張曉雅,趙銳鋒,2,*,張麗華,趙海莉,鄒建榮,周遠(yuǎn)剛,趙 敏,王園博

1 西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,蘭州 730070 2 甘肅省土地利用與綜合整治工程研究中心,蘭州 730070 3 張掖國(guó)家濕地公園管委會(huì),張掖 734000

濕地是地球上水陸相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng),是生物多樣性的搖籃以及人類賴以生存的環(huán)境之一[1],其在蓄水、固碳和維持生物多樣性等方面具有重要的生態(tài)服務(wù)價(jià)值[2]。由于氣候變暖和人類活動(dòng)干擾,濕地正以驚人的速度退化,嚴(yán)重影響植物群落、土壤、水文乃至整個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)的平衡,威脅區(qū)域生態(tài)安全及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[3- 4]。為了緩解濕地退化帶來(lái)的負(fù)面影響,世界各國(guó)積極采取各種保護(hù)措施,保護(hù)濕地的一種方法是將濕地周圍的區(qū)域指定為受保護(hù)區(qū)域[5]。

從國(guó)際保護(hù)區(qū)到地方重要性保護(hù)區(qū),存在許多不同類型的保護(hù)地,如中國(guó)[6]、意大利[4]、埃塞俄比亞[7]和美國(guó)[8]分別成立濕地自然保護(hù)區(qū)、濕地公園、國(guó)家公園來(lái)保護(hù)土壤性質(zhì)、淡水生態(tài)系統(tǒng)、大型無(wú)脊椎動(dòng)物和鳥(niǎo)類、濕地植被等。在濕地生態(tài)保護(hù)中,植物特征與土壤性質(zhì)之間的關(guān)系是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[6],因此了解特定生態(tài)系統(tǒng)中植物土壤間關(guān)系,對(duì)于類似區(qū)域的管理和開(kāi)發(fā)中具有應(yīng)用價(jià)值。此外對(duì)不同生態(tài)保護(hù)地之間的對(duì)比研究在生態(tài)學(xué)與管理學(xué)方面有重要意義,首先通過(guò)研究我們可以了解保護(hù)地對(duì)濕地生態(tài)環(huán)境的重要性并有效地進(jìn)行濕地保護(hù)[5]；其次濕地保護(hù)管理者可以根據(jù)不同保護(hù)情況制定管理計(jì)劃,提高濕地保護(hù)水平[9]。但是關(guān)于保護(hù)地類型如何影響生物多樣性、土壤性質(zhì)及二者關(guān)系的信息較少[5]。因此,學(xué)者對(duì)不同生態(tài)保護(hù)地之間的土壤性質(zhì)、生物多樣性及二者關(guān)系的差異研究相繼展開(kāi)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)濕地自然保護(hù)區(qū)和濕地公園的土壤養(yǎng)分、土壤理化性質(zhì)、大型無(wú)脊椎動(dòng)物和鳥(niǎo)類多樣性、水體植物多樣性和重金屬含量進(jìn)行對(duì)比研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)美國(guó)大沼澤地國(guó)家公園的土壤總磷含量較高,這與保護(hù)區(qū)和公園水文狀況有關(guān)[10]；而加拿大艾伯塔省的土壤理化特征在兩者間無(wú)顯著差異[11]；埃塞俄比亞濕地自然保護(hù)區(qū)的大型無(wú)脊椎動(dòng)物和鳥(niǎo)類多樣性均較高,大型無(wú)脊椎動(dòng)物多樣性受人類干擾、水溫、pH的影響,鳥(niǎo)類多樣性受植被覆蓋、養(yǎng)分的影響[7]；鄱陽(yáng)湖濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)植物多樣性較豐富,濕地公園水體重金屬含量高,這與人工采砂活動(dòng)干擾、人工過(guò)多捕魚(yú)有關(guān)[12]。此外,研究發(fā)現(xiàn)植被土壤關(guān)系隨保護(hù)地的不同而有差異。如研究人員在南歐意大利海岸自然保護(hù)區(qū)研究發(fā)現(xiàn)由于土壤鹽度增加造成水生植物多樣性的喪失[4],而在中國(guó)輝河濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)土壤全氮、全磷及含水量顯著影響植物多樣性[13]；段凱祥等[14]在嘉峪關(guān)市草湖國(guó)家濕地公園發(fā)現(xiàn)土壤水分含量和植被蓋度具有正相關(guān)性,而王繼偉等[15]在蘭州秦王川國(guó)家濕地公園研究發(fā)現(xiàn)土壤鹽分和植物蓋度呈負(fù)相關(guān)。確定保護(hù)區(qū)類型對(duì)生物多樣性、土壤性質(zhì)及二者關(guān)系的影響對(duì)于理解生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程具有重要意義。

