玉蘇甫·買買提，艾薩迪拉·玉蘇甫

(新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆 烏魯木齊830054)

白刺屬 (Nitraria L)屬于旱生或超旱生灌木或小灌木，是防風(fēng)固沙和改良鹽堿地的先鋒植物，壽命長(zhǎng)達(dá)30年以上。全世界有12種，中國(guó)有8種，新疆有6種［1～2］，廣泛分布于我國(guó)干旱、半干旱荒漠地區(qū)。白刺屬植物具有很強(qiáng)的防風(fēng)固沙能力以及耐旱、抗風(fēng)蝕、抗鹽堿、耐熱能力，因此，在生物固沙和改良鹽堿地方面長(zhǎng)期以來(lái)備受關(guān)注［3］。更為重要的是，白刺屬植物耐沙埋，埋后枝節(jié)快速生出不定根，然后擴(kuò)展枝葉、積沙成丘，漸漸形成固定和半固定的唐古特白刺灌叢沙堆或沙包［4］，新疆90個(gè)縣 (市)中53個(gè)縣 (市)有沙漠分布，受沙漠化、風(fēng)沙危害和影響的有80個(gè)縣 (市)［5］。白刺屬植物常常在綠洲與沙漠之間的過(guò)渡帶形成固定和半固定的唐古特白刺沙堆，從而在防御沙漠入侵危害綠洲、保持綠洲環(huán)境的穩(wěn)定等方面均發(fā)揮不可替代的作用。白刺屬植物研究主要集中在森林栽培、資源現(xiàn)狀調(diào)查［6～7］、化學(xué)成分分析、沙包生物量預(yù)測(cè)模型［8～9］等方面，而關(guān)于不同林型唐古特白刺灌叢的地上生物量、沙包內(nèi)生物量、粘土內(nèi)生物量和總生物量的相關(guān)性分析，并建立的其回歸模型的研究未見報(bào)道。本項(xiàng)研究采用全挖法及直接收獲法，通過(guò)測(cè)定唐古特白刺 (Nitraria tangutorum)純林、唐古特白刺+紅柳 (Tamarix ramosisima)混交林和唐古特白刺+胡楊 (Populus diversifolia)混交林的唐古特白刺生物量，沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度等指標(biāo)，應(yīng)用線性回歸方法，分別對(duì)不同林型的唐古特白刺灌叢的地上生物量、沙包內(nèi)生物量、粘土內(nèi)生物量和總生物量進(jìn)行相關(guān)性分析，建立回歸預(yù)測(cè)模型，以期為新疆的受損生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和防風(fēng)固沙等生物措施提供參考。

1 研究區(qū)自然概況

研究區(qū)位于天山南麓，焉耆盆地東北部，地處東經(jīng) 86°41'～ 88°22'和北緯 40°25'～ 42°47'之間，總面積12 892 km2。氣候?qū)俚湫偷闹袦貛Т箨懶詺夂?，分北部山區(qū)、南部山區(qū)和中部平原區(qū)3個(gè)不同的氣候區(qū)。北部山區(qū)，常年積雪，氣候嚴(yán)寒，無(wú)霜期很短，四季不分明，只有冷暖之分;中部平原區(qū)，四季分明，夏季炎熱，冬季寒冷，春季干旱、多風(fēng)，氣溫多變，秋季短而降溫迅速;南部山區(qū)，降水極少，蒸發(fā)量大，氣候干燥酷熱。年平均氣溫8．6℃，1 月平均氣溫 -11．9℃，7 月平均氣溫23．6℃，極端最高氣溫 40．3℃，極端最低氣溫-31．6℃，無(wú)霜期 166天。年平均降水量 28．7 mm。土壤為原始灰棕漠土、灰鈣土、半固定沙地和山坡鈣積土。

