火干擾后5年南甕河草本沼澤濕地植物群落物種多樣性研究

胡林林，王立中，李慧仁，趙鳳君

(1.大興安嶺農(nóng)業(yè)林業(yè)科學(xué)研究院，黑龍江 大興安嶺165000；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，北京100091)

濕地生態(tài)系統(tǒng)在抵御洪水、調(diào)節(jié)徑流、改善氣候、控制污染、維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡方面有著其他生態(tài)系統(tǒng)所不能代替的作用[1]。濕地生物多樣性的研究是濕地研究的重要內(nèi)容之一，為保護(hù)濕地生態(tài)系統(tǒng)，國(guó)家及各省先后成立了不同類(lèi)型的濕地自然保護(hù)區(qū)。2003年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)位于大興安嶺地區(qū)的南甕河保護(hù)區(qū)為國(guó)家級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū)，該保護(hù)區(qū)是我國(guó)寒溫帶林區(qū)較大型的濕地類(lèi)型自然保護(hù)區(qū)，又是嫩江水系的主要發(fā)源地和珍稀水禽的繁衍棲息地。自從保護(hù)區(qū)成立以來(lái)，人為影響對(duì)濕地干擾已變得很小，由火災(zāi)引發(fā)的濕地大面積過(guò)火已成為濕地干擾的主要因素。2006年，南甕河濕地保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生大面積火災(zāi)。2012年筆者對(duì)南甕河天然濕地火災(zāi)后自然恢復(fù)的植物種群進(jìn)行了調(diào)查，研究了火干擾對(duì)植物群落物種多樣性的影響。

1 研究區(qū)概況

南甕河自然保護(hù)區(qū)位于大興安嶺東部林區(qū)東南部，大興安嶺支脈伊勒呼里山南麓，北以伊勒呼里山為界與新林林業(yè)局相鄰，東以二根河為界與呼瑪縣林業(yè)局相望，南與加格達(dá)奇林業(yè)局毗鄰，西與松嶺林業(yè)局接壤。地理坐標(biāo)為125°07′55″—125°50′05″E；51°05′07″—51°39′24″N。南北長(zhǎng)約72.7km，東西寬約57.3km?？偯娣e229523hm2。地勢(shì)北高南低，西高東低，海拔高一般為500～800m，最低海拔370m，最高1044m。保護(hù)區(qū)地處寒溫帶，屬大陸性季風(fēng)氣候。冬季嚴(yán)寒干燥，夏季溫暖多雨。年平均氣溫-3℃。極端最低溫度-48℃，最高溫度36℃。大于10℃的年積溫在1400～1500℃，年平均降水量為500mm。5月下旬開(kāi)始進(jìn)入無(wú)霜期，延續(xù)到9月上旬，為期90～100d，植物生長(zhǎng)期較短。5—6月因蒙古草原風(fēng)的作用，蒸發(fā)量為降水量的2～2.5倍，形成云霧少、日照強(qiáng)、溫度低的氣候特點(diǎn)，林木火險(xiǎn)增多，故大多陽(yáng)坡受火災(zāi)影響發(fā)育為草原化的干山坡。7—8月集中降雨，形成有利于植物生長(zhǎng)條件。但因凍土層的普遍存在，使土層透水性極差，降水大多滯留于地表，形成廣泛分布的沼澤植被。9月末、10月初開(kāi)始降雪，消融時(shí)間為次年4月下旬、5月上旬，穩(wěn)定積雪覆蓋日數(shù)可達(dá)200d以上，最大積雪厚度30～40cm。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

2.1 野外調(diào)查

在南甕河濕地自然保護(hù)區(qū)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)選擇2006年過(guò)火草本沼澤濕地進(jìn)行植物群落調(diào)查，所選樣地距離道路30m以上，無(wú)人車(chē)撲火痕跡或獸道等外界干擾，能代表火干擾后的濕地物種多樣性狀況。在未過(guò)火的天然濕地內(nèi)選擇對(duì)照樣地，對(duì)照樣地與火干擾樣地在火災(zāi)之前生境相同。

