锡林郭勒典型草原植物多样性和蝗虫种群的关系

草原与草坪 2008年 第3期 总第128期21

锡林郭勒典型草原植物多样性和蝗虫种群的关系

卢 辉1, 韩建国1, 张泽华2

(1. 中国农业大学草地研究所, 北京100094; 2. 中国农业科学院植物保护研究所, 北京100081) 摘要:通过对锡林郭勒典型草原4种群落(羊草+糙隐子草、大针茅+羊草、克氏针茅+冷蒿、克氏针茅+糙隐子草) 的物种丰富度指数、物种多样性指数、生态优势度指数和均匀度指数进行比较分析, 对各种指数与蝗虫群落关系进行了研究。结果表明:羊草+糙隐子草和克氏针茅+糙隐子草群落的丰富度指数和多样性指数低于大针茅+羊草群落, 但高于克氏针茅+冷蒿群落, 优势度指数高于大针茅+羊草, 均匀度指数低于克氏针茅+冷蒿群落; 克氏针茅+冷蒿群落的物种丰富度指数和物种多样性指数最低, 生态优势度指数较高, 群落均匀度指数高于其他3种群落; 大针茅+羊草群落的物种丰富度指数、物种多样性指数最高, 优势度指数最低。相关分析表明, 蝗虫种类数与均匀度指数极显著相关, 蝗虫个体数与物种多样性指数显著相关。

关键词:典型草原; 植物多样性; 蝗虫种群; 锡林郭勒

中图分类号:Q 968. 1; S 812 文献标识码:A 文章编号:1009 5500(2008) 03 0021 05 由于全球性气候变化和人类对自然资源过度开发导致生态环境逐渐恶化, 使得蝗灾发生频率及灾害程度加剧[1], 蝗灾过后可能会使草地退化, 沙化和盐碱化日益加重, 草地面积锐减, 结果导致生物多样性的丧失[2]。物种多样性不仅可以反映群落或生境中物种的丰富度变化程度或均匀度, 也可反映不同自然地理条件与群落的相互关系, 可以用物种多样性来定量表征群落和生态系统的特征, 包括直接和间接地体现群落和生态系统的结构类型、发展阶段、稳定程度、生境差异等

[3]

变化的生态学原因的分析[6, 7], 蝗虫种群密度和地上植物量、营养生态位的研究

[8-10]

, 蝗虫多样性与资源利用

的关系的研究, 主要集中在草原蝗虫群落组成和结构的变化及蝗虫对草地生态环境造成的损失等方面, 关于蝗虫对不同类型草地群落生物多样性影响的研究不多。通过分析不同草地植物群落的变化对蝗虫群的影响, 研究了植物多样性指数与蝗虫种群的关系, 探讨了草原植物群落结构和组成的变化与蝗虫种群组成与丰富度等的数量关系, 对于揭示典型草原环境因素对蝗虫种群的组成与演替的影响有一定的理论意义。

。蝗虫种群与植物群落多样性有着密切的关

系, 并且多年来一直是生态学家研究的热点[4, 5], 不同类型的地带中草地植被群落的种类组成、种群特征及其种群数量都存在着不同变化规律, 导致了不同环境中生态条件的多样性, 从而决定或影响了蝗虫的生存种类及其地理分布规律。

国内外对蝗虫种群和植物群落关系的研究有很多报道, 主要集中在放牧对草原蝗虫种群的组成和结构

收稿日期:2008 03 07; 修回日期:2008 04 01

基金项目:国家科技攻关计划课题(2006BA D16B01) 资助 作者简介:卢辉(1978 ) , 男, 甘肃人, 在读博士, 研究方向

为草地保护。1 材料和方法

1. 1 研究区概况

试验地点位于内蒙古自治区锡林郭勒盟白音锡勒牧场典型草原区。地理坐标为N 43 26 ~44 39 , E 116 25 ~117 39 , 海拔900~1300m, 气候属半干旱草原气候, 大陆性气候, 春季干旱少雨, 风大沙多, 冬季寒冷而漫长; 年平均温度为2! , 气温日较差大, 年降水量200~350m m, 降水变率大, 70%的降水集中在7, 8和9月, 无霜期170d; 年均日照时数2600h, 土壤类型为暗栗钙土, 年均风速3. 2m/s, 大风日数71d, 以4、5月最为频繁。

