王黎黎,張克斌,程中秋,常 進(jìn),龐吉林,張靜雯,徐佳佳
(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,北京 100083)
1917年Grinnell最早給出了生態(tài)位定義,認(rèn)為生態(tài)位是物種或亞種占據(jù)的最后單元。生態(tài)位理論在種間關(guān)系、群落結(jié)構(gòu)、生物多樣性及種群進(jìn)化等研究中的廣泛應(yīng)用,使其在現(xiàn)代生態(tài)學(xué)中占有愈來(lái)愈重要的地位[1]。目前,生態(tài)位理論研究中的一個(gè)重要內(nèi)容是對(duì)生態(tài)位寬度和生態(tài)位重疊的定量計(jì)測(cè)[2-5]。研究種群生態(tài)位,了解各種群在群落中的地位和作用以及種群間的相互關(guān)系,對(duì)植被資源保護(hù)、可持續(xù)利用和植被的恢復(fù)重建等具有重要意義[6]。
結(jié)合寧夏鹽池荒漠化長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,以荒漠化草原人工封育區(qū)植物為研究對(duì)象,對(duì)各物種生態(tài)位寬度及他們之間的生態(tài)位重疊度等進(jìn)行分析研究,以揭示干旱荒漠環(huán)境下植物生態(tài)位變化規(guī)律,這對(duì)荒漠化地區(qū)已退化的生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)和荒漠化治理具有重要的理論意義和實(shí)踐意義。
鹽池縣位于寧夏回族自治區(qū)東部,北緯37°04′~38°10′,東經(jīng)106°30′~107°41′。北與毛烏素沙地相連,南靠黃土高原。在地理位置上屬于一個(gè)典型的過(guò)渡地帶,氣候上是從半干旱區(qū)向干旱區(qū)的過(guò)渡地帶;植被上是從干草原向荒漠的過(guò)渡地帶,資源利用上是從農(nóng)區(qū)向牧區(qū)過(guò)渡地帶。這種地理上的過(guò)渡性造成了鹽池縣自然條件資源多樣性和脆弱性特點(diǎn)。鹽池縣主要為剝蝕的準(zhǔn)平原地形,地勢(shì)南高北低,海拔1 295~1 951 m。屬于典型中溫帶大陸性氣候,年均氣溫8.1℃,極端最高溫34.9℃,極端最低溫-24.2℃,年均無(wú)霜期165 d,年降水量?jī)H250~350 mm,而且從南向北,從東南向西北遞減。土壤類型以灰鈣土為主,其次是黑壚土和風(fēng)沙土。鹽池縣植被在區(qū)系上屬于亞歐草原區(qū)亞洲中部亞區(qū),中國(guó)中部草原區(qū)過(guò)渡帶。植被類型有灌叢、草原、草甸、沙地植被和荒漠植被,其中灌叢、草原、沙地植被數(shù)量較大,分布也廣。鹽池縣內(nèi)沒(méi)有天然森林,只有少量人工林、喬木林和大面積灌木林。草原分干草原和荒漠草原,群落中常見(jiàn)植物種類以旱生和中旱生類型為主?;哪脖话ùㄇ噱\雞兒、貓頭剌、西伯利亞白刺和鹽爪爪[7]。
結(jié)合國(guó)家荒漠化長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,依據(jù)當(dāng)?shù)刂饕恋乩妙愋秃椭饕哪卫砉こ谭N類,選擇有代表性地段,分別設(shè)置固定樣地,采用GPS定位,進(jìn)行定位監(jiān)測(cè)。研究區(qū)域選在鹽池縣柳林堡鄉(xiāng)人工封育區(qū)。3種處理方法即核心區(qū)(E)、邊緣區(qū)(E1)和外圍區(qū)(E2)。核心區(qū)始于1991年第一批全國(guó)防沙治沙試驗(yàn)示范,采用鐵絲網(wǎng)圍欄,完全排除野生動(dòng)物和家畜的采食。邊緣區(qū)從2002年以來(lái)采取封育措施。外圍區(qū)從2002年以來(lái)也采用了封育,但還是受到了一些人畜影響。3種處理方式在一條直線上,相距不遠(yuǎn),因此,其自然條件也基本上相同。調(diào)查時(shí)間為2010年7月,調(diào)查方法為從E開(kāi)始沿著樣帶的方向隨機(jī)布設(shè)1m×1m的樣方,E、E1、E2各區(qū)內(nèi)各布設(shè)10個(gè)樣方。調(diào)查內(nèi)容包括:植物名稱、植物種數(shù)、株數(shù)、蓋度、高度、生物量等。