中國(guó)政府為了保護(hù)濕地,基本形成了以濕地自然保護(hù)區(qū)為主體,濕地公園等相結(jié)合的濕地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)體系[16]。由于干旱區(qū)濕地獨(dú)特的地理位置和生態(tài)環(huán)境,使得干旱和半干旱地區(qū)的濕地被全球公認(rèn)為需要優(yōu)先保護(hù)[17]。黑河中游濕地是典型的干旱內(nèi)陸河流濕地,在黑河流域乃至河西走廊生態(tài)平衡中發(fā)揮著至關(guān)重要的生態(tài)作用,然而在過(guò)去的幾十年里,受自然和人為作用的雙重影響,濕地生態(tài)系統(tǒng)呈逐年退化和破碎化趨勢(shì)[18],已經(jīng)引起了政府和學(xué)者的高度關(guān)注,實(shí)施了一系列濕地保護(hù)和恢復(fù)工程,并先后獲批建設(shè)了張掖國(guó)家濕地公園和張掖黑河濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)[19]。相應(yīng)的科學(xué)研究也大量展開(kāi),目前對(duì)兩種保護(hù)地的研究主要集中在動(dòng)物多樣性[20]、土壤性質(zhì)[9,21- 22]、植物群落特征及其與土壤因子的關(guān)系[23- 24]等方面,而沒(méi)有涉及到二者的對(duì)比研究。為此,本文選擇黑河中游張掖國(guó)家濕地公園和張掖黑河濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為研究對(duì)象,通過(guò)野外調(diào)查和采樣來(lái)明確兩種生態(tài)保護(hù)地的植物特征、土壤性質(zhì)及植物土壤關(guān)系的差異。我們假設(shè)：(1)自然保護(hù)區(qū)有利于維護(hù)植物物種多樣性；(2)濕地公園有利于改善植物生長(zhǎng)狀態(tài)和土壤性質(zhì)；(3)兩種生態(tài)保護(hù)地中影響植物特征的土壤因子是不同的。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黑河中游地區(qū)(98°57′—100°52′ E,38°39′—39°59′ N),該區(qū)屬于典型的溫帶大陸性氣候,干旱少雨且蒸發(fā)強(qiáng)烈,日照充足。土壤類型以灰棕漠土和灰漠土為主,主要植物有蘆葦(Phragmitesaustralias)、拂子茅(Calamagrostisepigeios)、賴草(Leymussecalinus)等。其中張掖黑河濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(簡(jiǎn)稱自然保護(hù)區(qū),Nature Reserve, NR)是在2011年4月由國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)建立的,位于鶯落峽和正義峽之間,總面積約為41164.56 hm2,主要保護(hù)對(duì)象為我國(guó)西北典型內(nèi)陸河流濕地、水域生態(tài)系統(tǒng)、生物多樣性、西北荒漠區(qū)的綠洲植被[19,25]。張掖國(guó)家濕地公園(簡(jiǎn)稱濕地公園,Wetland Park, WP)自2009 年12月被國(guó)家林業(yè)局批復(fù)為國(guó)家濕地公園,位于張掖市甘州區(qū)城郊北部、黑河?xùn)|側(cè),與市區(qū)緊密相連,總面積約為4133.3 hm2,主要保護(hù)對(duì)象為濕地水量、水禽棲息地、濕地生物多樣性、濕地植被、并且堅(jiān)持以生態(tài)保護(hù)為主,合理適度開(kāi)發(fā)旅游項(xiàng)目,發(fā)展生態(tài)體驗(yàn)、科普教育、休閑健身等旅游項(xiàng)目[19]。自然保護(hù)區(qū)以保護(hù)自然資源為主,而濕地公園不僅是為了保護(hù)自然資源,還為了保護(hù)給人類以可以直接利用的景觀、休閑、旅游、教育空間。自然保護(hù)區(qū)主要依靠自然過(guò)程恢復(fù),較少人為參與管理,濕地公園有人為引水灌溉、施肥、栽種植物如蘆葦、并伴有刈割等管理行為,有移除表層土壤,建造護(hù)堤、改造土層結(jié)構(gòu)的活動(dòng),從干擾強(qiáng)度來(lái)看,濕地公園大于濕地自然保護(hù)區(qū)(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Sketch map of the location of the study area WP: 濕地公園 Wetland park; NR: 自然保護(hù)區(qū)Nature reserve

