石羊河國(guó)家濕地公園喬木群落及林下植被多樣性分析

郭玉潔，田青，周曉雷

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

濕地是地球上陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)間相互作用形成的一種重要生態(tài)系統(tǒng)[1]，該生態(tài)系統(tǒng)不僅具有豐富的資源，還在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、凈化污染、維持生物多樣性平衡以及經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展等方面發(fā)揮著巨大作用，是地球上生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一[2-3]，被譽(yù)為“地球之腎”和“物種的基因庫(kù)”。石羊河國(guó)家濕地公園地處河西走廊東北部，石羊河下游的民勤縣城以南30 km處，屬于典型的大陸型荒漠氣候，是全國(guó)防沙治沙的最前沿地帶，是民勤縣荒漠地帶鮮有的綠洲，擁有較為完整的生物資源和植被多樣性，在荒漠區(qū)域的防風(fēng)固沙、水土保持和水源涵養(yǎng)等方面發(fā)揮了巨大的生態(tài)作用[4-5]，為人民的生存和發(fā)展提供了有力的保障。

目前，學(xué)者主要對(duì)石羊河國(guó)家濕地公園的珍稀瀕危植物資源、鳥類保護(hù)、病蟲害防治和生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)等方面展開研究[4，6-8]，對(duì)石羊河國(guó)家濕地公園喬木群落及其林下植被的組成特征和物種多樣性鮮有研究。本研究以石羊河國(guó)家濕地公園喬木群落及其林下植被為研究對(duì)象，分析公園內(nèi)石羊河流域喬木群落及其林下植被的組成特征和物種多樣性，為該區(qū)域的植被和脆弱生態(tài)濕地植被資源保護(hù)管理提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅石羊河國(guó)家濕地公園位于甘肅省河西走廊東北部的石羊河流域下游(E 102°44′10″～102°55′30″、N 38°10′25″～38°25′40″)，東、西、北三面被騰格里和巴丹吉林沙漠包圍，南北長(zhǎng)31 km，東西0.6～3.5 km，總面積6 174.9 hm2，濕地覆蓋率為52.4%，海拔1 295～1 460 m，屬于典型的大陸型荒漠氣候，年降水量110 mm，年內(nèi)降水分布不均勻，年均溫7.4 ℃[3，9]。主要植物有沙棗(Elaeagnusangustifolia)、胡楊(Populuseuphratica)、旱柳(Salixmatsudana)、新疆楊(P.albavar,pyramidalis)、小葉楊(P.simonii)、白刺(Nitrariatangutorum)、紅砂(Reaumuriasoongarica)、檉柳(Tamarixchinensis)、鹽爪爪(Kalidiumfoliatum)、檸條錦雞兒(Caraganakorshinskii)、蘆葦(Phragmitesaustralis)、水燭(Typhaangustifolia)等。

1.2 研究方法

2017年7月，沿石羊河國(guó)家級(jí)濕地公園河岸兩側(cè)的河階地，采用分層抽樣法設(shè)置20 m×20 m的樣地，并采用五點(diǎn)取樣法在樣地中設(shè)置5個(gè)5 m×5 m灌木樣方和1 m×1 m的草本樣方[10]。在樣地測(cè)量喬木的種類、株樹、胸徑、冠幅、郁閉度等指標(biāo)，在灌木樣方中測(cè)定灌木的種類、株(叢)數(shù)、平均樹高、地徑、冠幅、蓋度等指標(biāo)，在草本樣方中測(cè)量草本植物的株(叢)數(shù)、種類、高度、蓋度等指標(biāo)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010計(jì)算植被群落的重要值、群落組成特征和物種多樣性。

1.3.1 重要值 重要值=(相對(duì)密度+相對(duì)頻度+相對(duì)蓋度)/3[11，12]。

1.3.2 α多樣性指數(shù) 用物種豐富度R、Shannon-Weiner指數(shù)、Simpson指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)來(lái)分析石羊河國(guó)家濕地公園喬木群落的物種分布狀況和豐富性[13-14]：

