江河源区人工草地及_黑土滩_退化草地群落演替与物种多样性动态.docx

A cta B ot. B orea l. -O cciden t. S in.群落演替与物种多样性动态Comm un ity Success ion and Spec ies D ivers ity of M anmade Pra tum a s W ell a sCovered by the Headwa ters of Y ellow R iver and Yangtze R ivertha t had been b locked fo r their tend ing fo r fou r yea rs show ed the h ighest va riou s indexes. T he tw od ifferen t typ es of comm un it ies had the g ra ssland qua lity indexes tha t app ea red to first go up and then 通讯联系人 国家科技攻关计划重大项目硕士研究生qjm ail. 中国科学院资源与生态环境研究重点项目; 210126资助西北植物学报200525; 4655661江河源区人工草地及: 黑土滩退化草地文章编号100024025; 20050420655207 史惠兰12王启基13 景增春1李世雄12王杰3草地群落的 多样性指数比: 黑土滩退化草地群落的低建植第 4 年的人工草地群落和封育 4 年的: 黑土滩退化草地群落的各指数最高 两种不同类型草地草场质量指数也呈现先降后升的趋势人工草地群落的草场质量和生物量比: 黑土滩退化草地群落高 从植物的生活型看一年生植物被多年生植物替代 多样性的时间动态反映出演替过程中两种类型的草地群落 2 龄与 5 龄、6 龄群落间的 多样性低物种周转率高2 龄与 3 龄5 龄与 6 龄群落间的 多样性高物种周转率低4 龄群落是过渡群落 在时间序列上可分为两个阶段2 4 龄主要是一年生草本的入侵4 6 龄主要是多年生草本的定居关键词江河源区垂穗披碱草人工草地: 黑土滩退化草地群落演替多样性草场质量中图分类号Q 948. 15文献标识码A; 1 中国科学院西北高原生物研究所 退化草地以及在: 上建植的垂穗披碱草人工草地在第 多样性指数均呈现单峰变化趋势 人工D egenera ted Pra tum on 9He itutan land ; Secondary Bare Land in the AreaSH I H u i2lan W AN G Q i2ji13 IN G Zeng2chun 1 I Sh i2x iong 12W AN G J ie 3; 1 N o rthw est P lateau In stitu te of B io logy Ch inese A cadem y of SciencesX in ing 810001Ch ina 2 Graduate Schoo l of theCh inese A cadem y of SciencesBeijing 100039Ch ina3 Q inghai A n im al V eterinarian O ccup ation Co llege H uangyuanQ inghai810600Ch inaAbstract T he succession and dynam ic d iversity of p lan t comm un it ies in the degenera ted p ra tum on9H eu tu tan land a long w ith E lym us nu tans comm un ity con st ructed on the land w ere stud ied betw een thesecond and six th yea rs after the con st ruct ion of E lym us nu tans p ra tum. T he resu lt s ind ica ted tha t the 2d iversity indexes of the tw o d ifferen t typ es of p ra tum comm un it ies tended to va ry in a sing le2p eak cu rvew ith the succession s of the p ra tum comm un it ies. T he 2d iversity indexes of the m anm ade p ra tum w ereh