1.2 采樣和分析方法

2017年7—8月對(duì)黑河中游濕地植被和土壤進(jìn)行全面綜合考查,由于自然保護(hù)區(qū)和濕地公園面積差異較大,為了盡量保證樣方均勻分布于自然保護(hù)區(qū)和濕地公園的典型生境,進(jìn)而全面客觀的反映自然保護(hù)區(qū)和濕地公園的植物和土壤特征,在自然保護(hù)區(qū)內(nèi)沿河流大致以 5 km為間距設(shè)置樣地,使得樣地盡可能均勻分布,最終設(shè)置調(diào)查樣地19個(gè),在濕地公園典型生境按照道路分布情況設(shè)置調(diào)查樣地4個(gè)。根據(jù)群落特征在各個(gè)樣地內(nèi)設(shè)置 1 m×1 m 草本樣方或 30 m×30 m 喬灌木樣方,最終在自然保護(hù)區(qū)和濕地公園分別設(shè)置樣方73個(gè)和25個(gè)。同步進(jìn)行植物與土壤采樣,記錄樣方的基本狀況如經(jīng)緯度、海拔等,以及群落學(xué)特征如物種種類、數(shù)量、株高、冠幅等。沿樣方對(duì)角線用環(huán)刀法均勻按0—10、10—20 cm和20—40 cm進(jìn)行分層采樣各取3份裝入鋁盒并稱鮮重,另取一份均勻混合好的土樣裝袋并標(biāo)號(hào),帶回室內(nèi)測(cè)定土壤物理化學(xué)性質(zhì)。

在實(shí)驗(yàn)室中,土壤樣品在常溫下風(fēng)干、碾碎,依次通過(guò)1、0.250 mm和0.149 mm的篩子去除動(dòng)、植物殘?bào)w和礫石等物質(zhì)。土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定；總氮采用凱氏定氮法測(cè)定；總磷采用硫酸-高氯酸消煮法測(cè)定；速效氮采用流動(dòng)分析儀(SKALAR 8505)測(cè)定；速效磷采用雙酸浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定[21]；速效鉀采用乙酸銨提取-火焰光度法測(cè)定；容重和土壤含水量采用烘干法測(cè)定,在105℃烘箱中烘48h；pH值采用PHS- 3C酸度計(jì)(土水比1∶5)測(cè)定；土壤鹽分采用重量法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用總蓋度、總多度和平均高度來(lái)表征植物生長(zhǎng)狀態(tài)?？偵w度指樣方內(nèi)各物種蓋度之和,總多度指樣方內(nèi)各物種數(shù)量之和,平均高度是樣方內(nèi)所有物種高度的平均值。常見(jiàn)物種是指在樣地內(nèi)40%或者以上的樣方中出現(xiàn)的物種。優(yōu)勢(shì)物種是指在樣地內(nèi)覆蓋率達(dá)20%或以上的物種[26]。植物群落的Patrick豐富度指數(shù)(R),Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)和Pielou均勻度指數(shù)(E)均可用來(lái)表征物種多樣性特征,其中R代表一個(gè)群落或生境中物種數(shù)目的多寡；H代表群落物種個(gè)體出現(xiàn)的不穩(wěn)定性,包括種類的數(shù)目和種類中個(gè)體分配均勻性兩個(gè)因素；E代表群落中全部物種個(gè)體數(shù)的分布狀況,計(jì)算公式如下[27]：

Patrick豐富度指數(shù)(R)：

R=S

Pielou均勻度指數(shù)(E)：E=H/lnS

式中,Pi為物種i的重要值(相對(duì)高度+相對(duì)多度+相對(duì)蓋度)/3,S為物種i所在樣方的物種總數(shù)。

在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析之前轉(zhuǎn)換所有數(shù)據(jù)以滿足正態(tài)性標(biāo)準(zhǔn)和方差同質(zhì)性檢驗(yàn)。使用Duncan多重比較的單因素方差分析評(píng)估土壤性質(zhì)和植物多樣性的差異性。使用Pearson相關(guān)分析來(lái)比較不同生態(tài)保護(hù)地下土壤性質(zhì)和植物多樣性之間的關(guān)系。顯著差異均在0.05水平上評(píng)估。所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析均使用Excel 2007和SPSS 17.0軟件進(jìn)行,采用Origin 2017軟件繪圖。

