The impact of shrub encroachment on species niches and interspecific associations of the Artemisia scoparia community in desert grassland

doi:10.11686/cyxb2024477

Abstract

Abstract:

The impact of shrub encroachment on species niches and interspecific associations within the Artemisia scoparia community was investigated through vegetation surveys conducted in typical Ammopiptanthus mongolicus shrub-encroached sites in desert grasslands. Species niches and interspecific associations within the A. scoparia community were analyzed using niche width， niche overlap， detrended correspondence analysis （DCA）， variance ratio， chi-square testing， association coefficient （AC）， Ochiai （OI） and Spearman rank correlation methods. The results reveal an A. scoparia community consisting of 17 herbaceous species and 3 semi-shrub species， predominantly from the Poaceae and Fabaceae families， highlighting the complexity of the community composition. The importance value and niche width of the A. scoparia community exhibited significant changes with both parameters gradually increasing as the degree of shrub encroachment decreased. In plots with moderate shrub cover， A. scoparia displays a high niche overlap with most species， particularly with Salsola collina （0.87）， suggesting a strong similarity in their resource requirements. The DCA ordination results indicate clear clustering of species distributions in the plots， while the species distribution in less encroached plots is relatively more dispersed. No significant positive or negative associations were observed in the communities of heavy shrub， moderate shrub， light shrub， and shrub-free grasslands. The results of the chi-square testing， AC， OI and Spearman rank correlation analysis were consistent， reinforcing the overall pattern of weak species associations， low independence and an immature community structure. In conclusion， shrub encroachment alters the species niches and interspecific associations within the A. scoparia community in desert steppe ecosystems， contributing to the instability of the community. During ecosystem restoration efforts， it is recommended to select species combinations that exhibit positive associations with dominant species such as A. scoparia， thereby fostering a more stable community structure. This approach will enhance the ecological stability and recovery of the grassland.

Key words: shrub encroachment, Artemisia scoparia community, niche, interspecific association

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Figures/Tables 9

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生活型 Life form	物种 Species	物种缩写 Species abbreviation	科名 Family	重要值Importance value
生活型 Life form	物种 Species	物种缩写 Species abbreviation	科名 Family	HD	MD	LD	CK
一年生 Annual	猪毛菜S. collina	Sc	藜科Chenopodiaceae	0.45	0.38	0.23	0.25
	狗尾草Setaria viridis	Sv	禾本科Poaceae	0.10	0.04	－	0.04
	尖头叶藜Chenopodium acuminatum	Ca	苋科Amaranthaceae	－	0.03	－	0.13
	雾冰藜B. dasyphylla	Bd	苋科Amaranthaceae	0.31	0.11	0.23	0.05
	蒺藜Tribulus terrester	Tt	蒺藜科Zygophyllaceae	－	0.05	0.04	0.07
	地锦草Euphorbia humifusa	Eh	大戟科Euphorbiaceae	0.07	0.02	0.03	0.04
一年生及二年生 Annual and biennial	猪毛蒿A. scoparia	As	菊科Asteraceae	0.17	0.21	0.39	0.26
一年生及二年生 Annual and biennial	白花草木樨Melilotus albus	Ma	豆科Fabaceae	－	－	0.22	0.14
多年生 Perennial	鹤虱Lappula myosotis	Lm	紫草科Boraginaceae	0.10	－	－	－
	银灰旋花C. ammannii	Cam	旋花科Convolvulaceae	0.07	0.09	0.05	0.13
	沙葱Allium mongolicum	Am	百合科Liliaceae	0.06	－	－	－
	地黄Rehmannia glutinosa	Rg	玄参科Scrophulariaceae	0.02	－	－	－
	针茅S. capillata	Sca	禾本科Poaceae	0.09	－	0.06	0.12
	角蒿Incarvillea sinensis	Is	紫葳科Bignoniaceae	－	0.13	0.12	－
	鹅绒藤Cynanchum chinense	Cc	萝藦科Asclepiadaceae	－	－	0.08	－
	骆驼蓬Peganum harmala	Ph	白刺科Nitrariaceae	－	－	0.07	0.24
	糙隐子草Cleistogenes squarrosa	Cs	禾本科Poaceae	－	－	－	0.10
半灌木 Subshrub	牛枝子L. potaninii	Lp	豆科Fabaceae	0.09	0.08	0.11	0.28
	猫头刺O. aciphylla	Oa	豆科Fabaceae	－	0.20	－	0.11
	老瓜头C. komarovii	Ck	萝藦科Asclepiadaceae	－	0.18	－	0.22

