科尔沁沙质草地关键植物种群动态对降水变化的响应

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00073

摘要/Abstract

摘要：

干旱半干旱区陆地生态系统中，关键植物种群的动态变化是植被结构调整的核心驱动力，也是植被响应降水变化的生态基础。本研究以中国北方半干旱区科尔沁沙质草地植被为对象，通过降水变化控制实验，解析关键种群对降水变化的响应路径及其生态功能分异特征，进而识别植被结构的种群水平配置规律。结果表明：降水减少驱动多年生优势植物种被一年生植物替代，如糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）的重要值和生态位宽度可由0.21和5.06降低至0，而降水增加仅微调各优势种的优势度。降水变化下，植被指示种功能分异明显：降水增加以多年生植物为主，如糙隐子草指示值可达0.25；降水减少以半灌木为主，如兴安胡枝子（Lespedeza bicolor）指示值可达0.23；阶段性干旱则为猪毛菜（Salsola collina）等一年生植物，指示值为0.39。植被泛化种对阶段性干旱较为敏感，植被特化种对极端降水变化较为敏感，二者生态位收缩均触发中性类群物种数占比增加以填补空缺。具有高重要值、高指示性、广生态位或特殊生态位的关键种均可对降水处理组间差异具有重要贡献。这些关键种群结构特征对降水的极端变化、减少及春季变化会更敏感。本研究强调结合降水格局与对应关键缓冲植物种来优化植被空间配置的可行性，可为半干旱沙质草地植被响应气候变化的适应性管理提供理论支撑。

关键词: 降水格局, 植物种群, 优势种, 指示种, 生态位

Abstract:

In arid and semi-arid terrestrial ecosystems， the dynamics of key plant populations constitute a central driver of vegetation structural reorganization， and serve as the ecological foundation for vegetation responses to precipitation changes. This study focuses on the Horqin Sandy Grassland vegetation of northern China's semi-arid area. Through controlled experiments manipulating precipitation regimes， we investigated the response pathways of diverse key populations to precipitation changes and their characteristics of ecological functional differentiation， thereby identifying the population-level configuration patterns of vegetation structure. Results demonstrated that： precipitation reduction drove the replacement of perennial dominant species （e.g.， Cleistogenes squarrosa， with its importance value and ecological niche breadth declining from 0.21 and 5.06 to near zero， respectively） by annual plants， while precipitation increase only moderately adjusted the dominance hierarchy among species. Indicator species exhibited distinct functional differentiation under precipitation changes： perennials （e.g.， Cleistogenes squarrosa with an indicator value of 0.25） dominated under increased precipitation， semi-shrubs （e.g.， Lespedeza davurica with an indicator value of 0.23） prevailed under decreased precipitation， and annuals （e.g.， Salsola collina with an indicator value of 0.39） proliferated under seasonal droughts. Generalist species showed heightened sensitivity to seasonal droughts， whereas specialists responded markedly to extreme precipitation fluctuations. Niche contraction in both groups triggered an species percentage increase in neutral taxa to fill ecological vacancies. Key populations characterized by high-importance values， strong indicator properties， broad ecological niches， or specialized niches can significantly contributed to inter-treatment differences. Notably， these key populations showed higher sensitivity to extreme precipitation changes， negative precipitation anomalies， and spring-season precipitation changes. This work underscores the feasibility of optimizing vegetation configurations by integrating precipitation regimes with their corresponding buffering species， providing theoretical foundations for adaptive management of sandy grassland ecosystems in semi-arid regions.

Key words: precipitation regime, plant population, dominant species, indicator species, ecological niche

中图分类号:

Q948.1

刘新平, 胡鸿姣, 何玉惠, 徐远志, 景家琪, 张尧. 科尔沁沙质草地关键植物种群动态对降水变化的响应[J]. 中国沙漠, 2025, 45(4): 43-56.