2 結(jié)果

2.1 不同生態(tài)保護(hù)地的植物特征

2.1.1不同生態(tài)保護(hù)地的植物組成

調(diào)查結(jié)果顯示,在濕地公園和自然保護(hù)區(qū)中共出現(xiàn)了植物30科70屬99種,包括4種喬木,5種灌木,4種半灌木,86種草本植物,禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)和藜科(Chenopodiaceae)的物種較多,分別占物種總數(shù)的16.16%、13.13%和12.12%。其中濕地公園出現(xiàn)物種46種,隸屬于18科41屬,占物種總數(shù)的46.46 %,自然保護(hù)區(qū)出現(xiàn)物種80種,隸屬于24科55屬,占物種總數(shù)的80.81%,兩種保護(hù)地中的共有種有27種?？梢钥闯鲎匀槐Ｗo(hù)區(qū)中的植物科屬種均高于濕地公園(圖2)。

圖2 不同生態(tài)保護(hù)地的植物科屬種組成Fig.2 Composition of plant species in different ecological protection areas

由表1可知,自然保護(hù)區(qū)的優(yōu)勢(shì)物種主要以多年生草本、灌木或小喬木為主,既有鵝絨委陵菜(Potentillaanserina)、水蔥(Scirpusvalidus)、中間型荸薺(Heleocharisintersita)等對(duì)水分需求相對(duì)高的多年生草本植物,也有賴草等中旱生多年生草本,還有密花檉柳(Tamarixarceuthoides)、多花檉柳(Tamarixramosissima)、線葉柳(Salixwilhelmsiana)等對(duì)環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)的灌木或小喬木；濕地公園的優(yōu)勢(shì)物種主要以需水性一年生和多年生草本為主。自然保護(hù)區(qū)的常見(jiàn)物種以多年生草本為主,既有蓼子樸(Inulasalsoloides)、小薊(Cirsiumsetosum)、蒲公英(Taraxacummongolicum)、披堿草(Elymusdahuricus)等中旱生植物,又有小香蒲(Typhaminima)、長(zhǎng)苞香蒲(Typhaangustata)、澤瀉(Alismagramineum)等沼生或水生草本；濕地公園的常見(jiàn)物種主要為蘆葦、灰綠藜(Malvaverticillata)、扁稈藨草(Scirpusplaniculmis)、沼生柳葉菜(Epilobiumpalustre)等需水性較強(qiáng)的多年生草本。

2.1.2不同生態(tài)保護(hù)地的植物生長(zhǎng)狀態(tài)

由圖3可知,濕地公園和自然保護(hù)區(qū)的植物高度和多度存在顯著差異(P<0.05),濕地公園中的植物高度(89.46±10.05)cm顯著高于自然保護(hù)區(qū)(33.61±3.30)cm,而自然保護(hù)區(qū)的單位面積植被多度(440.41±63.03)顯著高于濕地公園(122.72±14.82)。植物蓋度在兩種保護(hù)地下無(wú)顯著差異(P>0.05)。

表1 不同生態(tài)保護(hù)地的植物優(yōu)勢(shì)物種和常見(jiàn)物種

2.1.3不同生態(tài)保護(hù)地的物種多樣性

由圖4可知,濕地公園和自然保護(hù)區(qū)中的物種多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)一致,兩種保護(hù)地下的Patrick豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)均存在顯著差異(P<0.05),且自然保護(hù)區(qū)中的值較高。自然保護(hù)區(qū)中的Patrick豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)分別為6.74±0.41、1.31±0.05和0.76±0.02,濕地公園中的分別為4.24±0.33、0.88±0.09和0.61±0.05。

圖3 不同生態(tài)保護(hù)地的植被生長(zhǎng)狀態(tài)Fig.3 The state of vegetation growth in different ecological protection areas方框圖：第5、25、75和95百分位數(shù)繪制為帶有誤差線的垂直方框,黑點(diǎn)表示平均值,實(shí)線表示中位數(shù);不同保護(hù)地之間的顯著差異用符號(hào)表示如下：*** P <0.001,*** P <0.01,* P <0.05; ns(無(wú)顯著差異)

圖4 不同生態(tài)保護(hù)地的物種多樣性Fig.4 The state of vegetation growth in different ecological protection areas方框圖：第5、25、75和95百分位數(shù)繪制為帶有誤差線的垂直方框,黑點(diǎn)表示平均值,實(shí)線表示中位數(shù);不同保護(hù)地之間的顯著差異用符號(hào)表示如下：*** P <0.001,*** P <0.01,* P <0.05; ns(無(wú)顯著差異)