igher than tho se of the comm un it ies in the degenera ted p ra tum on 9H eitu tan land and the comm un it ies ofthe m anm ade p ra tum in it s fou rth yea r and the comm un it ies of the degenera ted p ra tum on 9H eitu tan land12decline ra iom a ss of the m anm ade p ra tum w ere h igher than tho se of the收稿日期2004208 修改稿收到日期2004212作者简介 十五; 1977- 女青海省西宁人; 2001BA 606A -3基金项目:史惠兰Co rrespondence to W AN G Q i2ji. E 2m ailw 02- 03nw ip b. ac. cn656西北植物学报25 卷degenera ted p ra tum. T he life fo rm com po sit ion s of the p lan t s show ed tha t p erenn ia l ones had succeededcomm un it ies.生物多样性的保护是当今世界环境保护的热点 1 2样地设置1 中下游地区的经济发展和生态环境保护具有重要意1. 3取样与数据处理500 cm 的样条分为 50 cm 50 cm 的 10 个子样1. 3. 2地上生物量每个样地随机选取 5 个面积生物多样性的保护和生态环境建设及人工草地持续1. 4数据分析与统计处理1. 1自然条件本试验在青海省果洛藏族自治州达日县和玛沁31 37 N 54 51 EsH - P i lnP ii= 1annuaamvegetasuccessionheandthere anddynamcomm herbaceouiversitiversitrmherbaceoulongandeciescommrnovereciesinyearnoverKey wordsheadw terslandYellow univer successiontzed iversityanmssland qua lity tans p ra tum degenera ted之一 江河源区生物多样性的保护不仅为草地畜 本试验主要于 1998 年 2003 年 进 行以 退 化牧业可持续发展提供物质基础而且还对长江、黄河 严重的us黑土滩上建植的 2草 地 、 龄垂穗披碱草全球气候变化的影响近年来由于超载过牧和鼠虫危害以及 时封育的 2、 龄的: 黑土滩退化草地为研究致大面积次生裸地: 黑土滩退化草地产生以及生物在退化草地建植人工草地西部地区是我国重要的生态屏障防 群落结构调查分盖度、株高、频度 并将盛期cm止草地退化和沙化由此可见江河源区生态建设应环境与社会经济协调发展辅助人工、半人工草地建设促进生态 平均数按顺序记录其总盖度、物种及其分盖度; 用估测草地演替规律和草地的自然恢复能力探讨了江河源区人工 为 月底或 50月初 用收割法测定植物地上生物量称取鲜重然后在烘箱 内 用 80温 度 烘 24 h 至 恒利用提供科学依据 重生物量以烘干重计1自然条件和研究方法1. 4. 1 重要值测定 物种重要值IV 是度量群落水平反应的综合数量指标其计算公式为IV i = R C i + R F i + R H i 100 3县 进 行实 验 区 地 处 32 35 96 式中 IV i 为第 i 个种在群落中的重要值R C i101 平均海拔 4 200 m 气候属典型高原大陆 为第 i 个种的相对盖度 F i 为第 i 个 种 的 相 对 频余科灾害性天气较为频繁主要植被类型为高寒草甸和高寒草 率 物种丰富度指数个种的相对高度物种数Shannon 算einer6土、高山寒漠土等.=4 期 6 5 7J = H lnS2. 1不同演替阶段植物群落特征动态5 艹洽1. 4. 4 演 替 阶 段 草 场 质 量 比 较 草 场 质 量 指 数6 3IGQ = - iS ii= - 17 1 表示适口性为禾本科 Gram ineae 菊科 Com po sitae 十字花科 C ruciferae 蓼科 Po lygonaceae 蔷薇科 Ro saceae年龄 总科数 总属数 总种数A ge Nf Ng NsNg Ns Ds Ng Ns Ds Ng Ns Ds Ng Ns Ds Ng Ns Ds2 9 13 13 3 3 63. 03 1 1 8. 860 2 2 5. 