寧夏太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園植物群落結(jié)構(gòu)及多樣性

段杰仁，石 偉，邱小琮，王曉奕

（1.寧夏固原市第七中學(xué)，寧夏 固原 756002；2.銀川市水產(chǎn)技術(shù)推廣服務(wù)中心，銀川 750001；3.寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，銀川 750021）

濕地是一種生態(tài)水文過程特殊、環(huán)境高度異質(zhì)的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)，水陸交界的特殊環(huán)境特征是決定濕地生態(tài)系統(tǒng)的演替階段、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、健康狀況和生態(tài)服務(wù)功能的主要因素。濕地植物泛指生長(zhǎng)在過渡潮濕環(huán)境中的植物，濕地植物在濕地生境的進(jìn)化過程中，經(jīng)歷了由沉水植物-浮葉植物-浮水植物-濕生植物-陸生植物的進(jìn)化演變過程，而其演變過程與湖泊水體沼澤化進(jìn)程相吻合。這些濕地植物在生態(tài)環(huán)境中相互競(jìng)爭(zhēng)、相互依存，構(gòu)成了多姿多彩、類型豐富的濕地王國(guó)。濕地植被在水生生態(tài)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的基礎(chǔ)作用，是構(gòu)成濕地的基本要素。因此，深入了解和認(rèn)識(shí)濕地植物群落對(duì)指導(dǎo)濕地規(guī)劃和建設(shè)具有重要意義［1-3］。

濕地植物作為濕地系統(tǒng)的主要組分之一，具有強(qiáng)大的凈化作用，可以直接吸收利用污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，富集污水中的重金屬等有毒、有害物質(zhì)，輸送氧氣到根區(qū)，提供根區(qū)微生物生長(zhǎng)、繁殖和降解反應(yīng)對(duì)氧的需求，增強(qiáng)和維持介質(zhì)的水力傳輸能力。濕地植物的凈化作用會(huì)受到各種因素的影響，如水力負(fù)荷、濕地水體的pH、植物種類等，因此研究植物的重要值可以對(duì)不同植物類型的物種多樣性進(jìn)行分析和比較，從而達(dá)到治理濕地生態(tài)環(huán)境、恢復(fù)濕地植物的目的［4-6］。

太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園位于寧夏中部干旱帶的太陽(yáng)山開發(fā)區(qū)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°32‘01″—106°40’58″，北緯37°23‘59 ″—37°29’17″，總面積2 447.50 km2，濕地面積1 492.7 km2，水域面積654.8 km2，永久性淡水湖面積306.5 km2，平均水深2～3 m，現(xiàn)蓄積水量為724 萬(wàn)m3。太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園是寧夏中部干旱帶稀有和獨(dú)特的濕地類型，溫泉湖是因地下溫泉自然涌水而形成的湖泊，歷史悠久，知名度高，其資源十分稀有和珍貴，生態(tài)區(qū)位十分重要，對(duì)匯集地下水、蓄洪抗旱、調(diào)節(jié)小氣候、促進(jìn)植被生長(zhǎng)和恢復(fù)、保護(hù)中部干旱帶生物多樣性、改善生態(tài)環(huán)境等極其重要。太陽(yáng)山濕地由于氣候變遷、干旱、土地鹽堿化、沙化等的影響，以及不合理的開發(fā)利用，致使溫泉湖的溫泉數(shù)量及涌水量減少，湖面水域減小，生物多樣性減少，濕地環(huán)境日趨惡化，濕地植被保護(hù)恢復(fù)刻不容緩。

對(duì)太陽(yáng)山溫泉國(guó)家濕地公園生態(tài)系統(tǒng)的研究較少，因此，亟需研究并揭示太陽(yáng)山濕地植物的群落結(jié)構(gòu)，以滿足未來湖泊生態(tài)恢復(fù)及可持續(xù)發(fā)展的需求。本研究目的在于通過調(diào)查及分析，探明太陽(yáng)山濕地植物的群落結(jié)構(gòu)及多樣性，為太陽(yáng)山濕地生態(tài)保護(hù)、環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣點(diǎn)設(shè)置與采樣時(shí)間

