一种基于种间联结性的消落带植物配置的方法以及消落带生态修复的方法与流程

1.本发明涉及生态学技术领域，尤其涉及一种基于种间联结性的消落带植物配置的方法以及消落带生态修复的方法。


背景技术：

2.三峡水库消落带是生态系统能量流动与物质循环最为活跃的生态脆弱带，消落带植被是其重要组成部分。三峡水库运行后，消落带原生植被遭到严重破坏，恢复和重建消落带植被是三峡水库消落带生态修复的重要内容之一。目前针对消落带植被生态修复的方式存在以下问题：1)仅筛选耐水淹的适生物种，没有考虑物种的种间关系及共存策略；2)对消落带现存植物群落构建模式及演替阶段把握不准，通过遴选适宜消落带环境的灌木甚至乔木进行生态修复。但是，人工种植灌木或乔木往往成活率不高，更关键的是，这种跨越演替进程的人工修复方式，反倒会造成系统失稳，给消落带生态系统结构的稳定性带来潜在的负面影响。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于种间联结性的消落带植物配置的方法以及消落带生态修复的方法。
4.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
5.本发明提供了一种基于种间联结性的消落带植物配置的方法，包括如下步骤：
6.(1)以5～10m的水位高程为基准将消落带划分为不同的区域，每个区域随机设置若干样方，检测每一个样方中的物种的组成、物种的高度、物种的频度、物种的密度和物种的丰富度，计算物种的重要值iv，根据重要值确定优势物种；
7.(2)将所有包括步骤(1)所确定的优势物种的样方组成二元数据矩阵，建立2
×
2列联表，以χ2检验为基础，结合联结系数ac判定不同的样方中各物种对之间的联结性；
8.(3)根据物种对之间的联结性配置物种种植组合：将种间正联结，且3.841≤χ2≤6.635和/或χ2》6.635的物种对进行组合种植；
9.所述优势物种的重要值iv≥2。
10.作为优选，所述样方的长和宽分别为0.9～1.1m。
11.作为优选，所述优势物种的重要值iv的计算公式如式i所示：
[0012][0013]
其中，di为第i个物种的密度；hi为第i个物种的高度；fi为第i个物种的频度；s是物种的丰富度。
[0014]
作为优选，所述χ2检验的计算公式如式ⅱ所示：
[0015][0016]
其中，a表示物种a和物种b共同出现的样方数；b表示物种a出现，物种b不出现的样方数；c表示物种a不出现，物种b出现的样方数；d表示物种a和物种b都没有出现的样方数；n表示样方总数。
[0017]
作为优选，所述联结系数ac的计算方法如下：
[0018]
(1)当ad≥bc时，
[0019]
(2)当bc》ad，且and d≥a时，
[0020]
(3)当bc》ad，且d《a时，
[0021]
作为优选，所述物种对之间的联结性的判断标准为：
[0022]
当χ2《3.841表示无联结性；3.841≤χ2≤6.635表示有联结性；χ2》6.635表示有显著联结性；
[0023]
当ac＝0时表示两个物种完全独立；当0《ac≤1时表示种间正联结；当-1≤ac《0时表示种间负联结。
[0024]
作为优选，所述配置物种种植组合时还包括生态位宽度b≥3.3的物种。
[0025]
作为优选，所述生态位宽度b的计算公式如式ⅲ所示：
[0026][0027]
所述bi为第i个物种的生态位宽度，p
ij
为物种i在第j个样方中的个体数占该物种所有样方中所有个体数的比例。
[0028]
作为优选，所述配置物种种植组合时还包括与生态位宽度b≥3.3的物种的生态位重叠值o≥0.61的物种；
[0029]
所述生态位重叠值o的计算公式如式iv所示：
[0030][0031]
所述o
ik
代表物种i的资源利用曲线与物种k的资源利用曲线的重叠指数；p
ij
为物种i在第j个样方中的个体数占该物种所有样方中所有个体数的比例。
[0032]
本发明还提供了利用所述的方法配置得到的不同水位高程下的物种组合进行消落带生态修复的方法，在消落带种植如下物种组合：
[0033]
150～160m水位高程种植物种组合为苍耳、稗和狗牙根；
[0034]
160～165m水位高程种植物种组合为苍耳、香附子、水蓼、空心莲子草、双穗雀稗和狗牙根；
[0035]
165～170m水位高程种植物种组合以苍耳、双穗雀稗、大狼把草为主，以稗、狗牙根、狗尾草、小鱼仙草为辅；
[0036]
170～175m水位高程种植物种组合为空心莲子草、狗牙根、苍耳、小蓬草、大狼把
