遼西地區(qū)優(yōu)勢樹種群落分布與環(huán)境關(guān)系研究

楊超(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽 110122 )

遼西地區(qū)優(yōu)勢樹種群落分布與環(huán)境關(guān)系研究

楊超
(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧 沈陽 110122 )

遼西地區(qū)多為半干旱地區(qū)，土壤退化，環(huán)境問題較為嚴(yán)峻。為更好地了解種群與環(huán)境分布關(guān)系，本文調(diào)查了遼西地區(qū)的環(huán)境與植被狀況、國內(nèi)外群落與環(huán)境關(guān)系研究的方法技術(shù)發(fā)展趨勢與特點(diǎn)，并對遼西地區(qū)優(yōu)勢樹種分布與環(huán)境關(guān)系研究的分析方法做了展望。

遼西地區(qū)；數(shù)量分析；排序；群落與環(huán)境關(guān)系

植物群落主要由生態(tài)系統(tǒng)中的植物組成，在生態(tài)系統(tǒng)中不斷發(fā)展變化且主要與環(huán)境有關(guān)：群落中樹種的生長發(fā)育狀況、種類、分布特點(diǎn)受環(huán)境的制約，同時，又反過來改變著環(huán)境本身[1]。現(xiàn)在世界環(huán)境問題不斷加劇，植物群落特征和環(huán)境因子的關(guān)系研究逐漸成為植物生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)[2-4]，從而從生態(tài)學(xué)方面探究改善環(huán)境的方法。

遼西地區(qū)除沿海部分區(qū)域外，大多為半干旱地區(qū)，低山丘陵，土壤相對貧瘠，水土流失較嚴(yán)重，自然災(zāi)害頻發(fā)，植被物種數(shù)量及種群密度由南至北呈遞減趨勢[5]。因此，研究遼西地區(qū)植物群落、優(yōu)勢種群與環(huán)境的關(guān)系問題，可以在針對環(huán)境問題制定實(shí)施策略時提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 遼西地區(qū)的主要植被類型

遼西是一個沿海地區(qū)，包含了遼寧西部地區(qū)五市，即錦州、朝陽、阜新、葫蘆島、興城和盤錦的一部分(遼河以西部分)。付英梅2012年提到遼西有林地面積162.2萬hm2，森林覆蓋率達(dá)32.1%，并且分地域、垂直和人為活動三方面研究了遼西的植被分異規(guī)律，闡述了不同環(huán)境和地區(qū)的主要樹種[5]。

周葆果和譚振軍2007年對遼西進(jìn)行抽樣調(diào)查其植被類型，主要包括12個天然植被的主要類型，其中，喬木林類型包括9個[6]。

孔繁軾2006年在對原有的植被歷史了解的基礎(chǔ)上，初步探討了該地區(qū)的主要植被類型，同時也將其分為12個主要類型，其中以喬木為主的植被類型有6個[7]。

周永斌與杜憲2013年對遼西北地區(qū)的植物群落進(jìn)行調(diào)查，并得出結(jié)論：加楊、野生山里紅、家榆是該群落的優(yōu)勢種[8]。

2 植被數(shù)量分析發(fā)展

植物群落的數(shù)量分類和排序研究能較好地解釋植物群落的空間分布與環(huán)境因子之間的關(guān)系[9]。所以，20世紀(jì)50年代，開始在植被生態(tài)學(xué)的領(lǐng)域引入數(shù)量生態(tài)學(xué)[10]。

數(shù)量生態(tài)學(xué)，也稱植被定量分析或植被分析，指運(yùn)用數(shù)學(xué)方法研究植被、植物群落與環(huán)境三者之間生態(tài)關(guān)系的科學(xué)，包括排序、分類等復(fù)雜的多元統(tǒng)計(jì)分析方法[11]。國外在運(yùn)用數(shù)量分析方法研究植被分布與環(huán)境因子方面有較多報(bào)道[12，13]。