46 0 0 0 0 0 03 10 14 15 2 2 41. 25 2 2 5. 10 2 2 17. 89 0 0 0 0 0 04 11 19 19 5 5 61. 58 2 2 4. 05 1 1 4. 96 1 1 3. 24 0 0 05 11 13 14 2 2 52. 84 1 1 8. 23 0 0 0 1 2 8. 54 1 1 6. 186 11 14 16 2 2 47. 92 2 2 3. 763 0 0 0 1 2 9. 18 1 2 11. 422 15 23 23 3 3 10. 08 3 3 13. 41 2 2 11. 11 0 0 0 1 1 2. 243 11 21 22 3 3 15. 45 0 0 0 3 3 32. 29 0 0 0 0 0 04 15 26 28 3 3 17. 21 4 4 25. 28 1 1 2. 40 0 0 0 1 2 4. 205 10 12 16 2 2 14. 04 0 0 0 0 0 0 1 2 34. 83 1 2 16. 126 13 15 15 2 2 17. 71 1 1 6. 32 0 0 0 1 1 14. 57 2 2 32. 23龄群落是这两种类型草地群落演替过程中不同阶段鹅绒委陵菜+ 多裂委陵菜鹅绒委陵菜+ 西伯利亚随着群落物种间的竞争排斥和不同生活型植物对环史惠兰等江河源区人工草地及: 黑土滩退化草地群落演替与物种多样性动态2结果与分析 P i 为第 i 个种在群落中的重要值 为群落物种数指数是计测 多样性指数时常用且效果较好的一种 落替进程中的物种组成从物种的科、属、种组成 表式中a 为群落 A 中的种数b 为群落 B 中的种 种 依 次 为垂 穗 地 早 熟 禾 ;crym K oeleria crista 亚菊数c 为群落 A 、B 中共有的种数A jan ia tenu if olia 垂 穗 披 碱 草 + 播 娘 蒿IGQ ; Index of G ra ssland Q ua lity D escu ra in ia sop h ia + 铁 棒 锤 A con itump end u lum + 葶苈D raba nem orosa 垂穗披碱草6+ 中 华 羊 茅 F estuca sinensis+ 早 熟 禾 + 异 针 茅式中 为植物的适口性将植物按适口性划分为 5 S tip a a liena 垂 穗 披 碱 草 + 甘 肃 马 先 蒿P ed icu la ris kansuensis + 鹅 绒 委 陵 菜 P oten tilla草为 劣质草为 毒杂草为 S i 表示适口性为植 中 度 anserina + 早熟禾垂穗披碱草+ 鹅绒委陵菜 从2 龄至 6 龄人工草地群落的优势种由垂穗披碱草 表示适口性为草、优良牧草的盖度 这与明人工草地的演替同时是天然草地恢复的过程表 退化草地ab le H degraded gra属数 种数 优势度 属数 种数 优势度 属数 种数 优势度 属数 种数 优势度 属数 种数 优势度2、3、4、5、6 龄: 黑土滩退化草地各群落类型优度在两个草地类型的演替进程中均有升高这表明 4势种依次为藏忍冬;L on icera sp. + 细叶亚菊+ 播N o tesN fN um ber of fam ilies N gN um ber of genera N sN um ber of sp ecies D sDom inance of sp ecies.蒿 播 葶lup lina 兔耳草 otis 叶早 onumoly onum sibiricum 的过渡群落 同时也反映出随着演替进行 人工草地工 的在垂穗披碱草人工草地群落中 禾本科主 高的优势度从 势种的更替和植物生活型变化有着密切的关系但是658西北植物学报25 卷植物具有更强的抵抗环境扰动和保持其群落稳定的2. 2 不 同 类 型 草 地 演 替 进 程 中 群 落 物 种 丰 富 度变化植物群落的物种丰富度指一个群落所含的植物落比人工草地群落具有较高的物种丰富度的结果相杂草 鹅绒委陵菜、多裂委陵菜、西伯利亚蓼、细叶亚 同时保持相对稳定此后随着演替进行抗干扰能力强的a. 直立草本层片 trop落叶灌丛层片b. 