宁夏沙芦草群落分类及群落特征与环境关系的研究_张嘉玉.pdf

第 卷第期 草地学报 年 月 ：宁夏沙芦草群落分类及群落特征与环境关系的研究张嘉玉，李小伟，刘万弟，黄文广，马晓静，杨利斌（宁夏大学农学院，宁夏 银川 ；宁夏草原工作站，宁夏 银川 ；灵武市草原管理站，宁夏 银川 ）摘要：本文调查了宁夏 个典型沙芦草（）群落，采用双向指示种分析（，）对沙芦草群落进行数量分类，利用冗余分析（，）分析了其与环境因子之间的关系，旨在为沙芦草的保育提供基础数据和理论指导。结果表明：沙芦草群系可分为个群丛，分别为沙芦草兴安胡枝子（）猪毛蒿（）群丛，沙芦草兴安胡枝子刺沙蓬（）群丛，沙芦草猪毛蒿赖草（）群丛，沙芦草砂蓝刺头（）群丛，沙芦草短花针茅（）群丛，沙芦草猪毛蒿短花针茅群丛，沙芦草猪毛蒿宿根亚麻（）群丛。分析显示扰动、坡度、土壤水分含量、土壤全磷含量是影响沙芦草群落地上生物量的主要因素（），而生长季降水量和坡向是影响沙芦草群落物种多样性的主要因素（），由此表明封育是恢复沙芦草群落的有力措施。关键词：沙芦草；物种多样性；双向指示种法（）；冗余分析；物种保护中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，；，）：（），（），：，；，；，（）（）.：；收稿日期：；修回日期：基金项目：宁夏自然科学基金（）；宁夏珍稀濒危植物调查项目（）；宁夏高等学校一流学科建设（草学学科）项目（）资助作者简介：张嘉玉（），男，汉族，宁夏银川人，硕士研究生，主要从事草原生态研究，：；通信作者 ，：第期张嘉玉等：宁夏沙芦草群落分类及群落特征与环境关系的研究植物群落是连续和间断的统一体，分类和排序是基于数量生态学原理探究群落分布格局和环境关系的主要手段。数量分类是分析植被间断性的重要方法，能在一定程度上揭示植物群落间的分异。目前，群落分类的常用方法有多元回归树分析（，）、双向指示种 分 析（，）和聚类分析（）。李紫晶等利用 分析，将内蒙古西鄂尔多斯地区半日花（）群落分为了 个群丛；马惠成等通过 将我国蒙古沙冬青（）分为个群落类型。虽然数量分类是确定植被间断性的有效方法，但不能用于揭示植被的连续性。排序是研究群落连续性的重要方法之一，能够定量地分析植物群落分布格局与环境的关系，探究影响群落变化的主要生态因子，也能进一步揭示植物种、植物群之间的生态关系，被广泛运用到植被群落研究。冗余分析（，）和典范对 应 分 析（，）是最常用的排序分析方法，其中，冗余分析能同时结合物种矩阵和环境矩阵，可直观揭示环境因子与群落分布格局及其特征的相关程度，从而解释群落和环境因子间的复杂关系。刘万弟等通过 分析阐明水热及土壤因子是宁夏针茅属草原生产力及多样性格局的驱动因素。沙芦草（）隶属于禾本科冰草属，是我国二级保护植物，分布于内蒙古、宁夏、山西、陕西、新疆、甘肃、青海等省区荒漠草原的沙质环境中，在宁夏境内主要分布于红寺堡、灵武、盐池等县（市、区）的荒漠草原上。沙芦草耐旱能力与适应性极强，能在固定、半固定沙丘以及砾石质坡地等严酷的环境中形成群落，有效控制流沙移动，显著改善生态环境。沙芦草不仅是荒漠草原区一种产量高、营养成分丰富的优质牧草，也是小麦的近缘种，在小麦遗传育种方面有着重要价值。目前，部分学者在种间关联、土壤种子库、群落特征等领域做了报道。在种间关联方面，许爱云等 研究发现在 尺度范围内沙芦草种群主要表现为聚集分布，随着尺度增大，沙芦草种群逐渐过渡到随机分布和均匀分布，沙芦草种群在宁夏荒漠草原小尺度范围内主要以聚集的斑块形式存在。在土壤种子库方面，赵盼盼 研究发现围封可以增加沙芦草群落土壤种子库密度，增加多年生植物，减少一年生植物。近年来，由于土地利用方式改变、柠条种植和草原偷牧，沙芦草群落生境破碎化，栖息斑块逐渐缩减，种群数量下降，濒危状态逐年加剧。因此，开展对沙芦草群落分布、特征和分类的研究有助于明晰其群落结构和动态特征，探讨其群落发展趋势，以期为沙芦草群落的保护提供参考。