退化濕地恢復(fù)中植物群落的變化
——以艾比湖精河入湖口為例

董正武，趙曉英，高 翔，郭名軍

(1.新疆師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054； 2.艾比湖濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，新疆 博樂(lè) 833400)

濕地是地球上具有多種功能的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)，它不僅為人類(lèi)社會(huì)提供豐厚的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，而且在調(diào)節(jié)氣候、均化洪水、凈化水質(zhì)、保持物種基因多樣性等方面有重要的作用。濕地植被是濕地生態(tài)系統(tǒng)的基本組分，也是濕地結(jié)構(gòu)與功能的核心，它通過(guò)群落特征反映其環(huán)境特點(diǎn)[1]。干旱區(qū)濕地在我國(guó)濕地中占有較大的比重，主要分布在江河源頭、綠洲、河灘、內(nèi)陸湖濱等生態(tài)環(huán)境敏感地帶，不僅是區(qū)域特殊的稀有景觀，同時(shí)對(duì)維護(hù)干旱地區(qū)生態(tài)平衡起著不可估量的作用。

艾比湖濕地位于新疆北部準(zhǔn)噶爾盆地西南隅，屬于典型的干旱區(qū)湖泊濕地，在維持區(qū)域生態(tài)平衡、提供珍稀動(dòng)植物棲息地和保護(hù)生物多樣性等方面具有非常重要的作用[2]。精河入湖口濕地是艾比湖濕地的重要組成部分，受各種因素的影響，精河入湖口濕地生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重，已影響到該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。從2004年開(kāi)始，艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)對(duì)精河入湖口退化濕地逐年圍堰引水進(jìn)行恢復(fù)。在恢復(fù)措施實(shí)施前，由于水資源的短缺，該濕地部分地區(qū)處于干涸狀態(tài)，土壤為粉沙壤土，其地形及土壤條件基本一致[9]?；謴?fù)措施實(shí)施后，每年恢復(fù)的濕地引水量一定，水質(zhì)條件基本一致。開(kāi)展精河入湖口退化濕地恢復(fù)中植被變化的研究，可從植物群落變化的角度有效地預(yù)測(cè)該濕地恢復(fù)的狀況及趨勢(shì)。

國(guó)內(nèi)學(xué)者主要對(duì)九段沙濕地[3]、杭州灣灘涂濕地[4]、鎮(zhèn)江內(nèi)江濕地[5]、三江平原濕地[6]及西北干旱區(qū)濕地[7]等的植被變化進(jìn)行了研究，這些濕地主要受到農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)和城市建設(shè)等人為的過(guò)度干擾，使其受到嚴(yán)重破壞，植被群落生產(chǎn)力下降、穩(wěn)定性衰退，植被自然演替受阻，這些濕地的恢復(fù)主要通過(guò)退耕還濕和生態(tài)移民等方式進(jìn)行恢復(fù)。而艾比湖精河入湖口濕地的退化主要是水資源的短缺導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的退化，運(yùn)用濱海濕地、平原濕地的恢復(fù)方法并不能指導(dǎo)艾比湖濕地的恢復(fù)。關(guān)于艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)植被[8]已有初步的報(bào)道，但對(duì)于艾比湖精河入湖口退化濕地恢復(fù)中植被變化鮮見(jiàn)報(bào)道。

本研究通過(guò)空間序列代替時(shí)間序列的方法對(duì)艾比湖精河入湖口退化濕地不同恢復(fù)期植被變化進(jìn)行調(diào)查與分析，旨在為艾比湖精河入湖口退化濕地恢復(fù)中植被演替的研究提供理論基礎(chǔ)，也為其恢復(fù)狀況的研究提供基礎(chǔ)資料。

1 調(diào)查區(qū)概況與調(diào)查內(nèi)容

艾比湖精河入湖口濕地位于新疆博爾塔拉州東北部， 82°36′～82°89′ E， 44°30′～44°96′ N。氣候?yàn)榈湫偷臏貛Ц珊荡箨憵夂?，日平均氣?～8 ℃，日照時(shí)數(shù)約為2 800 h，年平均降水量90.9 mm，年蒸發(fā)量高達(dá)3 790 mm以上，年平均大風(fēng)(風(fēng)速大于17 m/s)天數(shù)高達(dá)165 d[2]。

1.1樣地選擇 從2004年開(kāi)始，保護(hù)區(qū)在精河入湖口退化濕地每年圍堰引水進(jìn)行恢復(fù)。分別選取2004、2006和2008年開(kāi)始恢復(fù)的濕地為調(diào)查樣區(qū)，至2008年，分別為恢復(fù)的第5年，恢復(fù)的第3年，恢復(fù)的第1年。另外，在臨近恢復(fù)地的一塊未退化樣地、保持原狀的濕地為對(duì)照樣地(圖1)。