块根地下芽层片iennlayer一年生草本层片演替进程中群落植物的生活型变化hyte多年生草本层片境适应能力的不同对环境扰动具有更强抵抗能力 能力有关 8 势度由图 1 可知随着时间的延续优势种和一年生片均为垂穗披碱草为主的多年生疏丛禾草禾多 与 稳定的人工草地群落是物种组成恒定、产量稳利亚蓼、细叶亚菊多年生疏丛禾草+ 一年、二年4 龄最高 2、3 龄次之5、6 龄最低 这种变化与演匍匐茎草本; 鹅绒委陵菜可见随演替年龄增加两替过程中优势种的不断更替以及由于: 黑土滩退化种类型群落在建群种各异的基础上群落中物种的草地瘠薄的土壤条件使其物种丰富度和其它群落变化趋势都是一年生杂草先侵入然后是多年生草特征值呈递减的趋势本的固定两种类型的群落在演替进程中物种的生活型有相同的变化趋势 这与多年生植物比一年生一致 10 、6 龄次之2、3 龄最低 地群落种数以 4生丛生禾草; 早熟禾 + 多年生杂草; + 多年生杂 延伸 5从时间尺度分析 人工草4 龄时出现峰值草; 多年生疏丛禾草 龄最高这表明人工草地建植初期 随着演替过程的4 5 6 龄: 黑土滩退化 地各群落建群层及2、 维持群落的主要生态功能同时伴随着对严酷环境3、势层片分别为小半灌木; 藏忍冬一年生草本; 优 植物群落的物种丰富性均在到 4 龄时群落物种娘蒿、灰藜一年生草本; 播娘蒿、乌头、婆婆纳 + 组成出现峰值抵御能力强的一年生植物侵入群落优势种垂穗披碱草多年生杂草; 细叶亚菊、摩铃草、矮火绒草多年生 多年生植物替代一、二年生植物群落丰富度降低;鹅绒委陵菜、西伯利亚蓼、海乳草、细叶亚菊播 : 黑土滩退化草地群落种数以菊多年生杂草; 西伯利亚蓼、细叶亚菊+ 多年生4 期 6 5 92. 3不同类型草地演替进程中植物群落物种多样性和均匀度的变化 11 14 15 物群落地上生物量及草场质量变化草原植物资源的科学经营应以高生产力和高生种内竞争共同作用下产生的过渡群落第一阶段主要 得优良牧草的高额产量年以后生物量大幅度下降群落史惠兰等江河源区人工草地及: 黑土滩退化草地群落演替与物种多样性动态草 地群落 多样性的测度表明; 图 2人工草地群落多样性指数和均匀度指数有 一 致 的 变 化 趋 势4分析物种多样性是群落的重要特征包括物种丰富度和均匀度 龄群落的多样性指数最高 H831龄群落的多样性指功能维持的生物基础两个方面以群落实测多样性和群落中各种群多度完全 龄群落的均匀度指数最高群落优势种的优势度明显均匀分布时的群落多样性之比来衡量的定 居 同 时相 邻 年 度 间 : 黑 土 滩退 化 草 地 S2. 3. 2 人 工 草 地 和 : 黑 土 滩退 化 草 地 多 样 性ren sen 指数的平均值比人工草地群落的值小这种变化趋势也反映出: 黑土滩退化草地比人工草地群分析多样性是指沿着环境梯度的变化物种替代的程度也有人称 之 为 物 种 周 转 速 率、生 物 变 化 速落具有更高的物种周转率群落结构变化更快更不稳定同时多样性的时间动态在一定程度上也反映多样性包括不同群落间物种组成的差异不对不同演替阶段人工草地群落和 演替进程中群落的多样性和均匀度动态Shannon 多样性指数F ig. evenness ities; and率同的群落或环境梯度上不同点之间的共有种越少 出了植被演替过程中物种替代规律和周转的特点植由 表 2 可知在垂穗披碱 草 人 工 草 地 和: 黑 土6 物多样性为目标 1 建立人工草地的目的是持续获滩成上差异最大 2 龄与 5 龄、 从 2 龄 4 工草地群落在第 4 本研究认为垂穗披碱草人4 龄 6 龄这两个阶段内植被间的 多样性高 中出现大量毒杂草草地质量变劣本研究结论与陈龄物种周转率小 可见4即物种的周转速率最大龄植被在物种组 润 等 ; 1998 13 、张 勇 等 ; 1990 8 的 研 究 结 果 一退化草地群落中 龄草地群落是在种间竞争和 致上可分为 2 4 龄、4 6 龄两个阶段 在时间序列是一年生草本的侵入第二阶段主要是多年生草本660西北植物学报25 卷表 2不同类型草地群落间相似性系数2a 3a 4a 5a 6a 2a 3a 4a 5a 6a2a 1 0. 50 0. 56 0. 37 0. 28 0. 50 0. 46 0. 44 0. 28 0. 213a 1 0. 47 0. 41 0. 26 0. 53 0. 49 0. 51 0. 32 0. 334a 1 0. 42 0. 40 0. 48 0. 29 0. 47 0. 29 0. 355a 1 0. 80 0. 38 0. 44 0. 33 0. 53 0. 626a 1 0. 26 0. 32 0. 27 0. 44 0. 522a 1 0. 49 0. 51 0. 26 0. 373a 1 0. 44 0. 42 0. 324a 1 0. 32 0. 285a 1 0. 456a 1总 生 物 量 从 2 龄 的 689. 82 g m 2 到 6 龄 的 303. 652退化草地群落总生物量从 2 龄的 176. 