根據(jù)太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園植被分布情況，在濕地公園植被范圍內(nèi)，根據(jù)寧夏植被的分類原則和系統(tǒng)，按形成群落的優(yōu)勢(shì)種確定群落類型，作為取樣對(duì)象。每一類型在不同地點(diǎn)隨機(jī)選取3～5 個(gè)樣地，共設(shè)置44 個(gè)調(diào)查樣方，其中草本調(diào)查樣方36 個(gè)，樣方大小為2 m×2 m，灌木調(diào)查樣方8 個(gè)，樣方大小為5 m×5 m，，記錄樣方內(nèi)所有植物種類，并測(cè)定高度、蓋度、多度和頻度。除作樣方記錄外，并采集記錄樣方內(nèi)未出現(xiàn)過的植物物種。

1.2 樣本采集與鑒定

對(duì)于每個(gè)采樣點(diǎn)，采用樣方法對(duì)植被進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)，按照條樣平行帶設(shè)置樣方，每條樣帶上設(shè)置3個(gè)樣方，每個(gè)樣方大小設(shè)置為3 m×3 m［7］，鑒定樣方內(nèi)全部植物種類。采用GPS 定位儀進(jìn)行經(jīng)、緯度定位，并記錄海拔高度。調(diào)查數(shù)據(jù)主要包括統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)的植物種類、蓋度、頻度等，同時(shí)記錄群落所處的經(jīng)緯度、海拔高度、河寬等地形地貌及水文因子。記錄分析各樣方中植被的種類及數(shù)量、高度、蓋度、頻度等。確定群落中植物學(xué)優(yōu)勢(shì)種、常見種［8］。采集部分植物標(biāo)本并進(jìn)行編號(hào)，記錄生境、習(xí)性及伴生植物等信息，記錄不同樣方內(nèi)的植物種類和數(shù)量，確定群落中植物學(xué)優(yōu)勢(shì)種、常見種。

1.3 重要值和多樣性指數(shù)計(jì)算

選取物種重要值、豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)為物種多樣性指標(biāo)，對(duì)研究區(qū)不同植物類型的物種多樣性進(jìn)行分析和比較。重要值、豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)計(jì)算公式如下［9］。

重要值=（相對(duì)密度+相對(duì)頻度+相對(duì)蓋度）/3

Margalef指數(shù)D=（S-1）/lnN

式中，N為總個(gè)體數(shù)量，S為總物種數(shù)量。

Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H=-∑PilnPi

式中，Pi=樣品中屬于第i種的個(gè)體比例，如樣品總個(gè)體數(shù)為N，第i種個(gè)體數(shù)為ni，則Pi=ni/N。

2 結(jié)果與分析

2.1 太陽(yáng)山濕地主要植物種類及重要值

根據(jù)太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園植物群落樣方調(diào)查和沿線線路調(diào)查記錄，太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園分布有24科58 屬74 種維管植物，其中雙子葉植物19 科46 屬59 種，單子葉植物5 科12 屬15 種。

表1 列出了重要值大于0.02 的17 種主要種類。太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園植物物種以鹽爪爪、檉柳、蘆葦、鹽角草為主，木本以鹽爪爪、檉柳為主，草本尤其以蘆葦、鹽角草、堿蓬、細(xì)葉眼子菜最為明顯，這些植物物種構(gòu)成了太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園主要植被和群落。

表1 太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園主要植物種重要值

2.2 太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園植物群落類型及分布面積

依據(jù)《中國(guó)植被》的植被分類原則與系統(tǒng)，并參照《中國(guó)濕地植被》確定的濕地植被分類原則和依據(jù)，結(jié)合太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園植被分布特點(diǎn)、野外調(diào)查的生態(tài)分析和群叢生境特征，太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園的植被類型主要有檉柳群叢、芨芨草群叢、堿蓬群叢、蘆葦群叢、平臥堿蓬群叢、水蔥群叢、細(xì)葉眼子菜群叢、香蒲群叢、鹽角草群叢、鹽爪爪群叢、中亞濱藜群叢共11 種類型。

