滴、漫灌對胡楊和灰葉胡楊種群結(jié)構(gòu)和多樣性的影響

席琳喬 馬麗亞 鄧 霞 韓 路 張 玲

(塔里木大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木畜牧科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 阿拉爾 843300)

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滴、漫灌對胡楊和灰葉胡楊種群結(jié)構(gòu)和多樣性的影響

席琳喬 馬麗亞 鄧 霞 韓 路 張 玲*

(塔里木大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木畜牧科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 阿拉爾 843300)

通過聚集度指標(biāo)以及種群齡級結(jié)構(gòu)分析研究滴、漫灌下胡楊/灰葉胡楊(P. euphratica)/(P. pruinosa)種群結(jié)構(gòu)和多樣性的變化。在塔里木河上游天然胡楊/灰葉胡楊林內(nèi)設(shè)置50 m×50 m樣地8個，應(yīng)用相鄰格子法進(jìn)行調(diào)查測定。滴灌農(nóng)田附近的A1、A2兩個樣地種群齡級結(jié)構(gòu)完整，為穩(wěn)定型種群；遠(yuǎn)離農(nóng)田的A3、A4兩個樣地種群齡級結(jié)構(gòu)不完整，為衰退型種群。漫灌B1、B2兩個樣地種群為增長型種群，B3為穩(wěn)定型種群，B4為衰退型種群。距離農(nóng)田較近的樣地為A2、B3為隨機(jī)分布，其余均為聚集分布。滴灌下荒漠綠洲過渡帶距離農(nóng)田由近及遠(yuǎn)，四個群落物種多樣性指數(shù)逐漸降低，差異極顯著(P<0. 01)；漫灌下四個群落物種多樣性指數(shù)變化無明顯規(guī)律。滴灌加速了胡楊/灰葉胡楊種群的衰退演替速度，過渡帶植被由旱生植被胡楊(P. euphratica)-檉柳(T. chinensis)向鹽生植被鹽穗木(H. caspica)演替。滴灌下距離農(nóng)田由近及遠(yuǎn)，過渡帶植被群落物種多樣性指數(shù)逐漸降低。

滴灌； 漫灌； 胡楊； 灰葉胡楊； 種群結(jié)構(gòu)； 多樣性

種群結(jié)構(gòu)是植物種群的重要屬性之一，能反映種群的變動規(guī)律，客觀體現(xiàn)種群動態(tài)[1]。種群分布格局是種群的重要結(jié)構(gòu)特征之一。植物多樣性是荒漠河岸(林)植被階段性恢復(fù)的重要參數(shù)，也可作為荒漠河岸(林)植被與地下水之間耦合關(guān)系的一個重要指標(biāo)[2]。研究種群分布格局的目的不僅是對種群的水平結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量描述，更重要的是用以揭示格局的成因[3-6]。因此，研究荒漠河岸胡楊和灰葉胡楊林優(yōu)勢種群結(jié)構(gòu)與空間格局，分析種群種內(nèi)和種間竟?fàn)幨墙沂痉N群生活史對策和動態(tài)機(jī)制的重要手段[7]。由于人類長期對塔里木盆地水土資源的過度開發(fā)，導(dǎo)致大面積的胡楊、灰葉胡楊林衰退或死亡，為此，引起了廣大學(xué)者的關(guān)注，主要對胡楊/灰葉胡楊的繁殖與生理生態(tài)特性開展大量研究[8]，近年由于塔里木盆地綠洲區(qū)灌溉方式發(fā)生改變，對滴、漫灌對胡楊/灰葉胡楊林種群結(jié)構(gòu)和多樣性影響的報(bào)道較少。通過滴、漫灌對胡楊/灰葉胡楊的種群結(jié)構(gòu)和植物多樣性影響的研究，為荒漠河岸林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處塔里木河上游，屬典型暖溫帶干旱荒漠性氣候。該區(qū)年平均降水量17. 4 mm～42. 8 mm，年平均蒸發(fā)量1 125 mm～6 000 mm。無霜期220 d左右。風(fēng)沙災(zāi)害頻繁。土壤為沙壤土；天然植被多旱生具耐鹽特性，植被主要有胡楊(Populus euphratica)、灰葉胡楊(Populus pruinosa)、檉柳(Tamarix chinensis)、甘草(Glycyrrhiza uralensis)、蘆葦(Phragmites australis)、鹽穗木(Halostachys caspica)等。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選擇滴灌和漫灌兩個試驗(yàn)區(qū)，滴灌地位于新疆兵團(tuán)第一師十二團(tuán)十四連，漫灌地位于新疆阿瓦提縣境內(nèi)的葉爾羌河下游，分別設(shè)計(jì)了4個樣地，其中滴灌試驗(yàn)區(qū)4個樣地距離農(nóng)田距離由近及遠(yuǎn)分別為A1、A2、A3、A4，距離農(nóng)田距離分別為10～150 m，具體位置見表1；漫灌試驗(yàn)區(qū)4個樣地距離河道由近及遠(yuǎn)分別為B1、B2、B3、B4，距離河道距離分別為10～500 m，具體位置見表2；測定分5層，每層20 cm，測定土壤水分、鹽分以及植物組成。