(

22Grassland and T ur f (Bimonthly) 2008 No. 3 (Sum No. 128)

(2) Simpson 指数(D) :D =i %N i (N i -1) /N i (N i

=1-1)

(3) Shannon Wiener 指数(H ) :H =-i =%1P i ln P i (4) Pielou 指数(J SW ) :J S W =H /ln S

式中, S 为群落中总物种数, N 为群落中全部种的总个体数, P 为物种间个体数占群落中各物种总个体的比例, N i 为第i 种的个体数, P i =N i /N 。为避免个体大小对计算结果的影响, 在计算时用各物种的重要值来代替其个体数。重要值=(某一物种盖度/所有种盖度之和) ∃100

[12]

S

S

sis) 草原和大针茅(Stip a g randis ) 草原, 锡林河下游淡栗钙土亚带主要为克氏针茅(Stip a kr y lov ii ) 草原和冷蒿(A rtemisia f r igid a) 草原[11]。主要建群种和优势种为大针茅、羊草、冷蒿、克氏针茅、糙隐子草(Cleistog enes squarr asa ) 等, 植被盖度一般在40%以上, 但在锡林河流域下游植被盖度较低。1. 2 植物群落和蝗虫种群调查

在2006年生长旺季(8、9月) 进行群落调查, 每月取样2次, 选取羊草+糙隐子草(A) 、大针茅+羊草(B) 、克氏针茅+冷蒿(C) 、克氏针茅+糙隐子草群落(D) , 在各个群落的代表性地段选取样地, 每个样地用∀Z #形取样法每走50步取1样方, 共取120个样方, 样方面积1m ∃1m 。调查时记录每个样方的植物种类、盖度、频度、密度、株高。

蝗虫取样, 自制1m ∃1m (长∃宽) 无底样框

[7]

。数据分析用SPSS 11. 5软件。

2 结果与分析

2. 1 不同群落类型植物多样性

羊草+糙隐子草群落和克氏针茅+糙隐子草群落, 物种丰富度指数和Shannon Wiener 指数高于克氏针茅+冷蒿群落, 低于大针茅+羊草群落。大针茅+羊草群落中物种种类较多, 都在10种以上, 它们具有较高的丰富度指数和Shanno n Wiener 指数, 而优势度指数较低, 均匀度指数较高。克氏针茅+冷蒿群落Sim pson 指数较高, 物种丰富度指数和Shannon Wie ner 指数偏低, Pielou 指数较高(图1)

。

,

在植物群落取样的同时, 进行棋盘格式取样, 每小区用∀Z #形取样法每走50步取1样方, 共取120个样方, 将捕到的蝗虫放入盛有75%酒精的广口瓶, 编号记载, 带回室内分类鉴定。1. 3 群落物种多样性分析

选用物种丰富度指数(R ) 、Simpson 指数(D ) 、Shannon Wiener 多样性指数(H ) 和Pielou 均匀度指数(J SW ) 表示物种多样性。 (1) 物种丰富度指数(R ) :R =S

