科尔沁沙地少花藜草种群动态及群落多样性分析

科尔沁沙地少花藜草种群动态及群落多样性分析

科尔沁沙地位于中国北方半干旱作业区的东南端。它是内蒙古重要的畜牧生产基地和商品粮库之一。沙漠化最严重的地区之一是。长期以来,由于人们忽视对草地资源的科学管理,滥垦、滥牧、滥櫵现象严重,致使草地群落结构和组成发生了改变,同时也加剧了草场的退化。从20世纪80年代以来,我国在科尔沁沙地实施了“三北”防护林营造工程,人工大面积种植小叶杨(Populussimonii)、黄柳(Salixgordejevii)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)及小叶锦鸡儿(Caragnamicrophylla)等,人工林的种植对于治理流动沙丘和改善生态环境起到了积极促进作用,但沙漠化程度仍呈现局部逆转、整体恶化趋势。一年生禾本科蒺藜属少花蒺藜草(Cenchruspauciflorus)作为科尔沁沙地的一种恶性入侵草,具有极强的适应性和繁殖能力,它不仅与其他植物争夺空间、水分和养分,果实的刺苞还能刺伤人和动物的皮肤而且造成放牧家畜口腔和胃肠的溃疡,给当地农牧业生产带来极大的损失。针对科尔沁沙地植被恢复过程少花蒺藜草对植物群落及多样性的影响,本文在典型人工固沙林中开展少花蒺藜草入侵影响下物种多样性时空变化的研究,为科尔沁沙地治理及有效防除少花蒺藜草的扩散蔓延、恢复草地功能、加强草地资源的可持续利用提供参考依据。1材料和方法1.1气候特点半干旱研究地位于内蒙古通辽市科尔沁区辽河西境内,地理位置处在N43°22′～43°56′,E120°42′～123°02′间,属于中温带半干旱的大陆性季风气候,春季干旱多风,夏季炎热,降水集中在6-8月,其他月份较分散。秋季凉爽,冬季干冷。无霜期为90～150d,年降雨量350～450mm,年平均气温5.8℃。研究区域植物主要有狗尾草(Setairaviridis(L.)Beauv.)、少花蒺藜草、灰绿藜(ChenopodiumglaucumLinn.)、大麻(Cannabis)等。1.2样地与古树生长指标在研究区域选取植被均匀人工小叶杨(XYY)和黄柳(HL)2个典型固沙林群落各1万m2作为试验样地,杨树株行距5m×5m,树龄5～10年,柳树株行距5m×5m,树龄7～10年,2个样地全年均无人为干扰。试验于2011年5-8月分别对2个群落中林间牧草进行调查研究,在每个样地内选取5个样方,各样方取对角线,样方面积为1m×1m,样方间隔30m。1.3测量和方法1.3.1对群落类型的研究隔一个月调查一次,调查每个样方中草本植物种类、高度、盖度、频度及生物量。1.3.2ndice指数选取几个目前较为普遍的物种多样性指数对群落内物种多样性进行研究,即丰富度指数(richnessindices),如Margalef指数;多样性指数(diversityindices),如Shannon-Wiener指数、Simpson指数;均匀度指数(evennessindices),如Pielou指数,具体计算公式如下:丰富度指数:R=SShannon-Wiener多样性指数:Η=-s∑i=1(ΡilnΡi)H=−∑i=1s(PilnPi),其中:Pi=ni/NSimpson多样性指数:D=1-s∑i=1Ρi2D=1−∑i=1sPi2Pielou均匀度指数:E=H/lnS式中:S为物种总数,Pi为第i个物种的相对重要值,ni为第i个物种的重要值,N为群落中所有物种的重要值之和。1.4数据处理和分析采用SPSS17.5统计软件包中的CompareMeans法,对试验数据进行单因素方差分析,用LSD法进行多重比较,并用Excel2010制图。2结果与分析2.1黄柳群落金属酶系统经调查,小叶杨群落中共有植物14种,分7科11属,禾本科5种占43.7%、菊科4种占32.0%、豆科、藜科、萝藦科、蒺藜科、大麻科各1种均占4.86%;黄柳群落中共有植物10种,分6科8属,其中禾本科为3种达33.1%、菊科3种占33.1%、萝藦科、蒺藜科、蔾科、大麻科各1种均占8.45%。少花蒺藜草在小叶杨和黄柳群落中的重要值分别为40和26,已成为辽河西林间草地群落中的优势种(表1)。2.2生境特征指标5月少花蒺藜草处于种子萌动期,6月开始出苗,开始占据空间和领地,7月少花蒺藜草进入旺盛生长期,在2种生境样地内的高度、盖度和频度达到最大,分别为45.3cm,10%和48.2%;40.8cm,17.1%和41.2%;生物量(DM)也达到峰值,每株(4.54±1.93)g,进入8月高度、盖度、频度及生物量各项指标逐渐下降,进入衰老枯黄期。各月份间少花蒺藜草生物量显著差异(P<0.05)(表2)。2.3植物高度和盖度小叶杨与黄柳2个群落中牧草在5月出苗或返青,7月为旺盛生长期,2个群落物种植物高度(长势)和盖度分别为60cm和56%(XYY);40cm和46%(HL)。8月各类植物进入结实期,群落盖度逐渐下降(表3)。2.4小叶杨群落组成2个群落中草本植物种类不同,黄柳群落中有14种,小叶杨群落中仅有10种;除裸露土地外,少花蒺藜草在2个群落中均占重要优势,平均盖度分别为13.6%(XYY)和21.4%(HL)(图1,图2)。2.5物种丰富度的季节和月变化关系2个草地群落中物种丰富度指数虽然有些差异(小叶杨群落>黄柳群落),但试验区物种的分布较均匀,随着月份的变化,2个样地物种丰富度总体趋势一致(表4)。样地群落的Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数变化趋势为5月最低而在7月达到最高,分别为2.23,0.89和0.50(小叶杨群落);1.89,0.84和0.41(黄柳群落)。3外来物种对生物多样性的影响植被是草地生态系统中构成生物系统的重要组成部分,是由当地气候、土壤、地形及人类活动干扰等内外因素综合作用的结果,其演替特征也是当地环境条件可视景观的综合反映。物种多样性作为植被群落的重要特征,标示群落系统内部及其与周围环境关系的变化,不仅受物种数量的影响,而且受物种内空间分布均匀性的影响,而外来物种入侵是影响生物多样性变化的重要因素,甚至有人认为外来物种的扩张是导致物种灭绝的重要因素。本研究中,在少花蒺藜草的入侵地物种稀少,这与许多研究中发现的外来物种对生物多样性的影响表现在阻止本土物种的更新是一致的。3.1在样方调查中,少花蒺藜草具有较强的抗旱性与繁殖能力,其生命周期短,能在较短时间内建群,并成为群落优势种。建议在实际生产中可在早期用于防风固沙,恢复生态建设。3.2少花蒺藜草在2个群落生境条件下所表现的差异,体现出少花蒺藜草应对不同环境条件的生态适应对策特征。小叶杨群落的多样性指数大于黄柳群落,可见黄柳林间更适合少花蒺藜草种群的生存;另外,一些多年生的豆科牧草如达乌里胡枝子(Lespedezadavurica(Laxm.)Schindl.)的存在对少花蒺藜草的生长有一定的抑制作用,有可能是由于豆科牧草根系强大与少花蒺藜草争夺水肥或根瘤菌对