拜合提亞爾·阿布力米提　(新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 833000)

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新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)土壤理化因子與植物群落多樣性的相關(guān)性研究

拜合提亞爾·阿布力米提(新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 833000)

摘要[目的]為新疆地區(qū)植被恢復(fù)與生物多樣性的保護提供參考。[方法]結(jié)合相應(yīng)的土壤室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)和野外典型群落的樣方調(diào)查，采用典型相關(guān)分析法對新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)土壤理化因子與植物群落多樣性的相關(guān)性進行了研究。[結(jié)果]各群落組成簡單，多樣性指數(shù)不存在較大的差異，且對應(yīng)的指數(shù)值都較低。在影響新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)植物群落的多樣性方面，有機質(zhì)含量和pH是其中的主要因子。土壤理化因子第一典型變量解釋方面，其中植物群落多樣性的變異比例僅為5.8%。[結(jié)論]該研究結(jié)果可為新疆地區(qū)植被恢復(fù)與生物多樣性的保護提供參考。

關(guān)鍵詞新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)；植物群落多樣性；土壤理化因子；相關(guān)性

Correlation Research on Soil Physicochemical Factors and Plant Community Diversity in Baerluke Nature Reserve of Xinjiang

Baihetiyaer· Abulimt

(College of Resources and Environmental Sciences, Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang 833000)

Abstract[Objective] To provide references for the vegetation recovery and biodiversity protection in Xinjiang Area. [Method] Combining with the data of corresponding soil indoor test and the sample plot investigation wild typical community, canonical correlation analysis was used to research the correlation of soil physicochemical factors and plant community diversity in Baerluke Nature Reserve of Xinjiang. [Result] Each community had simple composition; there were relatively great differences in diversity index. And the corresponding index values were all relatively low. In the aspect of diversity affecting the plant community plant community, organic matter content and pH were the main factors. In the aspect of the first canonical variable of soil physicochemical factors, variance proportion of plant community diversity was only 5.8%. [Conclusion] This research provides references for the vegetation recovery and biodiversity protection in Xinjiang Area.

Key wordsBaerluke Nature Reserve of Xinjiang; Plant community diversity; Soil physicochemical factors; Correlation

自然界發(fā)展中，土壤不僅是植物群落生長、發(fā)展的基礎(chǔ)，而且是對其多樣性的產(chǎn)生和發(fā)展具有極其重要的作用，所以長期的發(fā)展演變過程中土壤環(huán)境的差異勢必促使群落物種多樣性發(fā)生變化，這也是自然界發(fā)展演變的規(guī)律。Whittaker[1]于1972年提出將生態(tài)多樣性指數(shù)分為α多樣性指數(shù)、β多樣性指數(shù)和γ多樣性指數(shù)。在植物生態(tài)學(xué)研究中，植被群落物種分布與多樣性的環(huán)境因子的關(guān)系已逐漸成為生態(tài)學(xué)家研究的重點課題[2]。研究表明，植物群落多樣性或物種多樣性(α多樣性)影響特定群落或生境內(nèi)部物種的多樣性[3]。結(jié)合新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)的相關(guān)情況，筆者對其土壤理化因子與植物群落多樣性的相關(guān)性進行了分析，旨在揭示它們之間相互作用的關(guān)系及存在的生態(tài)學(xué)意義，以期為新疆地區(qū)植被恢復(fù)與生物多樣性的保護方面提供參考。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)總面積11.5×104hm2，位于82°26′～83°13′ E，45°42′～46°03′ N，此地冬夏長，春秋短，最高氣溫41.8 ℃，最低氣溫-35.9 ℃，平均蒸發(fā)量1 021 mm，相對濕度為44%，與同期降水量相比蒸發(fā)量是同期降水量的3.7倍，年均徑流量達7.39×108m3，是新疆歷史上建立的第1個自然保護區(qū)，最初建立于1980年4月。該研究區(qū)林地用地面積34 614.95 hm2，共有植物81科444屬1 178種，巴爾魯克山北坡山巒起伏明顯，灌木、草原型植被生長茂盛，加之豐富的降水，使得此地區(qū)成為優(yōu)良的夏牧場，且土質(zhì)松軟肥沃，草木繁茂，更有寬谷和丘狀山連綿起伏。裕民縣有著發(fā)源于巴爾魯克山區(qū)的河流16條，此地的野生巴旦杏片林更被譽為世界面積最大的野生珍稀植物“活化石”，森林總蓄積量為521 km3，針葉林面積為3 499.81 hm2，是主要的森林類型；此外，還有占地面積3 787.03 hm2的闊葉林等，天山樺、疣枝樺、苦楊樹及、新疆野蘋果等樹種是其中最主要的樹種；灌木林面積為15 564.1 hm2，灌木層主要種植薔薇、野巴旦杏、忍冬和新疆圓柏等[4]。

