辉河保护区草甸草原群落最小面积的确定

聂莹莹，王国庆，杜广明

（黑龙江八一农垦大学动物科技学院，大庆163319）

辉河保护区草甸草原群落最小面积的确定

聂莹莹，王国庆，杜广明

（黑龙江八一农垦大学动物科技学院，大庆163319）

采用4种饱和曲线方程拟合群落种-面积曲线，对辉河保护区内草甸草原植物群落的最小面积进行了研究。研究结果表明：（1）S=c-ae-bA模型的拟合的相关系数最大，拟合效果比其他三种模型的拟合效果好，且准确性高。采用该模型计算的草地植物群落最小面积与实际相符；（2）当比例因子P（0＜P＜1）取0.6，0.7，0.8时，植物群落的最小面积分别是391、678、1 084 m2。样方设置为35 m×35 m大小的正方形时，可以满足包括植物群落总物种数的60%，70%，80%中等精度要求。当比例因子P取0.9时，求得群落最小面积是1 777 m2（45 m×45 m），可以满足包括植物群落总物种数的90%的高等精度要求。

种-面积曲线；最小面积；草甸草原；辉河保护区

最小面积，又被称之为群落的临界抽样面积，其定义是指在一个最小地段内，对一个特定群落类型能提供足够的环境空间，包括环境和生境的特性，或者能保证展现出该群落类型的种类组成和结构的真实特征所需要的面积［1］；它意味着取样面积的大小［2］。最小面积既是一种概念，同时是一种或一系列测度方法，目的是反映植被的固有特性及其在一定尺度下的相对均匀性［3］。最小面积与群落类型具有一定的相关性，对于不同的群落类型，其最小面积也有很大的变化幅度［4］。所以植物群落最小面积的确定是研究植物群落，尤其是定量数据获取的首要步骤［5］。确定群落的最小面积方法有种-面积曲线法和重要值-面积曲线法［6］；种-面积取样法比重要值-面积曲线法简单，但其精准度低于后者。研究主要采用种-面积曲线法来确实草甸草原植物群落的最小面积。

辉河自然保护区处于大兴安岭山地森林向呼伦贝尔草原的过渡带和草甸草原向典型草原的过渡带，集森林、草原、湿地于一体，具有低山丘陵、高平原、沙地、河谷等多种类型组合的地貌，使保护区呈现为类型多样、独特、结构复杂的自然生态系统［7］。近几年来，有许多学者都致力于该地区的草地生态学研究，但是对于保护区内草甸草原群落最小取样面积的研究并不是很多。笔者通过种-面积曲线的拟合，确定草甸草原的植物群落的最小取样面积，以便进一步了解辉河保护区草甸草原植物群落的特征，并为野外调查工作提供参考。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于内蒙古呼伦贝尔市辉河国家自然保护区内，平均海拔697 m，属于中温带大陆性季风气候，冬季寒冷漫长，春季干旱多风，夏季温凉短促，秋季霜冻雪早，年平均气温-2.2℃～-2.4℃，年均降水量300～350 mm，其中6～8月降水量是年降水量的70%左右。无霜期100～120 d。日照2 800～3 100 h，≥10℃，积温为1 990～2 022℃。研究区的草原类型为草甸草原，土壤类型为黑钙土和暗栗钙土。其主要的建群种有羊草（Leymus chinensis）、贝加尔针茅（Stipa baicalensis），优势种为糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）、柴胡（Bupleurum scorzonerifolium）麻花头（Serratula komarovii）、小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）等。伴生种有大针茅（S．grandis）、防风（Saposhnikovia divaricata）、篷子菜（Galium verum）、茵陈蒿（Artemisia scoparia）、达乌里芯芭（Cymbaria dahurica）、展枝唐松草（Thalictrum squarrosum）等。偶见种有小花花旗竿（Dontostemon micranthus）、棉团铁线莲（Clematis hexapetala）、草原糙苏（Pholmis pratensis）、柳穿鱼（Linaria vaulgaris）、细叶白头翁（Pulsatilla turczaninovii）等。

1.2 研究方法

1.2.1 野外调查

在研究区内的围封样地中，采用巢式样地法将围封样地面积设置为1、4、16、64、256、1 024、4 096 m2和10 000 m2的样方8个。重复3次，记录每一个面积下出现的植物种类、拍照并采集标本。直到样地面积增加到10 000 m2时，植物种类增加极少时为止［8］。

