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、Simpson指數、Pielou均勻度指數、Margalef物種豐富度指數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)不同樣線出現的植物種數不同，南樣線出現的最多，西樣線出現的最少；不同樣線的植物頻率分布存在差異，南樣線出現于1個樣方中的植物種數最多，西樣線出現于9個樣方以上的植物種數最多。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存在差異，北樣線的Shannon-Wiener指數、Simpson指數、Pielou均勻度指數均為最高值，而西樣線的Shannon-Wiener指數、Pielou均勻度指數、Margalef物種豐富度指數均為最低值。

群落物種多樣性是一個群落結構和功能復雜性的量度，即群落在組成、結構、功能和動態(tài)方面表現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，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依據。

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。鹽池縣地貌類型以干旱剝蝕、風蝕地貌為主，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)調查

外業(yè)調查采用樣線與樣方結合的方法進行。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、代表性和科學性的原則隨機布設20個1 m×1 m的樣方，共計80個樣方。記錄樣方內植物的名稱、種類、數量、高度、蓋度、生物量等指標。

1.3 數據處理

采用Excel 2010建立研究區(qū)草地植被數據庫，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。

1.3.1 重要值

有關重要值的計算公式[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

植物群落多樣性指數采用Shannon-Wiener多樣性指數(H′)、Simpson優(yōu)勢度指數(D)、Pielou均勻度指數(J)、Margalef物種豐富度指數(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。

2 結果與分析

2.1 研究區(qū)植物區(qū)系組成

調查表明，四兒灘濕地共出現了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%；南樣線共出現了35種植物，隸屬于14科，是所有樣線中物種數與科數出現最多的，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不同的頻度分布(見圖1)。由圖1可知，4個樣線中，僅出現于1個樣方中的植物種數以南樣線最多，為9個，其次是西樣線，再次是東樣線和北樣線。東樣線出現于2、3、4、5個樣方中的植物種數依次減少；西樣線出現于2、3、4、5個樣方中的植物種數差異不大；南樣線出現于2、3、4、5個樣方中的植物種數先減少再增加；北樣線除出現在4個樣方中的植物種數較少外，出現于2、3、5個樣方中的植物種數差異較小。各樣線出現于9個樣方以上的植物種數的排列順序為：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%。該群落結構較為單一。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見表2。

Shannon-Wiener指數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。由表2可知，不同樣線Shannon-Wiener指數(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

Simpson優(yōu)勢度指數是群落水平上的綜合數值，它是把群落作為一個整體而把各個種的重要性總結為一個合適的度量值，以表征群落的組成結構特征。由表2可知，不同樣線Simpson指數(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，該指標常作為群落物種多樣性指數的輔助指標，在反映群落特征結構方面有重要意義。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物種豐富度指數能直接反映物種的豐富程度，是植物群落內部或生境中物種豐富度的指標，其值越大，說明群落內物種的豐富度越高，反之則說明群落內物種的豐富度較低[8]。東、西、南、北樣線的Margalef物種豐富度指數(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 討論與結論

通過樣線與樣方結合的調查方法，發(fā)現研究區(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，種數分別為10、7、7、6。不同樣線出現的植物種數不同，南樣線出現的植物種數最多，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，南樣線中僅出現于1個樣方中的植物種數最多，西樣線中出現于9個樣方以上的植物種數最多。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存在差異：北樣線的物種多樣性指數、優(yōu)勢度指數、均勻度指數均為最高值，而西樣線的物種多樣性指數、均勻度指數、豐富度指數均為最低值。北樣線物種多樣性最高，群落結構復雜且穩(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、能量運輸速度快，群落蓋度、生物量明顯提高。西樣線群落結構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，導致植被蓋度和生物量大大減少，群落結構指標下降。

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，直接降低濕地的調蓄能力，加劇洪澇災害，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，提高當地居民保護意識，禁止居民在濕地周圍放牧、開墾等。

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(責任編輯 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，學士，主要從事水土保持及水利工程設計和管理工作。

2017-01-03