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    米草入侵對江蘇省灘涂動物群落的影響

    2011-03-07 04:55:36謝桂林赫福霞謝桐音唐伯平
    關(guān)鍵詞:草灘互花東臺

    謝桂林,赫福霞,謝桐音,黃 成,唐伯平

    (1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,哈爾濱 150030;2.南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,南京 210093;3.鹽城師范學(xué)院生物系,江蘇 鹽城 224002)

    生物入侵(Biological invasions)作為全球變化的一個重要組成部分,被認(rèn)為是當(dāng)前最棘手的三大環(huán)境問題之一。外來物種的成功入侵,常常直接或間接地降低被入侵地的生物多樣性,改變當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,并最終導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的退化與生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)的喪失,嚴(yán)重威脅區(qū)域生態(tài)安全,也給全球的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)甚至人類健康造成巨大的影響。

    互花米草(Spartina alterniflora Loisel.)原產(chǎn)于大西洋西海岸及墨西哥灣,自上世紀(jì)70年代末以來,互花米草在我國廣大的河口與沿海灘涂迅速引種,取得了一定的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益,但也帶來了一系列危害。目前,互花米草已成為我國沿海灘涂最重要的入侵植物,是首批入侵我國的16種外來入侵種之一。近年來,與互花米草相關(guān)的研究,成為一個研究熱點(diǎn)[1]。

    1 材料與方法

    1.1 研究點(diǎn)自然概況

    研究點(diǎn)位于我國江蘇省鹽城市海岸濕地(32°34'~34°28'N,119°48'~120°56'E)[2]。該區(qū)處于溫帶和亞熱帶的過渡地帶,受海洋性和大陸性氣候的共同影響,季風(fēng)盛行,四季分明。年平均光照時間2199~2362 h,太陽輻射 116.2 ×4.184~121.0 ×4.184 kJ·cm-2。1月平均氣溫-0.3~1.3 ℃,最低氣溫-17.3℃;7月份溫度26.7~27.4℃,最高溫度39.0℃,無霜期210~224 d。降水充沛,雨熱同季,年平均降水量為980~1070 mm,70%的降水集中在5~7月之間。災(zāi)害性天氣有臺風(fēng)、暴雨、冰雹、龍卷風(fēng)、寒潮與霧等。水源有陸地水和海洋水。海水淹沒潮間帶間隔為7~12 h;潮位約1.27~4.61 m。海水鹽度2.953%~3.224%,pH約8.0。灘涂是典型的淤泥質(zhì)海岸[3]。

    1.2 研究方法

    1.2.1 樣點(diǎn)設(shè)置

    在設(shè)置采樣點(diǎn)時,主要考慮了灘涂米草的栽植歷史,生長情況以及潮汐動態(tài)等因素,在江蘇省鹽城市的射陽縣(SY)、大豐市(DF)、東臺市(DT)三地,每地在調(diào)查時又將灘涂潮間帶分為草灘區(qū)(C),光灘區(qū)(G),共設(shè)置了6個采樣點(diǎn),分別為射陽草灘區(qū)(SYC)、射陽光灘區(qū)(SYG)、大豐草灘區(qū)(DFC)、大豐光灘區(qū)(DFG)、東臺草灘區(qū)(DTC)和東臺光灘區(qū)(DTG)。每個采樣點(diǎn)等距離的設(shè)置3個點(diǎn)作為重復(fù),最后取3個值的平均數(shù)作為該采樣點(diǎn)的生物量數(shù)。

    1.2.2 采樣時間

    對設(shè)置在三地草灘區(qū)(C),光灘區(qū)(G)的6個采樣點(diǎn),于2006年4月15日采樣1次。

    1.2.3 采樣方法

    1.2.3.1 定量標(biāo)本

    每采樣點(diǎn)取樣面積為100 cm×100 cm,通常深度為50~150 cm(主要是根據(jù)灘涂動物棲息深度而定)。

    先目測并手撿表面活動的動物標(biāo)本,再挖取樣方內(nèi)的土至分樣篩中,仔細(xì)分揀出所有動物,然后進(jìn)行分類鑒定和計數(shù)。

    1.2.3.2 定性標(biāo)本定量取樣時,在其樣方附近區(qū)域進(jìn)行其他種類的動物標(biāo)本采集。作為定量樣品的補(bǔ)充。

    1.2.4 分析方法[4]