2 研究方法

2.1 調(diào)查方法

以研究區(qū)域3種林型的唐古特白刺灌叢沙包為研究對(duì)象，在研究區(qū)設(shè)置每一個(gè)不同生境區(qū)域內(nèi)規(guī)格為100 m×100 m的樣地，其中，每一個(gè)樣地內(nèi)篩選不同大小的代表性的10個(gè)樣點(diǎn)，總計(jì)30個(gè)唐古特白刺灌叢沙包為樣點(diǎn)，利用GPS定位，用皮尺對(duì)唐古特白刺沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度和沙包上的灌叢高度等形態(tài)特征指標(biāo)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。通過(guò)利用全挖法、平均生物量法、直接收獲法、回歸模型等灌叢生物量估測(cè)方法，對(duì)不同生境的唐古特白刺灌叢沙包地上生物量 (沙包上部的生物重量)、沙包內(nèi)生物量 (沙包里的生物重量)、粘土內(nèi)生物量(沙包全挖地平后黏土內(nèi)的生物重量)和總生物量(包括沙包上生物量、沙包內(nèi)生物量和黏土內(nèi)生物量的綜合)進(jìn)行實(shí)地測(cè)重［9～14］。

2.2 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel和SPSS等統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)所獲取的有關(guān)灌叢沙包形態(tài)和生物量的數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和分析，并利用得到的數(shù)據(jù)，以唐古特白刺灌叢沙包的長(zhǎng)、寬、高為自變量，以不同部分的生物量為因變量，選擇線性回歸模型，對(duì)不同生境的唐古特唐古特白刺灌叢沙包生物量建立了回歸預(yù)測(cè)模型。

3 結(jié)果與分析

3.1 唐古特白刺灌叢沙包生物量統(tǒng)計(jì)特征

不同生境唐古特白刺灌叢沙包生物量調(diào)查結(jié)果見表1。從表1可以看出，和碩縣唐古特白刺灌叢沙包生物量總特征表現(xiàn)為:3種林型的地上生物量、沙包內(nèi)生物量和地下生物量由高到低排序是唐古特白刺純林＞唐古特白刺+紅柳混交林＞唐古特白刺+胡楊混交林，粘土內(nèi)生物量逐漸增多;究其原因，從唐古特白刺純林-唐古特白刺+紅柳混交林-唐古特白刺+胡楊混交林，唐古特白刺純林沙堆的發(fā)育程度逐漸弱化，個(gè)體形態(tài)也相應(yīng)減小。這就表明在唐古特白刺純林，它們積聚流沙和枯枝落葉而固定的沙丘比唐古特白刺+紅柳混交林和唐古特白刺+胡楊混交林被固定的沙丘發(fā)育得好，這說(shuō)明在沙漠區(qū)唐古特白刺屬植物的生態(tài)效益體現(xiàn)得最突出。因?yàn)樵谏衬貐^(qū)分布的唐古特白刺屬植物耐沙埋，埋后枝節(jié)能快速生出不定根，然后擴(kuò)展枝葉，積沙成丘，漸漸形成固定和半固定的唐古特白刺灌叢沙堆或沙包。這還能進(jìn)一步證明，唐古特白刺純林的防風(fēng)固沙能力比唐古特白刺+紅柳混交林和唐古特白刺+胡楊混交林大得多。試驗(yàn)證明，唐古特白刺純林灌叢沙包高度、長(zhǎng)度及寬度最大，沙堆能力最強(qiáng);唐古特白刺+紅柳混交林次之;唐古特白刺+胡楊混交林最小。

表1 唐古特白刺灌叢的生物量及其沙包特征Tab．1 Biomass and sand dune characteristics of Nitraria tangutorum shrub