表1 滴灌條件下樣地基本情況

表2 漫灌條件下樣地基本情況

1.2.2 野外調(diào)查

在試驗(yàn)地選擇具有代表性的典型胡楊和灰葉胡楊林樣地各四個，每個樣方面積為50 m×50 m，共計(jì)10 000 m2。以5 m×5 m為基本單元，記錄胸徑≥2. 5 cm全部喬木樹種的種類、胸徑、冠幅等指標(biāo)并測定所有個體的坐標(biāo)位置。采用對角線法以2 m×2 m樣方調(diào)查灌木和喬木幼苗和1 m×1 m樣方調(diào)查草本的種類、數(shù)量、高度、蓋度。以小樣方為統(tǒng)計(jì)單位，分別計(jì)算胡楊、灰葉胡楊群落中各植物種類的蓋度、密度、頻度等。

1.2.3 種群齡級結(jié)構(gòu)劃分

種群齡級結(jié)構(gòu)劃分按照1960年森林專業(yè)調(diào)查辦法草案中的規(guī)定進(jìn)行[16]。

1.2.4 聚集度指標(biāo)

根據(jù)野外調(diào)查數(shù)據(jù)，分析灰葉胡楊/胡楊的空間分布格局[4]和植物多樣性指數(shù)[9-14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴、漫灌下荒漠綠洲過渡帶胡楊/灰楊林齡級結(jié)構(gòu)分析

滴灌下荒漠綠洲過渡帶胡楊和灰葉胡楊不同種群齡級結(jié)構(gòu)(圖1)，A1樣地胡楊種群I級幼苗僅占1. 1%，II級幼樹占9. 0%，中樹(Ⅲ-Ⅵ)、大樹(Ⅶ-X)、老樹(XI)，分別占總量的78. 7%、9. 0%、2. 2%，為穩(wěn)定型；A2樣地灰葉胡楊種群I級幼苗占4. 2%，II級幼樹占7%，中樹(Ⅲ-Ⅵ)、大樹(Ⅶ-X)、老樹(XI)分別占總量的77. 5%、8. 5%、2. 8%，為穩(wěn)定型；A3樣地胡楊種群缺少I級幼苗、II級幼樹，中樹(Ⅲ-Ⅵ)、大樹(Ⅶ-X)、老樹(XI)，分別占總量的70. 3%、24. 3%、5. 4%，為衰退型；A4樣地胡楊種群缺少中樹VI級、大樹VII-VIII級、以及X級，其中I級幼苗占總株數(shù)6. 9%，II級幼樹占13. 8%，中樹(Ⅲ-V)、大樹(IX)級，分別占總量的62. 1%、3. 4%，為衰退型。由遠(yuǎn)及近A1、A2樣地為穩(wěn)定型，A3、A4樣地為衰退型。

漫灌下荒漠綠洲過渡帶灰楊林不同種群齡級結(jié)構(gòu)(圖2)，B1樣地灰葉胡楊種群I級幼苗占37%，缺少II級幼樹和老樹XI級結(jié)構(gòu)，中樹(Ⅲ-Ⅵ)、大樹(Ⅶ-X)，分別占總量的54. 7%、8. 0%，為增長型； B2樣地灰葉胡楊種群I級幼苗占總株數(shù)42. 5%，缺少II級幼樹、大樹(VIII-IX)以及老樹XI級結(jié)構(gòu)，中樹(Ⅲ-Ⅵ)、大樹Ⅶ級，分別占總量的53. 4%、4. 1%，為增長型；B3樣地灰葉胡楊種群缺少I級幼苗、大樹IX以及老樹XI級結(jié)構(gòu)，II級幼樹占總株數(shù)4%，中樹(Ⅲ-Ⅵ)、大樹(VII-VIII，X)級，分別占總量的91. 2%、4. 8%，為穩(wěn)定型種群；B4樣地灰葉胡楊種群I級幼苗占總株數(shù)18. 8%，缺少II級幼樹、老樹XI級結(jié)構(gòu)，中樹(Ⅲ-Ⅵ)、大樹(Ⅶ-X)級，分別占總量的50. 0%、31. 2%，為衰退型。漫灌下荒漠綠洲過渡帶距河道由近及遠(yuǎn)四個樣地，B1、B2為增長型種群；B3樣地為穩(wěn)定型，B4樣地為衰退型。