草、荩草、香附子。
[0037]
本发明提供了一种基于种间联结性的消落带植物配置的方法以及消落带生态修复的方法，本发明的方法具有如下优点：
[0038]
本发明的配置方法是基于种间联结性进行植物配置的，采用本发明的方法解决了现有技术存在的在配置优化植物时仅筛选耐水淹的适生物种，而没有考虑物种种间关系的共存策略的问题，以及现有技术对现存植物群落构建模式及演替阶段把握不准，而造成生态系统失稳，给消落带生态系统结构的稳定性带来负面影响的不足。本发明的方法通过调查样方中的植物，计算物种的重要值，筛选出不同样方中的优势物种，确定了优势物种的生态位宽度和生态位重叠值，并运用种间联结性检验了物种之间的整体联结性和物种对之间的联结关系，能更准确的优化植物搭配模式，使消落带生态系统更稳定。
附图说明
[0039]
图1为150～160m优势物种种间χ2联结半矩阵图(其中
○
表示正联结且χ2《3.841，
●
表示正联结且3.814≤χ2≤6.635，
■
表示负联结且χ2《3.841)。
[0040]
图2为160-165m优势种种间χ2联结半矩阵图(其中
○
表示正联结且χ2《3.841，
●
表示正联结且3.814≤χ2≤6.635，
□
表示正联结且χ2》6.635，
■
表示负联结且χ2《3.841，表示负联结且3.814≤χ2≤6.635，表示负联结且χ2》6.635)。
[0041]
图3为165-170m优势种种间χ2联结半矩阵图(其中
○
表示正联结且χ2《3.841，
●
表示正联结且3.814≤χ2≤6.635，
□
表示正联结且χ2》6.635，
■
表示负联结且χ2《3.841，表示负联结且3.814≤χ2≤6.635，表示负联结且χ2》6.635)。
[0042]
图4为170-175m优势种种间χ2联结半矩阵图(其中
○
表示正联结且χ2《3.841，
●
表示正联结且3.814≤χ2≤6.635，
□
表示正联结且χ2》6.635，
■
表示负联结且χ2《3.841，表示负联结且3.814≤χ2≤6.635，表示负联结且χ2》6.635)。
具体实施方式
[0043]
本发明提供了一种基于种间联结性的消落带植物配置的方法，包括如下步骤：
[0044]
(1)以5～10m的水位高程为基准将消落带划分为不同的区域，每个区域随机设置若干样方，检测每一个样方中的物种的组成、物种的高度、物种的频度、物种的密度和物种的丰富度，计算物种的重要值iv，根据重要值确定优势物种；
[0045]
(2)将所有包括步骤(1)所确定的优势物种的样方组成二元数据矩阵，建立2
×
2列联表，以χ2检验为基础，结合联结系数ac判定不同的样方中各物种对之间的联结性；
[0046]
(3)根据物种对之间的联结性配置物种种植组合：将种间正联结，且3.841≤χ2≤6.635和/或χ2》6.635的物种对进行组合种植；
[0047]
所述优势物种的重要值iv≥2。
[0048]
在本发明中，所述水位高程优选为7.5m。
[0049]
在本发明中，所述所述样方的长和宽分别为0.9～1.1m，优选为1m。
[0050]
在本发明中，所述优势物种的重要值iv的计算公式如式i所示：
[0051][0052]
其中，di为第i个物种的密度；hi为第i个物种的高度；fi为第i个物种的频度；s是物种的丰富度。
[0053]
在本发明中，所述χ2检验的计算公式如式ⅱ所示：
[0054][0055]
其中，a表示物种a和物种b共同出现的样方数；b表示物种a出现，物种b不出现的样方数；c表示物种a不出现，物种b出现的样方数；d表示物种a和物种b都没有出现的样方数；n表示样方总数。
[0056]
在本发明中，所述联结系数ac的计算方法如下：
[0057]
(1)当ad≥bc时，
[0058]
(2)当bc》ad，且and d≥a时，
[0059]
(3)当bc》ad，且d《a时，
[0060]
在本发明中，所述物种对之间的联结性的判断标准为：
[0061]
当χ2《3.841表示无联结性；3.841≤χ2≤6.635表示有联结性；χ2》6.635表示有显著联结性；
[0062]
当ac＝0时表示两个物种完全独立；当0《ac≤1时表示种间正联结；当-1≤ac《0时表示种间负联结。
[0063]
在本发明中，当ac接近1时表示种间正联结程度高；当ac接近-1时表示种间负联结程度高。
[0064]
在本发明中，所述配置物种种植组合时还包括生态位宽度b≥3.3的物种。
[0065]
在本发明中，所述生态位宽度b的计算公式如式ⅲ所示：