    1.2.4.1 群落結(jié)構(gòu)分析

    ①Shannon指數(shù)(以2為底)

    式中,S-群落中所有物種數(shù)目(以下同);N-群落中所有個體數(shù)目;ni-群落中第i個種的個體數(shù)量(以下同);Pi-i類群個體數(shù)占總個體數(shù)的比例。

    ②Simpson指數(shù)

    ③margalef指數(shù)

    ④Berger-Parker指數(shù)

    式中,nmax=-個體數(shù)最多種類的個體數(shù)量。

    1.2.4.2 群落相似性分析

    相似性系數(shù)用Bray-Curtis系數(shù),公式為Ds=2J/(a’+b’)。式中a’、b’分別為群落A和群落B中所有種的個體數(shù)之和,J為A、B兩群落中共有個體數(shù)。

    1.2.5 數(shù)據(jù)處理

    數(shù)據(jù)采用Excel 2003和BioDiversity Professional Version 2.0軟件進(jìn)行整理和統(tǒng)計分析。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 群落組成和數(shù)量分布

    本次調(diào)查共獲灘涂動物標(biāo)本738份。經(jīng)過對標(biāo)本逐一鑒定,它們是分別隸屬于5門6綱17科的30種。種的名錄和數(shù)量分布見表1。由表1可見,江蘇省鹽城市海岸濕地灘涂動物群落優(yōu)勢種(個體數(shù)占總數(shù)量10%以上)有1個為雙齒圍沙蠶;常見種(個體數(shù)占總數(shù)量的1%~10%)有微黃鐮玉螺、長角涵螺、縱帶錐螺等20個;稀有種(個體數(shù)占總數(shù)量的1%以下)有粗異白櫻蛤、寬身閉口蟹、脊尾白蝦等9個。從表1還可以看出,三個站6個采樣點(diǎn)灘涂動物群落的組成和數(shù)量分布均有明顯不同。從種的組成上看,盡管三個站6個采樣點(diǎn)灘涂動物群落的種數(shù)分別為25、17、24、23、23和15,有一定差別,但在三個站6個采樣點(diǎn)均有分布者僅有7個種。就某一個采樣點(diǎn)而言,東臺草灘區(qū)優(yōu)勢種有3個,即雙齒圍沙蠶、微黃鐮玉螺和長角涵螺,分別占該點(diǎn)總數(shù)的34.19%、14.93%和11.72%,常見種16個,稀有種6個。東臺光灘區(qū)優(yōu)勢種有3個,也為雙齒圍沙蠶、微黃鐮玉螺和長角涵螺,分別占該點(diǎn)總數(shù)的35.66%、14.71%和14.71%,常見種14個,無稀有種。大豐草灘區(qū)優(yōu)勢種有1個,為雙齒圍沙蠶,占該點(diǎn)總數(shù)的51.99%,常見種15個,稀有種8個。大豐光灘區(qū)優(yōu)勢種有1個,為雙齒圍沙蠶,占該點(diǎn)總數(shù)的33.24%,常見種19個,稀有種3個。射陽草灘區(qū)優(yōu)勢種有1個,為雙齒圍沙蠶,分別占該點(diǎn)總數(shù)的42.89%,常見種20個,稀有種2個。射陽光灘區(qū)優(yōu)勢種有1個,也為雙齒圍沙蠶占該點(diǎn)總數(shù)的45.34%,常見種14個,無稀有種。三個站6個采樣點(diǎn)中,草灘區(qū)的物種數(shù)和每個物種的個體數(shù)都多于光灘區(qū),并且所有光灘區(qū)稀有種較少,射陽光灘區(qū)和東臺光灘區(qū)就沒有稀有種。

    表1 江蘇省灘涂動物群落組成和數(shù)量分布Table1 Beach wetland animal communities composion and number distribution

