黃銳興，楊斌元，于曉芳，陳建雷

(金華市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 金華 321017)

半干旱區(qū)濕地植物群落多樣性研究

黃銳興，楊斌元，于曉芳，陳建雷

(金華市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 金華 321017)

濕地；植物群落；物種多樣性；半干旱區(qū)

為探究半干旱區(qū)濕地植物群落多樣性變化，選取寧夏鹽池縣四兒灘濕地為研究區(qū)，采用Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Margalef物種豐富度指數(shù)測(cè)得植被群落多樣性，使用SPSS軟件以植被重要值為要素進(jìn)行聚類分析，分析研究區(qū)植被類型。結(jié)果表明：研究區(qū)共有14科41種植物，其中菊科、禾本科、豆科、藜科包含的植物種較多；研究區(qū)不同樣線出現(xiàn)的植物種數(shù)不同，南樣線出現(xiàn)的最多，西樣線出現(xiàn)的最少；不同樣線的植物頻率分布存在差異，南樣線出現(xiàn)于1個(gè)樣方中的植物種數(shù)最多，西樣線出現(xiàn)于9個(gè)樣方以上的植物種數(shù)最多。四兒灘濕地植物分為4個(gè)群落，分別為鹽爪爪群落、賴草+白刺群落、芨芨草+臭蒿+蘆葦群落、豬毛蒿群落。研究區(qū)不同樣線的多樣性指數(shù)存在差異，北樣線的Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)均為最高值，而西樣線的Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Margalef物種豐富度指數(shù)均為最低值。

群落物種多樣性是一個(gè)群落結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜性的量度，即群落在組成、結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)方面表現(xiàn)出的豐富多彩的差異[1-3]。濕地是陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡性地帶，擁有眾多的野生動(dòng)植物資源，是重要的生態(tài)系統(tǒng)。四兒灘濕地位于寧夏鹽池縣境內(nèi)，隸屬于哈巴湖荒漠濕地國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，是保護(hù)區(qū)內(nèi)湖泊面積較大的一塊濕地。研究四兒灘濕地植物群落多樣性變化過程，可為干旱、半干旱地區(qū)寶貴濕地資源的保護(hù)、生物多樣性的維持、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定提供理論支持和科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)四兒灘濕地位于鹽池縣境內(nèi)。鹽池縣地貌類型以干旱剝蝕、風(fēng)蝕地貌為主，海拔1 290～1 950 m，北與毛烏素沙地相連，南靠黃土高原，自南向北在地形上是從黃土高原向鄂爾多斯臺(tái)地(沙地)的過渡地帶，在氣候上是從半干旱區(qū)向干旱區(qū)的過渡地帶，在植被上是從干草原向荒漠草原的過渡地帶，在資源利用上是從農(nóng)區(qū)向牧區(qū)的過渡地帶。

四兒灘濕地面積大約為1 420 hm2，海拔為1 320～1 370 m。濕地季節(jié)性積水特征明顯，水面面積受降雨量影響較大。水源主要來自地下水、降水滲透補(bǔ)給等。由于濕地鹽堿化程度高，因此主要生長耐濕、耐鹽堿植物。濕地-干草原交錯(cuò)帶土壤水分條件較好，植物種類豐富。

1.2 外業(yè)調(diào)查

外業(yè)調(diào)查采用樣線與樣方結(jié)合的方法進(jìn)行。從濕地中央向東、西、南、北方向輻射4條樣線，每條樣線按照典型性、代表性和科學(xué)性的原則隨機(jī)布設(shè)20個(gè)1 m×1 m的樣方，共計(jì)80個(gè)樣方。記錄樣方內(nèi)植物的名稱、種類、數(shù)量、高度、蓋度、生物量等指標(biāo)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010建立研究區(qū)草地植被數(shù)據(jù)庫，計(jì)算植物物種重要值矩陣。以植被重要值為要素使用SPSS 22.0進(jìn)行聚類分析，使用Excel軟件計(jì)算群落多樣性指數(shù)。