同時(shí)對(duì)各群落的分布面積進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)方法采用遙感影像圖分析和實(shí)地群落面積、特征調(diào)查統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法。結(jié)果表明，太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園水域中分布的細(xì)葉眼子菜群叢面積最大，達(dá)到1 057 275.00 m2，其次為庫(kù)岸區(qū)分布的蘆葦群落和檉柳群落，面積分別為721 880.20、339 901.60 m2，形成了太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園主要的植被景觀。鹽爪爪群叢分布面積為78 923.88 m2，形成了太陽(yáng)山濕地公園典型的鹽生植被類型；堿蓬群叢、香蒲群叢相對(duì)較多，分布面積在10 000～61 000 m2。此外在以上主要群落中，相對(duì)散布有芨芨草群叢、水蔥群叢、鹽角草群叢、平臥堿蓬群叢、中亞濱藜群叢，分布面積在10 000 m2以下（表2）。

表2 太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園植物群落類型及分布面積

2.3 太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園植物多樣性

2.3.1 各群落物種組成多樣性比較 群落的物種數(shù)是最直觀、最有效地反映群落多樣性的指標(biāo)，它是指樣地群落中所出現(xiàn)的物種數(shù)量，是與物種多樣性指數(shù)和均勻度呈緊密正相關(guān)的一個(gè)指標(biāo)［10］。通過對(duì)11 個(gè)群落樣地內(nèi)植物科、屬、種分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表3）。整體而言，太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園各群落物種組成非常單一，每個(gè)群落僅包含2～3 個(gè)科，2～4 個(gè)屬的物種，物種種類最多不超過5 種，而且均是以鹽堿植被為主。這與太陽(yáng)山濕地公園所處環(huán)境有密切關(guān)系，太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園地處寧夏中部干旱帶區(qū)，干旱少雨，蒸發(fā)量大，土壤不同程度鹽堿化，造成當(dāng)?shù)刂脖环N類稀少，優(yōu)勢(shì)群落以單一物種為主，而且植被受水分限制，季節(jié)特性表現(xiàn)明顯。

表3 太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園各群落物種組成

2.3.2 植物多樣性分析 物種多樣性是衡量物種結(jié)構(gòu)與功能復(fù)雜性的一個(gè)重要指標(biāo)。植物的物種多樣性指數(shù)值大，說明植物群落類型由多物種組成，物種豐富，組成復(fù)雜。太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)在0.16～1.19，Margalef 豐富度指數(shù)在0.17～0.84（表4）。

Shannon-wiener 指數(shù)是基于物種數(shù)量反映群落種類多樣性，群落中生物種類增多代表了群落的復(fù)雜程度增高，即H值愈大，群落所含的信息量愈大。Margalef 指數(shù)反映群落物種豐富度，指一個(gè)群落或環(huán)境中物種數(shù)目的多寡，亦表示生物群聚（或樣品）中種類豐富度程度的指數(shù)。從表4 可知，各群落的Margalef 指數(shù)與Shannon-Wiener 指數(shù)既有一定的相似性，又存在一定差異性。芨芨草群叢、中亞濱藜群叢、平臥堿蓬群叢、鹽爪爪群叢、堿蓬群叢、細(xì)葉眼子菜群叢、蘆葦群叢、鹽角群叢各物種的Margalef 指數(shù)與Shannon-Wiener 指數(shù)趨勢(shì)基本一致，其中芨芨草群叢Shannon-Wiener 指數(shù)為1.19，Margalef 指數(shù)為0.84，均為最大，說明該群落的物種組成和各物種的數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定，達(dá)到了較好的穩(wěn)定性。中亞濱藜群落Shannon-Wiener 指 數(shù) 為0.78，Margalef 指 數(shù) 為0.57，其群落穩(wěn)定性次之，平臥堿蓬群叢、鹽爪爪群叢、堿蓬群叢、細(xì)葉眼子菜群叢、蘆葦群叢、鹽角群叢的Margalef 指數(shù)與Shannon-Wiener 依次降低，群落的穩(wěn)定性也依次減弱。