    續(xù) 表

    2.2 多樣性指數(shù)(Index of diversity)

    Shannon-Weiner多樣性指數(shù)是應(yīng)用較為廣泛的物種多樣性指數(shù)。該指數(shù)的生態(tài)學(xué)意義較為明確:①對于種數(shù)一定的群落總體,各種間數(shù)量分布均勻,群落的多樣性最高;②2個物種數(shù)量分布均勻的群落,物種數(shù)目多則意味著多樣性指數(shù)高;③1個群落的多樣性可以分離成不同的組成部分,為生物群落不同等級特征上的多樣性測度提供了有效的方法[5]。從表2可以看出,江蘇省灘涂濕地土壤動物Shannon-Weiner多樣性指數(shù)在三個站6個采樣點(diǎn)中差別不是太大,其中,大豐光灘區(qū)的多樣性指數(shù)最高,為1.133,原因可能是該區(qū)物種數(shù)較多,各種間數(shù)量分布均勻,優(yōu)勢種所占比例較小。射陽光灘區(qū)的多樣性指數(shù)最低,為0.885,原因是,盡管該區(qū)各個物種數(shù)量分布較均勻,但物種數(shù)少,優(yōu)勢種所占的比例也較小。東臺和射陽草灘區(qū)的多樣性指數(shù)都高于該樣點(diǎn)光灘區(qū)的多樣性指數(shù),說明草灘區(qū)各種間數(shù)量分布較均勻。

    江蘇省灘涂濕地土壤動物Simpson多樣性指數(shù)在三個站6個采樣點(diǎn)中差別比較大,其中,大豐草灘區(qū)的多樣性指數(shù)最高,為0.276,大豐光灘區(qū)的多樣性指數(shù)最低,為0.11。另兩個樣點(diǎn)草灘區(qū)和光灘區(qū)多樣性指數(shù)則相差很少。原因可能是米草的入侵為沙蠶提供了豐富的營養(yǎng),其種群就逐漸穩(wěn)定,成為優(yōu)勢類群,而當(dāng)?shù)赝林鴥?yōu)勢類群比如瓣鰓綱的動物,則由于不適應(yīng)米草這種盤根錯節(jié)的環(huán)境而數(shù)量大大降低,它們所活動的場所隨之大大減少,使得光灘區(qū)的多樣性指數(shù)較低。

    表2 江蘇省灘涂濕地土壤動物多樣性指數(shù)Table2 Index of diversity of the beach wetland animal

    江蘇省灘涂濕地土壤動物以10為底的margalef物種豐富度指數(shù)物種數(shù)與單個物種個體數(shù)自然對數(shù)的比值,結(jié)果在三個站6個采樣點(diǎn)中差別比較大。其中,射陽光灘區(qū)的豐富度指數(shù)最高,為24.03,大豐草灘區(qū)的豐富度指數(shù)最低,為16.123,而且,所有樣點(diǎn)的草灘區(qū)的豐富度指數(shù)全部都低于該樣點(diǎn)光灘區(qū)的豐富度指數(shù)。豐富度指數(shù)越高,物種分布越均勻,優(yōu)勢種的優(yōu)勢越不明顯,群落可能越不穩(wěn)定,也就越有利于其他物種的侵入。

    江蘇省灘涂濕地土壤動物以10為底的伯杰-帕克優(yōu)勢度指數(shù)在三個站6個采樣點(diǎn)中差別比較大,有高有低。其中,大豐草灘區(qū)的優(yōu)勢度指數(shù)最高,為0.52,大豐光灘區(qū)的優(yōu)勢度指數(shù)最低,為0.332。而東臺和射陽的草灘區(qū)的優(yōu)勢度指數(shù)略低于該樣點(diǎn)光灘區(qū)的優(yōu)勢度指數(shù)。該結(jié)果與這些樣點(diǎn)的優(yōu)勢種在其中所占的比例正好呈正相關(guān),大豐草灘區(qū)優(yōu)勢種雙齒圍沙蠶所占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光灘區(qū),其優(yōu)勢度指數(shù)也大于光灘區(qū),其他兩個樣點(diǎn)草灘區(qū)優(yōu)勢種所占的比例略低于光灘區(qū),其優(yōu)勢度也略低于光灘區(qū)。所以,從優(yōu)勢度指數(shù)高低我們可以清楚地看到優(yōu)勢種在所處樣點(diǎn)的優(yōu)勢大小,優(yōu)勢種個體數(shù)多的優(yōu)勢度指數(shù)就高。