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图/表 8

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分类	物种名	拉丁学名	相对重要值
分类	物种名	拉丁学名	CK	D5	D7	-30%P	-60%P	+30%P	+60%P
一年生	大果虫实	Corispermum hyssopifolium	0.05	0.07	0.1	0.02	0.03	0.02	0.01
	地锦	Euphorbia humifusa	0.06	0.05	0.03	0.01	0.02	0.03	—
	狗尾草	Setaria viridis	0.21	0.07	0.16	0.29	0.43	0.08	0.22
	虎尾草	Chloris virgata	0.01	—	—	0.01	—	0.01	—
	画眉草	Eragrostis pilosa	0.09	0.23	—	—	—	0.1	0.15
	蒺藜	Cenchrus echinatus	0.20	0.17	0.42	0.16	0.33	0.23	0.12
	尖头叶藜	Chenopodium acuminatum	—	—	—	—	—	—	0.001
	砂蓝刺头	Echinops gmelini	0.01	—	—	—	—	—	—
	雾冰藜	Grubovia dasyphylla	—	0.01	—	0.01	—	0.02	—
	猪毛菜	Salsola collina	0.03	0.15	0.02	—	0.08	0.05	0.05
一二年生	大籽蒿	Artemisia sieversiana	0.03	0.02	—	0.07	0.03	—	0.06
多年生	糙隐子草	Cleistogenes squarrosa	0.21	0.08	0.19	0.15	—	0.23	0.29
	芦苇	Phragmites australis	—	—	—	0.04	—	0.02	—
	砂引草	Tournefortia sibirica	—	—	—	0.02	0.05	—	—
	野艾蒿	Artemisia lavandulaefolia	0.01	0.02	—	0.08	—	0.05	—
	硬阿魏	Ferula bungeana	—	—	—	—	—	—	0.01
	针茅	Stipa capillata	0.03	0.05	—	—	—	0.04	0.02
	猪毛蒿	Artemisia scoparia	0.05	0.06	0.05	0.04	—	0.08	0.04
	地梢瓜	Cynanchum thesioides	0.01	—	0.02	0.03	0.03	—	0.02
	兴安胡枝子	Lespedeza bicolor	0.01	0.02	0.02	0.06	—	0.02	0.01

分类	物种名	拉丁学名	相对重要值
分类	物种名	拉丁学名	CK	D5	D7	-30%P	-60%P	+30%P	+60%P
一年生	大果虫实	Corispermum hyssopifolium	0.05	0.07	0.1	0.02	0.03	0.02	0.01
	地锦	Euphorbia humifusa	0.06	0.05	0.03	0.01	0.02	0.03	—
	狗尾草	Setaria viridis	0.21	0.07	0.16	0.29	0.43	0.08	0.22
	虎尾草	Chloris virgata	0.01	—	—	0.01	—	0.01	—
	画眉草	Eragrostis pilosa	0.09	0.23	—	—	—	0.1	0.15
	蒺藜	Cenchrus echinatus	0.20	0.17	0.42	0.16	0.33	0.23	0.12
	尖头叶藜	Chenopodium acuminatum	—	—	—	—	—	—	0.001
	砂蓝刺头	Echinops gmelini	0.01	—	—	—	—	—	—
	雾冰藜	Grubovia dasyphylla	—	0.01	—	0.01	—	0.02	—
	猪毛菜	Salsola collina	0.03	0.15	0.02	—	0.08	0.05	0.05
一二年生	大籽蒿	Artemisia sieversiana	0.03	0.02	—	0.07	0.03	—	0.06
多年生	糙隐子草	Cleistogenes squarrosa	0.21	0.08	0.19	0.15	—	0.23	0.29
	芦苇	Phragmites australis	—	—	—	0.04	—	0.02	—
	砂引草	Tournefortia sibirica	—	—	—	0.02	0.05	—	—
	野艾蒿	Artemisia lavandulaefolia	0.01	0.02	—	0.08	—	0.05	—
	硬阿魏	Ferula bungeana	—	—	—	—	—	—	0.01
	针茅	Stipa capillata	0.03	0.05	—	—	—	0.04	0.02
	猪毛蒿	Artemisia scoparia	0.05	0.06	0.05	0.04	—	0.08	0.04
	地梢瓜	Cynanchum thesioides	0.01	—	0.02	0.03	0.03	—	0.02
	兴安胡枝子	Lespedeza bicolor	0.01	0.02	0.02	0.06	—	0.02	0.01

