鄱阳湖滨带优势灌木种群分布格局及其与土壤氮的关系

鄱阳湖滨带优势灌木种群分布格局及其与土壤氮的关系内容摘要：

中国农学通报 2011,27(19):60-67 Chinese Agricultural Science Bulletin 鄱阳湖滨带优势灌木种群分布格局 及其与土壤氮的关系 王 潜 1，李海涛 1,2， 梁 涛 1，朱璐平 1，顾晨洁 1 2 （1 中国科学院地理科学与资源研究所， 北京 100101； 浙江农林大学国际生态研究中心， 杭州 311300） 摘 要：为了研究鄱阳湖滨带主要优势灌木种在不同尺度下的空间分布格局及其与土壤含氮量的关系， 笔者根据鄱阳湖滨带退化生态系统的样地调查结果，采用点格局分析方法。结果表明： （1）蔓荆子在小 尺度上呈现随机分布，随着尺度的增大，迅速向集群分布过渡；牡荆在大多数尺度下均表现为集群分 布。 （2）不同类型的样地，蔓荆子和牡荆的聚集强度达到最大时的尺度也各不相同。 （3）样地中土壤含氮 量随着优势灌木种聚集强度的增大而显著升高。群落中种群个体在水平空间上的分布格局，受生境条 件和种群的生物生态学特性相互作用的影响，也是种群对生境长期适应的表现。 关键词： 优势灌木种；种群分布格局；点格局分析；土壤含氮量 中图分类号：Q948.15+5 文献标志码：A 论文编号：2010-3580 Spatial Distribution Pattern of Dominant Shrub Species in Poyang Lake Zone and Its Relationship to Soil Nitrogen Wang Qian1, Li Haitao1,2, Liang Tao1, Zhu Luping1, Gu Chenjie1 (1Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101; 2 International Ecological Research Centers, Zhejiang A & F University, Hangzhou 311300) Abstract: The authors investigated the spatial distribution pattern of dominant shrub species and its relationship to soil nitrogen using the point pattern analysis, based on the plot sampling data of degenerative ecosystems in Poyang Lake zone. The results showed that: (1) Vitex trifolia presented random distribution at small scales, and transformed into contagious distribution with increasing scales; Vitex negundo showed contagious distribution at most scales. (2) At different sample plots, the scales at which the contagious intensity reached the maximum were also significantly different. (3) The soil nitrogen content of sampled plots increased significantly as the contagious intensity of dominant shrub species increased. Spatial distribution pattern of populations in a community was affected by the interaction between habitat conditions and eco-biological characteristics of populations, and was the reflection of a long-term adaption to habitats. Key words: dominant shrub species; spatial distribution pattern; point pattern analysis; content of soil nitrogen 0 引言 种间关系，以及种群个体与环境条件之间关系的重要 植物种群的分布格局是反映物种个体在一维水平 空间内相互关系的重要生态学指标，它与植物种的生 物生态学特性以及生境条件等因素密切相关 [1-3] 手段[1]，是植物种群的基本数量特征之一。 自 Gleason 和 Svedburg 最早各自独立地测定了植 。因 物种群个体分布的非随机性以来，此类研究多集中在 此，研究植物种格局有助于揭示其生态过程与和环境 通过各种统计学方法判定种群内个体分布状态对随机 格局的相互作用关系，成为阐明种群自身特征、 种内和 分布的偏离上。