宁夏干旱风沙区人工柠条林内植被恢复的研究

万方数据　宁夏农林科技２）物种优势度重要值＝（相对密度＋相对盖度＋相对频度＋相对高度）／４物种优势度（ＳⅨ巧）＝（相对密度＋相对盖度＋相对频度＋相对高度＋相对生物量）／５３）多样性指数采用Ｓｈａｎｎｏｎ一Ⅵ，ｉｅｎｅｒ指数测定物种多样性（马克平，１９９４）：Ｓｗ＝３．３２１９（ＩＪ０蝌一（∑Ｉｌｉ蛔ｉ）１／Ｎ）其中ＳＷ是ｓｈ锄嘲一Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数，Ｎ为物种总个体数，ｒＩｉ为物种ｉ的个体数。文中试用物种优势度代替。４）生态优势度采用ＳｉＩｌｌｐｓＩ啪指数测定生态优势度（Ｐｉｄｏｕ，１９ｒ７７）：ｓＮ＝∑Ｉｌｉ（面一１）／Ｎ（Ｎ一１）其中，ＳＮ为‰ｐｓＩ嘶指数，ｒＩｉ、Ｎ的含义同上式。５）群落均匀度采用ＰＷ指数测定群落均匀度（彭少麟等，１９８３；１９８８）：Ｐｗ＝ｎ删一（１／Ｎ）Ｌｑ蛐（ｍ一１））／｛蜊一（１／Ｎ）［ａ（ｓ—ｐ）Ｌｏ鹊＋ｐ（ａ＋１）Ｌｏｇ（口＋１）］）其中ｓ为群落中的物种数，Ｎ为所有物种的个体总数，Ｉｌｉ为第ｉ种的个体数，用物种优势度代替，Ｂ是Ｎ被ｓ整除以后的余数（０≤ｐ＜ｎ），ａ＝（Ｎ—ｐ）／ｓ。６）群落相似度的计算采用ｓｏｒｅ璐跚相似性指数来计算群落的相似度：ｃ＝ｚｊ／（ａ＋ｂ）式中，ｚｉ为两个群落共有种在各群落中重要值的总和，ａ和ｂ分别是两个群落所有种重要值的总和。４结果与分析４．１柠条对植物物种结构与优势度的影响４．１．１物种丰富度和优势度分析植物群落内种群的优势度决定着群落的结构、功能和其它种群所需要的群落环境。采用物种优势度指标可以比较全面地反映植被不同的发育时期种群在群落中的功能地位和分布格局。植物群落从简单到复杂，首先表现在种群丰富度的变化上。从表１可以看出，随着柠条种植年限及林下植物群落发育的增长，种群丰富度逐渐增加并趋向于稳定，而且优势种的重要值和数量结构也发生了很大变化。在以沙蒿为主的天然草地上，沙面受风沙吹蚀的影响严重，此时群落内的优势种是一些一年生先锋植物，如狗尾草（＆删一鲫沉如）、虫实（ｏ矗祥仃，ｌ“ｍ如函￡ｆ姗．）等，优势度分别在２．６７和１．９ｌ，以及一年生伴生种猪毛菜（＆ｋ删№），优势度为１．０８，另外，还有多年生草本植物牛心朴子（劬口ｎ曲聊如一讹删舭），由于其颇强的耐旱力，常散生于半荒漠地带的沙化草地，在沙质草地过牧情况下能生长成片，构成群落的建群种，优势度可达１．１４，此时植物丰富度为１５；在柠条生长的Ｏ．６年，沙面基本固定，群落积累枯枝落叶和拦截大气降尘作用逐渐增强，土壤的养分条件得到了相对改善，给其它物种的侵入创造了条件，植物种类由１５种增加到２６种，多年生的植物种类如刺叶柄棘豆（纰ｉｐｌｊＩ￡讹上崩．）、老鹳草抛ｓ池池肌）、黄蒿（ｄ泖ｌｉｓ妇删财记）、甘草（Ｇ；ｆ蚴衲沈“舭括）（＆ｒⅡｎ厶朋）、牛枝子（￡．ｐ咖越械）、白草（胁甜删．等植物相继出现，其优势度均在０．８左右，但群落仍以狗尾草和虫实等一年生植物为主，群落仍处于脆弱和不稳定状态。随着柠条枝叶和根系的生长，到第１１年时，柠条林下植万　方数据２００４年第３期５表１不同年龄柠条林内植物群落种类组成及优势度ｃＫ．ｍｅｌｉｌｏｔｏｉｄｅｓＰａｌｌ．）及多年生优等草本植物糙物群落环境开始形成，植物种类有所降低，物种丰富度为２１种，此时狗尾草由最初的主导地位丽逐渐下降，１年生植物猪毛菜、虫实、画眉草（＆ａ删ｉｓ删ｄｅｓ）、地锦（ｎｌｐｈｏｂｉａｈｕ．ｍ函，韶）和伴生种刺叶柄棘豆、老鹳草等一些植物种也逐渐消退。２年生及多年生菊科植物黄蒿和狭叶山苦荚（Ｉｘｅｒｉｓｎｅ嘣ｓ）优势度升高，同时还出现了多年生豆科植物草木樨状黄芪（Ａｓ昀则ｉ’ｓ隐子草（Ｃ．ｓｑＩ姗（％ｎ．）Ｋｅｎｇ），它们是改良退化草场的优良草种。多年丛生下繁草针茅（跚ｐａｇｒａｎ出ｓ）在调查地也有出现，其优势度为１．０１；到１７年时，种类丰富度仍为２１种，从优势度来看，群落内主要以白草构成优势种，其优势度高达６２００４年第３期宁夏农林科技３．