數(shù)量分類與排序在20世紀(jì)70年代在我國開始進(jìn)行研究，并大量引入國外的先進(jìn)成果。陽含熙等[14]編寫的《植物生態(tài)學(xué)的數(shù)量分類法》中比較全面地介紹了數(shù)量的分類與排序方法。1989年李博等[15]翻譯了由Hugh G . Gauch , Jr .編寫的《群落生態(tài)學(xué)的多元分析》,進(jìn)一步補(bǔ)充了由Robert H . Whittaker主編的《植物群落排序》[16]與《植物群落分類》[17]。

3 植被群落排序的研究進(jìn)展

張峰等[10]在《我國植被數(shù)量分類和排序研究進(jìn)展》中指出排序的目的：解釋植被或其分布與環(huán)境關(guān)系。

關(guān)于植被群落與環(huán)境因子關(guān)系的研究，在生態(tài)學(xué)上主要應(yīng)用的是排序方法，即將樣方或植物種排列在一定的空間，使得排序軸能夠反映一定的生態(tài)梯度。國內(nèi)外不斷對排序進(jìn)行研究，在技術(shù)上取得了很大的成果。庾曉紅等[18]和張峰等[10]對我國植被數(shù)量分析方法進(jìn)行分研究，并詳細(xì)總結(jié)了近幾年的研究成果,主要有以下幾種：

3.1 加權(quán)平均排序

加權(quán)平均排序技術(shù)最早由Whittaker[19]開始使用，其計(jì)算方法簡單，后被許多學(xué)者進(jìn)行使用，并做了改進(jìn)。但是，其權(quán)重的選擇具有一定的主觀性，使其進(jìn)一步發(fā)展受到局限。

3.2 極點(diǎn)排序

極點(diǎn)排序主要是兩個樣方以一種特殊的角色作為排序軸的兩個極點(diǎn)，由Bray和Curyis提出[20]。該方法簡單容易操作，被廣泛使用，但它端點(diǎn)選擇有一定的主觀因素。

3.3 主分量分析(PCA)

主分量分析最早由Pearson[21]和Hotelling[22]提出，后最先被Goodall[23]引入生態(tài)數(shù)據(jù)分析上面。PCA無須考慮短點(diǎn)的選擇、權(quán)重等主觀因素，結(jié)果更符合實(shí)際，但其計(jì)算量大、復(fù)雜，必須借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作。

3.4 對應(yīng)分析(CA)或相互平均分析(RA)

Hill[24，25]將CA寫入論文中，后被生態(tài)學(xué)家所熟知，并開始使用。CA結(jié)果一般較PCA更優(yōu)，尤其在樣本很均勻時，但其弓形效應(yīng)的存在影響精確度。

3.5 除趨勢對應(yīng)分析(DCA)

為改進(jìn)CA技術(shù),Hill與Gauch[26]提出一種新的特征向量排序技術(shù)。在大量的使用中發(fā)現(xiàn)DCA結(jié)果更能客觀地反映群落與環(huán)境關(guān)系，且又開發(fā)了國際通用軟件DECORANA，計(jì)算操作較方便。

3.6 典范對應(yīng)分析(CCA)

Braak[27]為進(jìn)一步修正CA而提出了典范對應(yīng)分析法，其實(shí)是將CA與多元回歸相結(jié)合的一種方法。由于它是基于CA而提出的，所以仍然存在弓形效應(yīng)。

3.7 除趨勢典范對應(yīng)分析(DCCA)

1987年Braak又將CCA與DCCA相結(jié)合提出了除趨勢典范對應(yīng)分析，從而消除了弓形效應(yīng)[11]。該方法廣泛應(yīng)用與現(xiàn)在的群落與環(huán)境關(guān)系調(diào)查中。

4 群落排序的應(yīng)用

2007年賈曉妮與程積民[28]等對DCA、CCA、DCCA排序方法在中國草地植被群落中的應(yīng)用作總結(jié)，并對3種方法的特點(diǎn)進(jìn)行了比較，得出結(jié)論：DCCA與聚類分析結(jié)合能更好地說明群落間關(guān)系，DCCA與CCA能更好地分析群落與環(huán)境關(guān)系。

趙從舉等[9]應(yīng)用DCCA技術(shù)對準(zhǔn)格爾盆地典型地段進(jìn)行植物群落及其與環(huán)境因子的關(guān)系研究，說明了群落分布與土壤、海拔、地勢等環(huán)境因子的相互影響。

