荒漠区湿地植物群落分类排序及其与土壤环境因子的关系_王启学.pdf
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1、DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0192王启学,王兴,余轩,陈娟,宋乃平,吴旭东.荒漠区湿地植物群落分类排序及其与土壤环境因子的关系.草业科学,2023,40(1):37-45.WANGQX,WANGX,YUX,CHENJ,SONGNP,WUXD.Classificationandordinationofaplantcommunityinadesertwetlandanditsrelationshipwithsoilenvironmentalfactors.PrataculturalScience,2023,40(1):37-45.荒漠区湿地植物群落分类排
2、序及其与土壤环境因子的关系王启学1,2,3,王兴1,2,3,余轩1,2,3,陈娟2,3,4,宋乃平1,2,3,4,吴旭东5(1.宁夏大学生态环境学院,宁夏银川750021;2.宁夏大学西北退化生态环境恢复与重建教育部重点实验室,宁夏银川750021;3.宁夏大学西北土地退化与生态系统恢复国家重点实验室培养基地,宁夏银川750021;4.宁夏大学农学院,宁夏银川750021;5.宁夏农林科学院荒漠化防治研究所,宁夏银川750002)摘要:湿地存亡可以作为荒漠地区植被恢复可持续性的指示器,明晰其生态系统内部植物群落空间分布特征及其与土壤环境因子关系,可为制定与生境高度相适应的多样化植被恢复模式提供
3、科学依据。本研究以宁夏哈巴湖湿地汇水范围为研究对象,在 12km12km 范围内,设置分辨率为 1km1km 的 152 个调查样点的植被和土壤数据,采用多元回归树和冗余分析,探讨不同植物群落类型的空间分布特征及其对土壤理化因子的响应规律。结果表明:1)研究区植物群落可划分为短花针茅(Stipa breviflora)+牛枝子(Lespedeza bicolor)、冰草(Agropyron mongolicum)+赖草(Leymus secalinus)+草木樨状黄芪(Astragalus melilotoides)、苦豆子(Sophora alopecuroide)+猪毛蒿(Artemisi
4、a scoparia)、芨芨草(Splendid achnatherum)+盐爪爪(Slenderbranch Kalidium)4 种植物群落类型。2)土壤粘粉粒含量、生境海拔高度、土壤 pH 和盐分含量是 4 种植物群落空间分布的主要控制因素。3)随着土壤粘粉粒或细沙粒含量降低所表征的土壤粗质化程度增加,植物群落由短花针茅+牛枝子转变为冰草+赖草+草木樨状黄芪;随着海拔降低和土壤全盐增加,植物群落由短花针茅+牛枝子转变为芨芨草+盐爪爪。综上可知,荒漠湿地由分水岭高梁地到低滩湿地的景观植被系统,首先是土壤质地决定的旱生地带性植物群落空间分异,其次是海拔和盐分驱动的地带性向隐域性植物群落的二次
5、分异。关键词:群落分类排序;多元回归树;冗余分析;植物群落空间分异;主控因素;哈巴湖湿地;植被恢复文献标志码:A文章编号:1001-0629(2023)01-0037-09Classification and ordination of a plant community in a desert wetlandand its relationship with soil environmental factorsWANGQixue1,2,3,WANGXing1,2,3,YUXuan1,2,3,CHENJuan2,3,4,SONGNaiping1,2,3,4,WUXudong5(1.Colleg
6、eofEcologyandEnvironment,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,Ningxia,China;2.BreedingBaseforStateKeyLaboratoryofLandDegradationandEcologicalRestorationinNorthwestChina,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,Ningxia,China;3.KeyLaboratoryforRestorationandReconstructionofDegradedEcosysteminNorthwestChinaofMinis
7、tryofEducation,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,Ningxia,China;4.SchoolofAgriculture,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,Ningxia,China;5.InstituteofDesertificationControl,NingxiaAcademyofAgriculturalandForestrySciences,Yinchuan750002,Ningxia,China)Abstract:The existence and disappearance of desert wetla
8、nds can be considered as the indicators of sustainability in收稿日期:2022-03-22接受日期:2022-04-28基金项目:宁夏回族自治区重点研发计划(2019BFG02022);国家自然科学基金(31901367);国家自然科学基金(32171872);宁夏青年科技人才托举工程(第五批)项目“荒漠草原柠条人工林群落结构对生态系统功能的维持作用与机理”(2021AAC03015);宁夏农业科技资助创新项目(NGSB-2021-14-03);宁夏自然科学基金(2021AAC03015)第一作者:王启学(1996-),男,宁夏西吉人
