云南稀樹草原草被層豆科物種多樣性及其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)

1、云南稀樹草原草被層豆科物種多樣性及其對(duì)環(huán)境因 子的響應(yīng)云南稀樹草原草被層豆科物種多樣性及其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)本文關(guān)鍵詞：豆科，云南，物種，因子，其對(duì) 云南稀樹草原草被層豆科物種多樣性及其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)本文簡介：摘要：指出了稀樹草原是云南地區(qū)獨(dú)特的植被類型但有關(guān)研究卻不足。豆科是稀樹草原草被層重要的科，但目前對(duì)云南稀樹草原豆科物種多樣性及其對(duì)環(huán)境因子響應(yīng)的 研究甚少。為探究哪種環(huán)境因子對(duì)云南地區(qū)稀樹草原草被層豆科物種組成、豐富度及多度具有顯著影響，對(duì)云南地區(qū)具有稀樹草原外貌的 45個(gè)樣地豆科植物多 樣性進(jìn)行了采樣 云南稀樹草原草被層豆科物種多樣性及其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)本文內(nèi)容：摘要：指出了稀樹草原

2、是云南地區(qū)獨(dú)特的植被類型但有關(guān)研究卻不足。豆科是稀樹草原草被層重要的科，但目前對(duì)云南稀樹草原豆科物種多樣性及其對(duì)環(huán)境 因子響應(yīng)的研究甚少。為探究哪種環(huán)境因子對(duì)云南地區(qū)稀樹草原草被層豆科物種 組成、豐富度及多度具有顯著影響，對(duì)云南地區(qū)具有稀樹草原外貌的45個(gè)樣地豆科植物多樣性進(jìn)行了采樣調(diào)查， 并運(yùn)用軟件R進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示：海 拔高度和土壤pH值對(duì)豆科物種組成差異影響顯著；土壤粘粒含量、 pH值與物種 豐富度成顯著正相關(guān)，土壤粘粒、全磷含量與物種多度成顯著正相關(guān)而海拔高度 成顯著負(fù)相關(guān)。該結(jié)果揭示了海拔高度和土壤因子對(duì)云南地區(qū)稀樹草原草被層豆 科物種組成差異的重要影響，以及豆科物種多樣性對(duì)

3、土壤養(yǎng)分及pH值的積極響應(yīng)和對(duì)海拔高度的消極響應(yīng)。關(guān)鍵詞：稀樹草原；草被層；多樣性；豆科；環(huán)境因子1引言稀樹草原是云南地區(qū)獨(dú)特的植被類型。它是樹草共生的生態(tài)系統(tǒng)，其植被結(jié) 構(gòu)最核心的特點(diǎn)是由不連續(xù)的喬木冠層與連續(xù)的草被層組成。由此可見草被層是稀樹草原植物多樣性的重要組成部分，但目前亞洲及世界范圍內(nèi)對(duì)于稀樹草原草 被層多樣性的研究尚不豐富。豆科是被子植物中繼菊科、蘭科之后的第三大科， 亦是構(gòu)成稀樹草原草被層多樣性的重要組成部分。許多豆科植物，大部分為蝶形 花亞科和含羞草亞科植物，能與根瘤菌共生固氮：豆科植物通過光合作用為根瘤菌提供碳水化合物等營養(yǎng)以及必要的生存場所，而根瘤菌固定大氣中的氮素為豆

4、科植物生長所用。這種固氮能力促使豆科植物豐富了土壤中的氮素，自身高纖維、高蛋白含量的葉片為畜牧提供優(yōu)良牧草，但固氮能力的發(fā)揮受多種因素的影響： 與根瘤菌、宿主植物、土壤環(huán)境等因素有關(guān)。目前許多關(guān)于豆科植物的研究多集 中于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用、生態(tài)恢復(fù)以及豆科根瘤菌共生體系方面， 關(guān)于稀樹草原豆科 植物多樣性及其與環(huán)境因子關(guān)系的研究尚不豐富。已有關(guān)于岷江干旱河谷豆科植物多樣性及其空間格局的研究，但關(guān)于云南地區(qū)稀樹草原豆科植物多樣性及其與 環(huán)境因子（特別是土壤因子）的關(guān)系研究仍甚少。本研究旨在調(diào)查分析哪種環(huán)境 因子對(duì)云南地區(qū)稀樹草原草被層豆科植物物種組成、多樣性具有顯著影響，現(xiàn)有 推測：豆科植物維持豆科一