火干擾樣地設(shè)置：隨機(jī)設(shè)置3個(gè)30m×30m的調(diào)查樣地，相互間距離30m以上，內(nèi)分為9個(gè)10 m×10m小樣地，每個(gè)小樣地內(nèi)隨機(jī)調(diào)查1個(gè)1m×1m樣方，共計(jì)調(diào)查樣方27個(gè)。記錄每個(gè)樣方的植物種類(lèi)、蓋度、株數(shù)、高度、基徑。

對(duì)照樣地設(shè)置方法同上。

2.2 研究方法

研究分析以下指數(shù)：

2.2.1 物種重要值IV(%)＝1／3(相對(duì)高度＋相對(duì)顯著度＋相對(duì)多度)。

式中，相對(duì)高度(%)＝100×某個(gè)種的高度／所有種的總高度；相對(duì)顯著度(%)＝100×某個(gè)種的基徑斷面積／所有種的基徑面積之和；相對(duì)多度(%)＝100×某個(gè)種的株數(shù)／所有種的總株數(shù)。

2.2.2 α多樣性 包括物種豐富度指數(shù)(SA)、Shannon-Weiner指數(shù)(H)、Pielou均勻度指數(shù)(E)、Simpson′s優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)。

2.2.3 β多樣性 包括Sorensen指數(shù)(SI)、Jaccard指數(shù)(Cj)。

計(jì)算公式見(jiàn)文獻(xiàn)[2-5]。

3 結(jié)果與分析

3.1 植物物種重要值分析

對(duì)天然濕地和火干擾后自然恢復(fù)5年的濕地進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，主要植物群落物種重要值見(jiàn)表1。

表1 南甕河天然濕地、火干擾濕地主要植物物種重要值

在天然濕地中，統(tǒng)計(jì)得到共有植物19種，以細(xì)葉苔草(Carexrigescens)為優(yōu)勢(shì)物種，伴生物種有驢蹄草(CalthapalustrisL.)、木賊(EquisetumhiemaleL.)、地榆(SanguisorbaoffieinalisL.)、沼柳(Salixrosmarinifoliavar.brachypoda)、毒芹(CicutavirosaL.)、篤斯越桔(Vacciniumuliginosum)、馬先蒿(Pedicularisspp.L.)、大黃柳(Salix raddeana)、柳葉繡線菊(SpiraeasalicifoliaL.)、柴樺(Betulafruticosa)等。5種主要植物重要值之和為47.81%；火干擾濕地中統(tǒng)計(jì)得到共有植物13種，以細(xì)葉苔草為優(yōu)勢(shì)物種，伴生物種有驢蹄草、木賊、地榆、馬先蒿、沼柳、毒芹等。5種主要植物重要值之和為49.93%。在天然濕地和火干擾濕地中，細(xì)葉苔草均為優(yōu)勢(shì)物種，其重要值為25.25%和27.65%；驢蹄草、木賊、地榆均為主要伴生物種，重要值差別不明顯，但火干擾后的重要值高于天然濕地中的重要值；在天然濕地中沼柳重要值為2.2%，但在火干擾濕地中重要值較小。馬先蒿在火干擾濕地中重要值為1.25%，但在天然濕地中重要值較小。

3.2 α多樣性分析

通過(guò)計(jì)算，南甕河天然濕地和火干擾濕地物種豐富度指數(shù)、Shannon-Weiner指數(shù)、Pielou指數(shù)、Simpson指數(shù)見(jiàn)表2