圖1 艾比湖精河入湖口退化濕地不同恢復(fù)時(shí)期樣點(diǎn)示意圖

1.2群落調(diào)查 于2008年8月對(duì)精河入湖口退化濕地恢復(fù)中的植物群落狀況進(jìn)行調(diào)查。由于該濕地植被分布較為均勻，在每年恢復(fù)的濕地選擇3條樣帶，每一樣帶設(shè)置5個(gè)樣方，樣方面積1 m×1 m。對(duì)樣方內(nèi)的的植物種類(lèi)組成、植株密度、植被蓋度、高度和生物量進(jìn)行調(diào)查。植株地上部分齊地刈割后，帶回室內(nèi)，放入恒溫干燥箱內(nèi)，75 ℃烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定生物量。并利用公式對(duì)群落的物種多樣性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。將所記錄的植物種根據(jù)生活型分為一年生草本、多年生草本、多年生木本植物[10]。

多樣性指數(shù):

Shannon-Wiener指數(shù)(H) =-ΣPilnPi。

均勻度指數(shù):

式中，S為樣方內(nèi)物種的總數(shù)目，Pi為種i的相對(duì)重要值，Pi=Ni/N,Ni為種i的絕對(duì)重要值，N為種i所在樣方的各個(gè)種的重要值之和[11]。

1.3土壤性質(zhì)分析 土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)由新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院滿中龍?zhí)峁?/p>

1.4數(shù)據(jù)處理 采用SPSS 13.0軟件，單因素方差分析(ANOVA)檢驗(yàn)4個(gè)樣地在植被特征指標(biāo)上的差異，用最小顯著性差異方法(LSD)檢驗(yàn)各處理間的差異顯著性(P<0.05)，相關(guān)分析采用線性Pearson法并進(jìn)行T檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1土壤理化性質(zhì) 依據(jù)《新疆土壤》中對(duì)土壤性質(zhì)的劃分標(biāo)準(zhǔn)[12]，精河入湖口濕地各恢復(fù)期土壤pH值均高于8.00，為堿化土壤(表1)。含鹽量高于0.3%的土壤為鹽化土壤，恢復(fù)第5年的濕地土壤有輕度鹽漬化現(xiàn)象，恢復(fù)的第1、3年，濕地鹽化現(xiàn)象較為嚴(yán)重。各恢復(fù)時(shí)期土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷均不存在明顯差異，速效鉀在恢復(fù)的第5年與第1年、3年有顯著差異。

2.2物種組成 艾比湖濕地恢復(fù)第1年時(shí)群落內(nèi)物種數(shù)為17種(表2)，第3年為11種，至第5年時(shí)僅蘆葦1種，和未退化濕地物種數(shù)一樣，形成單優(yōu)勢(shì)種，這說(shuō)明隨著退化濕地恢復(fù)，群落內(nèi)物種數(shù)逐漸減少，最后形成單一優(yōu)勢(shì)種群落。在恢復(fù)措施實(shí)施前，該區(qū)域?yàn)榇紊愕?，土壤鹽漬化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，土壤水分含量低[2]。恢復(fù)的第1年，土壤鹽分含量較高，土壤水分含量有所升高，蘆葦、皺葉酸模為主要優(yōu)勢(shì)種，堿蓬(Suaedaglauca)、鹽角草等鹽生植物開(kāi)始出現(xiàn)；恢復(fù)的第3年，隨著流水對(duì)土壤表面的沖刷，土壤含鹽量有所降低，水分含量升高，蘆葦、球穗藨草為主要優(yōu)勢(shì)種，水葫蘆苗、扁燈心草等水生植物較多出現(xiàn)，群落中多數(shù)為多年生植物。

2.3生物量的變化 在恢復(fù)的第1年和3年時(shí)，總生物量沒(méi)有顯著差異，分別為479.93和807.99 g/m2，恢復(fù)的第5年生物量達(dá)最高，與第1、3年有顯著差異(表3)，為2 940 g/m2，未退化地為1 579.2 g/m2。

蘆葦生物量的變化與總生物量變化基本一致，在恢復(fù)的第5年，達(dá)到最大。在恢復(fù)的第1年和第3年，蘆葦?shù)纳锪繘](méi)有顯著差異。在恢復(fù)的第1年、3年和5年時(shí)，蘆葦生物量占總生物量比例分別為81.69%、93.05%和100%。

表1 精河入湖口退化濕地不同恢復(fù)期土壤理化性質(zhì)

表2 精河入湖口退化濕地恢復(fù)中植物種類(lèi)組成和重要值

2.4群落多樣性 在恢復(fù)的第1年，多樣性指數(shù)最高，第3年次之，第5年僅有蘆葦，多樣性指數(shù)為0，均勻度指數(shù)與多樣性指數(shù)有較一致的變化。豐富度指數(shù)的變化正好相反，在恢復(fù)的第5年和未退化地最高，植被蓋度均達(dá)100%；第3年次之，第1年最低，蓋度分別約為96.11%和85.98%(表3)。

