退化高寒草甸狼毒群落分类特征及其环境影响因子

doi:10.11686/cyxb2021310

草业学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (4): 1-11.DOI: 10.11686/cyxb2021310

• 研究论文 •

退化高寒草甸狼毒群落分类特征及其环境影响因子

刘咏梅¹^,²(), 董幸枝¹, 龙永清¹^,², 朱志梅¹^,², 王雷¹^,², 盖星华¹, 赵樊³, 李京忠⁴

^1.西北大学城市与环境学院，陕西西安 710127
^2.陕西省地表系统与环境承载力重点实验室，陕西西安 710127
^3.中科星图空间技术有限公司，陕西西安 710100
^4.许昌学院城乡规划与园林学院，河南许昌 461000

收稿日期:2021-08-11 修回日期:2021-10-29 出版日期:2022-04-20 发布日期:2022-01-25
通讯作者: 刘咏梅
作者简介:Corresponding author.
刘咏梅（1970-），女，陕西西安人，教授，博士。E-mail： liuym@nwu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(41871335);科技援青合作专项(2020-QY-210)

Classification of Stellera chamaejasme communities and their relationships with environmental factors in degraded alpine meadow in the central Qilian Mountains， Qinghai Province

Yong-mei LIU¹^,²(), Xing-zhi DONG¹, Yong-qing LONG¹^,², Zhi-mei ZHU¹^,², Lei WANG¹^,², Xing-hua GE¹, Fan ZHAO³, Jing-zhong LI⁴

^1.College of Urban and Environmental Sciences，Northwest University，Xi’an 710127，China
^2.Shaanxi Key Laboratory of Earth Surface System and Environmental Carrying Capacity，Xi’an 710127，China
^3.Geovis Technology Co. ，Ltd. ，Xi’an 710100，China
^4.School of Urban & Rural Planning and Landscape Architecture，Xuchang University，Xuchang 461000，China

Received:2021-08-11 Revised:2021-10-29 Online:2022-04-20 Published:2022-01-25
Contact: Yong-mei LIU

摘要/Abstract

摘要：

狼毒的入侵扩散对青藏高原高寒草甸生态系统的影响和当地畜牧业健康发展的制约日益严重。基于祁连山中段典型样地的群落调查、土壤采样和高精度地形测量数据，采用双向指示种分析（TWINSPAN）、除趋势对应分析（DCA）和冗余分析（RDA）在微观尺度上探讨了退化高寒草甸狼毒群落的分类特征及其对环境因子的响应关系。结果表明：1）TWINSPAN分类将退化草甸狼毒群落划分为3种群丛类型，即Ⅰ）狼毒+紫花针茅+线叶嵩草+披针叶黄华群丛；Ⅱ）狼毒+紫花针茅+委陵菜+美丽风毛菊群丛；Ⅲ）紫花针茅+草玉梅+狼毒+早熟禾群丛。2）RDA分析显示土壤全磷、全钾含量是影响退化草甸狼毒群落分布的主要环境因子，其次是坡向。土壤养分对于狼毒群落空间格局的形成发挥着重要作用，覆盖度高的狼毒群丛对低磷、低钾的土壤环境更敏感。3）随着入侵程度加重，狼毒群丛Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ的物种优势度发生明显更替，禾本科植物（早熟禾、紫花针茅）重要值减小（4.10、3.12、2.10），豆科植物（异叶米口袋、花苜蓿）重要值先增后减（0.28、0.57、0.25），莎草科植物（线叶嵩草、矮生嵩草）重要值增加（0.23、1.18、2.19）、毒杂草（狼毒、草玉梅、披针叶黄华、乳白香青、青海刺参等）重要值明显上升（6.10、5.14、10.08），群落Ⅰ和Ⅱ中狼毒替代紫花针茅成为最重要的建群种，狼毒覆盖度呈规律地梯度增加（5.5%、11.0%、29.7%）。本研究反映了狼毒型退化草甸逆向演替过程中的群落构成和环境因子变化特征，可为草地资源管理、退化草甸修复及狼毒综合治理提供参考和依据。

关键词: 狼毒, 退化高寒草甸, 土壤地形因子, 双向指示种分析, 除趋势对应分析, 冗余分析

Abstract:

The invasion of Stellera chamaejasme has exerted an increasing impact on the alpine meadow ecosystem and animal husbandry on the Qinghai-Tibetan Plateau. In this study， we explored the relationships between S. chamaejasme communities and environmental factors on a local scale， using data for plant communities， soil characteristics， and topography collected from a typical degraded meadow in the central Qilian Mountains. The data were analyzed using two-way indicator species analysis （TWINSPAN）， detrended correspondence analysis （DCA）， and redundancy analysis （RDA）. The main findings were as follows： 1） TWINSPAN divided the 45 plots into three association types： Association Ⅰ-S. chamaejasme+Stipa purpurea+Kobresia capillifolia+Thermopsis lanceolata； Association Ⅱ- S. chamaejasme+S. purpurea+Potentilla chinensis+Saussurea pulchra； and Association Ⅲ-S. purpurea+Anemone rivularis+S. chamaejasme+Poa annua.2）The RDA analysis indicated that the distribution of S. chamaejasme was significantly affected by soil total phosphorus and soil total potassium content， followed by aspect. Soil nutrient contents played an important role in the spatial patterning of the three association types， and S. chamaejasme associations with high coverage were more susceptible to low-phosphorus and low-potassium conditions. 3）Species dominance in Associations Ⅲ， Ⅱ， and Ⅰ changed with the spread of S. chamaejasme， the importance values of the Poaceae forages P. annua and S. purpurea decreased （4.10， 3.12， 2.10），those of the Fabaceae species Gueldenstaedtia diversifolia and Medicago ruthenica initially increased and then decreased （0.28， 0.57， 0.25）， those of the Cyperaceaespecies K. capillifolia and Kobresia humilis increased （0.23， 1.18， 2.19）， and those of forbs and poisonous plants （S. chamaejasme， A. rivularis， T. lanceolata， Anaphalis lactea， and Morina kokonorica） markedly increased （6.10， 5.14， 10.08）. Over time， S. chamaejasme replaced S. purpurea and became the dominant species in Associations Ⅰ and Ⅱ， and the S. chamaejasme coverage increased （5.5%， 11.0%， 29.7%）. The results of this study reveal changes in the characteristics of plant communities in a degraded alpine meadow during S. chamaejasme invasion. These findings provide a scientific basis for the development of strategies to manage， restore， and develop the degraded alpine meadow and to effectively control S. chamaejasme.

Key words: Stellera chamaejasme, degraded alpine meadow, soil and topographic factors, two-way indicator species analysis, detrended correspondence analysis, redundancy analysis

刘咏梅, 董幸枝, 龙永清, 朱志梅, 王雷, 盖星华, 赵樊, 李京忠. 退化高寒草甸狼毒群落分类特征及其环境影响因子[J]. 草业学报, 2022, 31(4): 1-11.

Yong-mei LIU, Xing-zhi DONG, Yong-qing LONG, Zhi-mei ZHU, Lei WANG, Xing-hua GE, Fan ZHAO, Jing-zhong LI. Classification of Stellera chamaejasme communities and their relationships with environmental factors in degraded alpine meadow in the central Qilian Mountains， Qinghai Province[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2022, 31(4): 1-11.

图/表 9

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科名Family	种名Species	重要值IV	科名Family	种名Species	重要值IV
瑞香科Thymelaeaceae	狼毒 S. chamaejasme	9.16	豆科Leguminosae	异叶米口袋G. diversifolia	0.65
禾本科Gramineae	紫花针茅 S. purpurea	7.02	菊科Compositae	柔软紫菀 Aster flaccidus	0.63
毛茛科Ranunculaceae	草玉梅 A. rivularis	5.04	龙胆科Gentianaceae	刺芒龙胆Gentiana aristata	0.59
莎草科Cyperaceae	线叶嵩草K. capillifolia	2.89	毛茛科Ranunculaceae	石龙芮 Ranunculus sceleratus	0.58
禾本科Gramineae	早熟禾 P. annua	2.29	唇形科Labiatae	薄荷 Mentha haplocalyx	0.55
蔷薇科Rosaceae	委陵菜 Potentilla chinensis	2.23	豆科Leguminosae	花苜蓿 M. ruthenica	0.46
豆科Leguminosae	披针叶黄华 T. lanceolata	1.80	龙胆科Gentianaceae	高原扁蕾Gentianopsis paludosa	0.45
菊科Compositae	乳白香青 A. lactea	1.71	龙胆科Gentianaceae	秦艽 G. macrophylla	0.41
菊科Compositae	美丽风毛菊 S. pulchra	1.48	毛茛科Ranunculaceae	高山唐松草 T. alpinum	0.31
川续断科Dipsacaceae	青海刺参M. kokonorica	1.20	菊科Compositae	苦荬菜 Ixeris polycephala	0.25
蓼科Polygonaceae	草血竭 Polygonum paleaceum	1.15	玄参科Scrophulariaceae	肉果草 Lancea tibetica	0.23
蓼科Polygonaceae	圆穗蓼 Polygonum macrophyllum	1.06	伞形科Umbelliferae	柴胡 Bupleurum chinensis	0.21
菊科Compositae	蒲公英 T. mongolicum	0.84	茜草科Rubiaceae	蓬子菜 Galium verum	0.15
龙胆科Gentianaceae	麻花艽 G. straminea	0.81	毛茛科Ranunculaceae	高原毛茛 R. tanguticus	0.14
莎草科Cyperaceae	矮生嵩草 K. humilis	0.70	龙胆科Gentianaceae	龙胆 Gentiana scabra	0.02

