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安西极旱荒漠国家级自然保护区祼果木种群结构和空间分布格局研究

发布时间:2017-01-11 15:23:27    浏览次数    字体大小T|T

王亮[1]  黄海霞2*   杨增武1  张旭辉2 

1(甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区管理局,甘肃瓜州 736100),

2(甘肃农业大学林学院,兰州 730070

摘要:选择安西极旱荒漠国家级自然保护区南片的长山子、磨菇台和北片的西大泉裸果木Gymnocarpos przewalskii种群为研究对象,通过样方调查,从径级结构、冠幅结构、高度结构分析了不同生境下裸果木种群的结构特征,运用扩散系数(C、丛生指数(I)、负二项参数(K)、平均拥挤度指数(m*)、聚块性指数(PAI)和聚集指数( )判定裸果木种群的空间分布格局类型。结果表明,祼果木种群的径级结构和高度级结构均近似呈“山峰型”,冠幅结构近似倒“J型”;长山子和西大泉种群以中龄个体为主,幼龄个体和老龄个体均较少,蘑菇台种群以幼龄个体为主,中龄个体次之,老龄个体最少;蘑菇台和西大泉种群空间分布格局呈聚集型,长山子种群分布呈随机型。

关键词:裸果木;种群结构;空间分布格局;聚集程度

中图分类号:Q948.15+ 8       文献标识码:A

 

Population Structure and Spatial Distribution Pattern of Gymnocarpos przewalskii in An’xi Extra-arid Desert National Nature Reserve

Wang Liang1, Huang Haixia2, Yang Zengwu1, Zhang Xuhui2

1.Administration of Gansu An’xi Extr-arid National Nature Reserve, Guazhou, Gansu 736100

2 Forestry College of Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070

Abstract: The population structure of Gymnocarpos przewalskii in Changshanzi, Mogutai and Xidaquan was analyzed respectively distributed in the southern and northern of An’xi extra-arid desert national nature reserve from diameter-class, height-class and width-class structure. The spatial distribution pattern was explored using dispersal index, index of clumping, parameter of negative binominal, index of mean crowding, index of patchiness and index of aggregation. The results showed that diameter, height and crown class structure of Gymnocarpos przewalskii population in different habitats were approximately in single-peak type and reversed J-type respectively. Most middle-aged individuals presented in Changshanzi and Xidaquan population, the number of young and old individuals was smaller, and in Mogutai population the number of the young was larger, the second was the middle-aged and the old were smallest. Spatial distribution pattern of population in Mogutai and Xidaquan were aggregative type and in Changshanzi was random type with small aggregative degree.

Key words: Gymnocarpos przewalskii; population structure; spatial distribution pattern; aggregation degree

 



资助项目:安西自然保护区裸果木生物学特性和繁殖技术研究横向合作项目。

第一作者:王亮(1985- ),男,甘肃张掖人,工程师,研究方向为生物多样性。通信联系人,E-mailzp200108@163.com

通讯作者:黄海霞(1974- ),女,甘肃民勤人,副教授,研究方向为森林资源经营管理。E-mailhhx@gsau.edu.cn


种群结构是植物种群生态学的重要研究内容,种群结构不仅能反映种群空间上的变化规律,而且能表征群落的发展和演变趋势,对阐明群落结构特征及其发展趋势具有重要意义[1]甄江红等[2]研究发现不同生境下四合木(Tetraenam mongolica)种群的径级结构、冠幅结构、高度结构存在明显差异。空间分布格局是种群生物学特性、种内与种间关系以及环境条件综合作用的结果,能够在很大程度上反映种群与生境的关系,研究种群分布格局可以揭示格局的成因,阐述种群及群落的动态变化,为物种保护措施的制定提供一定的科学依据[3,4]