9、,在读硕士生,研究方向为恢复生态学。E-mail:通信作者:宋乃平(1963-),男,陕西扶风人,教授,博士,研究方向为恢复生态学。E-mail:S第40卷第1期草业科学37-45Vol.40,No.1PRATACULTURALSCIENCE1/2023http:/vegetation recovery.The spatial distribution characteristics of plant communities and their relationship with soilenvironmentalfactorsweredescribedinthedesertwetlandec
10、osystem.Thiscanprovideascientificbasisforestablishingadiversified vegetation restoration model based on the characteristics of different habitats.In this study,the Haba LakewetlandecosysteminNingxiawasselectedastheresearchobject.Basedonvegetationandsoildatafrom152surveysiteswith1km1kmresolution,mult
11、ipleregressiontreeandredundantanalysiswereusedtoexplorethespatialdistributioncharacteristicsofdifferentplantcommunitytypesandtheirresponsetosoilfactorsina12km2area.Theresultswereasfollows:1)theplantcommunitywasdividedintofourtypes:Stipa breviflora+Lespedeza bicolor,Agropyron mongolicum+Leymus secali
12、nus+Astragalus melilotoides,Sophora alopecuroide+Artemisia scoparia,and Splendid achnatherum+Slenderbranch Kalidium.2)Themainfactorsaffectingthespatialdistributionofthesefourplantcommunitiesincludedsoilclayandfinesandcontents,altitude,soilsaltcontent,andpH.3)Withthedecreaseinsoilclaycontent,thedegre
13、eofsoilcoarseningincreased,andtheplantcommunitychangedfromStipa breviflora+Lespedeza bicolorto Agropyron mongolicum+Leymus secalinus+Astragalus melilotoides;owingtothedecreaseinaltitude,theplantcommunitychangedfromStipabreviflora+Lespedeza bicolortoSplendid achnatherum+Slenderbranch kalidium.Conclus
14、ion:Acrossthewatershedlandtothelowbeachwetland,thespatialvariationsinthelandscapevegetationsysteminthedesertwetlandcanbedescribedas follows:spatial differentiation of xerophytic zonal plant communities depends on soil texture,whereas secondarydifferentiationofzonaltocrypzonalplantcommunitiesisbasedo
15、naltitudeandsalinity.Keywords:communityclassificationandordination;multipleregressiontree;redundantanalysis;spatialdifferentiationofplantcommunities;mainfactors;HabaLakewetland;vegetationrecoveryCorresponding author:SONGNaipingE-mail:荒漠草原是维护国家和区域生态安全的重要生态屏障。我国的荒漠草原从东北向西南穿越鄂尔多斯高原中北部,与缓坡起伏的丘陵地形复合,形成了薄
16、层灰钙土或沙土覆盖的硬梁地、风沙土覆盖的坡地软梁地和风沙土、盐碱土覆盖的滩地“三圈”结构1。鄂尔多斯高原的许多滩地为盐分汇集的季节性湿地,其状态可以作为“三圈”结构内植被恢复可持续性的指示器而具有重要生态价值。宁夏盐池县哈巴湖湿地自然保护区成立于 2006 年,经过近 13年的生态保护,荒漠湿地典型自然系统的植被得到显著恢复,为研究荒漠湿地植被空间结构和分类体系提供了良好场所。围绕鄂尔多斯荒漠湿地的植物群落组成空间分布特征及其与生境关系的研究,途径是基于植物群落数量及其生境调查数据,采用植物群落排序与分类等数量分析方法开展,目标是明确植物群落组成或类型与环境的协同演变关系2,这也是实现干旱半干
17、旱区域植被恢复重要理论研究之一。针对上述研究主题,已有研究主要聚焦鄂尔多斯荒漠湿地旱生湿生生态过渡带植物群落组成和结构差异,发现土壤生境水分和盐分含量作为群落物种组成和空间分布的主要因素3,决定了以耐盐、耐湿植物为优势种湿生带单优群落类型;旱生带植物群落组成类型多样,但由于植物个体抗旱能力差异,形成了不同生境群落镶嵌分布格局4,例如,干旱半干旱草地植物个体中草酸钙含量的高低,决定植物对干旱事件或旱生生境的适应能力5,相对于多年生禾本科植物,一年生菊科植物叶片较高的草酸钙含量,保障其更加适宜生境胁迫程度较高的生境(如干扰、沙化)并成为群落优势种4-6;旱生湿生交错带生境群落内部物种组成复杂程度较