1.3.1 重要值

有關(guān)重要值的計(jì)算公式[4]為

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

重要值=(相對(duì)多度+相對(duì)蓋度+相對(duì)高度+

相對(duì)生物量+相對(duì)頻度)/5

(7)

1.3.2 多樣性指數(shù)

植物群落多樣性指數(shù)采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)、Pielou均勻度指數(shù)(J)、Margalef物種豐富度指數(shù)(Ma)進(jìn)行分析，其公式[5-6]分別為

H′=-ΣPilnPi

(8)

(9)

J=H′/lnS

(10)

Ma=(S-1)/lnN

(11)

式中：Pi=Ni/N，Ni為樣方中第i種植物的重要值，N為樣方中所有植物種的重要值總和；S為植物物種數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)植物區(qū)系組成

調(diào)查表明，四兒灘濕地共出現(xiàn)了41種植物(表1)，隸屬于14科?？频奈锓N豐富度以菊科(Asteraceae)最高，包含10種(占24.39%)；禾本科(Poaceae)和豆科(Leguminosae)其次，均包含7種(各占17.07%)；再次是藜科(Chenopodiaceae)，有6種(占14.63%)；蒺藜科包含3種(占7.32%)；其余8科各包含1種(各占2.44%)。

東樣線出現(xiàn)了28種植物，隸屬于11科，重要值大于10%的有3種，分別是鹽爪爪、豬毛蒿、臭蒿，重要值分別是37.35%、12.63%、10.04%；西樣線共出現(xiàn)了24種植物，隸屬于7科，重要值大于10%的有4種，分別是鹽爪爪、豬毛蒿、灰綠藜、賴草，重要值分別是29.57%、11.21%、10.26%、10.21%；南樣線共出現(xiàn)了35種植物，隸屬于14科，是所有樣線中物種數(shù)與科數(shù)出現(xiàn)最多的，重要值大于10%的有2種，分別是鹽爪爪和芨芨草，重要值分別是24.35%、14.99%；北樣線出現(xiàn)了32種植物，隸屬于13科，重要值大于10%的有2種，分別是鹽爪爪和豬毛蒿，重要值分別是21.02%、16.12%。

2.2 研究區(qū)植物頻度分布

四兒灘濕地不同樣線植物呈現(xiàn)不同的頻度分布(見圖1)。由圖1可知，4個(gè)樣線中，僅出現(xiàn)于1個(gè)樣方中的植物種數(shù)以南樣線最多，為9個(gè)，其次是西樣線，再次是東樣線和北樣線。東樣線出現(xiàn)于2、3、4、5個(gè)樣方中的植物種數(shù)依次減少；西樣線出現(xiàn)于2、3、4、5個(gè)樣方中的植物種數(shù)差異不大；南樣線出現(xiàn)于2、3、4、5個(gè)樣方中的植物種數(shù)先減少再增加；北樣線除出現(xiàn)在4個(gè)樣方中的植物種數(shù)較少外，出現(xiàn)于2、3、5個(gè)樣方中的植物種數(shù)差異較小。各樣線出現(xiàn)于9個(gè)樣方以上的植物種數(shù)的排列順序?yàn)椋何鳂泳€>東樣線>南樣線=北樣線。

表1 四兒灘濕地植物種類

圖1 四兒灘濕地各樣線植物群落物種頻度分布

2.3 研究區(qū)植物群落聚類分析

通過SPSS軟件進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析后將四兒灘濕地41種植物分成4類(圖2)：①鹽爪爪群落；②賴草+白刺群落；③芨芨草+臭蒿+蘆葦群落；④豬毛蒿群落。