1.2數(shù)據(jù)來源2014年7月，在新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)管護站附近選取典型的植物群落，結(jié)合最小面積法，共選取樣方60個，其中草本樣方5 m×5 m、1 m×1 m，灌木樣方10 m×10 m，此外喬木樣方大小20 m×20 m，并對每個樣方中喬木的種類、數(shù)量、冠幅、高度和胸徑進行調(diào)查，此外還需要調(diào)查草本的物種數(shù)、平均高度、物候相和蓋度以及灌木的種類、數(shù)量、南北冠幅、高度等。在采集數(shù)據(jù)的同時，需要對各樣地的海拔高度、經(jīng)緯度及各種土壤理化因子進行測定。

1.3研究方法

1.3.1土壤理化性質(zhì)。采用烘干法測定土壤含水量；采用殘渣烘干法測定可溶性總鹽；采用電位法測定土壤pH；有機質(zhì)則采用重鉻酸鉀容量法(稀釋熱法)進行測定，結(jié)合《土壤農(nóng)化分析》中的相關(guān)測定方法，確保每個指標(biāo)重復(fù)3次[3]。

1.3.2群落多樣性指數(shù)。

1.3.2.1物種重要值[5]的計算。按照以下公式計算物種重要值：物種重要值=(相對頻度+相對蓋度+相對高度)/3×100%；相對頻度(%)=某個種的頻度/所有種的頻度之和×100%；相對高度(%)=某個種的高度/所有種的高度之和×100%；相對蓋度(%)=某個種的蓋度/所有種蓋度之和×100，其中灌木蓋度(%)=東西冠幅×南北冠幅/樣地面積。

1.3.2.2物種多樣性的測定。相關(guān)測定方法較多，選取4類多樣性指標(biāo)，包括物種優(yōu)勢度、物種均勻度、物種豐富度及物種多樣性指數(shù)。

1.3.3典型相關(guān)性分析。對植物群落多樣性和土壤理化性質(zhì)指標(biāo)關(guān)系的研究采用典型相關(guān)分析法。首先，先建立兩類指標(biāo)，使得植物群落多樣性指標(biāo)被選定為第一類典型指標(biāo)，也叫多樣性組，將其用V表示，包括Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(C)(X3)、Margalef指數(shù)(Ma)(X1)、Pielou均勻度指數(shù)Jsw(X5)和Jgi(X6)、Monk豐富度指數(shù)(MO)(X2)；在此前提下，將第二典型變量選定為土壤理化性質(zhì)指標(biāo)，即理化因子組，用W表示，包括pH(Y4)、有機質(zhì)(Y2)、土壤含水量(Y1)和可溶性總鹽(Y3)。

在上述2類典型變量隨機數(shù)量矩陣的前提下，建立土壤理化因子和植物群落多樣性的線性組合函數(shù)：

V=a1X1+a2X2+…apXp

(1)

W=b1Y1+b2Y2+…bqYq

(2)

式中，a1,a2，…ap和b1,b2，…bq可使得V、W具有最大相關(guān)系數(shù)，所以其為待定系數(shù)，最終取得典型相關(guān)系數(shù)，在此基礎(chǔ)上對2組指標(biāo)間的內(nèi)部聯(lián)系進行了分析。

1.3.4數(shù)據(jù)處理。在收集土壤實驗室測定數(shù)據(jù)、土壤實驗室測定數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，使用了Excel2010和SAS8.1統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析。

2結(jié)果與分析

2.2植物群落的物種多樣性此自然保護區(qū)內(nèi)，作為群落生態(tài)組織水平可測定的生物學(xué)特征，其中的植物群落物種的作用還體現(xiàn)在反應(yīng)群落功能等方面，結(jié)合典型植物群落物種多樣性指數(shù)表可知，新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)荒漠植物群落存在較低的豐富度指數(shù)，因此其優(yōu)勢度相對較高，從物種多樣性指數(shù)考慮，其指數(shù)值相對較低，所以認(rèn)為其不存在顯著差異。

由表1可知，豐富度指數(shù)最大的是白麻，說明在新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)白麻的數(shù)量較多，同時其分布較為廣泛。從群落的優(yōu)勢度指數(shù)來看，與喬灌木相比，蘆葦、芨芨草和甘草的優(yōu)勢度指數(shù)更大，說明新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)的植物生長受到水分和土壤鹽分的限制，而草本植物的適應(yīng)性強于喬灌木，所以其生長更好；典型群落間的均勻度指數(shù)相差不大，表明植被受到惡劣環(huán)境的影響。

2.3土壤理化因子與植物群落物種多樣性的相關(guān)性基于原始變量單位的不同，采用標(biāo)準(zhǔn)化的典型系數(shù)，而非直接進行比較。多樣性第一典型變量V1的作用體現(xiàn)在對Pielou均勻度指數(shù)(X5)和(X6)的反映，而對應(yīng)的第二典型變量V2的作用主要體現(xiàn)在對Pielou均勻度指數(shù)(X5)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(X4)和Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(X3)的反映。此外，pH(Y4)則主要由第二典型變量W2來反映。有機質(zhì)、pH、土壤含水率是最具代表性的土壤理化因子，它們與植物群落物種多樣性的關(guān)系最為密切。

表1　典型植物群落物種多樣性指數(shù)