    2.3 斯皮爾曼等級相關(guān)矩陣分析(Spearmans rank correlationmatrix)

    兩個區(qū)間型變量間的關(guān)系,有很多種可能。在考察散點(diǎn)圖后,可用相關(guān)統(tǒng)計量將兩個變量的關(guān)系定量化。若兩個變量間存在一個線性關(guān)系,則它們?yōu)橄嚓P(guān)關(guān)系,否則,變量間的相關(guān)是不強(qiáng)的。相關(guān)系數(shù)是描述變量間線性關(guān)系的一個量,統(tǒng)計中有多個描述相關(guān)的指標(biāo),最常用的是Pearson相關(guān)系數(shù),簡稱相關(guān)系數(shù)。相關(guān)系數(shù)的值有以下幾種情況:①為-1和+1之間;②若兩個變量間有高度線性關(guān)系其值接近任何一個極端值;③若兩個變量間無高度線性關(guān)系其值接近于零;④若有正相關(guān)其值大于零(即兩者同時增大);⑤若有負(fù)相關(guān)其值小于零;(即兩者同時減?。6]。從表3可以看出,所有三個站6個采樣點(diǎn)間都呈現(xiàn)正相關(guān)。東臺草灘區(qū)和東臺光灘區(qū)之間的相關(guān)值最大為0.7017,相關(guān)程度最高;大豐光灘區(qū)和射陽光灘區(qū)之間的相關(guān)值次之為0.5541。大豐光灘區(qū)和東臺草灘區(qū)相關(guān)值最小為0.2001,相關(guān)程度最低。而且草灘區(qū)和草灘區(qū),光灘區(qū)和光灘區(qū)之間相關(guān)系數(shù)比較高,而草灘區(qū)和光灘區(qū)之間,除了東臺草灘區(qū)和光灘區(qū)在地理位置上最接近,其余的都比較低。這些結(jié)果說明了互花米草的入侵過程逐漸的,其中的底棲灘涂動物群落在逐漸穩(wěn)定的過程中相互很相似就不言自明。結(jié)合地理位置和其他數(shù)據(jù)值,我們可以看出底棲灘涂動物群落有個逐漸穩(wěn)定的過程,在受到外來生物比如互花米草入侵的情況下,它們逐漸適應(yīng),逐漸穩(wěn)定。相對而言,草灘區(qū)與光灘區(qū)的底棲灘涂動物群落由于生境的不同存在少許差別,草灘區(qū)和草灘區(qū)、光灘區(qū)和光灘區(qū)之間的差別相對就少一些。

    2.4 物種豐富度(Species richness)

    結(jié)果見圖1。

    表3 江蘇省灘涂濕地土壤動物的斯皮爾曼等級相關(guān)矩陣分析Table3 Spearmans rank correlationmatrix of the beach wetland animal

    圖1 江蘇省灘涂濕地土壤動物個體數(shù)量水平的物種豐富度Fig.1 Species richness of beach wetland animal at the number of individuals level