06 g m 2 到 63讨论随 着江河源区生态环境日益恶化: 黑土滩退 滩退化草地的群落类型: 鹅绒委陵菜+ 西伯利亚蓼T ab le 2Comm un ity sim ila rity coefficien t in differen t typ e gra ssland comm un ities; % 图 3垂穗披碱草人工草地;和: 黑土滩退化草地;演替进程中群落草场质量指数、总生物量变化F ig. 3Change of gra ssland qua lity indexes and to ta l b iom a ss in E lym us nu tans m anm ade gra ssland comm un ities;and 9H eitu tan land degraded gra ssland comm un ities; a long the succession p rocesses化草地面积日益增大建植人工、半人工草地恢复其退化草地植被和生态功能已迫在眉睫垂穗披碱草人工草地随着演替时间延续群落从建植 6 年的人工草地和封育 6 年的: 黑土滩注 tes垂穗披碱草人工草地anm ade rassland退化草地un ities . 9H eitu tan land g rassland comm un ities.g m 呈下降趋势这与人工草地在演替过程中杂类 退化草地群落演替规律及多样性动态看4 龄草地草入侵和优势种; 垂穗披碱草下降有关 : 黑土滩 并被多年生草本植物替代龄 一年生草本植物入侵委陵菜成为群落的优势种之一6 龄时群落类型为: 垂穗披碱草+ 鹅绒委陵菜草地与封育 6 龄: 黑土中等生产力水平物种多样性最高杂类草和禾草类含量及总生物量 提出合理的放牧、施肥、刈割等措施是使江河源区4 期 6 6 1 6 吴玉虎rassland; 黄河源区植物资源及其环境植物生态学与地植物学学报; successiontoecologartificial109 植物生态学报 2004 iversity iversityinese史惠兰等江河源区人工草地及: 黑土滩退化草地群落演替与物种多样性动态措施下: 黑土滩退化草地的草场质量有所升高因区生态环境与畜牧业经济协调发展参考文献这是由于多年生植物鹅绒委陵菜具有较强的克隆繁殖 此控制载畜量可使植被得到有效的保护和恢复comm rassland 9 王刚蒋文兰. 人工草地种群生态学研究M . 兰州甘肃科学技术出版社1998232- 235. 10 ZHOU H K ; 周华坤ZHOU L ; 周立L IU W ; 刘伟ZHAO X Q ; 赵新全 LA I D Z ; 来德珍CA I R T ; 才让太ZHAOB C ; 赵邦彩L I Y F ; 李有福. Study on g rassland deg radation and strateg ies fo r the su stainab le developm en t of the livestock raisingindu stry in Guo luo p refenctu re of Q inghaiJ . P ra tacu ltu ra l S cience; 草业科学200320; 1019- 25; in Ch inese. 11 GR IM E J P. B iod iversity and eco system function the debate deep en sJ . S cience 19972771 260- 1 261. 12 P IELOU E U. 数学生态学引论; 卢泽愚译M . 北京科学出版社1978233- 245. 13 CH EN R ; 陈润DU G Z; 杜国祯. D ynam ic study of above2g round b iom ass of herbage comm un ities in artificial p astu res on subalp inem eadow J . P ra tacu ltu ra l S cience ; 草业科学19885; 237- 40; in Ch inese. 14 YAN G L M ; 杨利民ZHOU G S; 周广胜L I J D ; 李建东. R elation sh ip betw een p roductivity and p lan t sp ecies d iversity of g rasslandcomm un ities in Songnen P lain of N o rtheast Ch inaJ . A cta P hy toecolog ica S in ica; 植物生态学报 200226; 5589- 593; in Ch inese. 15 L I X R ; 李新荣ZHAN G J