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        肇慶星湖國(guó)家濕地公園濕地植物群落物種多樣性研究*

        2020-03-05 04:06:06胡喻華劉錫輝譚志權(quán)郭盛才
        關(guān)鍵詞:物種植物

        胡喻華 劉錫輝 譚志權(quán) 屈 明 郭盛才

        (廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院,廣東 廣州510520)

        物種多樣性(species diversity)是生物多樣性(biodiversity)的一種,指物種水平上的生物多樣性,用一定空間范圍物種數(shù)量和分布特征來(lái)衡量的[1]。物種豐富的群落和生態(tài)系統(tǒng)會(huì)表現(xiàn)出更強(qiáng)的抵御干擾能力或?qū)Ω蓴_進(jìn)行恢復(fù)的能力[2]。物種間的多樣性對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性功能和長(zhǎng)期的可持續(xù)性至關(guān)重要[3]。針對(duì)廣東肇慶星湖國(guó)家濕地公園所在區(qū)域范圍的研究,主要集中在浮游植物群落[4]、放線菌多樣性[5]、植物配置[6]、濕地維管植物區(qū)系[7]等方面研究,而對(duì)于公園濕地植物群落物種多樣性的研究尚屬空白,因此開(kāi)展相關(guān)研究,對(duì)于星湖國(guó)家濕地公園植物群落監(jiān)測(cè)管理、生態(tài)修復(fù)等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        1 研究地區(qū)與方法

        1.1 研究地區(qū)概況

        廣東肇慶星湖國(guó)家濕地公園位于廣東省肇慶市,是廣東省第一個(gè)通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收的國(guó)家級(jí)濕地公園,處于北回歸線帶上,公園總面積935.4 hm2,野生植物有360 種,鳥(niǎo)類(lèi)160 多種,魚(yú)類(lèi)45 種,是一個(gè)集旅游觀光、科普教育、觀鳥(niǎo)識(shí)鳥(niǎo)愛(ài)鳥(niǎo)于一體的濕地公園。園內(nèi)星湖是廣東省最大的天然湖泊,由仙女湖、里湖、中心湖、波海湖和青蓮湖等5 個(gè)淺水湖泊組成,是我國(guó)亞熱帶地區(qū)最具代表性的典型性巖溶湖泊濕地,也是南亞熱帶地區(qū)鳥(niǎo)類(lèi)的重要棲息地、停歇地、繁殖地和越冬地[4-5]。湖泊屬于南亞熱帶季風(fēng)性氣候,氣候特點(diǎn)溫和濕潤(rùn),年平均降雨量1 655.6 mm,年平均氣溫22℃,極端最高氣溫38.1℃[6]。

        1.2 研究方法

        根據(jù)公園植物群落分布,采取樣地調(diào)查的方法,選取在落羽杉林、波海公園入湖溪流、牌坊公園荷花池和里湖共4 個(gè)代表性樣地,樣方面積喬木為20 m×20 m(1 個(gè)),灌木為2 m×2 m(1個(gè)),草本為1 m×1 m(21 個(gè)),分別測(cè)量樣方內(nèi)植物的高度、胸徑,并記錄其種類(lèi)、科屬(蕨類(lèi)植物按照秦仁昌系統(tǒng),裸子植物按照鄭萬(wàn)鈞系統(tǒng),被子植物按照哈欽松系統(tǒng))、株數(shù)(草本記錄蓋度)等指標(biāo),植被類(lèi)型劃分依據(jù)《中國(guó)植被》[8],濕地系統(tǒng)植被分類(lèi)參照《全國(guó)濕地資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程(試行)》[9]。野外調(diào)查時(shí)間為2018 年10 月以及2019 年9 月。

        1.3 數(shù)據(jù)處理

        利用Excel 2007 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,用Spss 19.0 軟件對(duì)群落物種分布的對(duì)數(shù)模型進(jìn)行模擬。

        表1 樣地信息Tab.1 Information of plots

        1.3.1 豐富度和重要值 用每個(gè)樣方內(nèi)物種數(shù)的多少表示物種豐富度(Species richness)。根據(jù)野外樣方調(diào)查所得的數(shù)據(jù),計(jì)算種群的相對(duì)多度、相對(duì)頻度、相對(duì)顯著度、相對(duì)高度和重要值等種群優(yōu)勢(shì)度指標(biāo),以反映種群在群落的重要性。木本植物重要值=(相對(duì)多度+相對(duì)頻度+相對(duì)顯著度)/3[10-11];灌木、草本植物重要值=(相對(duì)高度+相對(duì)蓋度+相對(duì)頻度)/3[12]:

        式中i=1,2,3……s;I 表示灌木、草本植物重要值;Hr表示相對(duì)高度;Cr表示相對(duì)蓋度;Fr表示相對(duì)頻度;H 表示某個(gè)種的高度;C 表示某個(gè)種的蓋度;F 表示某個(gè)種的頻度。

        1.3.2 物種多樣性指數(shù) 物種多樣性是度量群落穩(wěn)定性的重要指標(biāo),受緯度、海拔和干燥度的影響,指數(shù)越高,群落越穩(wěn)定[13]。多樣性測(cè)度指標(biāo)選用Shannon-Wiener 物種多樣性指數(shù)(H ')、Simpson 生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)和Pielou 均勻度指數(shù)(J)等3 個(gè)指標(biāo),計(jì)算公式如下[14-15]:

        Shannon-Wiener 物種多樣性指數(shù):

        Simpson 生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù):

        Pielou 均勻度指數(shù):

        式中Pi為群落內(nèi)第i 種物種的重要值,S 為樣地中的物種數(shù)。

        1.3.3 植物重要值排序和累積 以每個(gè)樣地植物群落中的重要值對(duì)物種進(jìn)行排序,用對(duì)數(shù)模型y=alnx+b 對(duì)其進(jìn)行擬合,a 值越大,表明植物種分布越不均勻;b 值為群落中最優(yōu)勢(shì)植物種的重要值。按物種排布的序列對(duì)物種重要值占整個(gè)群落重要值的比例進(jìn)行累積,以此來(lái)表示優(yōu)勢(shì)物種的生態(tài)為空間,并計(jì)算累積到群落重要值一半所需的物種數(shù),物種數(shù)越少,表明優(yōu)勢(shì)物種生態(tài)位空間越大。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 濕地公園濕地植物的種類(lèi)

        本研究共調(diào)查到濕地植物22 科31 屬34 種,其中蕨類(lèi)植物2 科2 屬2 種,占調(diào)查種數(shù)5.88%;裸子植物1 科1 屬1 種,占調(diào)查種數(shù)2.94%;被子植物19 科28 屬31 種,占調(diào)查種數(shù)91.18%。栽培種3 種,占調(diào)查種數(shù)的8.82%;外來(lái)種3 種,占調(diào)查種數(shù)的8.82%。按生活型分,挺水植物6 種,占調(diào)查種數(shù)的17.65%;浮水植物3 種,占調(diào)查種數(shù)的8.82%;沉水植物2 種,占調(diào)查種數(shù)的5.88%;沼生植物18 種,占調(diào)查種數(shù)的52.94%;濕生植物5 種,占種數(shù)的14.71%(表2)。

        表2 樣方植物名錄Tab.2 A list of sample plants

        注:栽培植物加“*”,外來(lái)種加“**”。S1-S21 為樣方編號(hào),其中位于落羽杉林的樣方編號(hào)為S1-S3,位于波海公園入湖溪流的樣方編號(hào)為S4-S11,位于牌坊公園荷花池的樣方編號(hào)為S12-S16,位于里湖的樣方編號(hào)為S17-S21。Note: *,** represent cultivated plant,exotic species; S1-S21 were sample codes; S1-S3 samples were located on Taxodium distichum forest, S4-S11 samples were located on inflow river of Bosea park, S12-S16 samples were located on flower pond of Memorial Archway park, S17-S21 samples were located on Inner lake.

        2.2 濕地公園濕地植物的物種多樣性

        在濕地公園調(diào)查的3 種濕地植被型組中,淺水植物濕地植被型組的濕地植物物種種類(lèi)數(shù)量高于草叢濕地植被型組和針葉林濕地植被型組,豐富度以草叢濕地植被型組的最高,淺水植物濕地植被型組次之,針葉林濕地植被型組最低(表3)。這是由于針葉林濕地植被型組是以落羽杉為喬木主體,樹(shù)種單一,林下光照不足,生長(zhǎng)以耐陰植物為主且種類(lèi)較少;草叢濕地植被型組各種環(huán)境因素適宜,植物種類(lèi)數(shù)量?jī)H次于淺水植物濕地植被型組,且每個(gè)樣方內(nèi)植物物種組成較均衡,因此豐富度最高;淺水植物濕地植被型組面積最大,土壤、水質(zhì)、氣候環(huán)境適宜,生長(zhǎng)的濕地植物種類(lèi)較多,而大面積水生植物以蓮、金魚(yú)藻、密刺苦草為主體,單個(gè)樣方內(nèi)物種種類(lèi)比草叢濕地植被型組少。