鉴于此，本文根据沙芦草在宁夏的分布状况调查了 个典型沙芦草群落，利用 和 两种方法分析了沙芦草群落组成与环境因子的关系，旨在探讨宁夏沙芦草群落类型以及影响沙芦草群落组成的环境因子，以期为后续该物种的深入研究与保护提供基础资料。材料与方法 研究区自然概况研究区域位于宁夏中部干旱带的盐池、灵武、红寺堡等县（市、区）荒漠草原，东起盐池县花马池镇，西至红寺堡区新庄集乡，南到红寺堡区罗山自然保护区，北至盐池县高沙窝镇（图），涵盖了宁夏境内沙芦草的所有分布区域。研究区域地理坐标 为 北 纬 ，东 经 ，海拔 。该地属于温带大陆性气候，年平均降水量在 之间，且多集中于月；年均温在 左右，年潜在蒸发量达 。草地学报第 卷图沙芦草采样点分布图 该研究区土壤以草原风沙土和灰钙土为主。植被以沙生植被为主，如兴安胡枝子（）、猪 毛 蒿（）、短 花 针 茅（）、赖草（）和刺沙蓬（）等。试验方法 样方调查综合考虑 年降水及研究区植被实际情况，于 年月末进行采样。根据沙芦草在宁夏全区的分布状况设置了 个典型样地，利用手持 测定每个样地的经度、纬度和海拔，在每个样地随机设置个 的样方，在东、南、西、北、中个方位设置个 的草本样方。记录样方内出现的植物种名，测定其高度、多度、盖度和地上生物量等。高度采用实测法，多度采用计数法，盖度采用针刺法，地上生物量采用刈割烘干称重法，频度在样地内采用样圆法测定。计算样地内各植物种类的重要值，通过重要值大小对样地植物群落优势种群进行划分。在采样过程中根据样地距离村庄远近程度以及样地内羊蹄印、羊粪、啃食痕迹多少等因素将样地划分为无扰动、级扰动、级扰动、级扰动、级扰动个等级，分别用数字 赋值（表）。第期张嘉玉等：宁夏沙芦草群落分类及群落特征与环境关系的研究表各观测点概况 样地编号 经度 纬度 海拔 建群种 伴生种 扰动等级 （）沙芦草 兴安胡枝子 冰草 猪毛蒿 沙芦草.砂蓝刺头 猪毛蒿.雾冰藜 沙芦草.猪毛蒿.赖草 砂珍棘豆 沙芦草.刺沙蓬 甘草 叉枝鸦葱 沙芦草.砂珍棘豆.兴安胡枝子.猪毛蒿.沙芦草.兴安胡枝子.刺沙蓬.赖草.沙芦草.兴安胡枝子.短花针茅 刺沙蓬.沙芦草.兴安胡枝子.赖草.阿尔泰狗娃花 沙芦草.兴安胡枝子.沙生针茅 猪毛蒿.沙芦草.兴安胡枝子.猪毛蒿.赖草.沙芦草.短花针茅.兴安胡枝子.猪毛蒿.沙芦草.猪毛蒿.兴安胡枝子.短花针茅.沙芦草.猪毛蒿.兴安胡枝子.乳浆大戟 沙芦草.猪毛蒿.顶羽菊 硬质早熟禾 沙芦草.猪毛蒿.兴安胡枝子.宿根亚麻 沙芦草.短花针茅.兴安胡枝子.糙隐子草 沙芦草.兴安胡枝子.猪毛蒿.宿根亚麻.草地学报第 卷 土壤样品采集及测定在每个样方内采用五点法分别采集 土壤样品，将采集的土壤样品带回实验室去除植物残根等杂物后风干压碎。将自然风干后的土样过 筛，分别取 左右进一步研磨，装密封袋备用，进行相关指标测定，包括土壤 值、土壤有机 质（，）含量、土壤全氮（，）含量、土壤全磷（，）含量。同时，挖土壤剖面，利用环刀采集土样，用于土壤容重和含水率的测定。土壤容重（，）采用环刀法测定，土壤含水率（，）采用烘干法测定，土壤全氮含量采用凯氏定氮法（全自动凯氏定氮 仪 ，）测定；值采用电位法测定（雷磁 计）；土壤全磷含量采用 消煮，流速分析仪（，）测定；土壤有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定。气候数据气候数据均来自世界气候网站（：），该数据集提供了全球 分辨率的近 年月平均气象数据。根据月均数据，计算年均降雨量（，）、生长季降水量（，）、年均温（，）和太阳辐射量（，）。坡向、坡度数据坡向、坡度数据通过 软件从 模型中直接提取。数据处理与分析采用 丰富度指数、多样性指数反映宁夏沙芦草群落的物种多样性程度。根据样方中每个物种的相对高度、相对盖度、相对频度和相对多度计算出各物种的相对重要值。草本相对重要值（相对高度相对盖度相对频度相对多度）丰富度指数（）：多样性指数（）：上式中，为样方内全部植物物种总数；表示第种的相对重要值。选取 个沙芦草群落样地中的 种植物作为聚类对象，建立 的相对重要值矩阵，进行二元指示种分析，根据排序结果的，矩阵进行群落分类，分类结果用树状图表示。