[0066][0067]
所述bi为第i个物种的生态位宽度，p
ij
为物种i在第j个样方中的个体数占该物种所有样方中所有个体数的比例。
[0068]
在本发明中，所述配置物种种植组合时还包括与生态位宽度b≥3.3的物种的生态位重叠值o≥0.61的物种；
[0069]
所述生态位重叠值o的计算公式如式iv所示：
[0070][0071]
所述o
ik
代表物种i的资源利用曲线与物种k的资源利用曲线的重叠指数；p
ij
为物种i在第j个样方中的个体数占该物种所有样方中所有个体数的比例。
[0072]
在本发明中，所述方法中还包括对不同水位高程下总体优势物种间的总体联结关系vr的研究，用于研究不同水位高程下所述群落的稳定程度。
[0073]
所述总体联结关系vr的计算公式如式v所示：
[0074][0075]
所述为物种数的方差，为物种相对频率的方差。
[0076]
在本发明中，所述总体联结关系的判断标准为：
[0077]
vr＝1表明种间彼此独立；
[0078]
vr》1表明种间正关联；
[0079]
vr《1表明种间负关联；
[0080]
对于vr》1和vr《1的显著程度，根据统计量w来检验，当w落入χ2的90％置信区间并且χ2(0.95,n)《w《χ2(0.05,n)，表明种间总体关联不显著，反之，则种间总体关联显著；
[0081]
所述w的计算公式为：
[0082]
w＝n
×
vr；
[0083]
所述n表示样方总数。
[0084]
本发明还提供了利用所述的方法配置得到的不同水位高程下的物种组合进行消落带生态修复的方法，在消落带种植如下物种组合：
[0085]
150～160m水位高程种植物种组合为苍耳、稗和狗牙根；
[0086]
160～165m水位高程种植物种组合为苍耳、香附子、水蓼、空心莲子草、双穗雀稗和狗牙根；
[0087]
165～170m水位高程种植物种组合以苍耳、双穗雀稗、大狼把草为主，以稗、狗牙根、狗尾草、小鱼仙草为辅；
[0088]
170～175m水位高程种植物种组合为空心莲子草、狗牙根、苍耳、小蓬草、大狼把草、荩草、香附子。
[0089]
下面结合实施例对本发明提供的方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0090]
本发明实施例选自开州区三峡库消落带。
[0091]
实施例1
[0092]
选取典型消落带样地即开州区三峡水库消落带，采用样方调查法，在150～160m、160～165m、165～170m、170～175m的水位高程上，每个水位高程上随机设置4个1m
×
1m样方。由于选取的样方避免稀疏区域，为了去除地形的影响，所选取的样方坡度、坡位等地形条件一致。在每一个样方中，调查记录物种的组成、物种的高度、物种的频度、物种的密度和物种的丰富度，根据公式计算每个物种的重要值iv，筛选每个样方中重要值≥2的物种作为优势物种，并计算优势物种的生态位宽度b和生态位重叠值o。优势物种的重要值和生态位宽度结果见表1，优势物种生态位重叠值结果见表2。
[0093]
[0094]
所述di为第i个物种的密度；hi为第i个物种的高度；fi为第i个物种的频度；s是物种的丰富度。
[0095][0096]
所述bi为第i个物种的生态位宽度，p
ij
为物种i在第j个样方中的个体数占该物种所有样方中所有个体数的比例。
[0097][0098]
所述o
ik
代表物种i的资源利用曲线与物种k的资源利用曲线的重叠指数；p
ij
为物种i在第j个样方中的个体数占该物种所有样方中所有个体数的比例。
[0099]
表1优势物种的重要值和生态位宽度
[0100]
[0101][0102]
表2不同水位高程下优势物种的生态位重叠值
[0103]
[0104][0105]
表1～2的结果显示出，不同的水位高程下得到的优势物种不同。
[0106]
实施例2
[0107]
采用方差比率vr法，检验不同水位高程下各样方之间优势物种的总体联结性。
[0108][0109]
所述为物种数的方差，为物种相对频率的方差。结果如表3所示。
[0110]
根据vr值得出的联结性的判断方法为：
[0111]
vr＝1表明种间彼此独立；
[0112]
vr》1表明种间正关联；
[0113]
vr《1表明种间负关联；
[0114]
对于vr》1和vr《1的显著程度，根据统计量w来检验，当w落入χ2的90％置信区间并且χ2(0.95,n)《w《χ2(0.05,n)，表明种间总体关联不显著，反之，则种间总体关联显著；
[0115]
所述w的计算公式为：
