黃銳興,楊斌元,于曉芳,陳建雷
(金華市水利水電勘測設(shè)計院有限公司,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設(shè)計院有限公司,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)測得植被群落多樣性,使用SPSS軟件以植被重要值為要素進行聚類分析,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個樣方中的植物種數(shù)最多,西樣線出現(xiàn)于9個樣方以上的植物種數(shù)最多。四兒灘濕地植物分為4個群落,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自然保護區(qū),是保護區(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、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)。
1.1 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)性的原則隨機布設(shè)20個1 m×1 m的樣方,共計80個樣方。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進行聚類分析,使用Excel軟件計算群落多樣性指數(shù)。
1.3.1 重要值
有關(guān)重要值的計算公式[4]為
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
重要值=(相對多度+相對蓋度+相對高度+
相對生物量+相對頻度)/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)勢度指數(shù)(D)、Pielou均勻度指數(shù)(J)、Margalef物種豐富度指數(shù)(Ma)進行分析,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)。
2.1 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。科的物種豐富度以菊科(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個樣線中,僅出現(xiàn)于1個樣方中的植物種數(shù)以南樣線最多,為9個,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個樣方中的植物種數(shù)較少外,出現(xiàn)于2、3、5個樣方中的植物種數(shù)差異較小。各樣線出現(xiàn)于9個樣方以上的植物種數(shù)的排列順序為:西樣線>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,是該群落絕對優(yōu)勢種,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個層次,灌木層以白刺為主,草本層以賴草為優(yōu)勢種,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,伴生種有達烏里胡枝子、蒙古蟲實等,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′)的排列順序為:北樣線>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整體而把各個種的重要性總結(jié)為一個合適的度量值,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)勢度指數(shù)差異不大。四兒灘濕地中北樣線的優(yōu)勢度最高,該樣線優(yōu)勢種明顯,以豬毛蒿為主要優(yōu)勢種。
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)勢度是兩個相反的概念,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,排列順序為北樣線>南樣線>東樣線>西樣線,變化趨勢與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。
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個樣方中的植物種數(shù)最多,西樣線中出現(xiàn)于9個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,這是因為北樣線離居民點較遠,受人為干擾程度低,物質(zhì)、能量運輸速度快,群落蓋度、生物量明顯提高。西樣線群落結(jié)構(gòu)單一是因為離居民點較近,人為干擾(例如放牧、踐踏等)強烈,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,受人類活動的嚴重影響,濕地面積逐年縮小[9],而濕地面積的縮小將會制約濕地功能的發(fā)揮,直接降低濕地的調(diào)蓄能力,加劇洪澇災(zāi)害,因此保護濕地迫在眉睫。濕地保護要從兩方面入手: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意識,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,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,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,2000,20(2):193-198.
[4] 鄭翠玲,曹子龍,趙廷寧,等.渾善達克沙地南緣農(nóng)牧交錯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,2008,36(9):89-93.
[6] 陳文業(yè),張繼強,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-干草原群落交錯帶邊緣效應(yīng)研究[J].西北植物學(xué)報,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.寧夏鹽池縣濕地動態(tài)變化及其驅(qū)動力分析研究[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)計和管理工作。
2017-01-03