從唐古特白刺純林-唐古特白刺+紅柳混交林-唐古特白刺+胡楊混交林，唐古特白刺沙包形態(tài)的統(tǒng)計(jì)特征表現(xiàn)為:沙包的長(zhǎng)度和高度呈逐漸減少趨勢(shì)，但沙包寬度在唐古特白刺+紅柳混交林最大，唐古特白刺純林次之，唐古特白刺+胡楊混交林最小。變異系數(shù)能反映隨機(jī)變量的離散程度，一般認(rèn)為CV≤10%為弱變異性;10%＜CV＜100%為中等變異性;CV≥100%為強(qiáng)變異性。由表1還可以看出，唐古特白刺純林、唐古特白刺+紅柳混交林和唐古特白刺+胡楊混交林的任何指標(biāo)不管是在哪一個(gè)林型都屬于中等變異性。以表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，比較分析不同生境的3種林型唐古特白刺灌叢根系的深度、長(zhǎng)度及寬度分布情況，結(jié)果表明:(1)在唐古特白刺純林分布區(qū)的10個(gè)樣點(diǎn)中沙包內(nèi)+粘土內(nèi) (實(shí)地采用全挖法和直接收獲法)根系分布的最大深度3．7 m、長(zhǎng)度10．7 m、寬度6．2 m，沙包內(nèi)+粘土內(nèi)最大根重量157．5 kg;平均深度 2．8 m、長(zhǎng)度 6．40 m、寬度 3．84 m，沙包內(nèi)+粘土內(nèi)平均根重量78．11 kg。(2)唐古特白刺+紅柳混交林分布區(qū)的10個(gè)樣點(diǎn)中沙包內(nèi)+粘土內(nèi)根系分布的最大深度3．2 m、長(zhǎng)度8．7 m、寬度6．3 m，沙包內(nèi)+粘土內(nèi)最大根重量95．2 kg;平均深度2．6 m、長(zhǎng)度6．01 m、寬度4．28 m，沙包內(nèi)+粘土內(nèi)平均根重量63．08 kg。(3)唐古特白刺+胡楊混交林分布區(qū)的10個(gè)樣點(diǎn)中沙包內(nèi)+粘土內(nèi)根系分布的最大深度2．8 m、長(zhǎng)度6．2 m、寬度4．2 m，沙包內(nèi)+粘土內(nèi)最大根重量38．4 kg;平均深度2．3 m、長(zhǎng)度4．71 m、寬度3．22 m，沙包內(nèi)+粘土內(nèi)平均根重量27．09 kg。綜上所述，3種林型的根系分布的最大深度、長(zhǎng)度及寬度及其最大根重量由大到小排序是唐古特白刺純林＞唐古特白刺+紅柳混交林＞唐古特白刺+胡楊混交林。究其原因，從唐古特白刺純林-唐古特白刺+紅柳混交林-唐古特白刺+胡楊混交林上沙堆的發(fā)育程度逐漸弱化，個(gè)體形態(tài)也相應(yīng)減小。

3.2 變量間的相關(guān)分析

唐古特白刺灌叢沙包生物量包括地上生物量、沙丘內(nèi)生物量和灌叢沙包下粘質(zhì)土層內(nèi)生物量等3個(gè)部分。唐古特白刺灌叢沙包長(zhǎng)度、寬度、高度、地上平均高度是唐古特白刺灌叢沙包的本身特征。在唐古特白刺純林，其灌叢沙包生物量與沙包形態(tài)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性不同，了解這一點(diǎn)有助于辨析不同生境的生物量估算。本項(xiàng)研究分析新疆博斯騰湖周圍的和碩縣境內(nèi)不同生境的唐古特白刺灌叢沙包生物量與沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度之間的相關(guān)性 (表2～4)。

表2 唐古特白刺純林各變量間的相關(guān)系數(shù)矩陣Tab．2 Correlation coefficient matrix among the variables of Nitraria tangutorum forest

表3 唐古特白刺+紅柳混交林各變量間的相關(guān)系數(shù)矩陣Tab．3 Correlation coefficient matrix among the variables of Nitraria tangutorum+Tamarix ramosisima mixed forest

表4 唐古特白刺+胡楊混交林各變量間的相關(guān)系數(shù)矩陣Tab．4 Correlation coefficient matrix among the variables of Nitraria tangutorum+Populus diversifolia mixed forest

從表2可以看出，在唐古特白刺純林，各變量之間的相關(guān)性都很強(qiáng)，呈0．01顯著性水平的極正相關(guān)。

從表3可以看出，在唐古特白刺+紅柳混交林，各變量之間的相關(guān)性也都很強(qiáng)，呈0．01顯著性水平的正相關(guān)。

從表4可以看出，在唐古特白刺+胡楊混交林，除了各變量與沙包高度的相關(guān)性不顯著，呈0．05顯著性水平的正相關(guān)以外，其他各變量之間的相關(guān)性都很強(qiáng)，呈0．01顯著性水平的極正相關(guān)。