圖1 滴灌下荒漠綠洲過渡帶胡楊種群齡級結(jié)構(gòu)

圖2 漫灌下荒漠綠洲過渡帶灰葉胡楊種群齡級結(jié)構(gòu)

2.2 滴、漫灌下荒漠綠洲過渡帶胡楊/灰楊林種群空間分布格局

滴灌下荒漠綠洲過渡帶胡楊種群空間分布格局類型和聚集強(qiáng)度(表3)。滴灌下樣地A1、A3、A4胡楊種群的空間分布格局均為聚集分布，A2胡楊種群的種群分布格局為隨機(jī)分布。

表3 滴灌下不同種群分布格局的測定結(jié)果

漫灌下荒漠綠洲過渡帶灰葉胡楊種群空間分布格局類型和聚集強(qiáng)度(表4)，B1、B2、B4灰葉胡楊種群的空間分布格局均為聚集分布，樣地B3為隨機(jī)分布。

表4 漫灌對不同灰葉胡楊種群分布格局的測定結(jié)果

2.3 滴、漫灌下荒漠綠洲過渡帶胡楊/灰楊林種群物種多樣性

滴灌下A1樣地的物種豐富度、總個體數(shù)顯著高于其他三個樣地(表5)，差異顯著，而A2～A4的物種豐富度和總個體數(shù)之間差異不顯著。四個樣地距農(nóng)田由近及遠(yuǎn)，多樣性指數(shù)在逐漸降低，差異顯著。

表5 滴灌下不同植物群落物種多樣性比較

注：大寫字母表示差異達(dá)極顯著水平(P<0. 01)

滴灌下荒漠綠洲過渡帶樣方內(nèi)出現(xiàn)的物種有9種，分別為：胡楊(P. euphratica)、灰葉胡楊(P. pruinosa)、檉柳(T. chinensis)、甘草(G. uralensis)、蘆葦(P. australis)、駱駝刺(A. sparsifolia)、鈴鐺刺(H. halodendron)、胖姑娘(Karelinia caspia Less.)、鹽穗木(H. Caspica)。

對漫灌下荒漠綠洲過渡帶四個群落的物種多樣性進(jìn)行比較(表6)，距離漫灌農(nóng)田較近的B3樣地，物種豐富度最高、總個體數(shù)也較多，且差異顯著。四個樣地距離河道由近及遠(yuǎn)，多樣性指數(shù)呈不規(guī)律的變化趨勢。

表6 漫灌下不同植物群落物種多樣性比較

注：小寫字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0. 05)；大寫字母表示差異達(dá)極顯著水平(P<0. 01)

漫灌下荒漠綠洲過渡帶樣方內(nèi)出現(xiàn)的物種有10種，分別為：灰葉胡楊(P. pruinosa)、黑果枸杞(L. ruthenicum)、檉柳(T. chinensis)、甘草(G. uralensis)、蘆葦(P. australis)、鈴鐺刺(H. halodendron)、天門冬(A. Persicus)、苦苣菜(Sonchus oleraceus)、蒙古鴉蔥(Scorzonera mongolica)、牛皮消(Cynanchum auriculatum)。

滴灌下荒漠綠洲過渡帶的植物群落類型距農(nóng)田由近及遠(yuǎn)由胡楊-檉柳-駱駝刺-鹽穗木逐漸演替為胡楊-檉柳群落，而漫灌下荒漠綠洲過渡帶的植物群落類型距河道由近及遠(yuǎn)，依次為灰葉胡楊-黑果枸杞、灰葉胡楊-檉柳、灰葉胡楊-鈴鐺刺-甘草-蘆葦、灰葉胡楊-甘草，距離農(nóng)田較近的群落類型較豐富。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

年齡結(jié)構(gòu)是植物種群的重要特征，關(guān)系到種群的發(fā)展、生存，種群年齡結(jié)構(gòu)的分析是探索種群動態(tài)的有效方法[15]，通過對胡楊/灰葉胡楊種群齡級結(jié)構(gòu)分析，滴灌下距離農(nóng)田較近的兩個樣地胡楊種群齡級結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定型，距離農(nóng)田較遠(yuǎn)的兩個樣地為衰退型。漫灌下距離河道較近的兩個樣地為增長型，其次為穩(wěn)定型，距離河道最遠(yuǎn)的樣地為衰退型種群，因?yàn)楹鷹?灰葉胡楊都是河流岸樹，對水分要求比較高，而且滴灌地處于荒漠綠洲過渡帶邊緣，由于綠洲邊緣農(nóng)田排鹽堿，在過渡帶形成一個鹽帶，受到節(jié)水灌溉(滴灌)的影響，鹽帶距離農(nóng)田越來越近，而漫灌對形成了一個較大的脫鹽區(qū)域，有利于過渡帶植被的生長，形成了穩(wěn)定型種群，而距離農(nóng)田較遠(yuǎn)的區(qū)域都形成了衰退型的種群，可能都是由于受到水分和鹽分的影響，導(dǎo)致植被退化，因此，為了保護(hù)胡楊林必須進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水。