    物種豐富度指數(shù)即物種的數(shù)目,是最簡單最古老的物種多樣性測度方法,也是應(yīng)用最廣泛最簡單的物種多樣性測度方法[7]。本文采用了10種方法對江蘇省三個站6個采樣點(diǎn)的物種多樣性進(jìn)行了測度,結(jié)果如圖1所示。在種類豐富度方法中,6個樣點(diǎn)的評價值呈現(xiàn)逐漸上升趨勢,最后向30靠攏,趨于穩(wěn)定。在單性豐富度方法中,6個樣點(diǎn)的評價值呈現(xiàn)逐漸上升趨勢,而且上升趨勢較為一致。在雙性豐富度方法中,6個樣點(diǎn)的評價值呈現(xiàn)逐漸上升趨勢,而且上升趨勢較為一致。在唯一豐富度方法中,6個樣點(diǎn)的評價值呈現(xiàn)下降趨勢,而且下降趨勢表現(xiàn)為曲線,并最終達(dá)到橫軸上到0。所有結(jié)果都表明,6個采樣點(diǎn)的物種豐富度都呈現(xiàn)規(guī)律性分布,采樣點(diǎn)之間物種數(shù)目差別不大。從這個意義上說,互花米草等生物入侵對江蘇省灘涂濕地土壤動物群落物種數(shù)目的影響不大,但是從另外一方面考慮,由于互花米草等生物的入侵,造成了灘涂濕地土壤動物的采集環(huán)境發(fā)生了很大變化,采收起來變得非常困難,所以互花米草等生物的入侵還是給當(dāng)?shù)貛砹宋:Α?/p>

    2.5 布雷-柯蒂斯聚類分析(Bray-Curtis cluster analysis(single link))

    在研究過程中,采用布雷-柯蒂斯聚類分析,對三個站6個采樣點(diǎn)灘涂濕地土壤動物群落之間的相似性進(jìn)行測定,結(jié)果見表4。本文還進(jìn)一步采用類間平均鏈鎖法進(jìn)行了聚類分析,并繪制成枝狀譜系圖(見圖2)。

    表4 江蘇省灘涂濕地土壤動物的布雷-柯蒂斯聚類分析Table4 Bray-curtis cluster analysis(single link)of the beach wetland animal

    用卡方值測度不相似性。該測度是根據(jù)兩個集的頻數(shù)相等的卡方檢驗。測度產(chǎn)生的值是卡方的平方根。這是系統(tǒng)默認(rèn)的[8]。表4顯示,共有8例樣品進(jìn)入聚類分析。采用相關(guān)系數(shù)測量技術(shù),先顯示各變量間的相關(guān)系數(shù),這對于后面選擇典型變量是十分有用的。然后顯示類間平均鏈鎖法的合并過程,即第一步,DTC與DFC被合并,它們之間的相關(guān)系數(shù)最大,為67.41214;第二步,DFG與SYC合并,其間相關(guān)系數(shù)為65.46392;第三步,第一步與第二步兩步的合并項被合并,它們之間的相關(guān)系數(shù)為64.02267;第四步,因為Joined 1的值為2,所以與DTG合并,它們之間的相關(guān)系數(shù)為58.54749;第五步,最后一個變量SYG合并,這個相關(guān)系數(shù)最小,為56.68662。

    由表4和圖2可見,三個站6個采樣點(diǎn)中灘涂濕地土壤動物群落之間的相似性較好。東臺草灘區(qū)與大豐草灘區(qū)之間的相似性最大,達(dá)67.4121。射陽光灘區(qū)與大豐草灘區(qū)之間的相似程度最小,為33.9241。在所有采樣點(diǎn)中,大豐和東臺均為沙灘土質(zhì),所以兩地的草灘區(qū)與草灘區(qū)、與光灘區(qū)、草灘區(qū)與光灘區(qū)之間相似程度都較高,除了大豐光灘區(qū)與大豐草灘區(qū)和東臺草灘區(qū)之間相似系數(shù)分別為48.71和49.0135,為中度不相似外,其余的相似系數(shù)均高于50,為中度相似;而射陽的光灘區(qū)為泥沙灘,不同于其他采樣點(diǎn)的沙灘,土壤性質(zhì)差別較大,故相似程度較低,除了與東臺光灘區(qū)和大豐光灘區(qū)之間的相似性系數(shù)分別為54.0416和56.6866,高于50,為中度相似外,其余均低于50,為中度不相似。