圖1 封育區(qū)分布圖
2.2.1 重要值 重要值[8]是綜合衡量物種在群落中地位和作用的有效指標(biāo),通過(guò)對(duì)物種重要值的分析可以了解群落種群的變動(dòng)情況。
重要值=(相對(duì)多度+相對(duì)頻度+相對(duì)蓋度+相對(duì)高度+相對(duì)生物量)/5
2.2.2 生態(tài)位寬度 采用Levins生態(tài)位寬度計(jì)算公式[9]。
式中:Bi為物種i的生態(tài)位寬度;Pij是物種i在第j資源位上的重要值占他所在全部資源位上重要值的比例;r為樣方數(shù)。
2.2.3 生態(tài)位重疊計(jì)測(cè) 采用Pianka生態(tài)位重疊指數(shù)[10]
式中:Oik為物種i與物種k的重疊指數(shù),其他符號(hào)含義同上。
從表1可以看出,核心區(qū)生態(tài)位寬度值最大的是阿爾泰狗哇花和叉枝鴉蔥,分別為0.81和0.51,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他各物種的生態(tài)位寬度,是核心區(qū)的優(yōu)勢(shì)種。阿爾泰狗哇花屬于溫帶中旱生多年生草本,耐干旱,為劣等飼用植物。阿爾泰狗哇花對(duì)環(huán)境資源利用能力較強(qiáng),在核心區(qū)分布較為均勻,出現(xiàn)在每一個(gè)樣方中。核心區(qū)生態(tài)位寬度較小的植物種為蟲(chóng)實(shí)、沙鞭、砂針棘豆,生態(tài)位寬度均為0.10,且都只在一個(gè)樣方中出現(xiàn),說(shuō)明這些植物在封育區(qū)空間分布極不均勻,對(duì)環(huán)境資源的利用能力差,是封育區(qū)的特化種。
邊緣區(qū)內(nèi)生態(tài)位寬度較大的物種為絲葉山苦荬和刺沙蓬。其生態(tài)位寬度分別為0.77、0.71,為該區(qū)的優(yōu)勢(shì)種?;ò簟⒔禽锏壬鷳B(tài)位寬度均為0.10,其生態(tài)位寬度窄,為該區(qū)的特化種。
外圍區(qū)中,生態(tài)位寬度較大的物種為絲葉山苦荬和黑沙蒿,達(dá)到0.83和0.82。遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于排在第三位的刺沙蓬0.44。絲葉山苦荬和黑沙蒿都是多年生草本植物,耐旱能力強(qiáng),對(duì)環(huán)境資源利用能力較強(qiáng)。冰草和沙鞭表現(xiàn)出較窄的生態(tài)位,其寬度均為0.10,是該區(qū)的特化種。
從3個(gè)封育區(qū)比較分析可以看出,核心區(qū)內(nèi)阿爾泰狗哇花的生態(tài)位寬度達(dá)到0.81,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他物種,說(shuō)明他對(duì)該區(qū)的各種資源利用能力較強(qiáng),在資源爭(zhēng)奪中處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位,這勢(shì)必會(huì)抑制其他物種的生長(zhǎng),植物群落結(jié)構(gòu)較單一,群落不穩(wěn)定。邊緣區(qū)內(nèi)各主要建群種的生態(tài)位寬度比較平均,對(duì)環(huán)境資源的利用能力均衡,群落結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。外圍區(qū)類似于核心區(qū),絲葉山苦荬和黑沙蒿生態(tài)位寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它物種,占據(jù)了更多的資源。