
2.827.5
披碱草Ely mus d ahur icus
1.9 蒲公英T ar ax acum mongolicum 5.40.7 洽草K oeler ia cr istata
4.62.82.6 秦艽Gentiana macr op hy lla 2.90.6 青藏苔草Carex moor cr of tii 3.44.3 肉果草L ancea tibetica 1
5.72.7 乳白香清A nap halis lactea 1.21.25.2 水嵩草K obr esia r oy lena 3.3 铁棒棰A conitum s z echeny ianum
6.426.3 兔耳草L agotis g lauca 2.6
6.9
微孔草M icr oul a s ik kimensis 2.1
西伯利亚蓼P oly gonum sibir icum 0.7
西藏嵩草K obr esia tibetica 3.0 细叶亚菊A j ania tenuif olia 32.121.0 线叶嵩草K obr esia cap illif olia 0.3 香薷Els holtz ia p atr inii 2.01.7 小嵩草K obr esia p y g maea 5.05.9
0.8 小叶忍冬L onicer a micr op hy lla 6.4
葛缕子Carum car v i
3.3 珠牙蓼P oly gonum v ivip ar um 6.3
1.7 紫花羊茅Festuca r ubr a
1.3
2.2 种类型区群落A 多样性
从3种植物类型区的A 多样性指数(图1)可看出,3种植物类型区的丰富度指数和均匀度指数都有一致的变化趋势。

其中,交错区的A 多样性指数最高。

高寒湿地的A 多样性指数最低。

均匀度指数在3种类型区中的变化并不是很明显。

高寒湿地中物种多样性指数并不是很高,但其中多为可食性的优良牧草。

/黑土滩0和交错区虽然多样性指数较高,但其优势种多数为杂类草和毒草。

2.3 3种植物类型区不同植物功能群比较
植物的功能多样性在决定系统多样性方面起着至关重要的作用,因此,将3个植物群落按不同的功能特
图1 3种植物类型区群落的A 多样性指数Fig.1 A -diversity index of three areas
征划分为莎草科、禾草科、可食性杂草和毒杂草4个功能群。

由表2中可看出,高寒湿地中莎草科功能群的重要值最高,占高寒湿地群落总量的49.7%,毒杂草群落的重要值较低,占群落总量的13.6%。

/黑土滩0中的毒杂草功能群的重要值最高,占/黑土滩0群落总量的46.4%,莎草功能群的重要值最低,仅占群落总量的2%。

由此可知,高寒湿地中莎草科等优良牧草在群落中发挥着重要的作用,而/黑土滩0中毒杂草所占的比例较大,严重削弱了该类草地畜牧业生产功能。

表23种植物类型区的不同功能群的重要值
Table2Important values in different function
groups of three areas
植物类型
重要值
高寒湿地交错区黑土滩
莎草科99.326.3 5.6
禾草科15.826.823.4
可食性杂草57.383.0108.6
毒杂草27.337.7119.1
3讨论
/黑土滩0是一种退化草地,毒杂草所占的比例较大。

其演替过程是杂类草不断入侵,物种丰富度不断升高的过程[6]。

从周围群落的物种组成上看,/黑土滩0中的毒杂草可能长期的以种子库的形式存在于土壤中,当原来的优势种生境遭到破坏后,毒杂草便开始大量的蔓延生长,并逐渐形成如今的/黑土滩0[2]。

3种类型区在地理上相互毗邻,系统中的共同物种可能与物种地理区系发育有关,也有可能是群落间物种渗透的结果。

3种类型区均有不同的优势种,但是次优势种和伴生种有相同。

从物种组成上很难看出,/黑土滩0的形成和高寒湿地的退化有关。

从这3种植物类型区的B多样性方面也可以说明[8]。

/黑土滩0中有1种灌丛植物,虽然它数量很少,但表示/黑土滩0来源可能是灌丛或者灌草丛植被,因为灌丛植被可以退化为草地,退化为/黑土滩0,而草地尤其是高寒草地退化成灌丛植被的可能性不存在。