(1)物種豐富度R：

R=S

(2)Shannon-Weiner指數(shù)：

(3)Simpson指數(shù)：

(4)Pielou指數(shù)：

J=H/Hmax

Hmax=lnS

式中：Pi為每個(gè)物種的相對(duì)頻度；Hmax度為最大物種多樣性指數(shù)；i=1、2、3...；S為物種數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 植被群系植被組成特征

此次共調(diào)查到21科、38屬、51種植物(表1)。其中喬木層共有4科、6屬、13種植物，分別占文獻(xiàn)[4]記載科數(shù)、屬數(shù)和種數(shù)的19.05%、15.79%和25.49%；灌木層共有5科、8屬、9種植物，分別占文獻(xiàn)[4]記載科數(shù)、屬數(shù)和種數(shù)的23.81、21.05%和17.65%；草本層共有14科24屬29種植物，分別占比總科數(shù)、總屬數(shù)和總種數(shù)的66.67%、63.16%和56.86%。

表1 植被群系植被組成特征

2.2 典型植被群系劃分及物種組成

以喬木優(yōu)勢(shì)種對(duì)喬木群落及其林下植被命名可分為7個(gè)植被群系，分別是旱柳群系、線葉柳(S.wilhelmsiana)群系、沙棗群系、小葉楊群系、二白楊(P.×gansuensis)群系、新疆楊群系和胡楊群系。

根據(jù)重要值(表2)可以看出，在各植被群系中，喬木層、灌木層和草本層各層的優(yōu)勢(shì)種和伴生種存在一定的差異。旱柳群系中，喬木層的優(yōu)勢(shì)種為旱柳，重要值為0.86，伴生喬木樹種有沙棗和白榆(Ulmuspumila)；灌木層優(yōu)勢(shì)種為鹽爪爪，重要值為0.46，伴生灌木樹種為枸杞(Lyciumchinense)和檉柳；草本層優(yōu)勢(shì)種為苦豆子(Sophoraalopecuroides)和堿蓬(Suaedaglauca)，重要值分別為0.30和0.25，伴生草本植物主要有白藜(Chenopodiumalbum)、霧冰藜(Bassiadasyphylla)、鄒葉酸模(Rumexcrispus)等。線葉柳群系中，喬木層以線葉柳為優(yōu)勢(shì)樹種，重要值為0.78，其伴生喬木樹種為沙棗；灌木層以鹽穗木(Halostachyscaspica)為優(yōu)勢(shì)種，重要值為0.65，伴生灌木樹種為沙棘(Hippophaerhamnoides)和檉柳；草本層以蘆葦為優(yōu)勢(shì)種，重要值為0.47，伴生草本植物主要有堿蓬、蕨麻(Potentillaanserina)、海乳草(Glauxmaritima)、蒲公英(Taraxacummongolicum)和車前(Plantagoasiatica)等。沙棗群系中，喬木層的優(yōu)勢(shì)種為沙棗，重要值為0.67，伴生喬木樹種有杞柳(S.integra)、毛白楊(P.tomentosa)、鉆天楊(P.nigravar.italica)、旱柳、加楊(Populus×canadensis)、小葉楊；灌木層優(yōu)勢(shì)種為鹽爪爪，重要值為0.45，伴生灌木樹種有沙棘、檉柳、鹽節(jié)木(Halocnemumstrobilaceum)和枸杞；草本層優(yōu)勢(shì)種為蘆葦，重要值為0.29，伴生草本植物主要有堿蓬、蕨麻、長(zhǎng)葉堿毛莨(Halerpestesruthenica)、車前、鼠掌老鸛草(Geraniumsibiricum)、西伯利亞蓼(Polygonumsibirica)和沙蒿(Artemisiadesertorum)等。小葉楊群系中，喬木層的優(yōu)勢(shì)種為小葉楊，重要值為0.87，伴生喬木樹種為刺槐(Robiniapseudoacacia)；灌木層優(yōu)勢(shì)種為紅砂和檉柳，重要值分別為0.34和0.31，伴生灌木樹種為鹽爪爪、白刺和枸杞；草本層優(yōu)勢(shì)種為堿蓬和蘆葦，重要值分別為0.25和0.22，伴生草本植物主要有霧冰藜、白藜、刺沙蓬(Salsolaruthenica)和車前等。二白楊群系中，喬木層的優(yōu)勢(shì)種為二白楊，重要值為0.88，伴生喬木樹種為小葉楊；灌木層優(yōu)勢(shì)種為檉柳，重要值為0.91，伴生灌木樹種為白刺；草本層優(yōu)勢(shì)種為節(jié)節(jié)草和蘆葦，重要值分別為0.17和0.16，伴生草本植物主要有披針葉黃華(Thermopsislanceolata)、苦馬豆(Sphaerophysasalsula)等；新疆楊群系中，喬木層的優(yōu)勢(shì)種為新疆楊，重要值為0.76，伴生喬木樹種為小葉楊和二白楊；灌木層優(yōu)勢(shì)種為檉柳，重要值為0.78，伴生灌木樹種為鹽節(jié)木(Halocnemumstrobilaceum)；草本層優(yōu)勢(shì)種為蘆葦，重要值為0.21，伴生草本植物主要有堿蓬、長(zhǎng)葉堿毛莨、早熟禾(Poaannua)和委陵菜(Potentillachinensis)等。胡楊群系中，喬木層的優(yōu)勢(shì)種為胡楊，重要值為0.65，伴生喬木樹種為小葉楊、二白楊、毛白楊和鉆天楊；灌木層優(yōu)勢(shì)種為檉柳，重要值為0.45，伴生灌木樹種為鹽穗木、沙棘和枸杞；草本層優(yōu)勢(shì)種為堿蓬，重要值為0.21，伴生草本植物主要有蘆葦、水燭、鳶尾(Iristectorum)、曼陀羅(Daturastramonium)、節(jié)節(jié)草(Equisetumramosissimum)和白麻(Apocynumpictum)。