    3 討論與結(jié)論

    本次調(diào)查共獲灘涂動物標(biāo)本738份,并從群落組成和數(shù)量分布、多樣性指數(shù)、斯皮爾曼等級相關(guān)矩陣分析、物種豐富度、布雷-柯蒂斯聚類分析等方面,對江蘇省鹽城市三地6個采樣點(diǎn)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示,江蘇省灘涂濕地土壤動物的Shannon-Weiner多樣性指數(shù),大豐光灘區(qū)的最高(1.133),射 陽 光 灘 區(qū) 的 最低(0.885)。Simpson多樣性指數(shù)大豐草灘區(qū)的最高(0.276),大豐光灘區(qū)最低(0.11)。以10為底的margalef物種豐富度指數(shù),草灘區(qū)全部都低于光灘區(qū),其中射陽光灘區(qū)的最高(24.03),大豐草灘區(qū)的最低(16.123)。以10為底的伯杰-帕克優(yōu)勢度指數(shù)大豐草灘區(qū)最高(0.52),大豐光灘區(qū)最低(0.332),而東臺和射陽的草灘區(qū)的優(yōu)勢度指數(shù)略低于光灘區(qū)的優(yōu)勢度指數(shù)。斯皮爾曼等級相關(guān)矩陣分析結(jié)果顯示,草灘區(qū)與光灘區(qū)的底棲灘涂動物群落,由于生境的不同存在少許差別,而草灘區(qū)和草灘區(qū)、光灘區(qū)和光灘區(qū)之間的差別相對少一些。6個采樣點(diǎn)的物種豐富度都呈現(xiàn)出規(guī)律性分布,物種數(shù)目差別不大。在6個采樣點(diǎn)中,灘涂濕地土壤動物群落之間的相似性較好;東臺草灘區(qū)與大豐草灘區(qū)之間的相似性最大,達(dá)67.4121,為中度相似;射陽光灘區(qū)與大豐草灘區(qū)之間的相似程度最小,為33.9241為中度不相似。從以上結(jié)果可以看出,互花米草等生物的入侵,對江蘇省灘涂濕地土壤動物群落物種的數(shù)目有一定影響,主要體現(xiàn)在幾種多樣性指數(shù)均較低。

    由于互花米草耐鹽耐淹,耐淤埋,耐風(fēng)浪,生產(chǎn)力高,常在其生境—沿海灘涂潮間帶形成大面積的單種優(yōu)勢群落[9]。互花米草不僅不降低植被覆蓋,還可防止水土大面積流失,而且作為第一生產(chǎn)力,可為其他的鹽沼動物和魚蝦提供營養(yǎng)。在互花米草原產(chǎn)地—美國東海岸,試驗證明該物種有利于維持灘涂濕地生物多樣性、土壤有機(jī)碳的儲存[10]和凈化水質(zhì)[11]?;セ撞莸拇嬖谶€為灘涂濕地動物群落提供了豐富的營養(yǎng)和必要的保障[12]。互花米草具有很好的抗風(fēng)消浪的作用,原本引進(jìn)的初衷是利用它來保灘護(hù)岸,但是互花米草的瘋狂生長,迅速擴(kuò)展,破壞了當(dāng)?shù)靥烊坏暮I生態(tài)系統(tǒng),限制了鳥類等動物的活動[13],導(dǎo)致江蘇省鹽城市和南通市灘涂濕地獨(dú)特的生物多樣性資源遭受破壞,尤其對某些經(jīng)濟(jì)類底棲動物的生長發(fā)育不利,遭到灘涂水產(chǎn)養(yǎng)殖部門和從業(yè)者的反對[14]。如何對該物種在鹽城海濱灘涂進(jìn)行有效的生態(tài)控制,興利除弊,是一個關(guān)鍵而緊迫的工作。要實施生態(tài)控制措施就必需了解互花米草的現(xiàn)狀,對其控制一定要建立在科學(xué)研究的基礎(chǔ)上?;セ撞莸壬锏娜肭?,造成了灘涂濕地土壤動物的采集環(huán)境發(fā)生了很大變化,使貝類等經(jīng)濟(jì)動物的采收變得非常困難,所以說互花米草等生物入侵在一定程度上給當(dāng)?shù)貛砹宋:Α?/p>

    致謝:本文在完成過程中得到了江蘇鹽城國家級自然保護(hù)區(qū)管理處呂士成高級工程師的熱情幫助,特表示感謝。

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