物种名	生态位宽度
物种名	CK	D5	D7	-30%P	-60%P	+30%P	+60%P
糙隐子草	5.06	2.20	2.94	2.59	—	2.97	3.41
大果虫实	2.52	1.90	2.23	1.35	1.45	1.41	1.3
大籽蒿	2.36	1.27	—	1.49	1.22	—	1.67
地锦草	3.70	2.28	2.43	1.49	1.59	1.79	—
地梢瓜	1.73	—	1.65	1.43	1.25	—	1.62
狗尾草	6.58	2.52	2.8	3.91	3.32	2.19	3.4
兴安胡枝子	2.51	1.53	1.83	1.95	—	1.48	1.6
虎尾草	2.42	1.27	—	1.31	—	1.26	—
画眉草	4.54	3.94	—	—	—	2.74	3.77
蒺藜	6.56	3.35	4.86	2.97	3.78	3.25	2.61
尖头叶藜	—	—	—	—	—	—	1.28
芦苇	—	—	—	1.91	—	1.41	—
砂蓝刺头	1.45	—	—	—	—	—	—
砂引草	—	—	—	1.35	1.46	—	—
雾冰藜	—	1.28	—	1.2	—	1.15	—
野艾蒿	2.03	1.61	—	2.66	—	2.57	—
硬阿魏	—	—	—	—	—	—	1.27
针茅	2.15	2.50	—	—	—	1.92	1.77
猪毛菜	2.13	2.53	1.67	—	1.56	1.35	1.78
猪毛蒿	2.86	2.06	1.99	1.98	—	1.54	1.78

物种名	生态位宽度
物种名	CK	D5	D7	-30%P	-60%P	+30%P	+60%P
糙隐子草	5.06	2.20	2.94	2.59	—	2.97	3.41
大果虫实	2.52	1.90	2.23	1.35	1.45	1.41	1.3
大籽蒿	2.36	1.27	—	1.49	1.22	—	1.67
地锦草	3.70	2.28	2.43	1.49	1.59	1.79	—
地梢瓜	1.73	—	1.65	1.43	1.25	—	1.62
狗尾草	6.58	2.52	2.8	3.91	3.32	2.19	3.4
兴安胡枝子	2.51	1.53	1.83	1.95	—	1.48	1.6
虎尾草	2.42	1.27	—	1.31	—	1.26	—
画眉草	4.54	3.94	—	—	—	2.74	3.77
蒺藜	6.56	3.35	4.86	2.97	3.78	3.25	2.61
尖头叶藜	—	—	—	—	—	—	1.28
芦苇	—	—	—	1.91	—	1.41	—
砂蓝刺头	1.45	—	—	—	—	—	—
砂引草	—	—	—	1.35	1.46	—	—
雾冰藜	—	1.28	—	1.2	—	1.15	—
野艾蒿	2.03	1.61	—	2.66	—	2.57	—
硬阿魏	—	—	—	—	—	—	1.27
针茅	2.15	2.50	—	—	—	1.92	1.77
猪毛菜	2.13	2.53	1.67	—	1.56	1.35	1.78
猪毛蒿	2.86	2.06	1.99	1.98	—	1.54	1.78