根據(jù)張克斌等[7]的研究，四兒灘濕地生態(tài)系統(tǒng)分為3個(gè)植被型：沼澤植被、草甸植被、草原植被。鹽爪爪為典型的沼澤植被，是多年生小半灌木，極耐鹽堿、耐濕，是該群落絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種，群落蓋度較高，接近90%。該群落結(jié)構(gòu)較為單一。賴草、白刺為典型的草甸植被，群落分為灌木和草本2個(gè)層次，灌木層以白刺為主，草本層以賴草為優(yōu)勢(shì)種，伴生種有刺沙蓬等植物。群落蓋度為70%左右，受鹽堿化程度影響，群落高度為20 cm左右。芨芨草+臭蒿+蘆葦群落主要分布在四兒灘濕地生態(tài)系統(tǒng)群落交錯(cuò)帶中，芨芨草高度可超過2 m，是該群落中的主要建群種，臭蒿為優(yōu)勢(shì)種，蘆葦為伴生種。豬毛蒿為典型的草原植被，耐干旱瘠薄，多生長在草原沙質(zhì)土壤中。豬毛蒿群落以豬毛蒿為建群種，伴生種有達(dá)烏里胡枝子、蒙古蟲實(shí)等，群落高度較低，25 cm左右，但蓋度較高。

圖2 四兒灘濕地植物群落聚類分析

2.4 研究區(qū)植物群落多樣性

四兒灘濕地不同樣線多樣性指數(shù)見表2。

Shannon-Wiener指數(shù)綜合了物種群落的均勻度和豐富度，是表述物種多樣性最好的指數(shù)。由表2可知，不同樣線Shannon-Wiener指數(shù)(H′)的排列順序?yàn)椋罕睒泳€>南樣線>東樣線>西樣線。說明北樣線物種多樣性最豐富，群落組成復(fù)雜，群落穩(wěn)定性高；而西樣線群落組成簡(jiǎn)單，物種多樣性較低。

表2 四兒灘濕地各樣線多樣性指數(shù)

Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)是群落水平上的綜合數(shù)值，它是把群落作為一個(gè)整體而把各個(gè)種的重要性總結(jié)為一個(gè)合適的度量值，以表征群落的組成結(jié)構(gòu)特征。由表2可知，不同樣線Simpson指數(shù)(D)的變化為：北樣線>南樣線>西樣線>東樣線，各樣線間優(yōu)勢(shì)度指數(shù)差異不大。四兒灘濕地中北樣線的優(yōu)勢(shì)度最高，該樣線優(yōu)勢(shì)種明顯，以豬毛蒿為主要優(yōu)勢(shì)種。

物種均勻度反映群落種群空間分布的均勻程度。物種均勻度與物種優(yōu)勢(shì)度是兩個(gè)相反的概念，該指標(biāo)常作為群落物種多樣性指數(shù)的輔助指標(biāo)，在反映群落特征結(jié)構(gòu)方面有重要意義。東、西、南、北樣線的Pielou均勻度(J)分別為0.73、0.72、0.76、0.83，排列順序?yàn)楸睒泳€>南樣線>東樣線>西樣線，變化趨勢(shì)與H′一致。說明北樣線的群落種群分布最均勻，西樣線群落種群分布最集中。

Margalef物種豐富度指數(shù)能直接反映物種的豐富程度，是植物群落內(nèi)部或生境中物種豐富度的指標(biāo)，其值越大，說明群落內(nèi)物種的豐富度越高，反之則說明群落內(nèi)物種的豐富度較低[8]。東、西、南、北樣線的Margalef物種豐富度指數(shù)(Ma)分別為3.55、3.03、4.47、4.08，南樣線Ma值最高，說明南樣線物種豐富度較高，而西樣線Ma值最低，說明西樣線物種較匱乏。