生活型 Life form	物种 Species	物种缩写 Species abbreviation	科名 Family	重要值Importance value
生活型 Life form	物种 Species	物种缩写 Species abbreviation	科名 Family	HD	MD	LD	CK
一年生 Annual	猪毛菜S. collina	Sc	藜科Chenopodiaceae	0.45	0.38	0.23	0.25
	狗尾草Setaria viridis	Sv	禾本科Poaceae	0.10	0.04	－	0.04
	尖头叶藜Chenopodium acuminatum	Ca	苋科Amaranthaceae	－	0.03	－	0.13
	雾冰藜B. dasyphylla	Bd	苋科Amaranthaceae	0.31	0.11	0.23	0.05
	蒺藜Tribulus terrester	Tt	蒺藜科Zygophyllaceae	－	0.05	0.04	0.07
	地锦草Euphorbia humifusa	Eh	大戟科Euphorbiaceae	0.07	0.02	0.03	0.04
一年生及二年生 Annual and biennial	猪毛蒿A. scoparia	As	菊科Asteraceae	0.17	0.21	0.39	0.26
一年生及二年生 Annual and biennial	白花草木樨Melilotus albus	Ma	豆科Fabaceae	－	－	0.22	0.14
多年生 Perennial	鹤虱Lappula myosotis	Lm	紫草科Boraginaceae	0.10	－	－	－
	银灰旋花C. ammannii	Cam	旋花科Convolvulaceae	0.07	0.09	0.05	0.13
	沙葱Allium mongolicum	Am	百合科Liliaceae	0.06	－	－	－
	地黄Rehmannia glutinosa	Rg	玄参科Scrophulariaceae	0.02	－	－	－
	针茅S. capillata	Sca	禾本科Poaceae	0.09	－	0.06	0.12
	角蒿Incarvillea sinensis	Is	紫葳科Bignoniaceae	－	0.13	0.12	－
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	糙隐子草Cleistogenes squarrosa	Cs	禾本科Poaceae	－	－	－	0.10
半灌木 Subshrub	牛枝子L. potaninii	Lp	豆科Fabaceae	0.09	0.08	0.11	0.28
	猫头刺O. aciphylla	Oa	豆科Fabaceae	－	0.20	－	0.11
	老瓜头C. komarovii	Ck	萝藦科Asclepiadaceae	－	0.18	－	0.22

