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1、额济纳胡杨林的生态特性及其群落生物多样性研究*张秋岭，罗菊春 北京林业大学自然保护区学院，北京（100083） E-mail: zql-摘要：本文研究内蒙古额济纳绿洲胡杨林的生态适应性、地下水埋深和地表土壤含水量与生物多样性的相互关系以及胡杨林土壤含水量的时空变化。研究结果表明：（1）胡杨群落绝 大多数为胡杨纯林，密度比较稀疏并且林下植被覆盖度也不高。（2）胡杨群落土壤以沙土为 主；随土壤深度的增加,土壤含水量逐渐增大,但变化平缓；土壤含水量从高到低依次为胡杨幼林中龄林近熟林成熟林。关键词：额济纳；胡杨；生物多样性；生态特性额济纳胡杨(Populus euphratica Oliv)林是我国典
2、型荒漠区天然胡杨林的主要分布区之 一，也是内蒙古西部荒漠区唯一的乔木林。胡杨林是额济纳绿洲存在的依靠，在科学研究方 面具有重要的价值。但在 20 世纪 50 年代后额济纳胡杨林由于人为破坏、水资源缺乏和土质 变坏等不利情况下，这一宝贵的森林资源正在不断减少，其后果是最终导致了整个额济纳绿 洲环境状况的恶化，对这一严重的生态问题已引起了人们越来越多的关注1，2。1 研究地区自然条件额济纳旗隶属于内蒙古自治区阿拉善盟，位于内蒙古自治区的西北端，为极端干旱的温 带荒漠地区。气候特征是温差大、水量少、干燥、多风、冬季严寒、夏季酷热。胡杨具强大 的根系直达潜水面，侧根发达，在 1m 深的土层内延伸四周。
3、而且属于浅根性树种，水平根 系主要分布在 20-60cm 的浅土层，以 40-60cm 范围最为集中。在额济纳旗分布着 2.6 万 hm2(39 万亩)天然胡杨林，主要分布在额济纳旗黑河下游三角洲中心的东、西两河流域及其十几条 干支流的河漫滩上，与沙枣残林、柽柳灌丛、草甸植被镶嵌成狭长的走廊式林带，是额济纳 旗黑河下游三角洲的核心地带，占河漫滩草场总面积的 15.5%，构成了额济纳荒漠绿洲的主 体3.4.5。2 研究内容与方法2.1 胡杨林样带调查在七道桥河岸附近的胡杨林内作宽 5m、长 150m 的样带，在样带内每隔 10 米作 55 的样方，记录样方内胡树高、胸径、冠幅、株数，灌木和草本的
4、种类，及其盖度和数量。一 个样带作 15 个样方，共作 2 条样带，共计 30 个样方。2.2 胡杨林标准地调查在额济纳胡杨林自然保护区内选取离灌水渠不同距离处封育较早、保存完好的胡杨林作 为胡杨群落调查的样地，共选取了 10 快样地。在每一块样地内作 5050 的标准地 1 块， 记录标准地内胡杨高、胸径、冠幅、株数及混生的沙枣株数。在每一标准地内沿两条对角线 作 9 个 1010 样方，记录样方中每种灌木的数量，作为胡杨林标准地灌木抽样调查结果； 在每个灌木样方内沿对角线作 2 个 11 样方，记录样方中每种草本的种类、盖度和数量， 一块标准地共作 18 个草本样方，作为胡杨标准地草本抽样
5、调查数据，所统计的沙枣数量、*本课题得到国家自然科学基金项目(30471369)的资助。- 5 -灌木物种数量和草本物种数量用于每一胡杨标准地的生物多样性指数计算。2.3 样地土壤水分调查在每个标准地中心挖一个长 1.5m、宽 0.6m 的土壤剖面。距地表 10、20、40、60、80、100、120 和 150 处分别取土样，在土壤剖面的各个层次上横向用铝盒取 3 个平行土样作 为土壤含水量的分析对象，铝盒土样用便携式电子天平、称重，带回住地称量湿重后用烘箱 在 110烘干 12 小时，然后称量烘干土样，土壤含水率 Mw - MsMs100%，式中 ：土壤含水率；Mw：土样湿重； Ms：土样
6、干重。2.4 物种多样性的评定用香农维纳指数（Shannon-weiner index）和皮洛均匀度指数(Pielou evenness index)计 算不同标准地内胡杨群落的生物多样性指数和均匀度指数。其中， 生物多样性指数计算公式为：sH=- Pi log Pii =1H为生物多样性指数，Pi 为属于种 i 的个体 ni 在全部个体 N 中的比例。 均匀度指数公式为：J=H/ 2SJ 为均匀度指数，H生物多样性指数，S 为物种种类数。在计算生物多样性指数和均匀度指数时样本含量均不包括胡杨个体数量，再深入一步分 析生物多样性指数与地下水埋深和土壤各个层次的含水量间的相关关系。3. 结果与分
7、析3.1 样带调查结果样带调查结果表明额济纳胡杨林的密度平均为每公顷 736 株（见表 1），平均每一个5m5m 的样方中还不到 2 株，说明胡杨林还是比较稀疏的，这可能与胡杨林本身自疏作用 显著以及与胡杨年龄较大有关；沙枣每公顷平均有 144 株，柽柳为 72 株，在本次的调查并 没有发现其它的乔木和灌木。额济纳一年四季气候干旱也是限制其它树种生长的重要因素； 草本植物几乎全部为苦豆子，盖度平均为 34.9%。有的样方几乎为空地，无灌木和草本生长。 这都与地表过于干燥，植物的种子无法发芽，幼苗无法生长有关。表 1额济纳胡杨林样带调查表Table 1 the stripe sampling s