        從濕地植物物種相對(duì)高度、相對(duì)蓋度、相對(duì)頻度、重要值來(lái)看,水竹芋、雞屎藤、蓮、文珠蘭、相對(duì)高度較其他植物物種高;密刺苦草、蓮、金魚(yú)藻、鋪地黍、竹節(jié)草相對(duì)蓋度較其他植物物種高;竹節(jié)草、鋪地黍、蓮、金魚(yú)藻、華南毛蕨相對(duì)頻度較其他植物物種高;重要值前10 名植物,分別是蓮、鋪地黍、金魚(yú)藻、竹節(jié)草、密刺苦草、金銀蓮花、水竹芋、野芋、文珠蘭、雞屎藤,其重要值合計(jì)為55.81%,構(gòu)成了濕地公園濕地植物群落主體(圖1)。

        在3 種濕地植被型組中,濕地公園淺水植物濕地植被型組的Shannon-Wiener 物種多樣性指數(shù)最高,草叢濕地植被型組次之,針葉林濕地植被型組最低,與物種數(shù)量排序一致;針葉林濕地植被型組的Simpson 生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)最高,淺水植物濕地植被型組次之,草叢濕地植被型組最低,說(shuō)明針葉林濕地植被型組物種數(shù)最少,其優(yōu)勢(shì)物種生態(tài)位空間最大;針葉林濕地植被型組的Pielou均勻度指數(shù)最高,草叢濕地植被型組次之,淺水植物濕地植被型組最低,說(shuō)明針葉林濕地植被型組植物物種分布均勻,淺水植物濕地植被型組植物物種分布不均勻(表4)。

        表3 濕地植物物種分布Tab.3 The distribution of wetland plant species in plots

        圖1 濕地植物重要值、相對(duì)高度、相對(duì)頻度、相對(duì)蓋度Fig.1 The important value、 relative height、 relative frequency and relative coverage of wetland plant species

        2.3 濕地公園濕地植物的群落特征

        濕地公園植被可分為3 種植被型組、6 種植被型、16 種群系。其中,植被型組為:針葉林濕地植被型組、草叢濕地植被型組和淺水植物濕地植被型組;植被型為:暖性針葉林濕地植被型、禾草型濕地植被型、雜類(lèi)草濕地植被型、浮葉植物型、沉水植物型和挺水植物型;濕地植物群系為:落羽杉群系、李氏禾群系、鋪地黍群系、竹節(jié)草群系、碎米莎草群系、三裂蟛蜞菊群系、野芋群系、假馬齒莧群系、蝦鉗菜群系、毛草龍群系、細(xì)果野菱群系、金銀蓮花群系、密刺苦草群系、金魚(yú)藻群系、蓮群系、水竹芋群系(表5)。

        表4 植物物種多樣性指數(shù)Tab.4 Plant species diversity index

        表5 濕地植被群系Tab.5 Wetland vegetation formations

        圖2 植物重要值排序和累積Fig.2 Sequence and accumulalion of plant important value

        表6 群落物種分布的對(duì)數(shù)模型參數(shù)Tab.6 Sequence and accumulalton of plant important value

        隨物種序列的增加,各樣地植物物種數(shù)和物種重要值均呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)。不同樣地的物種重要值排序均可用對(duì)數(shù)模型y=alnx+b 擬合,其擬合的R2均大于0.92。對(duì)數(shù)模型表明,b 值從大到小排序:針葉林濕地植被型組>淺水植物濕地植被型組>草叢濕地植被型組>總體,說(shuō)明最優(yōu)種的重要值在下降。a 值為負(fù)值,且總體>草叢濕地植被型組>淺水植物濕地植被型組>針葉林濕地植被型組,說(shuō)明植物重要值累積到占整個(gè)群落重要值的50%時(shí)需要的物種數(shù)降低,累積速度越來(lái)越快。3 個(gè)樣地總體累積占整個(gè)群落重要值50%,需要9 種植物,樣地2(草叢濕地植被型組)和樣地3(淺水植物濕地植被型組)需要4 種植物,而樣地1(針葉林濕地植被型組)只需要2種植物(圖2 和表6)。