通過(guò)土壤理化性質(zhì)與環(huán)境因子的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，土壤鹽分含量與豐富度指數(shù)之間具有明顯的相關(guān)性(P<0.05)(表4)。說(shuō)明隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤鹽分含量降低，土壤水分含量升高，耐鹽性植物逐漸消失，一些水生植物開(kāi)始定居，在精河入湖口濕地主要是蘆葦，形成單一優(yōu)勢(shì)種。

表3 精河入湖口退化濕地恢復(fù)中群落多樣性變化

表4 土壤理化性質(zhì)與物種多樣性之間的相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

3.1不同恢復(fù)期群落組成特點(diǎn) 物種適應(yīng)環(huán)境是演替發(fā)生的先決條件，早期物種一方面能改善土壤水分狀況，另一方面植被覆蓋后土壤蒸發(fā)大大減少，從而使土壤含鹽量下降，土壤環(huán)境得到改善[13-14]。精河入湖口濕地的退化，主要是由于缺水造成的，該濕地在恢復(fù)的第1年，土壤鹽分含量高[9]，鹽角草、堿蓬等一些鹽生植物先定居下來(lái)。隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤及水文環(huán)境發(fā)生改變，物種數(shù)逐漸減少，在恢復(fù)的第5年，蘆葦在高度、蓋度和生物量等方面占優(yōu)勢(shì)，形成單優(yōu)群落。

群落演替初期，裸地一般被一些一年生草本植物(先鋒物種)占據(jù)，但隨著時(shí)間的推移和演替的進(jìn)行，植物種類(lèi)數(shù)增加，群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，物種多樣性發(fā)生明顯的變化[15-16]。精河入湖口退化濕地恢復(fù)中，在引水恢復(fù)的第1年和第3年，物種數(shù)較多，群落結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。而在恢復(fù)的第5年，蘆葦形成單一群落，其覆蓋度達(dá)100%，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。這可能與該恢復(fù)區(qū)在恢復(fù)初期為次生裸地，保存有豐富的土壤種子庫(kù)有關(guān)。因此，在恢復(fù)的第1年，植物種類(lèi)較多，但隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤中水分含量增加，鹽度降低，一些能夠適應(yīng)水生、濕生環(huán)境的植物開(kāi)始定居，最后形成優(yōu)勢(shì)種。

3.2不同恢復(fù)期群落多樣性 生物群落是在一定地理區(qū)域內(nèi)，生活在同一環(huán)境下不同種群的集合體，其內(nèi)部存在極為復(fù)雜的相互聯(lián)系。群落多樣性就是指生物群落在組成、結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)方面表現(xiàn)出的豐富多彩的差異[17]。艾比湖精河入湖口退化濕地恢復(fù)中，在恢復(fù)的第5、3及1年，植物群落豐富度、均勻度和多樣性指數(shù)均具有較大的變化幅度，這可能與恢復(fù)時(shí)間的不同有關(guān)。另外，隨著恢復(fù)時(shí)間的延長(zhǎng)，各恢復(fù)區(qū)的環(huán)境因子也發(fā)生了相應(yīng)的變化?；謴?fù)的第1年，由于恢復(fù)時(shí)間短，土壤鹽分含量高，水分含量較低，一些鹽生植物及一年生草本優(yōu)先定居，到恢復(fù)的第5年，恢復(fù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，由于流水的沖洗，土壤鹽分含量降低，水分含量升高，一些能夠適應(yīng)該環(huán)境的植物開(kāi)始定居，最后形成優(yōu)勢(shì)種。已有研究表明，多樣性和穩(wěn)定性之間存在復(fù)雜關(guān)系，一些沼澤濕地和濱海濕地植物群落，它們的植物相愈趨向于單一物種，系統(tǒng)越穩(wěn)定[6]。在艾比湖精河入湖口退化濕地恢復(fù)中，未退化地和恢復(fù)第5年的濕地，蘆葦形成單優(yōu)勢(shì)種，覆蓋度達(dá)100%，表明未退化地及恢復(fù)第5年的濕地植物群落相對(duì)穩(wěn)定。

綜上所述，在艾比湖精河入湖口退化濕地恢復(fù)過(guò)程中蘆葦一直為優(yōu)勢(shì)種。退化濕地恢復(fù)到第1年、3年和5年時(shí)，群落內(nèi)植物種分別為17、11和1種，群落蓋度分別為85.98%、96.00%和100.00%，而優(yōu)勢(shì)種蘆葦高度分別為75、85和234 cm，基本恢復(fù)到未退化自然群落水平。這說(shuō)明只要水源充足，精河入湖口退化濕地經(jīng)4～5年即可恢復(fù)到未退化狀態(tài)。

致謝：群落調(diào)查得到艾比湖自然保護(hù)區(qū)的蘇海林及任振華同學(xué)的大力幫助，特致謝忱！

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