物种 Species	Levins生态位宽度Levins niche width				Shannon生态位宽度Shannon niche width
物种 Species	HD	MD	LD	CK	HD	MD	LD	CK
猪毛蒿A.scoparia	3.88	4.36	4.77	3.91	1.46	1.58	1.54	1.46
猪毛菜S. collina	4.67	4.31	4.16	3.99	1.57	1.51	1.53	1.39
狗尾草S. viridis	2.23	2.91	－	1.47	0.94	1.21	－	0.50
针茅S. capillata	1.60	－	1.00	1.00	0.56	－	0.00	0.00
牛枝子L. potaninii	1.25	2.27	1.00	1.00	0.35	0.95	0.00	0.00
鹤虱L. myosotis	1.80	－	－	－	0.64	－	－	－
尖头叶藜C. acuminatum	1.00	1.00	－	2.56	0.00	0.00	－	1.07
银灰旋花C. ammannii	1.00	1.91	2.00	1.20	0.00	0.79	0.69	0.31
地锦草E. humifusa	1.00	3.46	2.79	2.66	0.00	1.41	1.06	1.12
沙葱A. mongolicum	1.92	－	－	－	0.67	－	－	－
雾冰藜B. dasyphylla	1.96	3.52	2.53	1.60	0.68	1.32	1.09	0.56
地黄R. glutinosa	1.00	－	－	－	0.00	－	－	－
蒺藜T. terrester	－	2.58	2.09	1.72	－	1.00	0.89	0.75
角蒿I. sinensis	－	2.00	1.00	－	－	0.69	0.00	－
猫头刺O. aciphylla	－	1.00	－	1.00	－	0.00	－	0.00
老瓜头C. komarovii	－	1.00	－	1.00	－	0.00	－	0.00
鹅绒藤C. chinense	－	－	1.00	－	－	－	0.00	－
骆驼蓬P. harmala	－	－	1.00	1.00	－	－	0.00	0.00
白花草木樨M. albus	－	－	1.00	2.00	－	－	0.00	0.69
糙隐子草C. squarrosa	－	－	－	1.00	－	－	－	0.00

物种 Species	Levins生态位宽度Levins niche width				Shannon生态位宽度Shannon niche width
物种 Species	HD	MD	LD	CK	HD	MD	LD	CK
猪毛蒿A.scoparia	3.88	4.36	4.77	3.91	1.46	1.58	1.54	1.46
猪毛菜S. collina	4.67	4.31	4.16	3.99	1.57	1.51	1.53	1.39
狗尾草S. viridis	2.23	2.91	－	1.47	0.94	1.21	－	0.50
针茅S. capillata	1.60	－	1.00	1.00	0.56	－	0.00	0.00
牛枝子L. potaninii	1.25	2.27	1.00	1.00	0.35	0.95	0.00	0.00
鹤虱L. myosotis	1.80	－	－	－	0.64	－	－	－
尖头叶藜C. acuminatum	1.00	1.00	－	2.56	0.00	0.00	－	1.07
银灰旋花C. ammannii	1.00	1.91	2.00	1.20	0.00	0.79	0.69	0.31
地锦草E. humifusa	1.00	3.46	2.79	2.66	0.00	1.41	1.06	1.12
沙葱A. mongolicum	1.92	－	－	－	0.67	－	－	－
雾冰藜B. dasyphylla	1.96	3.52	2.53	1.60	0.68	1.32	1.09	0.56
地黄R. glutinosa	1.00	－	－	－	0.00	－	－	－
蒺藜T. terrester	－	2.58	2.09	1.72	－	1.00	0.89	0.75
角蒿I. sinensis	－	2.00	1.00	－	－	0.69	0.00	－
猫头刺O. aciphylla	－	1.00	－	1.00	－	0.00	－	0.00
老瓜头C. komarovii	－	1.00	－	1.00	－	0.00	－	0.00
鹅绒藤C. chinense	－	－	1.00	－	－	－	0.00	－
骆驼蓬P. harmala	－	－	1.00	1.00	－	－	0.00	0.00
白花草木樨M. albus	－	－	1.00	2.00	－	－	0.00	0.69
糙隐子草C. squarrosa	－	－	－	1.00	－	－	－	0.00

处理 Treatments	方差比率 Variance ratio （VR）	检验统计量 Test statistic （W）	卡方临界值 Threshold values	检验结果 Results
重度灌丛化HD	0.55	2.74	（1.15，11.07）	不显著负联结Not significant negative correlation
中度灌丛化MD	1.68	8.39	（1.15，11.07）	不显著正联结Not significant positive correlation
轻度灌丛化LD	0.44	2.22	（1.15，11.07）	不显著负联结Not significant negative correlation
未灌丛化CK	0.51	2.57	（1.15，11.07）	不显著负联结Not significant negative correlation