Plant community diversity and soil factor interpretation of adaptive region of Deschampsia caespitosa in the source region of the Yellow River

doi:10.11686/cyxb2020350

Abstract

Abstract:

Theoretically speaking， the ecological characteristics of plant communities are the result of long-term adaptation and co-evolution of plants， climate， soil， terrain and other ecological environment complexes. This research studied plant community diversity characteristics and environmental factors influencing plant community composition in the adaptive region of Deschampsia caespitosa in the source region of the Yellow River. Five plant community types commonly found in Maqin county were studied： I， D. caespitosa （Poaceae） dominant； Ⅱ， Blysmus sinocompressus （Cyperaceae） dominant； Ⅲ， B. sinocompressus and D. caespitosa mixed community； Ⅳ， Kobresia schoenoides （Cyperaceae） dominant； V， K. schoenoides and D. Caespitosa mixed community. Plant species present were surveyed in mid-August 2018， and soil samples collected at the same time to establish key parameters of the plant environment. Correlation analysis and redundancy analysis （RDA） were used to analyze the association between plant species and environment factors and various ecological diversity indexes were calculated. Across the study sites 83 species were recorded belonging to 17 families and 49 genera. Notably， the widely distributed species were members of the Asteraceae， Poaceae， Cyperaceae， Ranunculaceae， Gentianaceae and Scrophulariaceae families. The community species diversity indexes varied greatly between the communities. For community I， the species richness and Shannon-Weiner indexes were lower， and the Alatalo and Pielou Jsw evenness indexes， together with the % cover， height， biomass and importance value of D. caespitosa were significantly higher than in the other communities. There were also significant differences in soil nitrogen （N）， phosphorus （P）， carbon （C）， organic matter （SOM）， soil water content （W） and pH between the different plant communities across the 5 study sites in the adaptive region of D. caespitosa. The multivariate analysis of community species diversity indexes， population characteristics and environmental factors showed that the % cover， height， biomass and importance value of D. caespitosa were negatively associated with species richness， Simpson dominance index， Shannon-Wiener index， soil P， soil moisture water， and positively associated with the Alatalo evenness index and soil pH. RDA analysis showed that pH was the main environmental factors affecting community species diversity. D. caespitosa was more suited to a moist to mesophytic soil environment with low P， while the importance value of D. caespitosa decreased significantly with increasing species richness in the community， indicating that D. caespitosa has some characteristics of a pioneer species characteristics and a potential use in restoration and management of degraded grassland.

Key words: plant communities, Deschampsia caespitosa, species diversity, soil properties

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Figures/Tables 6

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群落序号 Community code	群落类型 Community type	日期 Date	经度 Longitude （E）	纬度 Latitude （N）	海拔 Altitude （m）	群落面积 Community area （m²）
Ⅰ	发草群落D. caespitosa community	2018-08-15	100°13′29″	34°28′14″	3730	1000
Ⅱ	华扁穗草群落B. sinocompressus community	2018-08-20	100°13′25″	34°27′58″	3650	800
Ⅲ	华扁穗草+发草群落B. sinocompressus+D. caespitosa community	2018-08-23	100°13′22″	34°27′57″	3646	900
Ⅳ	藏嵩草群落K. Schoenoides community	2018-08-22	100°13′28″	34°28′17″	3640	900
Ⅴ	藏嵩草+发草群落K. Schoenoides+D. caespitosa community	2018-08-21	100°13′24″	34°28′20″	3660	1000

群落序号 Community code	群落类型 Community type	日期 Date	经度 Longitude （E）	纬度 Latitude （N）	海拔 Altitude （m）	群落面积 Community area （m²）
Ⅰ	发草群落D. caespitosa community	2018-08-15	100°13′29″	34°28′14″	3730	1000
Ⅱ	华扁穗草群落B. sinocompressus community	2018-08-20	100°13′25″	34°27′58″	3650	800
Ⅲ	华扁穗草+发草群落B. sinocompressus+D. caespitosa community	2018-08-23	100°13′22″	34°27′57″	3646	900
Ⅳ	藏嵩草群落K. Schoenoides community	2018-08-22	100°13′28″	34°28′17″	3640	900
Ⅴ	藏嵩草+发草群落K. Schoenoides+D. caespitosa community	2018-08-21	100°13′24″	34°28′20″	3660	1000

群落 Community code	物种丰富度 Species richness （S）	Simpson优势度指数 Simpson dominance index （D）	Shannon-Wiener指数 Shannon-Wiene index （H）	Alatalo均匀度指数 Alatalo evenness index （Ea）	Pielou均匀度指数 Pielou uniformity index(Jsi)
Ⅰ	4±0.00c	0.69±0.01e	1.27±0.01e	0.86±0.01a	0.92±0.01b
Ⅱ	24±0.58b	0.83±0.01d	2.51±0.05d	0.43±0.01d	0.87±0.01d
Ⅲ	23±1.00b	0.92±0.00a	2.82±0.03a	0.77±0.04b	0.97±0.00a
Ⅳ	27±1.15a	0.86±0.00c	2.69±0.03b	0.46±0.01d	0.90±0.00c
Ⅴ	23±0.58b	0.88±0.01b	2.62±0.05c	0.58±0.01c	0.92±0.01b
平均Mean	20±8.40	0.84±0.08	2.38±0.58	0.62±0.18	0.91±0.03
群落 Community code	Pielou均匀度指数Pielou uniformity index (Jsw)	发草盖度 Coverage of D. caespitosa （C_d， %）	发草株高 Height of D. caespitosa （H_d， cm）	发草生物量 Biomass of D. caespitosa （B_d， g·m^-2）	发草重要值 Value of D. caespitosa （Value_d）
Ⅰ	0.92±0.01a	91.67±1.53a	75.40±2.36a	681.78±76.93a	0.453±0.014a
Ⅱ	0.80±0.01d	1.33±0.29d	37.08±4.91c	11.33±4.48c	0.029±0.005c
Ⅲ	0.90±0.01b	20.33±1.53c	43.87±3.63c	93.06±14.88b	0.129±0.017b
Ⅳ	0.82±0.00cd	2.50±1.32d	56.42±11.43b	15.68±9.01c	0.039±0.007c
Ⅴ	0.83±0.01c	30.67±3.79b	60.40±5.57b	105.62±15.40b	0.128±0.003b
平均Mean	0.85±0.05	29.30±34.29	54.63±14.84	181.50±263.75	0.156±0.160