８２，其次是豆科植物草木樨状黄芪，其优势度升为２．８８，菊科植物黄蒿优势度变化较小，仍是重要的组成部分，然而一年生植物如狗尾草、虫实的优势度又有上升趋势，牛心朴子和天然恢复草地上的优势种沙蒿也有所增加，可见，在柠条生长到１７年时，草地植物群落开始出现了一定退化现象。在人工柠条１７年间的生长过程中，Ｏ～６年间植物种类数增加了１１种，在６～１１年的５年间种类数减少了５种，到第１７年时，物种数虽然没有变，但在结构组成上有所退化，反映流动沙丘在固定过程中物种的迅速侵入，其后则是缓慢发展并处于相对稳定的过程，当柠条生长年限继续增加时，草地开始出现了退化的迹象。４．１．２分科结构的变化随着沙丘逐渐固定和柠条林下植物群落的不断发育，群落内物种组成数量逐渐增加并趋于稳定，但不同科属植物种用重要值计算的多样性指数表明，随着柠条生长年限的增加，林下草地植物群落的多样性特征也发生了很大变化（表３）。在０—６年间，种的多样性指数和均匀度指数均不断增长，Ｓｈａｎｎ∞一Ｗｉｅ腿ｒ多样性指数从３．５８７７增加到４．９１８７：均匀度由０．１９１０增加到Ｏ．２５８６；而‰ｐｓＩｍ优势度指数则由大变小，从０．４７１６减少到０．２４９０。这说明植物群落的发育过程是由简单到复杂，物种不断增多，早期优势种不断消退和均匀性逐渐增长的过程，也是物种多样性指数逐渐增加即稳定性逐渐发展的过程；到第１１年时，多样性指数和均匀度指数分别降低到４．５８７２和Ｏ．２４２６，而生态优势度增加到Ｏ．２５３７；到第１７年时，多样性指数和均匀度指数继续降低，生态优势度也继续升高。４．３群落相似性分析进行相似性的分析，不仅要考虑到群落内各种物种的存在度，同时也要考虑到各物种的丰度和盖度。本研究相似度计算公式中的个体数量用重要值来代替，使群落的相似性分析具有更高的可信度和多重意义。表４中的相似性系数表明，草地植被的恢复过程中，随着柠条年龄的增长，林内植物群落与天然恢复的植物群落相似程度不断降低，１７年间相似性指数从０．７７８９降低到０．４２３４又升高为０．５６６５，说明在柠条发育的第６年，林内植物群落和天然恢复草地比较接近，随着柠条的生长，林内植物群落与天然恢复草地相差越来越大，但是当柠条生长到一定年限后，其群落相似程度又有所提高，这也从另一个方面反映了人工柠条对林下植物的影响是随着柠条生长年限而改变的。相似性系数的这种变化清楚地表明了植被恢复过程中物种组成结构的递进性和渐变性。增加的速率不同，使群落结构也在变化，总的趋势是：豆科和藜科植物种类数比较稳定，分别维持在５种和３种；禾本科和菊科植物个体增加很快，种类数所占比例有逐渐增加的趋势：从数量上看，以禾本科、豆科和菊科占优势，藜科植物较少。在天然恢复的草地上，豆科植物的种类数最多，其它科的植物较少；在柠条生长的０．６年问，禾本科、豆科和菊科植物种类数增长比较快，藜科植物增长较慢，在６—１１年间，禾本科和菊科植物种类数继续增加，而豆科和藜科植物种类数有所减少，到第１７年时，禾本科和菊科植物种类数保持稳定，豆科和藜科植物种类数又有增加。４．２物种多样性与均匀性分析物种多样性是反映群落结构、功能特征的有效指标，是生态系统稳定性的量度。一般认为物种多样性指数是通过测度群落中的种数、各种群的均匀程度以及总个体数来表征群落的组成结构水平。在表征群落多样性结构方面，群落均匀度与生态优势度的变化趋势是相反的，群落中种群分布均匀，群落均匀度指数高，则生态优势度较低；反之，种群分布集中，群落均匀度指数低，生态优势度就较高；群落多样性指数和均匀度指数的变化趋势常常一致…。表２４．４柠条对土壤水分的影响柠条系深根系豆科灌木，其根系对土层深处的土壤水分分布有着显著的影响。不同年龄柠条林内土壤水分的垂直分布如图１所示，在土壤表层（０～２０ｃｍ）处，土壤含水量由大到小的顺序是：６年生柠条林＞天然草地＞１１年生柠条林＞１７年生柠条林，这是由于土壤表层受蒸发和地表植物的耗不同年龄柠条林内植物群落种类组成的分科结构表３不同年龄柠条林内植物群落的结构变化表４不同年龄柠条林内植物群落的结构变化万方数据　万　方数据万　方数据