典型變量線性表示：

V1=0.069 1X1-0.107 3X2-0.145 5X3+0.329 0X4+0.842 6X5+1.256 4X6

(3)

W1=0.394 3Y1-0.744 7Y2-0.189 7Y3+0.031 2Y4

(4)

V2=0.182 6X1+0.196 1X2+1.009 1X3+0.940 4X4+0.819 9X5+0.458 8X6

(5)

W2=-0.246 0Y1-0.137 0Y2+0.022 2Y3-1.001 9Y4

(6)

表2多樣性指數(shù)典型變量的標(biāo)準(zhǔn)化典型系數(shù)

Table 2Standardization typical coefficient of typical variable of diversity index

多樣性變量DiversityvariableV2V1X10.18260.0609X20.1961-0.1073X31.0091-0.1455X40.94040.3290X50.81990.8426X60.45881.2564

表3土壤理化因子典型變量的標(biāo)準(zhǔn)化典型系數(shù)

Table 3Standardization typical coefficient of typical variable of soil physicochemical factor

土壤理化因子SoilphysicochemicalfactorW2W1Y1-0.24600.3943Y2-0.1370-0.7447Y30.0222-0.1897Y4-1.00190.0312

由表2、表3可知，Pielou均勻度指數(shù)(X6)、Sinpson優(yōu)勢度指數(shù)(X3)與多樣性組第一典型變量(V1)呈正相關(guān)，而與其他4個指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，其中Pielou均勻度指數(shù)(X6)與V1存在最高的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達到0.724 9；Monk豐富度指數(shù)(X2)與V1存在最高的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.517 1。此外，Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(X3)與第二典型變量(V2)呈負(fù)相關(guān)，此外第二典型變量(V2)與其他4個指數(shù)均呈較高的正相關(guān)，其中相關(guān)性最高的是與Pielou均勻度指數(shù)(X5)，相關(guān)系數(shù)為0.839 3。典型變量V1所提取的信息中貢獻最大的是X6，而X5則是典型變量V2所提取的信息中貢獻最大的。此外，理化因子第二典型變量W2與X5的相關(guān)性最高。

由此可見，從第1對典型變量(V1，W1)來看，新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)植物群落物種多樣性的第1個典型變量V1，后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)其決定性因素為Pielou均勻度指數(shù)(X6)，而有機質(zhì)(Y2)則決定了土壤理化性質(zhì)的第1個典型變量W1，呈現(xiàn)出最高的相關(guān)性，而X6和Y2呈線性負(fù)相關(guān)，Pielou均勻度指數(shù)(X5)決定了植物群落物種多樣性的第2個典型變量V2，對應(yīng)的pH(Y4)則決定了土壤理化性質(zhì)的第2個典型變量W2，呈現(xiàn)出最高的相關(guān)性。

綜上所述，pH與植物群落均勻度、土壤有機質(zhì)含量的相關(guān)關(guān)系最大，此外其他理化性質(zhì)與多樣性指標(biāo)的相關(guān)性較低。

3結(jié)論與討論

新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)多年平均降水量僅為147 mm，屬于干旱和極干旱地區(qū)，年降水量不足全國平均降水量的1/4，加之蒸散較為強烈，使得此地區(qū)的許多植物生長發(fā)育無法得到所需要的水分，唯有極端干旱的荒漠植物生存更為容易，所以此地區(qū)的植被景觀往往以荒漠地區(qū)景觀最具有代表性，荒漠植物群落大多為寡種群落且蓋度均較低，使得其多樣性具有較強的一致性，多樣性綜合指數(shù)相差不大[7]。

新疆巴爾魯克山的野生植物共有988種，隸屬71科。這些植物大部分均含有多種經(jīng)濟用途，例如野生植物方面，蜜源植物有244種(屬)、藥用植物292種、油料植物135種、綠化觀賞植物143種、防風(fēng)固沙植物48種等。飼用植物、蜜源植物及中藥用植儲量大，且種類豐富，獨具特色，形成此地區(qū)的獨有風(fēng)景，而當(dāng)前此地的土地退化情況嚴(yán)重，水土流失及沙漠化現(xiàn)象嚴(yán)重，巴爾魯克山自然保護區(qū)出現(xiàn)大面積的土地退化現(xiàn)象，更表現(xiàn)為pH普遍偏高、土壤有機質(zhì)缺乏，此種環(huán)境下勢必會對地區(qū)植物物種多樣性造成極大的影響。這也表明該地區(qū)植物分布稀疏的主要原因是高鹽堿及有機質(zhì)缺乏、干旱少雨。因此，在該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的改良方面，應(yīng)當(dāng)注重從提高土壤肥力、降低鹽堿方面入手，促使新疆巴爾魯克山自然保護區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，使其起到保護動植物的作用[8]。

參考文獻

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中圖分類號S 759.9

文獻標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)06-013-03

收稿日期2016-02-14

作者簡介拜合提亞爾·阿布力米提(1985- )，男，維吾爾族，新疆喀什人，碩士研究生，研究方向：植物生態(tài)學(xué)。