這種現(xiàn)象主要是由于核心區(qū)封育時(shí)間較長(zhǎng),且采用圍欄封育完全排除人畜影響,地表形成生物結(jié)皮,影響水分入深,因此對(duì)這種環(huán)境適應(yīng)能力弱的物種生長(zhǎng)會(huì)受到影響。邊緣區(qū)是從2002年開(kāi)始封育,較核心區(qū)的封育時(shí)間短很多。這說(shuō)明長(zhǎng)期的完全封育并不利于植被恢復(fù)和群落的穩(wěn)定性。外圍區(qū)雖然也實(shí)行的封育,但還是受到人畜干擾,影響了植物生長(zhǎng)狀況。
表1 封育區(qū)植物生態(tài)位寬度
生態(tài)位重疊體現(xiàn)了物種對(duì)同等級(jí)資源的利用程度及空間配置關(guān)系,反映物種之間對(duì)資源利用的相似程度和競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[11]。較高的生態(tài)位重疊意味著物種之間對(duì)環(huán)境資源具有相似的生態(tài)學(xué)要求,可能存在激烈的競(jìng)爭(zhēng)。核心區(qū)、邊緣區(qū)和外圍區(qū)各物種生態(tài)位重疊度見(jiàn)表2、表3、表4。
由表2可知,核心區(qū)生態(tài)位重疊度最大值出現(xiàn)在賴草和蟲(chóng)實(shí)、達(dá)烏里胡枝子和老瓜頭之間,隱子草和砂針棘豆之間,分別為0.86、0.86和0.84。說(shuō)明上述植物對(duì)資源利用的相似性程度較高。核心區(qū)生態(tài)位寬度最大的阿爾泰狗哇花與其它物種的重疊度并不高,最高的是與叉枝鴉蔥的重疊度,為0.71。賴草和蟲(chóng)實(shí)的生態(tài)位寬度均較小,達(dá)烏里胡枝子和老瓜頭的生態(tài)位寬度較大,隱子草和砂針棘豆前者生態(tài)位寬度較大,后者較小??梢钥闯錾鷳B(tài)位寬度與生態(tài)位重疊度之間并不存在直接的線性關(guān)系。
表2 核心區(qū)植物生態(tài)位重疊度
表3 邊緣區(qū)植物生態(tài)位重疊度
表4 外圍區(qū)植物生態(tài)位重疊度
邊緣區(qū)的生態(tài)位重疊度最大值出現(xiàn)在披針葉黃華和西伯利亞蓼、阿爾泰狗哇花和西伯利亞蓼,其值分別為0.1和0.93。說(shuō)明這些物種在研究區(qū)生境中有較好的共生關(guān)系。生態(tài)位重疊度最大的披針葉黃華和西伯利亞蓼,其生態(tài)位寬度都較小。
外圍區(qū)生態(tài)位重疊度最大值出現(xiàn)在老瓜頭和冰草、絲葉山苦荬和黑沙蒿。生態(tài)位寬度最大的絲葉山苦荬除了與苦豆子之間的重疊度較大外,與其它物種的重疊度均不大。
(1)生態(tài)位寬度是反映物種對(duì)環(huán)境資源利用狀況的尺度,生態(tài)位寬度越大表明物種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力越強(qiáng),對(duì)各種資源的利用較為充分,在群落中往往處于優(yōu)勢(shì)地位。核心區(qū)內(nèi)生態(tài)位寬度最大的阿爾泰狗哇花,邊緣區(qū)和外圍區(qū)生態(tài)位寬度最大的都是絲葉山苦荬。阿爾泰狗哇花和絲葉山苦荬的生物學(xué)特性決定了它們對(duì)封育區(qū)的環(huán)境資源利用能力較強(qiáng)。
(2)生態(tài)位重疊反映種群之間對(duì)資源利用的相似程度和競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。多數(shù)關(guān)于生態(tài)位的研究認(rèn)為,較大的生態(tài)位寬度常常伴隨著較高的生態(tài)位重疊[12-13]。而對(duì)柳楊堡人工封育區(qū)內(nèi)各物種的生態(tài)位重疊度分析得出生態(tài)位寬度與生態(tài)位重疊度之間并不存在直接的線性關(guān)系。