2.2 不同生態(tài)保護(hù)地的土壤性質(zhì)

2.2.1不同生態(tài)保護(hù)地的土壤水分、鹽分、容重和pH值

由圖5可知,在0—10、10—20 cm和20—40 cm土層,土壤水分含量和鹽分含量在兩種保護(hù)地之間沒(méi)有顯著差異(P>0.05),土壤容重和pH值在自然保護(hù)區(qū)中顯著高于濕地公園(P<0.05)。自然保護(hù)區(qū)土壤鹽分在不同土層有顯著差異,兩種保護(hù)地土壤容重均在不同土層有顯著差異(P<0.05),而兩種保護(hù)地土壤水分含量和pH值在不同土層均沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。兩種保護(hù)地土壤鹽分含量隨土層深度增加而降低,土壤容重和pH值隨土層深度增加而增加。

圖5 不同生態(tài)保護(hù)地下的土壤含水量、鹽分、容重、pH值Fig.5 Soil moisture, salinity, bulk density and pH value under different ecological protection ares誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤差；小寫字母表示同一土層不同保護(hù)地之間的顯著差異,大寫字母表示同一保護(hù)地不同土層之間的顯著差異(P<0.05)

2.2.2不同生態(tài)保護(hù)地的土壤碳、氮、磷和鉀

由圖6可知,在0—10、10—20 cm和20—40 cm土層,土壤有機(jī)碳、全氮、速效氮、全磷和速效鉀含量在濕地公園顯著高于自然保護(hù)區(qū)(P<0.05),而速效磷含量在兩種保護(hù)地之間沒(méi)有顯著差異(P>0.05)。兩種保護(hù)地下的土壤有機(jī)碳在不同土層均有顯著差異,自然保護(hù)區(qū)土壤的全氮、速效氮、全磷和速效鉀含量在不同土層有顯著差異(P<0.05),而兩種保護(hù)地下土壤的速效磷含量在不同土層均沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。兩種保護(hù)地下的土壤養(yǎng)分都隨深度增加而降低。

圖6 不同生態(tài)保護(hù)地的土壤碳、鉀、氮、磷Fig.6 Soil carbon, potassium, nitrogen and phosphorus in different ecological protection areas誤差線為標(biāo)準(zhǔn)誤差；小寫字母表示同一土層不同保護(hù)地之間的顯著差異,大寫字母表示同一保護(hù)地不同土層之間的顯著差異(P<0.05)

2.3 不同生態(tài)保護(hù)地植物特征與土壤性質(zhì)的關(guān)系

由表2可知,在濕地公園中,植物蓋度與土壤鹽分、速效氮和速效鉀呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。植物高度與土壤pH值和速效磷呈顯著負(fù)相關(guān),與含水量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。植物多度與土壤速效磷呈顯著負(fù)相關(guān)。豐富度指數(shù)與速效氮呈顯著負(fù)相關(guān)。多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)受全磷和速效磷的影響顯著。在自然保護(hù)區(qū)中,植物蓋度和高度與土壤水分、有機(jī)碳和全氮呈極顯著正相關(guān),與土壤容重和pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)。多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)與鹽分呈顯著負(fù)相關(guān)(表2)。

表2 不同生態(tài)保護(hù)地的植物特征和土壤性質(zhì)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

* 表示 0.05 水平上的顯著性,** 表示 0.01 水平上的顯著性；土壤因子：WC：土壤水分含量Water content；BD：容重Bulk density；SA：鹽分Salinity；pH：酸堿度；SOC：土壤有機(jī)碳Soil organic carbon；TN：全氮Total nitrogen；TP：全磷Total phosphorus；AP：速效磷Available phosphorus；AN：速效氮Available nitrogen；AK：速效鉀Available potassium