3 討論與結(jié)論

通過樣線與樣方結(jié)合的調(diào)查方法，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)共有14科41種植物，其中菊科、禾本科、豆科、藜科包含的植物種較多，種數(shù)分別為10、7、7、6。不同樣線出現(xiàn)的植物種數(shù)不同，南樣線出現(xiàn)的植物種數(shù)最多，其次是北樣線，再次是東樣線，最后是西樣線。不同樣線的植物頻率分布存在差異，南樣線中僅出現(xiàn)于1個(gè)樣方中的植物種數(shù)最多，西樣線中出現(xiàn)于9個(gè)樣方以上的植物種數(shù)最多。通過系統(tǒng)聚類分析，將四兒灘濕地植物分為4個(gè)群落，分別為鹽爪爪群落、賴草+白刺群落、芨芨草+臭蒿+蘆葦群落、豬毛蒿群落。鹽爪爪為典型的沼澤植被，生長在濕生帶；賴草、白刺、芨芨草、臭蒿為草甸植被；豬毛蒿為草原植被。四兒灘濕地不同樣線的多樣性指數(shù)存在差異：北樣線的物種多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、均勻度指數(shù)均為最高值，而西樣線的物種多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)均為最低值。北樣線物種多樣性最高，群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜且穩(wěn)定性高，這是因?yàn)楸睒泳€離居民點(diǎn)較遠(yuǎn)，受人為干擾程度低，物質(zhì)、能量運(yùn)輸速度快，群落蓋度、生物量明顯提高。西樣線群落結(jié)構(gòu)單一是因?yàn)殡x居民點(diǎn)較近，人為干擾(例如放牧、踐踏等)強(qiáng)烈，植被被牲畜啃食，導(dǎo)致植被蓋度和生物量大大減少，群落結(jié)構(gòu)指標(biāo)下降。

四兒灘濕地作為干旱-半干旱地區(qū)重要的生物資源，生態(tài)環(huán)境脆弱，受人類活動(dòng)的嚴(yán)重影響，濕地面積逐年縮小[9]，而濕地面積的縮小將會(huì)制約濕地功能的發(fā)揮，直接降低濕地的調(diào)蓄能力，加劇洪澇災(zāi)害，因此保護(hù)濕地迫在眉睫。濕地保護(hù)要從兩方面入手：一方面，加大退耕還林、圍欄封育措施的力度，禁止在濕地周圍修建建筑物(例如工廠等)，以免濕地受到干擾而退化；另一方面，提高當(dāng)?shù)鼐用癖Ｗo(hù)意識(shí)，禁止居民在濕地周圍放牧、開墾等。

[1] 張錦春,王繼和,趙明,等.庫姆塔格沙漠南緣荒漠植物群落多樣性分析[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2006,30(3):375-382.

[2] 馬克平,黃建輝,于順利,等.北京東靈山地區(qū)植物群落多樣性的研究:Ⅱ.豐富度、均勻度和物種多樣性指數(shù)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),1995,15(3):268-277.

[3] 黃忠良,孔國輝,何道泉.鼎湖山植物群落多樣性的研究[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2000,20(2):193-198.

[4] 鄭翠玲,曹子龍,趙廷寧,等.渾善達(dá)克沙地南緣農(nóng)牧交錯(cuò)帶棄耕地植被的演替規(guī)律[J].中國水土保持科學(xué),2005,3(1):72-76.

[5] 房用,王淑軍,劉月良,等.現(xiàn)代黃河三角洲的植被群落演替階段[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,36(9):89-93.

[6] 陳文業(yè),張繼強(qiáng),趙明,等.甘肅敦煌西湖荒漠-濕地植物群落物種多樣性特征研究[J].中國沙漠,2012,32(6):1639-1646.

[7] 張克斌,劉云芳,李瑞.半干旱區(qū)濕地-干草原群落交錯(cuò)帶邊緣效應(yīng)研究[J].西北植物學(xué)報(bào),2007,27(5):989-994.

[8] 何彤慧,程志,張玉峰,等.銀川平原溝渠植物多樣性特征及影響因素[J].濕地科學(xué),2013,11(3):352-358.

[9] 王鮮鮮.寧夏鹽池縣濕地動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)力分析研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2014:28-45.

(責(zé)任編輯 徐素霞)

Q948

A

1000-0941(2017)05-0040-04

黃銳興(1978—)，男，福建龍巖市人，工程師，學(xué)士，主要從事水土保持及水利工程設(shè)計(jì)和管理工作。

2017-01-03