裸果木(Gymnocarpos przewalskii)是石竹科裸果木属的半灌木为亚洲中部荒漠区内比较稀少的孑遗植物,是构成石质荒漠植被的重要建群树种之一[5],在我国主要分布于西北荒漠区,具有抗干旱、耐盐碱、耐贫瘠、耐风蚀沙埋、根系深、寿命长等特点,对防止荒漠化,保护和维持荒漠生态系统平衡起着积极的作用[6]裸果木对研究我国西北地区荒漠的发生、发展、气候的变化以及旱生植物区系成分的起源有非常重要的科学研究价值。由于气候变化,地表温度显著上升[7],使得裸果木分布区环境条件恶化,盖度明显下降[8],种群数量急剧减少,分布面积日趋缩小和片段化,自然更新和繁殖困难,处于濒危状态,被国家林业局列为国家一级重点保护植物[9]。为此,对保护区裸果木的分布和生境状况、种群的径级、冠幅、高度结构以及种群空间分布格局进行调查研究,探讨其种群结构特点、水平空间分布格局的特点及形成原因,有助于掌握裸果木的生态学特性,了解种群数量动态及发展趋势,为裸果木种群濒危机制的探索、种群的合理保护提供理论依据。

1 研究区概况

研究区位于甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区,保护区主要位于河西走廊西端的瓜州县境内,地处94°45′~ 97°00′E39°52′~ 41°53′N,分南北两片,总面积8.0×105hm2。保护区属典型的干旱荒漠气候,降水极少,蒸发量大,日照时间长,昼夜温差大,夏季炎热,冬季严寒,风大沙多。年均温变化在7.8℃~10℃之间,年均光照时数为2940.4h~3171.9h,全年日照率为73%,年均降水量52.0mm以下,年蒸发量2754.9mm。保护区境内共有高等植物63210455种,其中特殊固沙植物30余种,药用植物100余种。主要以典型的中亚四大荒漠植物泡泡刺 (Nitraria sphaerocarpa)(Reaumuria soongorica)合头草(Sympegma regelii)、珍珠猪毛菜(Salsola passerina)裸果木(G. przewalskii)为保护对象[10]


                     1  裸果木调查区种群密度及生境特征            

Table 1  Population density and habitat characteristics in investigation area of G. przewalskii

种群

经 度

纬 度

海 拔

( m )

降水量( mm )

密度

(株/100 m2)

蘑菇台

95º55´01.1" ~95º55´44.5"

40º04´09.1"

~ 40º04´47.4"

1706 ~ 1765

58~75

13

长山子

96º14´32.6"

~96º24´17.6"

40º03´34.9"    ~40º04´13.4"

 1745 ~ 1902

58~75

11

西大泉

95º14´49.9"

~95º15´01.9"

 41º19´01.6" ~ 41º19´31.3"

 1771 ~ 1783

40~70

11


本研究以南片的蘑菇台、长山子及北片的西大泉作为调查区,其种群密度及生境特征见表1。调查区的主要植物种有裸果木(G. przewalskii)、合头草(S. regelii)、柽柳(Tamarix chinensis)、沙拐枣(Calligonum. mongolicum)、珍珠猪毛菜(S.passerina)、霸王(Zygophyllum xanthoxylum)、膜果麻黄(Ephedra sinica)、红砂(R.soongorica)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)、白刺(Nitraria tangutorum)、锦鸡儿(Caragana sinica)、盐生假木贼(Anabasis salsa)、芨芨草(Achnatherum splendens)、大戟(Euphorbia pekinensis)、黄花补血草(Limonium aureum)、盐生草(Halogeton glomeratus)、中亚紫菀木(Asterothamnus centrali-asiaticus)等。

2 研究方法

2.1 样方调查

3个调查区选择裸果木集中分布的地带,每隔100 m设置110 m×10 m的样方,样方总数分别为15个、15个和10个。对每个样方进行每木调查,记录样方内裸果木地径(主干离地面10 cm处植株的直径)、冠幅(以椭圆面积计算)和高度(通过株冠中心点的自然垂直高度),统计裸果木株数。