5、根瘤菌共生體系， 對(duì)土壤養(yǎng)分需要高，因此養(yǎng)分豐富 的土壤巾豆科物種豐富度和多度更高；云南稀樹草原分布的海拔高度跨度較大， 海拔對(duì)豆科物種組成及多樣性具有一定的影響。2材料與方法2.1 研究區(qū)域概況與樣地選取云南省地處中國西南部低緯度地區(qū)， 跨熱帶與亞熱帶。季風(fēng)氣候顯著，干濕 季分明，每年510月份為濕季，11月至次年4月為旱季，長達(dá)6個(gè)月。地形 上具有山高谷深的特點(diǎn)，各地海拔差異較大。本研究共選取了 45個(gè)樣地，這些 樣地具有稀樹草原外貌且遠(yuǎn)離人類棲息地和公路設(shè)施（至少 10 km以上），廣泛 分布于云南省全境。2.2 樣地調(diào)查與土樣測定在20xx年10月至20xx年6月期間采用與 Zalou

6、- misBond類似的嵌套 樣方采樣法共完成45個(gè)樣地的采樣工作。每一樣地建立一個(gè)嵌套樣方（圖 1）。 整個(gè)樣方總面積為50 mx 50 m,在水平方向上由4條2mx 50 m的樣帶組成；每 條樣帶平均分布3個(gè)2mx 2m的小樣方，共12個(gè)小樣方；每個(gè)小樣方由4個(gè)ImX1m 的嵌套小方格組成。對(duì)樣方中草被層所有豆科物種及各物種個(gè)體出現(xiàn)頻率進(jìn)行記 錄并運(yùn)用GPS己錄各樣地海拔高度和地理坐標(biāo)（表1）。每個(gè)樣方利用土鉆鉆取0 20 cm深度的土壤，共采集6個(gè)土樣，放置于塑料自封袋中、封好并用記號(hào)筆根 據(jù)采樣地點(diǎn)記錄編號(hào)。這些土樣經(jīng)過風(fēng)干后送往實(shí)驗(yàn)窒測定（森林土壤分析方法）。隨機(jī)抽取11個(gè)樣方測試各

7、樣方中所有土樣，結(jié)果顯示各樣地內(nèi)部土樣差異遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于樣地間差異（圖2）,在之后的34個(gè)樣地各樣地只隨機(jī)抽取一份土樣 進(jìn)行測定。2.3 樣本處理與鑒定所有豆科植物樣本均在65。叵溫烘箱中干燥至包重，持續(xù)時(shí)間 35 d,然 后進(jìn)行鑒定。本研究中，物種豐富度（Species Richness , SR是指各樣地嵌套 樣方中所有的豆科植物物種數(shù)；物種多度（Species Abun-dance, SA）是指各樣 地嵌套樣方中豆科物種出現(xiàn)的頻率之和。2.4 環(huán)境因子海拔高度（ALT, m）, 土壤陽離子交換量（CEC cmol/kg ）, 土壤顆粒組成； 黏粒含量（Clay, %、粉粒含量（Silt , %