图1 4种植物群落的植物多样性指数

Fig. 1 Biodiversity index of four dif ferent plant communities

注:数值为平均值&标准差; 图柱上方不同小写字母表示差异显著(P

草原与草坪 2008年 第3期 总第128期

2. 2 蝗虫群落的分析

4种植物群落中, 主要蝗虫种类有13种:亚洲小车蝗(Oed aleus asiaticus ) 、宽须蚁蝗、短星翅蝗(Cal lip tamus abbr eviatus ) 、白边迦蝗(Br godema luctuo sumluctuosum ) 、红腹牧草蝗(Omocestus hacmor r hoid alis ) 、鼓翅皱膝蝗(A ngaracr is bar abensis ) 、红翅皱膝蝗(A ngaracr is rhcdop a ) 、小翅雏蝗(Chor thip p us f allax ) 、褐色雏蝗(Chor thip p us br unncus ) 、毛足棒角蝗(Dosy hip p us bar bip es ) 、宽翅曲背蝗(Par acy p tera microp ter a mer idionalis ) 、条纹鸣蝗(Mong ollettix j ap onius vj ttatus ) 、笨蝗(H ap lotrocp is br unner i

23

ana ) 。羊草+糙隐子草群落和克氏针茅+糙隐子草群落的优势种为亚洲小车蝗, 大针茅+羊草群落的优势种为宽须蚁蝗, 克氏针茅+冷蒿群落的优势种为短星翅蝗。

如图2所示, 克氏针茅+糙隐子草群落的蝗虫种类数和个体数最高; 羊草+糙隐子草和大针茅+羊草群落蝗虫种类数差异不显著, 均高于克氏针茅+冷蒿群落, 低于克氏针茅+糙隐子草群落(P

。

图2 蝗虫群落的种类数和个体数

Fig. 2 Species number and individual number of grasshopper population

2. 3 草地植物多样性和蝗虫多样性的相关分析 植物多样性和蝗虫多样性的相关分析可以看出, 蝗虫种类数与植物均匀度指数极显著正相关(P

表1 草地植物多样性指数与蝗虫多样性的相关系数Table 1 Correlation coef ficient of plant diversity

indexes and grasshoppers population

指标蝗虫种类数蝗虫个体数

丰富度指数-0. 1140. 164

Simpso n 指数0. 2340. 074

Shanno n Wiener 指数0. 1350. 226*

P ielo u 指数-0. 1830. 412**

3 讨论

蝗虫干扰和植物多样性变化密切相关, 在不同类型的草地群落中, 蝗虫种类的存在和种群数量的消长会影响到植物群落的多样性变化

[13]

。克氏针茅+冷

蒿群落, 蝗虫的干扰作用较强, 存在一定程度的退化, 植物群落中各个物种所占比例差距不大, 各个物种在群落中分布均匀, 群落的Pielou 指数较高。大针茅+羊草群落, 植被盖度、密度大, 受蝗虫的干扰作用较低, 植物丰富度指数和多样性指数都较高, 而组成群落的物种种数较多, 单个物种的优势并不明显, 所以优势度指数较低, 均匀度指数较高。羊草+糙隐子草和克氏针茅+糙隐子草群落, 是蝗虫比较喜欢栖息的植物群落[14], 物种丰富度指数和多样性指数高于克氏针茅+冷蒿群落, 但是低于大针茅+羊草群落, 如果蝗虫的干扰过大, 植物群落很容易退化。

通过物种多样性在蝗虫种类数、个体数上的变化可以看出, 蝗虫种类数与植物均匀度指数极显著相关(P

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是蝗虫种类较为丰富的地段#[7]并不一致, 在植被均匀度高的地段, 蝗虫种类较为丰富, 说明在典型草原多种蝗虫都出现在同一植被地段, 蝗虫群落的多样性和均匀性变化并不与植物群落的相应变化完全平行。总体上看, 植物群落多样性对蝗虫数量分布具有较大的影响。蝗虫种群个体数较多地段为羊草+糙隐子草和克氏针茅+糙隐子草群落, 蝗虫种群的多样性变化表现出较大的波动性, 这可能与蝗虫具有主动选择栖境的能力有关, 糙隐子草在草原带有着极其广泛的分布, 是针茅草原(如大针茅草原、克氏针茅草原等) 和羊草草原的下层优势种[15], 随着蝗虫数量的增加, 在退化演替的草原群落中可以成为优势种, 即形成糙隐子草占优势的草原群落, 而大部分典型草原的蝗虫优势种喜欢取食禾本科牧草[16], 因此糙隐子草为亚优势种的植物群落中蝗虫个体数较多。

