新疆巴爾魯克山自然保護區土壤理化因子與植物群落多樣性的相關性研究

拜合提亞爾·阿布力米提　(新疆大學資源與環境科學學院，新疆烏魯木齊 833000)

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新疆巴爾魯克山自然保護區土壤理化因子與植物群落多樣性的相關性研究

拜合提亞爾·阿布力米提(新疆大學資源與環境科學學院，新疆烏魯木齊 833000)

摘要[目的]為新疆地區植被恢復與生物多樣性的保護提供參考。[方法]結合相應的土壤室內試驗數據和野外典型群落的樣方調查，采用典型相關分析法對新疆巴爾魯克山自然保護區土壤理化因子與植物群落多樣性的相關性進行了研究。[結果]各群落組成簡單，多樣性指數不存在較大的差異，且對應的指數值都較低。在影響新疆巴爾魯克山自然保護區植物群落的多樣性方面，有機質含量和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%。[結論]該研究結果可為新疆地區植被恢復與生物多樣性的保護提供參考。

關鍵詞新疆巴爾魯克山自然保護區；植物群落多樣性；土壤理化因子；相關性

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

自然界發展中，土壤不僅是植物群落生長、發展的基礎，而且是對其多樣性的產生和發展具有極其重要的作用，所以長期的發展演變過程中土壤環境的差異勢必促使群落物種多樣性發生變化，這也是自然界發展演變的規律。Whittaker[1]于1972年提出將生態多樣性指數分為α多樣性指數、β多樣性指數和γ多樣性指數。在植物生態學研究中，植被群落物種分布與多樣性的環境因子的關系已逐漸成為生態學家研究的重點課題[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部物種的多樣性[3]。結合新疆巴爾魯克山自然保護區的相關情況，筆者對其土壤理化因子與植物群落多樣性的相關性進行了分析，旨在揭示它們之間相互作用的關系及存在的生態學意義，以期為新疆地區植被恢復與生物多樣性的保護方面提供參考。

1材料與方法

1.1研究區概況新疆巴爾魯克山自然保護區總面積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 ℃，平均蒸發量1 021 mm，相對濕度為44%，與同期降水量相比蒸發量是同期降水量的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，最初建立于1980年4月。該研究區林地用地面積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，使得此地區成為優良的夏牧場，且土質松軟肥沃，草木繁茂，更有寬谷和丘狀山連綿起伏。裕民縣有著發源于巴爾魯克山區的河流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數據來源2014年7月，在新疆巴爾魯克山自然保護區管護站附近選取典型的植物群落，結合最小面積法，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、數量、冠幅、高度和胸徑進行調查，此外還需要調查草本的物種數、平均高度、物候相和蓋度以及灌木的種類、數量、南北冠幅、高度等。在采集數據的同時，需要對各樣地的海拔高度、經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。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；有機質則采用重鉻酸鉀容量法(稀釋熱法)進行測定，結合《土壤農化分析》中的相關測定方法，確保每個指標重復3次[3]。

1.3.2群落多樣性指數。

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。相關測定方法較多，選取4類多樣性指標，包括物種優勢度、物種均勻度、物種豐富度及物種多樣性指數。

1.3.3典型相關性分析。對植物群落多樣性和土壤理化性質指標關系的研究采用典型相關分析法。首先，先建立兩類指標，使得植物群落多樣性指標被選定為第一類典型指標，也叫多樣性組，將其用V表示，包括Simpson優勢度指數(C)(X3)、Margalef指數(Ma)(X1)、Pielou均勻度指數Jsw(X5)和Jgi(X6)、Monk豐富度指數(MO)(X2)；在此前提下，將第二典型變量選定為土壤理化性質指標，即理化因子組，用W表示，包括pH(Y4)、有機質(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：

V=a1X1+a2X2+…apXp

(1)

W=b1Y1+b2Y2+…bqYq

(2)

式中，a1,a2，…ap和b1,b2，…bq可使得V、W具有最大相關系數，所以其為待定系數，最終取得典型相關系數，在此基礎上對2組指標間的內部聯系進行了分析。

1.3.4數據處理。在收集土壤實驗室測定數據、土壤實驗室測定數據的基礎上，使用了Excel2010和SAS8.1統計軟件對試驗數據進行統計與分析。

2結果與分析

2.2植物群落的物種多樣性此自然保護區內，作為群落生態組織水平可測定的生物學特征，其中的植物群落物種的作用還體現在反應群落功能等方面，結合典型植物群落物種多樣性指數表可知，新疆巴爾魯克山自然保護區荒漠植物群落存在較低的豐富度指數，因此其優勢度相對較高，從物種多樣性指數考慮，其指數值相對較低，所以認為其不存在顯著差異。

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

2.3土壤理化因子與植物群落物種多樣性的相關性基于原始變量單位的不同，采用標準化的典型系數，而非直接進行比較。多樣性第一典型變量V1的作用體現在對Pielou均勻度指數(X5)和(X6)的反映，而對應的第二典型變量V2的作用主要體現在對Pielou均勻度指數(X5)、Shannon-Wiener多樣性指數(X4)和Simpson優勢度指數(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、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系最為密切。

表1　典型植物群落物種多樣性指數

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多樣性指數典型變量的標準化典型系數

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準化典型系數

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(X6)、Sinpson優勢度指數(X3)與多樣性組第一典型變量(V1)呈正相關，而與其他4個指數呈負相關，其中Pielou均勻度指數(X6)與V1存在最高的正相關，相關系數達到0.724 9；Monk豐富度指數(X2)與V1存在最高的負相關，相關系數為-0.517 1。此外，Simpson優勢度指數(X3)與第二典型變量(V2)呈負相關，此外第二典型變量(V2)與其他4個指數均呈較高的正相關，其中相關性最高的是與Pielou均勻度指數(X5)，相關系數為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植物群落物種多樣性的第1個典型變量V1，后續研究發現其決定性因素為Pielou均勻度指數(X6)，而有機質(Y2)則決定了土壤理化性質的第1個典型變量W1，呈現出最高的相關性，而X6和Y2呈線性負相關，Pielou均勻度指數(X5)決定了植物群落物種多樣性的第2個典型變量V2，對應的pH(Y4)則決定了土壤理化性質的第2個典型變量W2，呈現出最高的相關性。

綜上所述，pH與植物群落均勻度、土壤有機質含量的相關關系最大，此外其他理化性質與多樣性指標的相關性較低。

3結論與討論

新疆巴爾魯克山自然保護區多年平均降水量僅為147 mm，屬于干旱和極干旱地區，年降水量不足全國平均降水量的1/4，加之蒸散較為強烈，使得此地區的許多植物生長發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，所以此地區的植被景觀往往以荒漠地區景觀最具有代表性，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，形成此地區的獨有風景，而當前此地的土地退化情況嚴重，水土流失及沙漠化現象嚴重，巴爾魯克山自然保護區出現大面積的土地退化現象，更表現為pH普遍偏高、土壤有機質缺乏，此種環境下勢必會對地區植物物種多樣性造成極大的影響。這也表明該地區植物分布稀疏的主要原因是高鹽堿及有機質缺乏、干旱少雨。因此，在該地區生態環境的改良方面，應當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的可持續發展，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：植物生態學。