8、、砂粒含量（Sand, %。土壤全磷含 量（TP, g/kg）, 土壤全氮含量（TN, g/kg）和土壤pH值為本研究初步選取的環(huán) 境因子。海拔反映了環(huán)境垂直梯度上溫度、濕度的變化，是重要的環(huán)境參數(shù)。土 壤陽離子交換量（CEC是土壤的基本特性和重要肥力影響因素之一，它直接反 映土壤保蓄、供應(yīng)和緩沖陽離子養(yǎng)分的能力。氮、磷是植物生長發(fā)育必需營養(yǎng)元 素。土壤顆粒組成的不同是造成土壤養(yǎng)分差異的最主要內(nèi)在原因，其中主要土壤養(yǎng)分（全氮、有機(jī)質(zhì)等）含量與土壤黏粒（7.5）。豆科植物與根瘤菌共生固氮過 程復(fù)雜，與根系周圍環(huán)境如土壤 pH值參數(shù)等有密切關(guān)系”。2.5 數(shù)據(jù)分析本研究運(yùn)用R軟件3.4.2版本進(jìn)行

9、數(shù)據(jù)分析。首先進(jìn)行pairwise Pearson相關(guān)性分析，檢驗(yàn)所有環(huán)境因子兩兩之間的相 關(guān)性大小。通過相關(guān)性檢驗(yàn)可知：土壤砂粒含量與土壤粉粒、黏粒含量相關(guān)性較 高，因而在之后的分析中被移除；最后確定以下環(huán)境因子（ eq1）為回歸分析中 多元方程預(yù)測變量：簪應(yīng)變量ALT+pH+TN+TP+Clay+Silt+CEC eq1通過vegan軟件包中的adonis （8）函數(shù)，運(yùn)用 PERMANOVAff不同土壤 因子和海拔高度對(duì)豆科物種組成差異的影響。鑒于響應(yīng)變量物種豐富度與多度數(shù)據(jù)均為非連續(xù)性數(shù)據(jù)、殘差為泊松分布，因此選擇廣義線性模型（Generalized Linear Model , GL

10、M為回歸分析模型， 檢驗(yàn)海拔高度及各土壤因子對(duì)豆科物種多樣性的影響。運(yùn)行MuMIn軟件包中的dredge （ 8）和mod.ave （ 0）函數(shù)進(jìn)行最佳模型選擇，得到基于 AIC準(zhǔn)則的最 佳廣義線性模型集及各預(yù)測變量在該模型集中基于平均值的相對(duì)重要值，表示各預(yù)測變量對(duì)于響應(yīng)變量影響的顯著性程度。3結(jié)果本研究共采集到豆科植物62個(gè)種，其中蝶形花亞科22屬55種，蘇木亞科 2屬3種，反映了云南稀樹草原草被層較為豐富的豆科物種多樣性。PERMANOVAI （表 2）最示海拔高度（Pr<0. 05）和土壤 pH值（Pr<0. 05） 對(duì)物種組成差異的影響顯著。該結(jié)果表明海拔高度和土壤酸堿度

11、是影響云南稀樹 草原草被層豆科物種組成差異的重要因素。廣義線性模型分析結(jié)果（表3）顯示:土壤黏粒含量和pH值與豆科物種豐富度成顯著正相關(guān)；土壤黏粒、全磷含量與 物種多度成顯著正相關(guān)；海拔高度與物種豐富度成負(fù)相關(guān)但不顯著、與物種多度 成顯著負(fù)相關(guān)。該結(jié)果中土壤養(yǎng)分含量的提高對(duì)于豆科物種多樣性的提高具有積 極作用，這可能與豆科植物維持固氮共生體系對(duì)養(yǎng)分需求高有關(guān)。豆科植物的生長與根瘤菌密切相關(guān)。本研究中45個(gè)樣地土壤酸堿度整體呈酸性到中性偏堿性變化（pH值=4. 237. 98 ）,對(duì)豆科物種組成差異具有顯著 性影響，并且土壤pH值的升高對(duì)豆科物種豐富度的提高具有促進(jìn)作用，這可能 與許多豆科植物的根瘤菌對(duì)酸極其敏感， 一般在中性偏堿的土壤中生長良好，在 酸性土壤中很難存活有關(guān)。4結(jié)語該研究結(jié)果揭示了海拔高度和土壤因子對(duì)云南稀