白玉宏等[29]在對山西接骨木群落與環(huán)境關(guān)系調(diào)查中使用國際通用的Canoco 4.5軟件進(jìn)行CCA排序分析，并通過CanoDraw繪制排序圖，發(fā)現(xiàn)接骨木主要的分布范圍為中高海拔的陽坡及半陽坡。

簡敏菲與徐鵬飛等[30]利用Canoco for Windows 4.5 軟件進(jìn)行DCCA排序技術(shù)分析了安河鄱陽湖的群落與環(huán)境因子關(guān)系。其中環(huán)境因子包括了水土中的重金屬，如Cu、Pb、Cd等，及其pH。

在研究群落與環(huán)境關(guān)系時，有許多學(xué)者僅針對環(huán)境中的部分因子研究其與群落的影響。如宋創(chuàng)業(yè)[31]與李偉[32]主要調(diào)查了群落與土壤因子的相互關(guān)系。

5 優(yōu)勢樹種分布與環(huán)境關(guān)系

在生態(tài)學(xué)中，研究優(yōu)勢樹種的分布問題對于揭示群落的分布有重要的意義，從而能夠更好地利用與保護(hù)植被，且優(yōu)勢樹種的分布也與環(huán)境存在密切的關(guān)系。因此，許多學(xué)者對區(qū)域內(nèi)的優(yōu)勢樹種與環(huán)境關(guān)系進(jìn)行了研究。

王孝安[33]對安西荒漠地區(qū)優(yōu)勢樹種分布進(jìn)行了調(diào)查，并通過DCA排序調(diào)查了優(yōu)勢種與環(huán)境的關(guān)系，從而將5種優(yōu)勢種進(jìn)行了抗旱性與耐鹽性排序。

邵方麗與余新曉等[34]在北京山區(qū)防護(hù)林，通過計(jì)算重要值與樹種組成確定了該地區(qū)的5種優(yōu)勢樹種，并對其應(yīng)用DCCA排序法進(jìn)行與環(huán)境關(guān)系的分析。

6 展望

群落與環(huán)境之間的相互關(guān)系研究主要應(yīng)用數(shù)量分析與排序技術(shù)進(jìn)行分析研究。在遼西地區(qū)，群落與環(huán)境因子的影響研究較少，今后需要大量的調(diào)查與分析。在方法與技術(shù)上，將多種分類與排序技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，來分析兩者之間的關(guān)系是一種趨勢。同時，面對信息技術(shù)不斷發(fā)展的今天，從取樣到分析等過程都應(yīng)與信息網(wǎng)絡(luò)等一系列先進(jìn)的技術(shù)緊密結(jié)合，并且研究與開發(fā)相關(guān)軟件以減少工作量、提高精確度。

[1] 張金屯.應(yīng)用生態(tài)學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2003:20-25

[2] GRIME J P． Trait convergence and trait divergence in herbaceous plant communities: mechanisms and consequences[J] ． Journal of Vegetation Science，2006，17(2) : 255-260

[3] CHEN Hongtao， YU Zhigang， YAO Qingzhen， et al． Nutrient concentrations and fluxes in the Changjiang Estuary during summer[J]． Acta Oceanologica Sinica，2010，29(2) : 107-119

[4] 李俊龍，鄭丙輝，劉錄三，等.長江口浮游植物群落特征及其與環(huán)境的響應(yīng)關(guān)系[J].環(huán)境科學(xué)研究，2013，26(4):403-409

[5] 付英梅.遼西地區(qū)森林植被演變及分異規(guī)律的研究[J].遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué),2012(S)：64-66

[6] 周葆果,譚振軍，付奧南，等.遼西山地鄉(xiāng)土樹種開發(fā)利用的種類與方法[J].遼寧林業(yè)科技，2007(3)：31-61

[7] 孔繁軾.遼西地區(qū)主要植被類型及演替趨勢的探討[J].遼寧林業(yè)科技，2007(2)：40-42

[8] 周永斌，杜憲，王蕓蕓，等.遼西北半干旱風(fēng)沙區(qū)疏林地群落特征研究[J].遼寧林業(yè)科學(xué)，2013(1)：1-5

[9] 趙從舉，康慕誼，雷加強(qiáng)，等.準(zhǔn)噶爾盆地典型地段植物群落及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2011,31(10):2669-2677