3 討論

3.1 不同生態(tài)保護(hù)地植物多樣性的變化

濕地保護(hù)與恢復(fù)可以為濕地物種創(chuàng)造可持續(xù)生長(zhǎng)的條件[28]。本文研究結(jié)果表明,自然保護(hù)區(qū)的植物多度和物種多樣性顯著高于濕地公園。這與多數(shù)學(xué)者研究結(jié)果一致,較少人為參與有利于維護(hù)物種多樣性和群落結(jié)構(gòu)[29],人為干擾較強(qiáng)會(huì)降低物種多樣性[30]。濕地公園給人類提供科普教育、觀光游憩、生態(tài)體驗(yàn)等服務(wù)功能,較強(qiáng)的人為干擾能對(duì)濕地公園產(chǎn)生明顯影響, 使植被多度和物種多樣性發(fā)生不同程度的變化[31],例如游客的反復(fù)踐踏可造成地上植物的部分損壞或死亡, 進(jìn)而使?jié)竦毓珗@植物的多度衰減[32]；人為活動(dòng)增加了植物物種之間的競(jìng)爭(zhēng)力,最終使具有較強(qiáng)適應(yīng)能力的物種得以生存,導(dǎo)致物種多樣性減少[33]。自然保護(hù)區(qū)原則上只有實(shí)驗(yàn)區(qū)能選擇性的開(kāi)展參觀旅游等不破壞自然環(huán)境的活動(dòng),其核心區(qū)和緩沖區(qū)禁止人為活動(dòng),這就使得接近自然的棲息地得以保護(hù),從而物種多樣性得到保護(hù)[34]。濕地公園通過(guò)移除土壤表層,用來(lái)建造護(hù)堤形成洼地,使土壤種子庫(kù)中存活的種子被大量移走[26],降低了種子庫(kù)在物種多樣性方面的潛力。濕地公園有人為大量種植蘆葦,使植被種類趨于簡(jiǎn)單。此外,濕地公園土壤養(yǎng)分含量較高,隨著土壤肥力的增加,富有競(jìng)爭(zhēng)力的物種如蘆葦?shù)仍诃h(huán)境中占優(yōu)勢(shì),群落中的優(yōu)勢(shì)種在養(yǎng)分等資源競(jìng)爭(zhēng)上勝過(guò)別的植物,使其獲得的生存空間和養(yǎng)分較少,從而導(dǎo)致植物多樣性較低[35]。因此,物種多樣性的差異可能是受旅游干擾、移除土壤表層和養(yǎng)分含量的影響所致。

本文研究結(jié)果顯示,濕地公園的植物高度顯著高于自然保護(hù)區(qū),表明濕地公園對(duì)物種的生長(zhǎng)發(fā)育有一定促進(jìn)作用。雖然濕地公園有定期施肥,但研究表明植物多樣性與土壤有機(jī)質(zhì)積累和養(yǎng)分濃度等指標(biāo)之間沒(méi)有關(guān)系,施肥并不會(huì)顯著地改變物種多樣性[30],施肥、充足的養(yǎng)分卻可以有效促進(jìn)植物的生長(zhǎng)繁殖,適當(dāng)?shù)娜斯す芾砜梢源龠M(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育[9],保證濕地景觀。其次,濕地公園有人工移植蘆葦,蘆葦在水分條件充足時(shí)極易形成較高且連片的蘆葦群落,而自然保護(hù)區(qū)植被大部分是低矮的草本植物,這使得公園植物高度較高。另外,本研究中土壤pH呈堿性且自然保護(hù)區(qū)中的值高于濕地公園,土壤pH值高時(shí)不利于植物生長(zhǎng)發(fā)育[22,36]。因此,植物高度的差異是受施肥、植物移植和土壤pH等的影響所致。

3.2 不同生態(tài)保護(hù)地土壤性質(zhì)的變化

3.2.1不同生態(tài)保護(hù)地土壤容重、水分、鹽分和pH的變化

土壤容重是衡量土壤物理性質(zhì)和孔隙度的重要指標(biāo),影響著土壤的透水性[37]。本文研究結(jié)果表明,濕地公園的土壤容重顯著低于自然保護(hù)區(qū)。濕地公園所在區(qū)域進(jìn)行建設(shè)前為退耕地,土壤容重差異受濕地保護(hù)前土地利用方式的影響,耕作、播種農(nóng)業(yè)實(shí)踐對(duì)土壤擾動(dòng)大,導(dǎo)致土質(zhì)疏松,土壤孔隙度增加,土壤容重降低,另外施用有機(jī)肥使土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加,有利于大團(tuán)聚體的形成,增加土壤孔隙度,從而降低土壤容重[38]。濕地公園中有人為澆灌,有研究發(fā)現(xiàn)土壤容重與土壤水分負(fù)相關(guān)[39],這可能是造成土壤容重差異的另一個(gè)原因。濕地水文條件在濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能中有著關(guān)鍵作用。本文研究結(jié)果表明,土壤水分含量和鹽分含量在兩種保護(hù)地之間沒(méi)有顯著差異,這與Roy等[11]的研究結(jié)果相似。