8、urvey of Populus euphratica forest in Ejina nature reserve胡杨树（株/h ）其它（株/h ）大树幼树幼苗沙枣柽柳样带 14871121291.8236528.40.35样带 2515861472.0173940.90.40总计14723.814469.3平均7361.97234.9平均株/55m2草本盖度（%） 郁闭度注：胸径 3cm（含）以下的胡杨记为幼苗，胸径 3.1cm-7cm（含）以下的胡杨记为幼树。为了更加清楚地说明额济纳胡杨群落的组成情况，可以从下面的图 1 中看出：胡杨树的 数目占整个胡杨林的 92%（胡杨占 58%，胡杨
9、幼树占 11%，幼苗占 23%），其它树种（沙枣2%，柽柳 6%）只占 8%。柽柳, 6%沙枣, 2% 胡杨幼苗,23%胡杨幼树11%胡杨大树58%图胡杨群落树种组成百分比3.2 胡杨林群落演替过程中生物多样性与土壤水分相关性特征对 10 个标准地中生物多样性指数与土壤水分的关系作相关分析，（见表 2）结果表明生 物多样性指数、均匀度指数与不同龄组、不同密度下的胡杨土壤水分不相关。表 2 额济纳胡杨林生物多样性与土壤水分关系表Table.2. Relations between soil water content and biodiversity index in Ejina Populus
10、 euphratica.地表下标准地号地下水埋深 地表下 20cm地表下 40cm地表下 60cm120cm 处含生物多样性均匀度/m处含水率/% 处含水率/% 处含水率/%指数指数 水率/%11.254.516.6112.3523.83.38410.453421.275.875.0613.2222.83.48620686131.344.246.2513.7523.212.74790.754741.523.166.829.3720.242.47780.669351.613.317.5411.8416.882.47250.569261.732.857.9810.0819.54232470.376
11、971.662.324.548.9312.352.28410.333581.762.144.567.7211.822.08610.373891.862.034.377.1410.681.77790.2961101.761.513.788.0310.511.40280.3507R20.19280.25840.35420.08060.1136注：表 2 中第 11 行指生物多样性指数与表头中的相关系数（R2），相关性均不显著。在额济纳绿洲生态环境中水分应是植物生存与的一个关键制约因子，水分状况决定着群 落的组成成分和物种数量，但额济纳胡杨林中生物多样性只与胡杨种群特征相关，这说明胡 杨群落在发育过
12、程中胡杨群落在生物多样性变化方面有内在的调节机制。胡杨群落中生物多 样性指数和均匀度与地下水埋深和土壤地表含水量不相关，决定胡杨群落生物多样性特征的 因素是胡杨种群年龄和密度。在胡杨年龄与土壤水分的趋势图中，随着胡杨林年龄的变化，其与土壤水分之间呈多项 式相关关系，拟合方程为：w = -0.0003a2 - 0.0231a + 8.5496 （w:土壤水分，a：年龄，R2 = 0.9843） 调查结果表明，胡杨林年龄越大，土壤水分含量越低，这是胡杨单位面积上耗水量越大的原因。10土壤水8分（64%）200306090120150180210胡杨林年龄(a)图 3 土壤水分与胡杨林年龄的相关性F
13、igure 3 Regression on soil water content and age of Pupulus euphratica生物多样性指数543210胡杨密度0200040006000胡杨密度 株/公倾图7。生物多样性指数-胡杨密度相关性图 4 生物多样性指数-胡杨密度相关性Fig 4 .Rrgession on density and biodiversity index生物多样性与胡杨林密度的趋势图，见图 4 生物多样性指数与密度呈对数关系，其拟合方程为：b=-0.3147 （d）+3.9729（b：生物多样性指数，d：密度，R2=0.7236）。从图 3 和图 4，可以看