表2 南甕河天然濕地、火干擾濕地

由表可以看出，天然濕地和火干擾濕地的物種豐富度指數(shù)分別為19和13，原因在于：天然濕地中分布有一些灌木及喬木幼樹(shù)，如大黃柳、柳葉繡線菊(Spiraeasalicifolia)、興安落葉松(Larixgmelinii)等，這些灌木、喬木在天然濕地中未受火災(zāi)破壞；而火干擾濕地中的灌木、喬木火燒后未能更新，故天然濕地物種豐富度較高。天然濕地的Shannon-Weiner指數(shù)較火干擾濕地高，這符合物種豐富度指數(shù)變化；Pielou指數(shù)反映出天然濕地和火干擾濕地的物種均勻度較高，均高于0.5且差別不大，說(shuō)明植被自然恢復(fù)均勻。由Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)可以看出，隨著物種豐富度增加，物種優(yōu)勢(shì)度隨之減小，如濕地優(yōu)勢(shì)植物細(xì)葉苔草，天然濕地中重要值為25.25%，火干擾濕地中則為27.65%，兩者相差2.4個(gè)百分點(diǎn)。

3.3 β多樣性分析

通過(guò)計(jì)算得到Sorensen指數(shù)為0.81、Jaccard指數(shù)為0.68，火干擾濕地和天然濕地的物種群落相似性較高。南甕河火干擾濕地中分布的13種物種在天然濕地中均有分布，細(xì)葉苔草、驢蹄草、木賊、地榆等優(yōu)勢(shì)植物的重要值與天然濕地接近且排序相同，它們?cè)谌郝浣M成上有聯(lián)系，說(shuō)明火干擾后自然恢復(fù)植物群落正向天然濕地演化。

4 結(jié)論及討論

南甕河天然濕地因季節(jié)性積水從而形成以細(xì)葉苔草為主，驢蹄草、木賊、地榆為主要伴生植物的群落結(jié)構(gòu)，這些水生濕生植物構(gòu)成了群落的優(yōu)勢(shì)物種，濕地火燒后經(jīng)過(guò)5年自然恢復(fù)，這幾種植物依然占優(yōu)勢(shì)，其他草類(lèi)植物重要值很小，灌喬木幾乎未有更新，一定程度上這種以細(xì)葉苔草為主的群落抑制了其他物種的侵入。

對(duì)濕地物種α多樣性分析可以看出，隨著豐富度的提高，Shannon-Weiner指數(shù)和Pielou指數(shù)隨之增高，說(shuō)明豐富度和物種多樣性、均勻度呈現(xiàn)正相關(guān)；Simpson指數(shù)減小，說(shuō)明隨著物種的增加，優(yōu)勢(shì)物種的生態(tài)優(yōu)勢(shì)因其他物種而減弱，物種豐富度和物種優(yōu)勢(shì)度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。分析β多樣性，可以知道不同種群間的多樣性及相似度，在本次調(diào)查統(tǒng)計(jì)中，火干擾濕地和天然濕地的相似度達(dá)到0.64，火干擾濕地中自然更新的物種在天然濕地中均可以找到，說(shuō)明因受到火的影響，濕地中減少了一些物種，但經(jīng)過(guò)自然更新是可以恢復(fù)到天然濕地的群落組成，火干擾濕地正向天然濕地演化。

傳統(tǒng)意義上的濕地中是不適合灌木及喬木的生長(zhǎng)，但在濕地調(diào)查中，天然濕地中已出現(xiàn)零星的灌木、喬木，雖然以水生植物為優(yōu)勢(shì)的濕地生態(tài)結(jié)構(gòu)未被破壞，濕地季節(jié)性積水未改變，但是，物種多樣性的增加，特別是增加了灌木、喬木物種，濕地功能實(shí)際上在不斷地喪失，這與李融等[6]研究人為干擾興凱湖濕地后生物多樣性的結(jié)論是相似的，所以，今后更應(yīng)該關(guān)注的是濕地群落的演化過(guò)程及成因。

[1]陳彝瑜.中國(guó)濕地研究[M].長(zhǎng)春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1995

[2]錢(qián)迎倩，馬克平.生物多樣性研究的原理與方法[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1994

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