生态系统的物种组成, 物种之间及其与环境因子之间的相互作用决定生态系统的性质, 结构和功能, 进而影响生态系统的稳定性。因此, 生态系统中蝗虫种群与植物多样性关系的研究是阐明物种多样性对生态系统功能作用的重要途径之一。蝗虫种群变化和物种多样性的变化是密切相关的, 蝗虫发生早期, 蝗虫多样性和植物多样性为负相关, 中期为正相关, 晚期相关性很低

[17]

, 蝗虫与植物间的联系更多地表现在植物起着

蝗虫栖息地的作用, 而不完全是食料植物的作用, 在某些蝗虫种丰盛的地段上, 食料植物并不相应的丰富[16]。研究表明, 在典型草原, 蝗虫种类与植被均匀度极显著相关, 在植被种类分布均匀的地段蝗虫种类较多, 一定的群落环境对应着一定种类的蝗虫, 蝗虫的爆发和迁移都与该条件下环境变化程度密切相关。

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(下转28页)

Digital camera and Auto CAD based method for measuring the leaf area of landscape plants

T IA N Q ing 1, CA O Zhi zhong 2, ZH A N G Rui 1

(1. College of F or estry , Gansu A gr icultur al University , L anz hou 730070, China; 2. College of

Pr atacultur al S ciencs, G ansu Agr icultur al Univ er sity , L anz hou 730070, China)

Abstract:A rapid and non destructiv e m ethod for measur ing the leaf ar ea of landscape plants w as developed by using digital camera and Auto CAD, and it w as compared w ith traditional m ethods (g rid method, paper cut method and instr um ental scanning method). T he results show ed that the value measured by this new metho d w as significantly correlated w ith those m easured by other traditio nal m ethods. It co uld be concluded that this method w as suitable for measuring the leaf area of landscape plants with needle leaf or small leaf. Key words:Auto CAD; leaf area; dig ital camera; landscape plant

(上接24页)

Study on the relationship between plant diversity and grasshopper population in the steppe of Xilinguole

LU H ui 1, H A N Jian guo 1, ZH A N G Ze hua 2

(1. I nstitute of Gr assland S cience, China Agr icultur al Univ ersity , B eij ing 100094, China; 2. I nstitute of

P lant P rotection, Chinese A cad emy of A gr icultural Sciences, B eij ing 100081, China)

Abstract:Based on the investig ation data about the plant communities in Xilinguole steppe, the richness in dex , Shannon Wiener index , Simpson index and Pielou index of 4types of plant comm unities on L ey mus chinen sis +Cleistogenes squarr asa , Stip a grandis +L ey mus chinensis , S tip a kry lovii +Ar temisia f riqida, S tip a kr y lo vii +Cleistogenes sq uarr asa , and the relationships betw een the plant bio diversity and grasshoppers po pulation w ere studied by corr elation analysis. T he results sho w ed that on L. chinensis +C. squarr asa and S. kr y lovii +C. sq uar r asa , the richness index and Shannon Wiener index of the comm unities w er e low er than those on S. gr an dis +L. chinensis but hig her than those on S. kry lovii +A. f r iqida , and the Simpso n index w as hig her than that on S. gr and is +L. chinensis but the Pielou index w as low er than that o n S. kr y lov ii +A. f r iqida. On S. k ry lovii +A. f r iqida , the richness index and Shannon Wiener index of the plant com munities w er e the low est, w hile the Sim pson index w as higher and the Pielou index w as the highest. On S. grandis +L. chinensis , the richness index and Shannon Winner index of the comm unities w ere the hig hest, w hile the Simpson index w as the lo west. T he cor relation analy sis show ed that grasshopper species num ber had very significant effects on the Pielou index , and grasshopper individual number had significant effect o n the Shannon Winner index. Key words:typical steppe; plant diversity; g rasshopper population; Xiling uo le