18、高7,这可能是生境边缘较高的环境空间异质性较低了群落内部不同物种生态位重叠,可容纳更多物种共同生存发展8-10。基于上述研究,其他学者更多聚焦荒漠湿地区域不同植物群落多样性与群落功能(生产力、稳定性)之间的关系研究11-12,发现随着围栏封育、人工林建设等生态恢复工程实施,土壤养分、细颗粒物质含量等属性表征的土壤生境质量的恢复,影响着群落物种组成和空间分布的波动特征13-14,也有很少学者聚焦要整个鄂尔多斯荒漠湿地生境水分和盐分对微生物群落物种组成的影响15。上述研究更多地从局域生境(如湿地本身)群落尺度,强调了植物个体适应性、生境特征和质量对植物群落类型空间分异、群落功能的影响,缺少整体性植
19、被分类38草业科学第40卷http:/与空间格局的系统研究从地带性植被分布的梁地到非地带性植被分布的湿地,进而在植被保护和恢复中,缺乏精细空间的适应性植被类型理论指导。为此,本研究以宁夏盐池县哈巴湖湿地及其周边的草地生态系统为研究对象,开展了从硬梁地低湿滩地的大范围植被及其环境调查,分析植物群落空间分布特征及其与土壤因子的关系,为该自然植被保护和类似景观的恢复提供科学依据。1 材料与方法 1.1 研究区概况宁夏哈巴湖国家级自然保护区位于宁夏盐池县中北部(373836380200N,10653111073810E,海拔 13001622m),年均降水量298mm,年均蒸发量 2249.9mm,大
20、约为降水量的67 倍。植被类型主要有草原植物群系、沙生植物群系和盐生草甸植物群系。其中草本植物主要有阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)、地稍瓜(Cynanchumthesioides)、披 针 叶 黄 华(Thermopsis lanceolata)糙隐 子 草(Cleistogenes squarrosa)、甘 草(Glycyrrhizauralensis)、冰草(Agropyron cristatum)、赖草(Leymussecalinus)、草 木 樨 状 黄 芪(Astragalus melilotoides)、苦 豆 子(Sophora alopecuroid
21、es)、猪 毛 蒿(Artemisiascoparia)、短 花 针 茅(Stipa breviflora)、芨 芨 草(Achnatherum splendens)。半灌木和小灌木主要有胡枝子(Lespedeza davurica)、白刺(Nitraria tangutorum)、沙蒿(Artemisia desertorum)、油蒿(Artemisia ordosica)、盐 爪 爪(Slenderbranch kalidium)、刺 叶 柄 棘 豆(Oxytropis aciphylla)等。研究区土壤类型主要有灰钙土、风沙土、盐土和黄绵土等。灰钙土属于荒漠草原生物气候带环境下形成的地带
22、性土壤,以斑块状分布于保护区的鄂尔多斯缓坡丘陵上,而在丘陵坡地上常形成淡灰钙土。风沙土广泛分布于整个区域。盐土主要分布于保护区的低洼地、湖泊边缘及湿地16。1.2 试验设计2019 年 8 月,在盐池县哈巴湖自然保护区选择一个以湿地为核心、随海拔梯度由分水岭向滩地变化的 12km12km 的研究区域(图 1),包含湿地、沙地、草地、农地及林地等多种生态系统存在的景观断面作为研究对象。借助 GPS,结合传统统计学、地统计学及地理信息系统(geographicinformationsystems,GIS),对所选择研究区域进行 1km1km布点17,共设置采样点 152 个,每个采样点布设1 个
23、1m1m 的代表周边植物群落类型的调查样方,共设置 152 个样方。BYanchi County盐池县1070000 E380000 N373000 N1073000 ENLocation map of Haba Lake Reserve哈巴湖自然保护区图 1 盐池县哈巴湖自然保护区位置示意图Figure 1 Schematic of the research site in Yanchi CountyB:调查样地示意图;1 个方格代表 1km1km,方格中原点为样方布设调查点。B:Schematicofthesurveysamplesite;Onesquarerepresents1km1km
24、,andthecentralpointofthesquareisthesampleplottosetupthesurveypoint.1.3 植被调查和土壤样品采集在设定的 152 个 1m1m 的调查样方内部,分别记录出现植物种名称,以及每个物种的高度、盖度和密度,同时按照 20cm 分层间隔采集土壤样品,采样深度 100cm,每个样方共采集土壤样品 5 个18。1.4 测定指标及方法土壤理化性质测定:土壤样品风干后过 1mm筛,pH 采用电位法;全盐采用电导法,利用电导率计算出全盐含量19、使用英国马尔文公司的Mastersizer3000 激光衍射粒度分析仪测定土壤粒径(PSD),土壤粒
25、径分级采用美国制土壤粒级标准19,即:黏粒(0.002mm),粉粒(0.0020.05mm),细砂粒(0.050.1mm),粗砂粒(0.12mm)20。第1期王启学等:荒漠区湿地植物群落分类排序及其与土壤环境因子的关系39http:/ 1.5 数据处理与分析基于植被群落和土壤调查采样数据,采用冗余 分 析(redundancyanalysis,RDA)和 多 元 回 归 树(multivariateregressiontrees,MRT)相结合的方法分别对不同植物群落分类和命名。多元回归树分析:以 152 个样方测定的土壤物理和化学属性为自变量,以每个样方植物物种重要值为因变量,基于1-SE
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- 荒漠 湿地 植物群落 分类 排序 及其 土壤环境 因子 关系 王启学
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