綜上所述，和碩縣唐古特白刺純林，灌叢沙包生物量與沙包形態(tài)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性不同，即在唐古特白刺純林，沙包生物量與沙包形態(tài)的相關(guān)性很強(qiáng)，比唐古特白刺+紅柳混交林和唐古特白刺+胡楊混交林的還顯著。這能進(jìn)一步說(shuō)明，哪里的沙丘固定得好，哪里的沙包生物量與沙包形態(tài)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性越好，受損生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和防風(fēng)固沙方面的生態(tài)效益就強(qiáng)。

3.3 唐古特白刺灌叢沙包生物量預(yù)測(cè)模型的建立

在上述相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上，參考已有的灌木生物量建模方法，即利用全挖法、平均生物量法、直接收獲法、回歸模型等灌叢生物量估測(cè)方法［11～14］，分別以唐古特白刺灌叢沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度為自變量，以不同部分的生物量為因變量，選擇線性回歸模型進(jìn)行建模，回歸分析結(jié)果見表5～7。

表5 唐古特白刺純林的沙包生物量與其沙包特征的回歸分析Tab．5 Regression analysis between sand dune biomass and its characters of Nitraria tangutorum forest

表6 唐古特白刺+紅柳混交林的沙包生物量與其沙包特征的回歸分析Tab．6 Regression analysis between sand dune biomass and its characters of Nitraria tangutorum+Tamarix ramosisima mixed forest

從表5可知，在唐古特白刺純林，除粘土內(nèi)生物量回歸方程的p值為0．16之外，各回歸方程的p值 (0．02～0．03)均小于0．05的顯著性水平，這表明，從整體上看，模型與數(shù)據(jù)的擬合程度非常好，說(shuō)明灌叢沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度等指標(biāo)對(duì)唐古特白刺灌叢沙包生物量的作用是極其顯著的，因此，本文所建立的回歸模型是可用的。

從表6可知，在唐古特白刺+紅柳混交林，以沙包內(nèi)生物量 (因變量)與沙包長(zhǎng)度、寬度、高度 (自變量)為變量的回歸方程的 p值 (0．02)小于0．05的顯著性水平，說(shuō)明灌叢沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度等指標(biāo)對(duì)沙包內(nèi)生物量的作用是顯著的;以粘土內(nèi)生物量 (因變量)與沙包長(zhǎng)度、寬度、高度 (自變量)為變量的回歸方程的 p值(0．09)，大于0．05的顯著性水平，說(shuō)明灌叢沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度等指標(biāo)對(duì)唐古特白刺紅柳混交林的粘土內(nèi)生物量的作用是不顯著的;除了這兩者之外，其他3個(gè)回歸方程的p值均小于0．05的顯著性水平，說(shuō)明灌叢沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度等指標(biāo)對(duì)唐古特白刺灌叢沙包生物量的作用是極其顯著的，因此，本項(xiàng)研究所建立的回歸模型也是可用的。

表7 唐古特白刺+胡楊混交林的沙包生物量與其沙包特征的回歸分析Tab．7 Regression analysis between sand dune biomass and its characters of Nitraria tangutorum+Populus diversifolia mixed forest

從表7可知，在唐古特白刺+胡楊混交林中唐古特白刺灌叢除粘土內(nèi)生物量回歸方程的p值(0．01)非常顯著之外，唐古特白刺沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度都很小，各回歸方程的 p值均大于0．05的顯著性水平，這表明，灌叢沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度等指標(biāo)對(duì)唐古特白刺+胡楊混交林中唐古特白刺灌叢沙包生物量的作用是不顯著的。因此，本項(xiàng)研究所建立的回歸模型不可用。