表4 太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園各群落物種多樣性

檉柳-鹽爪爪群叢、香蒲群叢、水蔥群叢的Shannon-Wiener 指數(shù)相對(duì)較高，在0.6 左右，但是這3 個(gè)群落的Margalef 指數(shù)在0.17～0.19，與Shannon-Wiener 指數(shù)趨勢(shì)背離，造成這種原因主要是這3 個(gè)群落組成均以單一優(yōu)勢(shì)種為主。由此可見，太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園植物物種的多樣性非常低，群落物種組成單一，群落確定性較差。

3 小結(jié)與討論

太陽(yáng)山溫泉濕地公園是寧夏中部干旱帶上惟一的大型濕地，地區(qū)歷史文化資源豐富。它建立在經(jīng)過上千年的人類農(nóng)漁耕活動(dòng)影響下形成的城市邊緣次生濕地基礎(chǔ)上。公園內(nèi)河網(wǎng)密布，池塘、河港、溝汊、溪流共同構(gòu)成水環(huán)境，水面率超過50%，在中國(guó)的城市濕地中具有很好的代表性和典型性。

太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園分布有24 科58 屬74 種維管植物，其中雙子葉植物和單子葉植物為建群種，由此可知，被子植物中廣布較多，濕地植物灌木和喬木相對(duì)貧乏。在44 個(gè)樣方中通過植物重要值和Shannon-Wiener 指數(shù)計(jì)算，可以看出太陽(yáng)山濕地公園植被中植物類群?jiǎn)我唬荼局参镱惾狠^多，以蘆葦、堿蓬為主，灌木植物類群較少，以怪柳為主。整體而言，太陽(yáng)山濕地公園各群落物種非常單一，且均以鹽堿植被為主，這是由于太陽(yáng)山濕地公園所處位置所造成的。太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園地處寧夏中部干旱帶區(qū)，干旱少雨，蒸發(fā)量大，土壤不同程度鹽堿化，從而導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)群落以單一物種為主，而且植被受水分限制，季節(jié)特性表現(xiàn)明顯。

物種多樣性是量度物種結(jié)構(gòu)與功能復(fù)雜性的一個(gè)首要標(biāo)準(zhǔn)。太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)在0.16～1.19，Margalef 豐富度指數(shù)在0.17～0.84。植物的物種多樣性指數(shù)較小，表明該地區(qū)植物群落類型由較少物種組成，物種單一，組成簡(jiǎn)單。由此可以看出，太陽(yáng)山濕地植物的生態(tài)功能相對(duì)較弱，主要由于物種分布的均勻度不夠，隨機(jī)性較強(qiáng)，而且由較少的物種組成，影響其生態(tài)功能。

太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園植被單一，區(qū)域氣候干旱，植被稀疏，鹽堿化土地廣布，生態(tài)十分脆弱。由于水資源匱乏，再加上過去的濫墾、濫牧，造成地表植被退化，土壤表面裸露，水土流失嚴(yán)重，土地沙化加速，原有的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，脆弱的生態(tài)環(huán)境不堪重負(fù)。太陽(yáng)山國(guó)家濕地公園植物單一的直接原因是生境變化，而人類活動(dòng)是導(dǎo)致植物單一的根本原因。土壤鹽漬化程度的加劇和濕地入水量的減少是太陽(yáng)山濕地面臨的重大問題，直接影響濕地植被空間分布格局。隨著濕生帶土壤鹽漬化程度的加劇，生態(tài)幅度較窄的植物逐漸消失使?jié)竦刂参镂锓N多樣性下降。隨著干旱程度的加劇，濕地水源補(bǔ)給問題日益突出，土壤含水量減少，分布在濕地—干旱草原交錯(cuò)帶的草甸植被帶趨于退縮，干旱草原帶擴(kuò)展，土地荒漠化程度加劇，物種多樣性降低。

太陽(yáng)山濕地在寧夏發(fā)揮著重要的生態(tài)作用，恢復(fù)和保護(hù)太陽(yáng)山已迫在眉睫，太陽(yáng)山濕地的恢復(fù)與保護(hù)必須遵循自然規(guī)律，實(shí)施生態(tài)調(diào)度，優(yōu)化管理模式，在保證合理開發(fā)利用的同時(shí)，減少土地開墾，防止污染，改善流域的生態(tài)狀況，還需要建立健全法律制度，鼓勵(lì)和調(diào)動(dòng)民眾參與。