同时从植被构成上看,/黑土滩0中不存在高寒湿地标志性植物存在的迹象。

/黑土滩0中毒杂草在过渡区域和高寒湿地中存在较多,并且是从过渡区到高寒湿地逐渐增多,说明了/黑土滩0毒杂草植物对周边植被的生态胁迫和侵入十分明显。

从/黑土滩0和交错区的大量共生物种中可看出,交错区的形成很可能是在/黑土滩0向高寒湿地逐渐蔓延扩增的过程中形成的一种过渡群落。

高寒湿地中出现的/斑块状0的毒杂草区域可说明,/黑土滩0将对高寒湿地造成很大威胁。

群落的A多样性可反映出群落内部物种的均匀度和丰富度。

3种植物类型区的A多样性指数中,交错区的多样性指数最高,这说明群落交错区是一个交错地带,也是种群竞争的紧张地带,由于/边缘效应0的作用,群落中一些种的数目及一些种群密度比相邻的群落大,所以交错区的物种的丰富度最高。

/黑土滩0的物种多样性要明显高于高寒湿地的物种多样性,这是由于对/黑土滩0群落的过渡干扰,使得物种竞争生长,毒杂草种类繁多和肆意生长造成的,可食性杂草在其中仅能作为伴生种存在。

生态系统功能的形成不仅与群落中物种的数量多样性有关,还与群落中物种组合有关,在系统中执行相似功能的植物称为植物功能群,功能群可按植物生活型划分,也可按经济功能划分[11]。

功能群内物种数对群落的生产力有显著影响[12]。

植物多样性和功能群组成是影响草地生产力和稳定性的主要因子[13]。

研究结果表明,高寒草地中莎草科植物生产力对群落的生产力起着重要的作用,可食性杂草在高寒湿地中起着次要的作用。

在/黑土滩0中,群落的大部分是毒杂草,其次是可食性杂草,而优良的禾本科和莎草科牧草在群落中占不到20%。

/黑土滩0中大量的毒杂草存在对于/黑土滩0治理和改良造成很大的困难。

交错区中的可食性杂草所占的比例较大,这可能是由于原来的优势种和后来衍生的杂类草竞争生长,导致物种的丰富度最高,但是随着杂类草的不断生长,草地逐渐退化,原来的优势种渐渐被杂类草所取代,可导致群落的利用价值降低。

4小结
/黑土滩0退化草地、高寒湿地及二者交错区3个类型区域中,以交错区植物群落多样性最高,/黑土滩0退化草地植物群落多样性明显高于高寒湿地植物群落多样性。

高寒湿地植物群落中以莎草科植物占优势, /黑土滩0退化草地则以毒杂草占绝对优势,交错区可食性杂草类群较多。

从3种类型区植物种构成变化看,尽管3者互相毗邻,但是/黑土滩0可能是其他高寒植被类型退化演替而形成,不能证明/黑土滩0与其临
近的高寒湿地存在植被发生学关系。

以毒杂草为主构成的/黑土滩0次生植被则对周边高寒湿地具有明显的侵入性和生态胁迫,因此江河源区/黑土滩0退化草地的治理行动刻不容缓。

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Diversity of plant community structure in/Black Soil0 type degraded grassland and alpine wetland and
their intersectional area
XU Song-he1,SH A N G Zhan-huan2,LO N G R u-i jun1,2,3,QI Wen-juan1
(1.Colleg e of P ratacultur al S cience,Gansu A gr icultur al Univer sity,L anz hou730070,China;2.K ey
L abor ator y of Gr assland A gr o-Ecosy stem of Ministr y of A griculture,College of P astoral A gricultural S cience and T echnology,L anz hou Univ ersity,L anz hou730020,China;3.N orthw est
I nstitute of Plateau Biology,CA S,X ining810008,China)
Abstract:The structure of plant co mmunity and diversity in/Black Soil0ty pe deg raded g rassland,alpine w etland and their intersectional Area w as investigated in headw aters of Yellow River and Yangtze River on T-i betan Plateau.The results show ed that the diversity of plant comm unities w as the highest in the intersectio nal ar ea(do minated by for bs).T he diver sity o f plant com munities in/Black Soil0type degraded gr assland(dom ina-ted by the poisonous w eeds)w as sig nificantly hig her than that in alpine w etland(dom inated by sedg e).Fro m chang es in species co mpo sition o f the three areas,it could be co ncluded that/Black Soil0type degraded grassland might be fr om the succession other types of alpine vegetation although three com munities were adjacent.And it could not be prov ed that/Black Soil0type degraded g rassland related to alpine w etland.T he plant com munity of /Black Soil0type deg raded grassland significantly invade and thr eaten the adjacent alpine w etland.T her efore,it is necessary to strengthen the m anagement of the/Black Soil0ty pe degraded gr assland.
Key words:/Black Soil0ty pe deg raded grassland;alpine w etland;diversity of plant com munity。