科名Family	种名Species	重要值IV	科名Family	种名Species	重要值IV
瑞香科Thymelaeaceae	狼毒 S. chamaejasme	9.16	豆科Leguminosae	异叶米口袋G. diversifolia	0.65
禾本科Gramineae	紫花针茅 S. purpurea	7.02	菊科Compositae	柔软紫菀 Aster flaccidus	0.63
毛茛科Ranunculaceae	草玉梅 A. rivularis	5.04	龙胆科Gentianaceae	刺芒龙胆Gentiana aristata	0.59
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禾本科Gramineae	早熟禾 P. annua	2.29	唇形科Labiatae	薄荷 Mentha haplocalyx	0.55
蔷薇科Rosaceae	委陵菜 Potentilla chinensis	2.23	豆科Leguminosae	花苜蓿 M. ruthenica	0.46
豆科Leguminosae	披针叶黄华 T. lanceolata	1.80	龙胆科Gentianaceae	高原扁蕾Gentianopsis paludosa	0.45
菊科Compositae	乳白香青 A. lactea	1.71	龙胆科Gentianaceae	秦艽 G. macrophylla	0.41
菊科Compositae	美丽风毛菊 S. pulchra	1.48	毛茛科Ranunculaceae	高山唐松草 T. alpinum	0.31
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蓼科Polygonaceae	草血竭 Polygonum paleaceum	1.15	玄参科Scrophulariaceae	肉果草 Lancea tibetica	0.23
蓼科Polygonaceae	圆穗蓼 Polygonum macrophyllum	1.06	伞形科Umbelliferae	柴胡 Bupleurum chinensis	0.21
菊科Compositae	蒲公英 T. mongolicum	0.84	茜草科Rubiaceae	蓬子菜 Galium verum	0.15
龙胆科Gentianaceae	麻花艽 G. straminea	0.81	毛茛科Ranunculaceae	高原毛茛 R. tanguticus	0.14
莎草科Cyperaceae	矮生嵩草 K. humilis	0.70	龙胆科Gentianaceae	龙胆 Gentiana scabra	0.02

环境因子 Environmental factors	最小值 Minimum	最大值 Maximum	平均值 Mean	标准差 Standard deviation
土壤有机质SOM （g·kg^-1）	41.84	98.80	80.25	1.392
全氮TN （g·kg^-1）	2.21	4.87	4.11	0.062
全磷TP （g·kg^-1）	0.57	0.79	0.67	0.005
全钾TK （g·kg^-1）	19.80	21.85	20.74	0.060
土壤含水量SWC （%）	23.76	47.51	31.47	0.067
pH	7.03	7.82	7.52	0.201
海拔AL （m）	3063.29	3083.66	3072.55	5.240
坡度SL （°）	2.85	9.93	6.26	1.872
坡向AS （°）	31.85	358.58	86.19	51.930

环境因子 Environmental factors	最小值 Minimum	最大值 Maximum	平均值 Mean	标准差 Standard deviation
土壤有机质SOM （g·kg^-1）	41.84	98.80	80.25	1.392
全氮TN （g·kg^-1）	2.21	4.87	4.11	0.062
全磷TP （g·kg^-1）	0.57	0.79	0.67	0.005
全钾TK （g·kg^-1）	19.80	21.85	20.74	0.060
土壤含水量SWC （%）	23.76	47.51	31.47	0.067
pH	7.03	7.82	7.52	0.201
海拔AL （m）	3063.29	3083.66	3072.55	5.240
坡度SL （°）	2.85	9.93	6.26	1.872
坡向AS （°）	31.85	358.58	86.19	51.930

环境因子 Environmental factor	排序轴Axis				P值 P value
环境因子 Environmental factor	轴1 Axis 1	轴2 Axis 2	轴3 Axis 3	轴4 Axis 4	P值 P value
所有典范轴的显著性测验Significance test of all canonical axes	F=4.6				0.002
土壤有机质SOM	0.1182	0.3153	-0.3079	-0.0374	0.002**
土壤全磷TP	0.6093	0.2986	-0.2026	0.0151	0.002**
土壤全钾TK	0.4016	-0.3623	-0.2219	0.2463	0.004**
海拔AL	-0.4609	0.3289	-0.0654	0.3586	0.022*
坡向AS	-0.4605	-0.1142	-0.1693	-0.0205	0.002**
物种-环境相关性Species-environment correlation	0.8814	0.7401	0.5121	0.6410
物种累积解释量Cumulative interpretation of species （%）	39.52	45.64	48.93	50.95
物种-环境因子累积解释量Cumulative explanation of species-environmental factors （%）	72.68	83.94	89.97	93.71

退化高寒草甸狼毒群落分类特征及其环境影响因子

Classification of Stellera chamaejasme communities and their relationships with environmental factors in degraded alpine meadow in the central Qilian Mountains， Qinghai Province

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