采用排序分析方法探讨群落物种多样性、地上生物量与环境因子之间的关系。选取土壤全氮含量、土壤全磷含量、土壤含水率、值、年均降水量、生长季降水量、年均温、太阳辐射量、坡度、坡向、海拔、扰 动 等 级 等 个 相 对 独 立 环 境 变 量 用 软件的 分析探讨沙芦草群落物种多样性、地上生物量与环境因子之间的关系。用蒙特卡罗（）对 结果进行显著性分析检验（差异不显著，差异显著，差异极显著），并筛选出主要影响因子，制作二维排序图。基本数据采用 进行整理统计，利用 进行 相关性分析、方差分析和显著性检验。结果与分析 物种多样性、地上生物量和土壤理化特征宁夏沙芦草群落样地物种多样性与地上生物量特征如表所示，个沙芦草群落地上生物量中最高为 ，最低为 ，平均为 。多样性指数最高为 ，最低为 ，整体平均为 。物种丰富度范围在 之间，平均为 。宁夏沙芦草群落样地土壤特征如表所示，研究区沙芦草群落土壤有机质含量在 之间，平均为 ，其中 含量最高，最 低。土 壤 全 氮 含 量 在 之间，平均为 ，其中 含量最高，最 低。土 壤 全 磷 含 量 在 之间，平均为 ，其中 含量最高，最低。土壤含水率在 之间，平均为 ，其中 含水率最高，最低。土壤 值在 之间，平均为 ，其中 土壤 值最高，最低。土壤容重在 之间，平均为 ，其中 最高，最低。第期张嘉玉等：宁夏沙芦草群落分类及群落特征与环境关系的研究表宁夏沙芦草群落物种多样性和地上生物量整体分布表 .样地编号 丰富度指数 多样性指数 地上生物量 表宁夏沙芦草群落（）土壤特征 （）.（）样地编号土壤有机质土壤全氮土壤全磷土壤含水率土壤 值容重 群落 分类 分类结果如图所示，可将这 处沙芦草群落样地划分为个群落类型：依照中国植被分类系统修订方案中的植被分类原则、植物群落命名原则对沙芦草群系进行分类和命名。根据植被类型划分及编排体系将沙芦草群系划分个群丛（表）。沙芦草兴安胡枝子猪毛蒿群丛该群落类型包括样地，分布于宁夏吴忠市盐池县青山乡乔家坷拉子、大水坑镇张步梁 附 近，海 拔 。群 落 高 度 为 ，盖度为 ，地上生物量 为 。土 壤 值 在 之 间，土 壤 有 机 质 含 量 为 ，土 壤 全 氮 含 量 为 ，土壤全磷含量为 ，土壤容重为 ，土壤含水率为 。建 群 种 为 沙 芦 草，重 要 值 为 ，伴生种为兴安胡枝子、猪毛蒿、赖草、阿尔泰狗娃花、砂珍棘豆等。草地学报第 卷图沙芦草群落样地的 分类结果树状示意图 .注：表示为群丛编号；表示分类等级；表示处组内样地数；表示样地编号 ：；，表沙芦草群系分类 .群丛组 群丛 样地编号 沙芦草半灌木丛生草类草地群丛组.沙芦草兴安胡枝子猪毛蒿群丛.，沙芦草兴安胡枝子刺沙蓬群丛.，沙芦草草本丛生草类草地群丛组.沙芦草猪毛蒿赖草群丛.沙芦草砂蓝刺头群丛.沙芦草群落短花针茅群丛.沙芦草猪毛蒿短花针茅群丛.沙芦草猪毛蒿宿根亚麻群丛.，沙芦草兴安胡枝子刺沙蓬群丛该群落类型包括样地 ，分布于宁夏吴忠市盐池县高沙窝镇国家级草原监测点内及新墩台子、郭巴线附近，海拔 。群落高度为 ，群落盖度为 ，地上生物量为 。土壤 值在 之间，土壤有机质含量为 ，土壤全氮含量为 ，土壤全磷含量为 ，土壤容重为 ，土 壤 含 水 率 为 。建群种为沙芦草，重要值为 ，伴生种为兴 安 胡枝 子、刺 沙 蓬、猪 毛 蒿、赖 草、短 花 针茅等。沙芦草猪毛蒿赖草群丛该群落类型包括样地 ，分布于宁夏银川市灵武市毛疙瘩湾及吴忠市盐池县花马池镇佟记圈村附近，海拔 。群落高度为 ，盖 度 为 ，地 上 生 物 量 为 。土壤 值在 之间，土壤有机质含量为 ，土壤全氮含量为 ，土壤全磷含量为 ，土壤容重为 ，土壤含水率为 。建群种为沙芦草，重要值为 ，伴生种为猪毛蒿、赖第期张嘉玉等：宁夏沙芦草群落分类及群落特征与环境关系的研究草、兴安胡枝子、短花针茅、刺沙蓬等。沙芦草砂蓝刺头群丛该群落类型包括样地，分布于宁夏银川市灵武市毛疙瘩湾附近，海拔 。群落高度为 ，盖度为 ，