        3 結(jié)論與討論

        星湖國(guó)家濕地公園濕地植物種類(lèi)以被子植物、沼生植物為主。共調(diào)查到濕地植物22 科31 屬34種,以被子植物(占調(diào)查種數(shù)的91.18%)為主體,蕨類(lèi)植物占5.88%,裸子植物占2.94%。按生活型,公園濕地植物種類(lèi)以沼生植物(占調(diào)查種數(shù)的52.94%)為主體,挺水植物占17.65%,浮水植物占8.82%,沉水植物占5.88%,濕生植物占14.71%。

        不同種組成的植物群落是對(duì)生境因素的綜合反應(yīng)。星湖國(guó)家濕地公園是以湖泊濕地為主體的濕地公園,公園范圍內(nèi)有森林沼澤、河灘沼澤、湖泊濕地等生境類(lèi)型,每種生境都孕育著獨(dú)特的植被群系和優(yōu)勢(shì)種,分布了3 種植被型組、6 種植被型、16種群系,優(yōu)勢(shì)群系為落羽杉群系、李氏禾群系、鋪地黍群系、竹節(jié)草群系、蝦鉗菜群系、密刺苦草群系、金魚(yú)藻群系、蓮群系,形成了相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng),保護(hù)好現(xiàn)有各類(lèi)型的生境和植物群落,有利于濕地公園生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和可持續(xù)。

        公園區(qū)域范圍內(nèi)分布有1 種國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物水蕨Ceratopteris thalietroides(Ⅱ級(jí)),僅分布于牌坊公園的小水溝中;稀有種如細(xì)果野菱Trapa maximowiczii,除在開(kāi)展了濕地植物恢復(fù)的里湖和牌坊公園內(nèi)的荷塘分布外,未見(jiàn)其分布在其他湖面,其他湖面的植物均為沉水植物。因此,定期開(kāi)展?jié)竦乇O(jiān)測(cè),對(duì)發(fā)現(xiàn)的鄉(xiāng)土植物物種進(jìn)行深入研究,研究其生境及生長(zhǎng)影響因子,積極營(yíng)造適宜生長(zhǎng)的環(huán)境,同時(shí)定期對(duì)有害入侵植物物種(如薇甘菊)進(jìn)行清理,促進(jìn)濕地植物群落自然恢復(fù)。

        21 個(gè)樣地內(nèi)草本層平均有3.14±1.56 個(gè)物種,H '、D 和J 分別為3.305 1、0.042 6、0.945 2;不同濕地植被型組草本層物種豐富度(S)表現(xiàn)為:草叢濕地植被型組>淺水植物濕地植被型組>針葉林濕地植被型組;H '表現(xiàn)為:淺水植物濕地植被型組>草叢濕地植被型組>針葉林濕地植被型組;D 表現(xiàn)為:針葉林濕地植被型組>淺水植物濕地植被型組>草叢濕地植被型組;J 表現(xiàn)為:針葉林濕地植被型組>草叢濕地植被型組>淺水植物濕地植被型組。結(jié)果表明不同濕地植被型組草本層植物表現(xiàn)出突出的特性,如針葉林濕地植被型組濕地植物種類(lèi)較少,分布均勻,物種多樣性指數(shù)較低,累積到群落重要值1/2 所需物種數(shù)為2種;草叢濕地植被型組濕地植物種類(lèi)數(shù)量?jī)H次于湖泊濕地,分布較均勻,物種多樣性指數(shù)接近淺水植物濕地植被型組,累積到群落重要值1/2 所需物種數(shù)為4 種;淺水植物濕地植被型組濕地植物種類(lèi)較多,分布不均勻,物種多樣性指數(shù)較高,累積到群落重要值1/2 所需物種數(shù)為4 種。雖然草本層植物具有季相變化,其物種多樣性指數(shù)很少作為濕地監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要指標(biāo),但是草本層植物對(duì)環(huán)境變化影響非常敏感,對(duì)其生長(zhǎng)變化情況進(jìn)行長(zhǎng)期定點(diǎn)觀測(cè),能有助于濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)估準(zhǔn)確度的提高,而固定樣點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的生物多樣性指數(shù)能在一定程度上為管理者提供其變化情況的數(shù)據(jù),作為管理決策的參考。

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