土壤酸堿度是土壤重要的化學(xué)性質(zhì)之一,與植物生長(zhǎng)和土壤肥力緊密相關(guān)[36]。本文研究結(jié)果表明,pH值呈堿性且濕地公園顯著低于自然保護(hù)區(qū)。濕地公園有旅游干擾如游客踐踏和亂扔垃圾等行為,而局部微環(huán)境和外來(lái)物質(zhì)的變化會(huì)引起土壤酸堿度的改變,這在一定程度上降低了土壤pH值[40]。濕地公園常伴有人工灌溉,區(qū)域內(nèi)有流水可見(jiàn),當(dāng)堿性土壤長(zhǎng)期處于漬水環(huán)境時(shí),土壤pH值會(huì)降低[41]。濕地公園有機(jī)碳含量較高,土壤有機(jī)碳含量增加會(huì)影響土壤中的陽(yáng)離子,從而降低土壤pH值[42]。此外,本研究中的濕地公園位于自然保護(hù)區(qū)上游,越往下游土壤鹽分含量越高,而自然狀態(tài)下鹽堿土的堿度隨著鹽分積累而增加,所以自然保護(hù)區(qū)pH值較高。因此,土壤pH值的差異是受旅游干擾、人為澆灌、地理位置和有機(jī)碳含量等的影響所致。

3.2.2不同生態(tài)保護(hù)地土壤有機(jī)碳、氮和磷的變化

濕地土壤有機(jī)碳和氮含量是衡量濕地土壤質(zhì)量的良好指標(biāo)[43]。本文研究結(jié)果顯示,濕地公園的土壤有機(jī)碳、全氮和速效氮含量顯著高于自然保護(hù)區(qū)。有研究發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果,人為參與有助于土壤有機(jī)碳和氮的積累[44]。濕地公園恢復(fù)前為耕地,有人為施肥殘留及定期噴藥等管理措施導(dǎo)致濕地公園的土壤有機(jī)碳、總氮和速效氮高于自然保護(hù)區(qū)[45]。濕地公園有人為種植蘆葦,有學(xué)者在研究濕地不同植物的土壤氮含量時(shí)發(fā)現(xiàn),與蘆葦相對(duì)應(yīng)的土壤氮含量最高[46]。濕地公園在植物生長(zhǎng)狀況方面顯著好于自然保護(hù)區(qū),恢復(fù)濕地土壤氮素增減受植物生長(zhǎng)情況影響[47]。因此土壤有機(jī)碳和氮含量的差異是受濕地保護(hù)前土地利用方式、人為施肥、植物生長(zhǎng)狀況等的影響所致。

濕地土壤磷含量變化顯著影響著濕地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力[48]。研究結(jié)果顯示,濕地公園的土壤全磷含量顯著高于自然保護(hù)區(qū),這與Cohen等[10]、Barrico等[34]的研究結(jié)果相同。濕地公園大量的除草、噴藥等管理措施,極易導(dǎo)致殘余化學(xué)物質(zhì)流入水體造成污染,干擾強(qiáng)烈的區(qū)域水體具有較高的總氮和總磷含量[49],植物在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收水分導(dǎo)致植物具有較高的氮磷含量,而土壤中的磷主要來(lái)自植物殘?bào)w的輸入和成土母巖的風(fēng)化作用[46],這導(dǎo)致濕地公園土壤磷含量較高。濕地公園土壤碳氮含量高于自然保護(hù)區(qū),濕地土壤有機(jī)碳、氮和磷相互之間有著密切的聯(lián)系,通常當(dāng)土壤有機(jī)碳含量高時(shí),土壤氮磷含量也較高[37]。濕地公園有可能部分受以前耕地施肥殘留及人類廢棄物的影響出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象使土壤磷含量較高。此外,本研究中濕地公園的優(yōu)勢(shì)物種為蘆葦,蘆葦?shù)耐寥懒缀扛哂谄渌麧竦刂参颷46]。因此,濕地土壤碳氮磷之間的聯(lián)系、耕地施肥殘留等是導(dǎo)致濕地公園和自然保護(hù)區(qū)土壤磷含量差異的因素。

3.3 不同生態(tài)保護(hù)地土壤性質(zhì)與植物多樣性的關(guān)系

濕地物種多樣性與土壤性質(zhì)之間的關(guān)系在濕地生態(tài)系統(tǒng)的特征和穩(wěn)定性中起著重要作用[35]。本文研究結(jié)果表明,影響濕地公園和自然保護(hù)區(qū)物種多樣性的土壤因子不同。濕地公園中多樣性指數(shù)主要受全磷和速效磷的影響顯著,自然保護(hù)區(qū)中多樣性指數(shù)主要受鹽分的影響,這與多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果一致[13]。濕地公園中植物多度與土壤速效磷呈顯著相關(guān),自然保護(hù)區(qū)中植物多度與土壤因子無(wú)顯著相關(guān)性,這可能是由于濕地公園有施肥影響所致。