2.2  种群结构指标分级

根据调查的数据,以2 mm为径级,统计各径级的株数,确定径级结构;以0.5m2为冠幅级,统计各冠幅级内株数,确定冠幅结构;以10 cm为高度级,统计各高度级内的株数,确定高度结构。      

2.3  种群空间分布格局参数计算

2.3.1 扩散系数(C

扩散系数(C)是检验种群扩散是否为随机分布的一个系数。式中 表示样本方差, 表示种群密度的平均数。C=1时,种群属于随机分布;C>1时,为聚集分布;C<1时,为均匀分布[11,12]   

 

2.3.2 丛生指数(I

I=0时,随机分布;I>0时,聚集分布;I<0时,均匀分布[12]

2.3.3 负二项参数(K  

式中,K值用于度量聚集程度,K值愈小,聚集程度越高。如果K值趋于无穷大(一般为8以上),则接近随机分布。当K<0时,为均匀分布;K>0为聚集分布。显著性检验采用Kolmogogorov-Smirnov检验[11-14]  

2.3.4 平均拥挤度(m*)指数

 

 表示一个样方内每个个体的平均拥挤程度,即每个个体在同一单位中其个体的平均数,其数值越大表示该个体受其它个体的拥挤效应越大 [11-14]

2.3.5 聚块性指数(PAI

  PAI=

PAI1,为随机分布;PAI >1,为聚集分布;PAI <1,为均匀分布[12]

2.3.6 聚集指数(

 

  <0时,为均匀分布; =0时,为随机分布; >0时,为聚集分布[14]

3 结果分析

3.1 裸果木种群的径级结构

1显示3个裸果木种群各径级个体数占植株总数的百分比随径级的变化规律基本一致,近似呈“山峰型”曲线。蘑菇台种群径级20.40~0.60 cm)的株数比例最高,为36.04%,其次为径级10.20~0.40 cm),比例为30.96%径级2以上的株数比例随径级增加明显下降。长山子种群的径级结构近似于正态分布。从径级1开始,其个体数量随径级增加而迅速增加,径级30.60~0.80 cm)的株数比例达到峰值,而后呈下降趋势,以径级2~50.40~1.20 cm)的植株个体数目较多,占裸果木总株数的80.70%。西大泉种群的径级结构近似表现为“双峰”曲线。径级2~5的植株个体数目较多,占总株数的78.30%


      1  不同生境裸果木种群的径级结构

Figure 1  Diameter-class structure of the G. przewalskii population

3.2 裸果木种群的冠幅结构

2可知,3个裸果木种群个体数量均随冠幅的增大而递减,近似呈倒“J”型。其中蘑菇台递减明显,西大泉与长山子递减较慢。3个样区裸果木冠幅面积大多集中在冠幅级1~30~1.50m2蘑菇台种群以冠幅10~0.50 m2)植株数最多,占总株数的71.07%冠幅20.50~1.00 m2)次之,占总株数的25.38%,冠幅341.00~2.00 m2)最小,仅占3.55%。西大泉和长山子种群以冠幅级123植株数最多,其株数比例分别为88.24%91.02%

  2  不同生境裸果木种群的冠幅结构

Figure 2  Crown-class structure of the G. przewalskii population

3.3 裸果木种群的高度结构

  3  不同生境裸果木种群的高度结构

Figure 3  Height-class structure of the G. przewalskii population

3种生境中裸果木种群高度分布规律相似,个体数量随着高度级先增加后减少,所调查的裸果木种群的植株最大高度不超过120 cm3长山子和蘑菇台裸果木的株高主要集中于3~6级(20~60cm),株数比例分别为84.21%86.87%且在高度级430~40cm)的株数比例均达到最大,分别为26.90%34.34%。西大泉高度级540~50cm)的株数比例达到最大,为22.22%,株数随高度级的变化呈“双峰型”高度级10以上(90~120cm)的株数极少,其株数比例仅为1.85%