由此，种群分布格局一般分为随机分 基金项目： 国家科技支撑计划（2007BAB23C03）。 第一作者简介：王潜， 男， 1984 年出生， 河南鹿邑人， 硕士，研究方向：恢复生态学。Tel： 010-64888993， E-mail：15995384@qq.com。 通讯作者：李海涛，男，1968 年出生，山东荣成人，副研究员，博士后，研究方向：恢复生态学与生态系统生态学。通信地址：100101 北京市朝阳区大屯 路甲 11 号 中国科学院地理科学与资源研究所环境地理与人类健康室，Tel：010-64888996， E-mail： haitaoli.bj@gmail.com。 收稿日期： 2010-12-13， 修回日期： 2011-03-31。 王 潜等：鄱阳湖滨带优势灌木种群分布格局及其与土壤氮的关系 布、集群分布和均匀分布 3 种类型[3]。Greig-Smith 发现 种群空间分布格局与尺度关系密切，设计了邻接格子 样方及区组分析方法，以传统的单一尺度取样及分析 方法的不足，但仍无法有效解决格局分析结果的显著 性检验问题 [3-5]。本研究中，笔者采用由 Ripley 提出的 点格局分析法，该方法可以用于各种尺度的种群格局 分析[6-7]，其原理是以植物个体在二维空间的坐标为基 本数据， 绘制出个体空间分布的点图，以点图为基础进 行点格局分析，在拟合分析过程中的检验能力较强。 笔者选取鄱阳湖滨带沙区植被为研究区域，研究湖滨 带优势灌木种的种群空间分布格局及其与土壤氮含量 之间的关系，对揭示区域植被演替规律及退化植物群 落的恢复与重建具有重要意义。 1 研究区自然概况 研究区位于江西省北部都昌县境内，东经 116°2′ 24″—116°36′；北纬 28°50′—29°38′。都昌以地 貌丘陵和滨湖平原为主，且水域宽阔，局部有低山分 布。地势北高南低，最高海拔 647.3 m，滨湖区海拔最 低处仅 10 m。 都昌地处亚热带湿润性季风气候区，且受鄱阳湖 大水体影响，气候温和、雨量充沛、日照充足、热量丰 富、结冰期短、无霜期长，春秋季短、夏冬季长，年均温 为 17℃，年平均降雨量 1391.5 mm，年平均蒸发量为 1572.5 mm。多年平均蒸发量大于降水量，相对湿度 78%，干燥度 1.27。主要土壤类型有红壤、山地红壤、 山地黄壤、 山地黄红壤和山地草甸土。 鄱阳湖滨带长期受水力冲刷和风力侵蚀，土壤退 化和植被退化都非常严重，出现了大面积的沙山，经调 查，已无自然生的乔木种，灌木种蔓荆（Vitex trifolia）、 牡荆（Vitex negundo）、算盘子（Glochidion puberum）等 分布较广，其中以蔓荆子为最，为当地的优势灌木种， 总 盖 度 为 15% ~60% ；草 本 层 以 狗 牙 根（Cynodon dactylon）分 布 最 广 ，占 据 绝 对 优 势 ，还 有 大 戟 （Euphorbia esula）、一 年 蓬（Erigeron annuus）和 莎 草 （Cyperus microiria）等物种。 2 研究方法 2.1 样地设置 根据点格局分析的统计学理论，样地设置时应达 到足够的样地面积，使得不同尺度的种群格局均能在 样地中得以体现，样地边长以不小于 20 m 为宜，形状 为长方形或正方形。本研究采用以空间序列替代时间 序列的方法。植被退化的程度不同，可用来代表不同 的退化阶段。根据地表的植被盖度的不同，将样地分 为重度沙化样地、中度沙化样地、轻度沙化样地、湿地 · 61 · 松林样地，其中湿地松林样地是人工恢复的样地。 2008 年 9 月，在以蔓荆子为优势灌木种群的群落内，在 4 类样地中各设置 1 块 20 m×20 m 的样地，采用相邻网 格法，以其中样地的一角为原点，测定样地植物群落中 每个优势种个体的坐标值，坐标值直接用距离（m）表 示，进行空间点格局分析。 根据灌木植被的盖度不同， 将盖度大（轻度沙化样 地和中度沙化样地）的样地分成 1 m×1 m 的样方 400 个，将盖度小（重度沙化样地和湿地松林样地）的样地 划分成 5 m×5 m 的样方 16 个，分别加以编号，在每个 样方取距离表层分别为 0~10 cm、10~30 cm 土层的土 壤，测定其中的氮元素含量。 2.2 点格局分析方法 Ripley 首开点格局分析的统计学理论之先河[6]，而 后该方法由 Diggle 等 [7] 加以发展完善，用于分析各种 不同尺度的种群分布格局及种间关系，在生态学中得 到广泛应用。 点格局分析方法用一系列点来表示 1 个样方中所 计数的各种植物个体，由样方中的植物个体构成了空 间分布的点图，再在点图的基础上进行格局分析。在 点格局分析中，单位面积内的期望点数以λ来表示，点 间距离分布的测定指标以 K 来表示，而 K 值是一个随 着尺度的变化而变化的量。理论上，λ与 K 的相互关系 可表示为式（1）。 K(r)=λ-1 ………………………………………（1） 式中：K(r)是随机分布函数，r 为格局分析尺度，可 为大于 0 的任何数值；λ 可用 n/A 来估计，A 为样地面 积，n 为植物个体数。在实际应用中，K(r)通常用式（2） 估计。 n n K̂ (r) = 12 A∑ ∑ 1 I r (uij) (i ≠ j)