14、出：随着胡杨林年龄的增大，土壤水分与其呈多项式负值变化， 即胡杨林的年龄越大则该林林下的土壤水分也越少；而胡杨林的密度与生物多样性指数呈负 对数关系。在胡杨林内胡杨种群更新选择以无性繁殖为主，胡杨的根蘖性不仅受年龄限制, 也受密度限制, 胡杨的根蘖株数随胡杨年龄增大而增强，随密度的增大而根蘖性减弱。由此 可以看出：随着胡杨年龄的增大，其密度大幅度下降，自疏显著，是由于随年龄的增大，胡 杨的耗水量急剧增大，而耗水量的增加导致土壤含水量大大下降，正是由于土壤水分的降低 才导致了胡杨林密度的下降显著。然而，在额济纳，其气候干旱，本身就缺乏水分，可以说 明，在额济纳水分是一个制约因子，其决定着胡杨林的
15、更新程度和更新方式。4 讨论在胡杨的幼龄林和老龄林中都没有实生株出现,只在中龄林中有少量胡杨实生株,所以中 龄林在胡杨更新中起关键作用,要加强对中龄林的保护来促进胡杨的有性繁殖更新,进而提高 种群的生存力。胡杨种子成熟后落地后一周内失去发芽能力,如果此时地表很干则无法保持 有发芽的活力，即使发芽也无法扎根。所以水分是胡杨群落中生物多样性和实生株的制约因 子。参考文献1王根绪等，干旱荒漠绿洲景观空间格局及其受水资源条件的影响分析，生态学报，2000，30（3）：363368. 2.龚家栋，黑河下游额济纳绿洲环境退化及综合治理，中国沙漠，1998，18（1）：4450.3 王立明，张秋良等.额济纳
16、胡杨林生长规律及生物生产力的研究J. 干旱区资源与环境， 2003，17 （2）：9499.4 孙雪新,等.胡杨研究现状及发展建设.世界林业研究,1993(4):1013.5 李笑春.额济纳绿洲环境变迁与生态危机及其可持续发展对策.中国草地,1998(4):7376.Study on Ecological Characteristics and Biodiversity of Populus euphratica Forest Community in the Natural Reserve of Ejina, Inner Mongolia of ChinaZhang Qiuling, Luo
17、 JuchunCollege of nature conservation Beijing Forestry University, Beijing (100083)AbstractEcological characteristics of Populus euphratica and forest community biodiversity characteristic insuccessive proceedings are discussed in this paper. Such relative aspects including ecological adaptation of
18、Populus euphratica, and soil water content, underground water depth ,as well as thevariability of soil moisture content of Populus euphratica. The results showed:（1）The majority ofPopulus euphratica community consists of Populus euphratica. Its density is relatively low and so does degree of vegetat
19、ion shade. （2）The soil water content orders from high to low are: young aged forest,middle aged forest, near matured forest and over matured forest. This is because different aged Populus euphratica forest their roots prosper differently, the mature forest have large amount of roots, their ability o
20、f utilizing underground water and transpiration are both high, besides, different aged Populus euphratica forest means that the amount of growth is different as well ,making the water depletion rate differently.Keywords: Ejina,Populus euphratica,biodiversity,Ecological Characteristic作者简介： 张秋岭(1982),男,北京林业大学硕士研究生,主要研究方向:保护生物学、森林生态学。 罗菊春(1937),男,教授,博导,主要研究方向:生态学与森林经营学、保护生物学。