從整體上看，模型與數(shù)據(jù)的擬合程度非常好，說(shuō)明新疆博斯騰湖周邊唐古特白刺灌叢沙包的長(zhǎng)、寬、高度等指標(biāo)對(duì)唐古特白刺純林及唐古特白刺+紅柳混交林的唐古特白刺灌叢沙包生物量的作用是極顯著的，因此，本項(xiàng)研究所建立的回歸模型是可用的。這能直接反映研究區(qū)灌叢沙包的發(fā)育狀況由唐古特白刺灌叢沙包形態(tài)對(duì)唐古特白刺灌叢沙包生物量的作用來(lái)決定。還能進(jìn)一步反映形態(tài)效益的高低也是由沙包形態(tài)對(duì)沙包生物量的作用來(lái)決定。

從決定系數(shù)的R2和調(diào)整后的R2adj值來(lái)看，整個(gè)研究區(qū)內(nèi)，灌叢沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度對(duì)各個(gè)模型的解釋程度并不相同，其中在唐古特白刺+胡楊混交林對(duì)地上生物量的解釋程度最低，僅27．7%，這說(shuō)明沙包形態(tài)可以解釋地上生物量27．7%的變異狀況;其他各因素的解釋程度均大于50%，這表明整個(gè)研究區(qū)內(nèi)，各因素對(duì)唐古特白刺灌叢沙包生物量的影響都較大。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)新疆博斯騰湖周邊的和碩縣境內(nèi)不同林型的唐古特白刺灌叢沙包生物量的統(tǒng)計(jì)特征主要表現(xiàn)為:在唐古特白刺純林，地下生物量＞沙包內(nèi)生物量＞地上生物量＞粘土內(nèi)生物量;在唐古特白刺+紅柳混交林，地下生物量＞沙包內(nèi)生物量＞地上生物量＞粘土內(nèi)生物量;在唐古特白刺+胡楊混交林，地上生物量＞地下生物量＞粘土內(nèi)生物量＞沙包內(nèi)生物量。這說(shuō)明唐古特白刺純的唐古特白刺屬植物的防風(fēng)固沙功能最強(qiáng)，其次唐古特白刺+紅柳混交林，因?yàn)榧t柳的防風(fēng)固沙功能也很強(qiáng)，唐古特白刺+胡楊混交林的唐古特白刺灌叢沙包一般不大，因此，防風(fēng)固沙功能較低。

(2)在唐古特白刺純林灌叢沙包的高度、長(zhǎng)度和寬度都大，且沙包內(nèi)生物量最大，其次為地上生物量。因此，除粘土內(nèi)生物量與沙包高度呈0．05顯著性水平的正相關(guān)之外，其他各變量之間的相關(guān)性都很強(qiáng)，各回歸方程的p值均小于0．05的顯著性水平。在唐古特白刺+紅柳混交林，除粘土內(nèi)生物量與沙包長(zhǎng)度、寬度、高度的回歸方程的p值為0．09，并大于0．05的顯著性水平，說(shuō)明灌叢沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度等指標(biāo)對(duì)粘土內(nèi)生物量的作用是不顯著外，總生物量、地下生物量、地上生物量及沙包內(nèi)生物量與沙包長(zhǎng)度、寬度、高度的回歸方程的p值為0．02，并小于0．05的顯著性水平，這表明唐古特白刺+紅柳混交林灌叢沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度等指標(biāo)對(duì)總生物量、地下生物量、地上生物量及沙包內(nèi)生物量的作用是極其顯著的，因此，本項(xiàng)研究所建立的回歸模型也是可用的。在唐古特白刺+胡楊混交林，除有粘土內(nèi)生物量回歸方程的p值 (0．01)非常顯著之外，其他各回歸方程的p值均大于0．05的顯著性水平，這表明唐古特白刺+胡楊混交林灌叢沙包的長(zhǎng)度、寬度、高度等指標(biāo)對(duì)總生物量、地下生物量、地上生物量及沙包內(nèi)生物量的作用是不顯著的。因此，對(duì)唐古特白刺+胡楊混交林，本項(xiàng)研究所建立的回歸模型不可用。綜上所述，本項(xiàng)研究所建立的回歸模型對(duì)唐古特白刺純林和唐古特白刺+紅柳混交林都可以用。

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