[0116]
w＝n
×
vr；
[0117]
所述n表示样方总数。
[0118]
表3不同水位高程下优势物种的总体联结性
[0119]
水位高程vrwχ2(χ
20.05,n
,χ
20.95,n
)结果150～160m0.943691332.08551(1.15，11.07)负联结，显著160～165m0.705040429.6117(2.17，14.07)负联结，显著165～170m1.02493653.29665(3.33，16.92)正联结，显著170～175m1.19127760.7551(3.94，18.31)正联结，显著
[0120]
表3显示，不同水位高程的样方中的种间总体关联并不同，150～165m，总体呈负联结，表明群落演替处于初级阶段，群落结构不稳定；在165～175m，总体呈正联结，群落结构相对稳定。
[0121]
实施例3
[0122]
采用卡方检验和种间联结系数相结合的方法分析样方中物种对之间的联结性。
[0123]
将包括优势物种的样方组成二元数据矩阵，建立2
×
2列联表，以χ2检验为基础，结合联结系数ac判定不同的样方中各物种对之间的联结性。
[0124][0125]
所述a表示物种a和物种b共同出现的样方数；b表示物种a出现，物种b不出现的样方数；c表示物种a不出现，物种b出现的样方数；d表示物种a和物种b都没有出现的样方数；n
表示样方总数。
[0126]
(1)当ad》＝bc时，根据计算公式计算联结系数ac；
[0127]
(2)当bc》ad，且and d》＝a时，根据计算公式计算联结系数ac；
[0128]
(3)当bc》ad，且d《a时，根据计算公式计算联结系数ac。
[0129]
根据下述标准判断种间联结性：
[0130]
当χ2《3.841表示无联结性；3.841≤χ2≤6.635表示有联结性；χ2》6.635表示有显著联结性；
[0131]
当ac＝0时表示两个物种完全独立；当0《ac≤1时表示种间正联结；当-1≤ac《0时表示种间负联结。
[0132]
当ac接近1时表示种间正联结程度高；当ac接近-1时表示种间负联结程度高。
[0133]
判断结果如图1～4所示。
[0134]
图1～4显示，在150～160m，苍耳与稗种间呈显著正联结，在160～165m，苍耳与香附子(xs-cr)呈极显著正联结；水蓼与空心莲子草(ph-ap)呈极显著正联结；苍耳与空心莲子草(xs-ap)呈显著负联结；双穗雀稗与狗牙根(pd-cd)呈显著负联结。在165～170m，苍耳与双穗雀稗(pd-xs)呈极显著正联结；稗与双穗雀稗(ec-pd)呈显著正联结；狗牙根与狗尾草呈显著正联结(cd-sv)；大狼把草与狗尾草呈显著正联结(bf-sv)；大狼把草与双穗雀稗呈极显著负联结(bf-pd)；双穗雀稗与狗尾草呈显著负联结(pd-sv)；小鱼仙草与狗尾草呈显著负联结(md-sv)；狗牙根与香附子呈显著负联结(cd-cr)。在170～175m，空心莲子草与狗牙根呈极显著正联结(ap-cd)；苍耳与小蓬草呈显著正联结(xs-cc)；苍耳与大狼把草(xs-bf)呈极显著负联结。
[0135]
结合物种重要值、生态位宽度、生态位重叠值、vr值和物种对之间的联结性配置种植物种。最终得出苍耳和稗(xs-ec)的组合种植在150～160m的效果优于其他植物组合。此外，在150～160m，狗牙根的生态位宽度较大，低水位高程下狗牙根为主要优势种，因此，在150～160m，选择以狗牙根为优势种的种植方式。在160～165m，选择苍耳、香附子、水蓼、空心莲子草、双穗雀稗、狗牙根的物种组合方式进行植被修复。在165～170m，选择以苍耳、双穗雀稗、大狼把草为主，稗、狗牙根、狗尾草、小鱼仙草为辅的配置方式进行种植。由于170～175m种间整体呈正联结，且物种生态位重叠值越高，其利用资源的利用方式相似多表现为正联结，因此，选取空心莲子草、狗牙根、苍耳、小蓬草、大狼把草以及与苍耳和狗牙根生态位重叠值较高的荩草、香附子进行物种种植组合。
[0136]
由以上实施例可知，本发明提供了一种基于种间联结性的消落带植物配置的方法以及消落带生态修复的方法。本发明的方法解决了现有技术存在的在配置优化植物时仅筛选耐水淹的适生物种，而没有考虑物种种间关系的共存策略的问题，以及现有技术对现存植物群落构建模式及演替阶段把握不准，而造成生态系统失稳，给消落带生态系统结构的稳定性带来负面影响的不足。
[0137]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。