群落 Community code	物种丰富度 Species richness （S）	Simpson优势度指数 Simpson dominance index （D）	Shannon-Wiener指数 Shannon-Wiene index （H）	Alatalo均匀度指数 Alatalo evenness index （Ea）	Pielou均匀度指数 Pielou uniformity index(Jsi)
Ⅰ	4±0.00c	0.69±0.01e	1.27±0.01e	0.86±0.01a	0.92±0.01b
Ⅱ	24±0.58b	0.83±0.01d	2.51±0.05d	0.43±0.01d	0.87±0.01d
Ⅲ	23±1.00b	0.92±0.00a	2.82±0.03a	0.77±0.04b	0.97±0.00a
Ⅳ	27±1.15a	0.86±0.00c	2.69±0.03b	0.46±0.01d	0.90±0.00c
Ⅴ	23±0.58b	0.88±0.01b	2.62±0.05c	0.58±0.01c	0.92±0.01b
平均Mean	20±8.40	0.84±0.08	2.38±0.58	0.62±0.18	0.91±0.03
群落 Community code	Pielou均匀度指数Pielou uniformity index (Jsw)	发草盖度 Coverage of D. caespitosa （C_d， %）	发草株高 Height of D. caespitosa （H_d， cm）	发草生物量 Biomass of D. caespitosa （B_d， g·m^-2）	发草重要值 Value of D. caespitosa （Value_d）
Ⅰ	0.92±0.01a	91.67±1.53a	75.40±2.36a	681.78±76.93a	0.453±0.014a
Ⅱ	0.80±0.01d	1.33±0.29d	37.08±4.91c	11.33±4.48c	0.029±0.005c
Ⅲ	0.90±0.01b	20.33±1.53c	43.87±3.63c	93.06±14.88b	0.129±0.017b
Ⅳ	0.82±0.00cd	2.50±1.32d	56.42±11.43b	15.68±9.01c	0.039±0.007c
Ⅴ	0.83±0.01c	30.67±3.79b	60.40±5.57b	105.62±15.40b	0.128±0.003b
平均Mean	0.85±0.05	29.30±34.29	54.63±14.84	181.50±263.75	0.156±0.160

土层 Soil layer （cm）	群落 Community code	全N Total N （%）	全P Total P （mg·g^-1）	全K Total K （mg·g^-1）	全C Total C （%）	有机质 SOM （%）	pH	土壤含水量 W （%）
0~10	Ⅰ	0.25±0.04b	0.24±0.02c	6.50±1.55ab	3.43±0.21b	3.88±1.25b	7.14±0.10a	31.45±0.53c
	Ⅱ	0.34±0.06b	0.46±0.03b	2.76±1.30b	4.30±0.60b	3.45±1.42b	6.66±0.24b	42.57±6.45b
	Ⅲ	0.33±0.11b	0.48±0.03b	6.99±5.11ab	5.54±0.79b	5.48±1.45b	7.22±0.27a	44.29±4.41b
	Ⅳ	1.17±0.32a	0.60±0.06a	11.53±3.68a	15.07±4.13a	19.64±2.70a	6.80±0.12b	64.92±1.81a
	Ⅴ	1.13±0.13a	0.55±0.08ab	5.62±2.84ab	13.42±1.38a	20.29±2.73a	6.76±0.07b	59.87±2.74a
	平均Mean	0.64±0.45	0.46±0.13	6.68±4.00	8.35±5.33	10.55±8.17	6.92±0.28	48.62±13.01
10~20	Ⅰ	0.27±0.04b	0.17±0.02c	6.55±4.89b	3.28±0.39c	2.99±1.40c	7.14±0.12b	35.51±4.83b
	Ⅱ	0.23±0.03b	0.39±0.03b	6.59±1.90b	3.70±0.28bc	4.04±1.71c	6.85±0.10c	39.43±6.02ab
	Ⅲ	0.40±0.24b	0.41±0.03b	17.00±2.36a	5.64±2.42bc	9.78±2.70b	7.41±0.13a	43.51±19.72ab
	Ⅳ	0.48±0.24b	0.53±0.06a	9.10±0.56b	7.48±3.59b	11.96±1.13ab	6.83±0.04c	49.68±4.27ab
	Ⅴ	0.80±0.12a	0.48±0.08ab	4.88±4.37b	11.23±1.08a	14.85±3.92a	6.77±0.06c	59.07±6.63a
	平均Mean	0.44±0.25	0.39±0.13	8.82±5.23	6.27±3.45	8.73±5.14	7.00±0.26	45.44±12.09