物种名	降水处理组	贡献度/%	P值	物种名	降水处理组	贡献度/%	P值
糙隐子草	CK VS -60%P	10.48	0.006	蒺藜	D7 VS D5	14.89	0.014
糙隐子草	D5 VS +60%P	10.86	0.010	蒺藜	-30%P VS D7	14.73	0.010
糙隐子草	D7 VS -60%P	9.74	0.044	蒺藜	+60%P VS D7	16.00	0.002
糙隐子草	-60%P VS +30%P	11.73	0.003	尖头叶藜	CK VS +60%P	0.08	0.001
糙隐子草	-60%P VS +60%P	14.68	0.001	尖头叶藜	CK VS D5	0.08	0.001
糙隐子草	-60%P VS CK	10.48	0.006	尖头叶藜	D5 VS +60%P	0.08	0.001
糙隐子草	-60%P VS D7	9.74	0.044	尖头叶藜	D5 VS CK	0.08	0.001
糙隐子草	+30%P VS -60%P	11.73	0.003	尖头叶藜	D7 VS +60%P	0.08	0.001
糙隐子草	+60%P VS -60%P	14.68	0.001	尖头叶藜	-30%P VS +60%P	0.08	0.001
糙隐子草	+60%P VS D5	10.86	0.010	尖头叶藜	-60%P VS +60%P	0.08	0.001
大果虫实	CK VS D7	5.48	0.049	尖头叶藜	+30%P VS +60%P	0.08	0.001
大果虫实	D7 VS CK	5.48	0.049	尖头叶藜	+60%P VS +30%P	0.08	0.001
大籽蒿	CK VS -30%P	4.20	0.047	尖头叶藜	+60%P VS -30%P	0.08	0.001
大籽蒿	-30%P VS CK	4.20	0.047	尖头叶藜	+60%P VS -60%P	0.08	0.001
狗尾草	CK VS -60%P	12.67	0.018	尖头叶藜	+60%P VS CK	0.08	0.001
狗尾草	D5 VS -60%P	17.82	0.001	尖头叶藜	+60%P VS D5	0.08	0.001
狗尾草	D7 VS -60%P	14.44	0.006	尖头叶藜	+60%P VS D7	0.08	0.001
狗尾草	-60%P VS +30%P	17.49	0.001	芦苇	CK VS -30%P	2.23	0.027
狗尾草	-60%P VS CK	12.67	0.018	芦苇	-30%P VS +30%P	2.72	0.006
狗尾草	-60%P VS D5	17.82	0.001	芦苇	-30%P VS CK	2.23	0.027
狗尾草	-60%P VS D7	14.44	0.006	芦苇	+30%P VS -30%P	2.72	0.006
狗尾草	+30%P VS -60%P	17.49	0.001	砂引草	CK VS -60%P	2.31	0.048
画眉草	D5 VS +30%P	10.90	0.016	砂引草	-30%P VS -60%P	2.91	0.017
画眉草	D5 VS +60%P	11.00	0.020	砂引草	-60%P VS -30%P	2.91	0.017
画眉草	D5 VS -30%P	11.46	0.007	砂引草	-60%P VS CK	2.31	0.048
画眉草	D5 VS -60%P	11.46	0.026	雾冰藜	-30%P VS +30%P	1.38	0.034
画眉草	D5 VS D7	11.46	0.013	雾冰藜	+30%P VS -30%P	1.38	0.034
画眉草	D7 VS D5	11.46	0.013	兴安胡枝子	CK VS -30%P	3.10	0.014
画眉草	-30%P VS D5	11.46	0.007	兴安胡枝子	D5 VS -30%P	3.16	0.024
画眉草	-60%P VS D5	11.46	0.026	兴安胡枝子	D7 VS -30%P	3.16	0.026
画眉草	+30%P VS D5	10.90	0.016	兴安胡枝子	-30%P VS +30%P	3.16	0.030
画眉草	+60%P VS D5	11.00	0.020	兴安胡枝子	-30%P VS +60%P	3.09	0.038
蒺藜	CK VS D7	14.50	0.004	兴安胡枝子	-30%P VS -60%P	3.09	0.037
蒺藜	D5 VS D7	14.89	0.014	兴安胡枝子	-30%P VS CK	3.10	0.014
蒺藜	D7 VS +60%P	16.00	0.002	兴安胡枝子	-30%P VS D5	3.16	0.024
蒺藜	D7 VS -30%P	14.73	0.010	兴安胡枝子	-30%P VS D7	3.16	0.026
蒺藜	D7 VS CK	14.50	0.004	兴安胡枝子	-60%P VS -30%P	3.09	0.037
兴安胡枝子	+30%P VS -30%P	3.16	0.030	硬阿魏	+60%P VS -30%P	0.46	0.001
兴安胡枝子	+60%P VS -30%P	3.09	0.038	硬阿魏	+60%P VS -60%P	0.46	0.001
野艾蒿	-30%P VS +30%P	5.44	0.025	硬阿魏	+60%P VS CK	0.46	0.001
野艾蒿	+30%P VS -30%P	5.44	0.025	硬阿魏	+60%P VS D5	0.46	0.001
硬阿魏	CK VS +60%P	0.46	0.001	硬阿魏	+60%P VS D7	0.46	0.001
硬阿魏	CK VS D5	0.46	0.001	猪毛菜	D5 VS +30%P	5.99	0.016
硬阿魏	D5 VS +60%P	0.46	0.001	猪毛菜	D5 VS -30%P	7.34	0.003
硬阿魏	D5 VS CK	0.46	0.001	猪毛菜	D5 VS -60%P	6.69	0.010
硬阿魏	D7 VS +60%P	0.46	0.001	猪毛菜	D5 VS D7	6.36	0.017
硬阿魏	-30%P VS +60%P	0.46	0.001	猪毛菜	D7 VS D5	6.36	0.017
硬阿魏	-60%P VS +60%P	0.46	0.001	猪毛菜	-30%P VS D5	7.34	0.003
硬阿魏	+30%P VS +60%P	0.46	0.001	猪毛菜	-60%P VS D5	6.69	0.010
硬阿魏	+60%P VS +30%P	0.46	0.001	猪毛菜	+30%P VS D5	5.99	0.016