(3)人工封育是恢復(fù)退化草場(chǎng)的手段之一。作為退化草場(chǎng)恢復(fù)的一項(xiàng)重要措施,封育措施已為世界各國(guó)所廣泛采用[14]。但是通過(guò)對(duì)鹽池人工封育草場(chǎng)的研究分析可以看到,長(zhǎng)期完全封育并不利于植被的恢復(fù)和群落的穩(wěn)定。建議適當(dāng)放牧或刈割,但一定是要做到適時(shí)、適度,防止人為造成的草場(chǎng)退化。
[1] 王 剛,趙松嶺,張鵬云,等.關(guān)于生態(tài)位定義的探討及生態(tài)位重疊計(jì)測(cè)公式改進(jìn)的研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào),1984,4(2):119-127.
[2] 王祥福,郭泉水,巴哈爾古麗,等.崖柏群落優(yōu)勢(shì)喬木種群生態(tài)位[J].林業(yè)科學(xué),2008,44(4):6-13.
[3] 封 磊,洪 偉,吳承禎.武夷山黃山松林主要種群生態(tài)位特征[J].山地學(xué)報(bào),2008,26(3):308-316.
[4] 黃俊臻,韋新良,王志輝,等.浙西北針闊混交林主要樹(shù)種生態(tài)位特征研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,37(5):144-147.
[5] 方江平,盧 杰,羅 建,等.高寒植物長(zhǎng)鞭紅景天種群生態(tài)位研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(5):2027-2031.
[6] 張國(guó)斌,李秀芹.嶺南自然保護(hù)區(qū)常綠闊葉林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的生態(tài)位研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,31(4):46-50.
[7] 張克斌,李 瑞,侯瑞萍,等.寧夏鹽池縣不同荒漠化治理措施植物多樣性研究[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2004,2(4):66-72.
[8] 鄭翠玲,曹子龍,趙廷寧,等.渾善達(dá)克沙地南緣農(nóng)牧交錯(cuò)帶棄耕地植被的演替規(guī)律[J].中國(guó)水土保持學(xué),2005,3(1):72-76.
[9] 魏志琴,李旭光,郝云慶.珍稀瀕危植物群落主要種群生態(tài)位特征研究[J].西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,26(1):1-4.
[10]畢潤(rùn)成,尹文兵,王艷妮.山西南部脫皮榆種群生態(tài)位的研究[J].西北植物學(xué)報(bào),2003,23(7):1266-1271.
[11]Spiex T A.Canopy gaps in Douglas fir forests of the Cascade Mountains[J].Can.J.Res.,1990,(20):649-658.
[12]張林靜,岳 明,趙桂仿.生態(tài)位不同計(jì)測(cè)方法在綠洲荒漠交鍺帶應(yīng)用的比較分析[J].生態(tài)學(xué)雜志,2002,2l(4):71-75.
[13]陳文業(yè),戚登臣,李廣宇,等.甘南高寒退化草地生態(tài)位特征及生產(chǎn)力研究[J].自然資源報(bào),2010,25(1):80-90
[14]Turner R M.Long-term vegetation change at a fully protected Sonoran desert site[J].Ecology,1990,(7):464-477.