表2 石羊河國(guó)家濕地公園典型喬木群落及其林下植被重要值

2.3 喬木植被群系物種多樣性分析

在喬木層中，沙棗群系喬木物種最豐富，R指數(shù)為7，胡楊群系次之，R指數(shù)為5，旱柳群系與新疆楊群系R指數(shù)均為3，線葉柳群系、小葉楊群系和二白楊群系物種豐富度最低，R指數(shù)均為2；在灌木層中，沙棗群系和小葉楊群系灌木物種最豐富，R指數(shù)為5，其次是胡楊群系，R指數(shù)為4，旱柳群系、線葉柳群系和新疆楊群系，R指數(shù)均為3，二白楊群系物種豐富度最低，R指數(shù)均為2；草本層物種最為豐富，其中沙棗群系，R指數(shù)為17，胡楊群系R指數(shù)為15，二白楊群系最少，R指數(shù)為9(表3)。

表3 各喬木植被群系喬灌草物種多樣性

喬木層中，沙棗群系的Simpson指數(shù)與Shannon-Weiner指數(shù)都最大，分別為2.23和2.65，其次是胡楊群系，Simpson指數(shù)與Shannon-Weiner指數(shù)分別為2.74和2.56，其他5個(gè)植被群系Simpson指數(shù)和Shannon-Weiner指數(shù)都較?。还嗄緦又?，小葉楊群系Simpson指數(shù)與Shannon-Weiner指數(shù)都最大，分別為5.74和3.17，其次是沙棗群系，Simpson指數(shù)與Shannon-Weiner指數(shù)分別為5.44和2.65；草本層各群系的多樣性指數(shù)都較高，其中胡楊群系的Simpson指數(shù)最高，為7.94，沙棗群系次之，Simpson指數(shù)為7.70，Shannon-Weiner指數(shù)沙棗群系最高，為8.80，小葉楊群系次之，Shannon-Weiner指數(shù)為7.53。