3.4 裸果木种群的空间分布格局

由表2可知,蘑菇台和西大泉裸果木种群的扩散系数和聚块性指数大于1丛生指数和聚集指数大于0负二项参数略大于8,说明这2个裸果木种群呈聚集分布。综合考虑这些参数,蘑菇台和西大泉裸果木种群呈聚集分布。长山子负二项参数远大于8,扩散系数接近于1,丛生指数和聚集指数均接近0,由此判定该种群的空间分布表现为随机分布。

丛生指数和平均拥挤度指数可以表征种群的聚集程度,通常这两个指数越大,聚集度越高。由表2可见,这两个参数的值均表现为蘑菇台种群>西大泉种群>长山子种群,表明蘑菇台种群的空间聚集程度最高,西大泉次之,长山子最小。

 


2   裸果木种群空间分布格局参数

Table 2  Parameters for spatial distribution pattern of the G. przewalskii population

      参数

蘑菇台

长山子

西大泉

   扩散系数(C

 2.188

 1.338

 2.053  

   丛生指数(I

 1.188 

 0.338

 1.053

   负二项参数(K

11.108

33.693

10.252

   平均拥挤度(m*)指数

14.388

11.738

11.853

   聚块性指数(PAI

 1.090 

 1.030

 1.098 

   聚集指数(

 0.090

 0.030

 0.098    


4 结论与讨论

比较不同种群的径级、冠幅和树高结构,能较好地体现环境因子对种群的作用强度和种群的适应特征[15]不同生境裸果木种群的径级结构、冠幅结构、高度结构呈现相似的变化趋势,各种群个体数随高度级和地径级的变化近似呈“山峰型”曲线,随冠幅级的增加近似呈倒“J 型”。长山子和西大泉种群结构相似,地径大多集中分布于径级2~5,冠幅面积集中于冠幅级1~3,株高集中分布于高度3~6,说明这两个种群的裸果木以中龄个体为主,幼龄个体和老龄个体均较少,这可能是因为裸果木本身结实率低,在自然条件下萌发困难,种子向幼苗的转化率低,造成幼苗稀少[9]。蘑菇台种群,裸果木地径集中在径级1~2冠幅面积集中在冠幅级1~3,株高集中在高度级3~5表明裸果木以幼龄个体为主,中龄个体次之,老龄个体最少,种群处于进展演替状态。

种群在空间上的分布状态决定于植物种的生物学特性和生境条件及其相互作用[16]。蘑菇台和西大泉裸果木种群的分布为聚集分布,可能是由于蘑菇台裸果木种群主要分布在干河床,强烈的洪水和泥石流冲刷将上游的种子携带沉积在下游河滩,从而造成其沿干河床呈聚集分布。西大泉裸果木集中分布在山前冲积扇,地势平坦,洪水携带来大量的泥沙沉积在这一带,土壤为细沙砾质,土质疏松,透气性好,使得裸果木的根系比较发达,调查中也发现该种群表现出较为明显的根蘖特性。这和龚滨[17]在银缕梅上、柴永青等[9]在肃北马鬃山金庙井洪积扇平原地带裸果木种群上的研究结果相一致。长山子裸果木种群为随机分布,可能是由于该地带为砾质戈壁,土壤砾石含量高,蒸发量很大,生境恶劣,资源受限,种群需要更大的生存空间;其次该种群中龄植株较多,个体冠幅较大,种间和种内的竞争也可能造成这一地带裸果木呈随机分布。柴永青等[9]在肃北芦草沟和干沟口子山前干河床地带裸果木种群分布格局的研究中也得出了相似的结论。

 

 

参考文献

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[17] 龚滨,夏洋洁,张光富,.中国特有珍稀濒危树种银缕梅种群结构和空间格局[J].生态与农村环境学报,2012,28(6):638-646.

 

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