公園和保護(hù)區(qū)的植被特征與土壤性質(zhì)之間關(guān)系的不同可能是由于土壤性質(zhì)具有空間變異性[6]。人為活動(dòng)會(huì)改變植物和土壤性質(zhì),因此人為干擾的差異也是影響濕地物種多樣性與土壤性質(zhì)之間關(guān)系不一致的原因[13]。土壤養(yǎng)分影響植物生長(zhǎng),土壤養(yǎng)分的差異會(huì)導(dǎo)致其與植物特征的關(guān)系不同[35]。也有學(xué)者認(rèn)為物種多樣性是地理環(huán)境、土壤環(huán)境和干擾強(qiáng)度等因素共同作用的結(jié)果[50]。

3.4 對(duì)濕地保護(hù)和管理的啟示

濕地公園和自然保護(hù)區(qū)的植物特征和土壤性質(zhì)差異明顯,這是因?yàn)椴煌鷳B(tài)保護(hù)地的管理方式以及干擾強(qiáng)度不一致。從保護(hù)濕地景觀角度看,濕地公園有利于植物生長(zhǎng)發(fā)育[10,34],良好的植物生長(zhǎng)狀態(tài)又有利于吸引更多游客觀賞,從而提高濕地公園的收入。自然保護(hù)區(qū)的植物生長(zhǎng)狀態(tài)較差,且保護(hù)區(qū)選擇性的開(kāi)展參觀旅游活動(dòng),這對(duì)保護(hù)區(qū)帶來(lái)的收益較少。從維護(hù)物種多樣性角度看,自然保護(hù)區(qū)較少人為參與有利于維護(hù)物種多樣性,從而更好的維護(hù)植物群落結(jié)構(gòu)[29,32]。濕地公園由于人工傳統(tǒng)管理實(shí)踐和游客活動(dòng)等干擾,使物種多樣性較低,植物群落結(jié)構(gòu)較單一,導(dǎo)致群落受外界影響大、自我調(diào)節(jié)能力弱、穩(wěn)定性差,不利于植物群落結(jié)構(gòu)的維護(hù)[9]。從土壤養(yǎng)分固存和土壤質(zhì)地改善角度看,濕地公園有利于保護(hù)土壤性質(zhì),自然保護(hù)區(qū)在土壤固碳、固氮等方面的成效不佳,這可能與濕地公園保護(hù)前土地利用方式、噴藥、濕地土層結(jié)構(gòu)改造等有關(guān)。綜上所述,濕地公園的植物生長(zhǎng)狀態(tài)和濕地景觀較好,有利于土壤養(yǎng)分固存和土壤質(zhì)地的改善,并且滿足公眾需要和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,在管理保護(hù)過(guò)程中需要人工干預(yù),不斷的進(jìn)行引水澆灌、栽種植等管理行為,需要投入大量人力物力。自然保護(hù)區(qū)有利于維護(hù)物種多樣性和植物群落結(jié)構(gòu),在保護(hù)過(guò)程中不需要使用大量的人力進(jìn)行管理,投入較低。因此,濕地公園和自然保護(hù)區(qū)對(duì)干旱區(qū)濕地保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展都很重要。

4 結(jié)論

黑河中游濕地不同生態(tài)保護(hù)地的土壤性質(zhì)和植被特征及其關(guān)系差異明顯。濕地公園的植物高度和土壤有機(jī)碳、全氮、速效氮、全磷、速效鉀含量顯著高于自然保護(hù)區(qū),土壤容重、pH顯著低于自然保護(hù)區(qū),表明濕地公園有利于植物生長(zhǎng)發(fā)育、土壤養(yǎng)分固存、改善土壤質(zhì)地；自然保護(hù)區(qū)的植物科屬種、多度、多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)顯著高于濕地公園,表明自然保護(hù)區(qū)有利于維持植物多樣性；影響兩種保護(hù)地下植物多樣性的土壤因子不同,公園物種多樣性指數(shù)受土壤全磷和速效磷的影響顯著,自然保護(hù)區(qū)物種多樣性指數(shù)受土壤鹽分的影響顯著。兩種保護(hù)地對(duì)黑河中游濕地的保護(hù)具有重要作用。