喬木層各群系的Pielou均勻度指數(shù)都比較大，其中線葉柳群系Pielou均勻度指數(shù)最大，為11.02，小葉楊群系次之，為10.08，沙棗群系和胡楊群系Pielou均勻度指數(shù)最小，分別為7.2和7.91；相對(duì)于喬木層，灌木層和草本層Pielou均勻度指數(shù)都偏小，灌木層二白楊群系Pielou均勻度指數(shù)最大，為8.96，線葉柳群系次之，為7.51，胡楊群系最小，為2.23；草本層小葉楊群系Pielou均勻度指數(shù)最大，為7.51，旱柳群系次之，為7.25，胡楊群系最小，為5.21。

3 討論

植物與環(huán)境相互作用形成不同的植物群落，環(huán)境是植物群落形成、進(jìn)化的物質(zhì)基礎(chǔ)，環(huán)境的差異會(huì)導(dǎo)致植物組成、分布和物種多樣性的變化[15-16]，同時(shí)植物群落的物種組成是反映群落結(jié)構(gòu)變化的重要指示因子[17]。在本研究中，研究區(qū)域植物分布具有典型的荒漠濕地帶和濕地特征，大多生長(zhǎng)于河道兩岸的河階地，植被分布具有顯著的地帶性特征，根據(jù)離石羊河的距離可將植物帶劃分為荒漠植物帶、中生植物帶和濕生植物帶，受水分梯度影響較大，以耐旱耐鹽和濕生植物植物為主，主要植物組成有楊柳科、胡頹子科、藜科、禾本科、毛茛科等植物。形成這種分布格局的原因可能是石羊河水位周期性波動(dòng)和獨(dú)特荒漠濕地特征驅(qū)動(dòng)下，形成水陸交替過渡帶特有的復(fù)雜多樣的生境以及沿水位高程變化的不同生境梯度，導(dǎo)致土壤表層鹽漬化，而遠(yuǎn)離河道的植物由于得不到充足的水分供應(yīng)，逐漸演化為中生和荒漠植物，使石羊河國(guó)家濕地公園植物資源形成了特定的生長(zhǎng)和時(shí)空分布特征[18]，同時(shí)也說(shuō)明了石羊河國(guó)家濕地公園的生境既存在差異性，也存在連續(xù)性。

生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與植物多樣性密切相關(guān)，高的物種多樣性可以增加生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[19-21]。在本研究中，石羊河的植被群落結(jié)構(gòu)比較單一，物種多樣性較低，草本植物的物種多樣性基本都大于木本植物，這說(shuō)明公園內(nèi)植物穩(wěn)定性較差，生態(tài)系統(tǒng)比較脆弱。

4 結(jié)論

本次共調(diào)查到21科、38屬、51種植物，分別占文獻(xiàn)記載科數(shù)、屬數(shù)和種數(shù)的55.26%、30.89%、25.89%；研究區(qū)域具有典型的荒漠濕地帶特征，喬木大多生長(zhǎng)于河道兩岸的河階地，植被分布具有顯著的地帶性特征，受水分梯度影響較大，以耐旱耐鹽植物為主，喬木層以楊柳科植物為優(yōu)勢(shì)樹種，灌木層以莧科、茄科、檉柳科、胡頹子科植物為優(yōu)勢(shì)樹種，草本層以豆科、蓼科、禾本科、菊科、木賊科植物為主要種；7個(gè)植被群系的喬木層和灌木層植被物種豐富度和多樣性較低，喬木層和灌木層Simpson指數(shù)與Shannon-Weiner指數(shù)都小于草本層，喬木層Pielou均勻度指數(shù)都大于灌木層和草本層。綜上所述，研究區(qū)域植被群系物種多樣性維持在較低水平，林分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，樹種單一，林分穩(wěn)定性較差，相關(guān)部門應(yīng)對(duì)石羊河公園內(nèi)植被做好保護(hù)措施。