自然狀態(tài)下胡楊種群呈聚集分布格局[17]，研究發(fā)現(xiàn)受到水分很鹽分影響較大的樣地為隨機(jī)分布，其他樣地均為聚集分布；滴灌下距離農(nóng)田較近的樣地形成了一個高鹽和高水分的土壤，漫灌下距離農(nóng)田較遠(yuǎn)的樣地形成了一個高鹽土壤。

一般來說，比較穩(wěn)定的群落，其多樣性指標(biāo)也較高，同一植物群落物種多樣性升高會導(dǎo)致群落穩(wěn)定性提高[18]。滴灌下距離農(nóng)田越遠(yuǎn)灰葉胡楊/胡楊群落物種多樣性指數(shù)越低，雖然荒漠綠洲過渡帶中植被種類較少，物種多樣性較低，但是距離農(nóng)田較近植被豐富度相對較高。漫灌下距離河道由近及遠(yuǎn)，灰葉胡楊種群物種多樣性指數(shù)變化不規(guī)律；距離農(nóng)田較近的灰葉胡楊種群其物種豐富度、多樣性指數(shù)相對較高，其原因可能為農(nóng)田的土壤理化性質(zhì)、水鹽含量相比葉爾羌河河岸更適宜植物生長與繁衍；散落于河漫灘上的植被種子，被葉爾羌河的河水帶走或不能萌發(fā)生長[19,20]。

3.2 結(jié)論

滴灌農(nóng)田附近的A1、A2兩個樣地種群齡級結(jié)構(gòu)完整，為穩(wěn)定型種群；遠(yuǎn)離農(nóng)田的A3、A4兩個樣地種群齡級結(jié)構(gòu)不完整，為衰退型種群。漫灌B1、B2兩個樣地種群為增長型種群，B3為穩(wěn)定型種群，B4為衰退型種群。距離農(nóng)田較近的樣地為A2、B3為隨機(jī)分布，其余均為聚集分布。滴灌下荒漠綠洲過渡帶距離農(nóng)田由近及遠(yuǎn)，四個群落物種多樣性指數(shù)逐漸降低，差異極顯著；滴灌加速了胡楊/灰葉胡楊種群的衰退演替速度，過渡帶植被由旱生植被胡楊(P. euphratica)-檉柳(T. chinensis)向鹽生植被鹽穗木(H. caspica)演替。滴灌加速了胡楊/灰葉胡楊種群的衰退演替。

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The Effects of the Distribution Pattern of Populus Euphratica /Populus Pruinosa Forest and Species Diversity on the Irrigation of Dripping and Flooding

Xi Linqiao Ma Liya Deng Xia Han Lu Zhang Ling*

(College of Animal Science,Tarim University/Key Laboratory of Tarim Animal Husbandry Science and Technology of Xinjiang Production & Construction Corps,Alar,Xinjiang 843300)

P. euphratica / P. pruinosa changes in population structure and diversity will be studiesd throuth analyze the aggregation index and population age structure. Eight 50 m×50 m plots were established in natural Populus euphratica /Populus pruinosa forest in the upper reaches of Tarim River, then investigated and determined them with contiguous grid quadrate method. Two drip irrigation plots that near A1,A2 farmland was stable population and they have complete population age structure.The population in two drip irrigation plots that far from A3,A4 farmland had incomplete age structure,their population were declining. The population of two flooding irrigation plots B1, B2 is grow, B3 is stable,and B4 is declining. Plots close to the A1,A2 farmland was random distribution and the rest were clustered distribution. Four communities’s species diversity index of desert-oasis ecotone under drip irrigation was gradually reduce(P<0. 01)by the position relative to the farmland. Under flooding irrigation, communities’s species diversity index had a irregular change. Drip irrigation speed of the decline and succession of P. euphratica / P. pruinosa population,the vegetation in the transition zone transformed from xerophytic vegetation P. euphratica and T. chinensisto halophytic vegetation Halostachys caspica (H. caspica) . The species diversity index ofthe vegetation community in the transition zone was gradually reduced by the position relative to the farmland.

drip irrigation; flooding; Populus euphratica; Populus pruinosa; population structure; variety

1009-0568(2016)04-0001-07

2015-11-06

973計(jì)劃前期研究項(xiàng)目(2012CB426507)；新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2015AG006)。

席琳喬(1978-)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)椴莸厣鷳B(tài)。 E-mail：gsxlq666@163.com

*為通訊作者 E-mail：1044763025@qq.com

Q948.1

A

10.3969/j.issn.1009-0568.2016.04.001