1.2.2 确定最小面积方法

采用种-面积曲线的方法确定群落最小面积，拟合种-面积曲线的方程分为非饱和曲线及饱和曲线两大类［9］。研究采用4条饱和种-面积曲线对群落的最小面积进行研究：

式中，A为面积，S为A中出现的物种数，a、b、c是待估参数，方程的拟合利用spss16.0软件完成。

对于上述的4种饱和种-面积曲线，要得到群落总种数一定比例因子p（0＜p＜1）的物种所需要的最小面积［10］分别为：

2 结果与分析

2.1 群落种-面积曲线的拟合

调查结果由表1可以看到，草地植物物种数随着面积的不断增加而随之增加。当取样面积最大10 000 m2时，植物种数为53种。由种-面积曲线图1可以看出，当样地面积大于2 000 m2时，植物群落的物种数目的增加幅度已经明显减小，拟合曲线基本保持在同一水平。

表1 不同面积样方中的物种数Table 1Number of species with different area sites

图1 植物群落种-面积曲线关系Fig.1Species-area curve relation of plant community

利用野外调查收集的数据，对饱和曲线（1）～（4）进行拟合，得到相应的种-面积曲线方程见表2。

表2 种-面积曲线拟合结果Table 2Modeling results of species-area curve

由表2可以看出，方程（1）和方程（4）的拟合相关系数均小于0.9，说明了方程的拟合效果较差。计算得到的草地植物群落最小面积要偏小。方程（3）的拟合相关系数是0.927，方程（2）的拟合相关系数是0.909。前者的拟合效果比后者的拟合效果好。所以，草地植物群落最小面积的确定用方程（3）较为理想。

2.2 群落最小面积的确定

表3 植物群落的最小面积Table 3Minimum area of plant community

由表3可以看出，在围封样地内，当比例因子p取0.6、0.7、0.8、0.9时，草甸草原植物群落的最小面积分别是391、678、1 084、1 777 m2。

3 讨论与结论

（1）通过种-面积曲线方程，结果表明，方程（1）和（4）不适合草甸草原植物群落类型。而方程（3）的拟合效果优于方程（2）的拟合效果。说明了在同一个群落中，不同的曲线结果拟合的结果存在着较大的差异；这与任学敏等［11］研究的太白山几类植物群落灌木及草本层的最小取样面积的结果情况相似。这可能由于干旱少雨等不利的气候条件，草地植物多样性匮乏，导致收集的数据在种-曲线拟合时存在一定的难度；并且取样的方式，样方设计的大小及数量，或是样地的布置等都会影响了种-面积曲线的拟合效果。

（2）通过种-面积曲线方程，确定植物群落的最小面积。如果要测得包括植物群落总种数的60%，70%，80%的中等精度要求，通过计算得到的最小面积分别是391、678、1 084 m2。即样方面积设置为20 m×20 m，30 m×30 m，35 m×35 m大小的正方形可满足测度要求。若要测得包括植物群落总种数90%的高等精度要求，求得的草甸草原群落最小面积是1 777 m2，样方面积设置为45 m×45 m大小的正方形可满足测度要求。由此可见，各个样方的面积大小差别不是很大，这说明了该群落草地植物的分布较均质。根据不同的精度要求，设置不同的样方面积，可以减少野外调查样方的数量、工作量、调查经费等，并且能够提高工作效率。

（3）研究区群落最佳的种-面积曲线方程是S= 48.540-28.698e-0.001A，最小面积最适方程是A=-ln［48.540（1-p）/28.69］/0.001。若要测得包括植物群落总种数的80%的中等精度要求即比例因子p=0.8，通过计算得到的最小面积分别是1 084 m2。若要测得包括植物群落总种数90%的高等精度要求，p=0.9时求得的草甸草原群落最小面积是1 777 m2。

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Determination of Minimum Sampling Area for the Meadow Steppe Communities in Huihe Conservation Area

Nie Yingying，Wang Guoqing，Du Guangming
（Collge Animal Science and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

The minimum sampling areas for the meadow steppe communities in Huihe conservation area were studied by fitting community species-area curve relationship using four equations.The results were summarized as follows：（1）The S=c-ae-bAmodel was the best in fitting results and had the biggest fitting correlation coefficient compared with other three models.Using the model to calculate the minimum area of grassland plant communities was real consistent.（2）When the proportional factor was set at 0.6，0.7，0.8，respectively，the minimum area among plant communities was 391 m2，678m2，1 084 m2（35 m×35 m）at 60%，70%，80%middle precision level.When the proportional factor was set at 0.9，the minimum area among plant communities was 1 777 m2（45 m×45 m），which could meet the high accuracy requirements of including 90%of the total plant community species.

species-area curve；minimum sampling area；meadow steppe；Huihe conservation area

Q145

A

1002-2090（2016）04-0022-03

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.04.006

2016-02-15

国家公益性行业（环保）科研专项；北方重要生态功能区生态限制与安全性评价技术研究（201109025）。

聂莹莹（1990-），女，黑龙江八一农垦大学动物科技学院2014级硕士研究生。

杜广明，男，教授，硕士研究生导师，E-mail：dugmsy@163.com。