[10] 張峰，張金屯.我國植被數(shù)量分類與排序研究進(jìn)展[J].山西大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2000,23(3):278-282

[11] 張金屯.數(shù)量生態(tài)學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2011,1-6

[12] Abd El-Ghani M M，AmerW M. Soil-vegetation relationships in coastal desert plain of southern Sinai, Egypt[J]. Journal of Arid Environments，2003, 55( 4) :607-628

[13] Dasti A.The vegetation of Cholistan and Thai deserts, Pakistan[J]. Journal of Arid Environments，1994, 27( 2) :193-208

[14] 陽含熙,盧澤愚.植物生態(tài)學(xué)的數(shù)量分類方法[M].北京:科學(xué)出版社,1981

[15] Gauch HC.群落生態(tài)學(xué)中的多元分析[M].李博，等譯.北京:科學(xué)出版社,1988

[16] W hittaker RH.植物群落排序[M].王伯蓀,等譯.北京:科學(xué)出版社,1986

[17] W hittaker RH.植物群落分類[M].周紀(jì)倫,等譯.北京:科學(xué)出版社,1985

[18] 庾曉紅，李賢偉.我國植被數(shù)量分析方法的研究概況和發(fā)展趨勢[J].生態(tài)學(xué)雜志，2005,24(4):448-451

[19] Whittaker R H. A vegetation Analysis of theGreat Smoky Mountains[M]. PhD Thesis, Urbana:University of Illinois，1948

[20] Bray J R,Curtis J T. An ordination of upland forest communities of southWisconsin[J]. Ecological Monograph，1957，27:325-349

[21] Pearson K. On line and planes of closest fit to systems of points in space[J]. Philosophical Magazine, Sixth Series, 1957，2(11)：559-572

[22] Hotelling H. Analysis of a complex of statistical variables into principal components[J]. Journal of Educational Psychology，1933，24：417-441,498-520

[23] Doodall D W. Objective methods for the classification of vegetation. III.An essay in the use of factoe analysis[J].Australian journal of Botany，1954，2：304-324

[24] Hill M O.Reciprocal averaging: An eigenvector method of ordination[J]. Journal of Ecology，1973,61,237-249

[25] Hill M O. Correspondence analysis:A neglected multivariate method[J]. Journal of the Royal Statistical Society, Series C，1974,23：340-354

[26] Hill M O, Gauch H G. Detrended correspondence analysis, an improved ordination technique[J]. Vegetatio，1980：47-58

[27] Braak C J F Ter. Canonical correspondence analysis: A new eigenvector method for multivariate direct analysis[J]. Ecology，1986，67：1167-1179

[28] 賈曉妮，程積民，萬惠娥.DCA、CCA和DCCA三種排序方法在中國草地植被群落中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)工程科學(xué)，2007,23(12)：391-395

[29] 白玉宏，張欽弟，畢潤成.山西接骨木群落分布及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J].林業(yè)科學(xué)，2013,49(12)：18-24

[30] 簡敏菲，徐鵬飛，余厚平，等.樂安河-鄱陽湖濕地植物群落分布及其環(huán)境影響因子[J].環(huán)境科學(xué)研究，2015,28(3)：408-417

[31] 宋創(chuàng)業(yè)，郭柯.渾善達(dá)克沙地中部丘間低地植物群落分布與土壤環(huán)境關(guān)系[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2007,31(1)：40-49

[32] 李偉，崔麗娟，趙欣勝，等.采砂跡地型濕地恢復(fù)過程中植物群落分布與土壤環(huán)境因子的關(guān)系[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010,19(10)：2325-2331

[33] 王孝安.安西荒漠植物群落和優(yōu)勢種的分布與環(huán)境的關(guān)系[J].植物學(xué)報(bào)，1998,40(11)：1047-1052

[34] 邵方麗，余新曉，鄭江坤.北京山區(qū)防護(hù)林優(yōu)勢樹種分布與環(huán)境的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2012,32(19)：6092-6099

1005-5215(2017)06-0071-03

2017-04-19

楊超(1985-)，女，工程師，從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作.

Q145+.2

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.06.026