錫林河河漫灘濕地植物群落特征及物種多樣性分析

王世冬， 劉華民， 董少剛， 陳秀莉， 劉東偉，王 煒， 梁存柱，4， 王立新，4，*

(1.錫林郭勒職業(yè)學(xué)院民族中等職業(yè)學(xué)校，內(nèi)蒙古錫林浩特011000;2.內(nèi)蒙古大學(xué)a.生命科學(xué)學(xué)院;b.環(huán)境與資源學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010021;3.包頭師范學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭014030;4.中美生態(tài)、能源及可持續(xù)性科學(xué)內(nèi)蒙古研究中心，內(nèi)蒙古呼和浩特010021)

濕地(Wetlands)被譽(yù)為“自然之腎 ”，是水陸系統(tǒng)相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)，是極重要的遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性的富集地和保護(hù)地.具有調(diào)節(jié)氣候、蓄洪減災(zāi)、消除污染和促淤造陸等重要功能[1].草原區(qū)濕地由于其獨(dú)特的環(huán)境條件，使其在維持區(qū)域生態(tài)平衡、保持生物多樣性和珍稀物種資源，等方面有其不可替代的作用[2－6].

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于濕地物種多樣性的研究較多，如對(duì)沙漠濕地植物多樣性研究[7]，對(duì)凍土濕地植物群落物種多樣性的研究及河流濕地植物物種多樣性的研究等[8].但這些研究多集中在三江平原、長(zhǎng)江中下游等濕地區(qū)域.在北方干旱、半干旱地區(qū)的濕地研究中，則集中在對(duì)濕地現(xiàn)存的格局、動(dòng)態(tài)變化等進(jìn)行研究[9，10]，涉及物種多樣性的研究較少.此外，對(duì)于草原區(qū)濕地的研究也僅局限在植物分類及格局方面[11]，缺少對(duì)多樣性方面的詳細(xì)研究.植被健康與生態(tài)的持續(xù)發(fā)展是保護(hù)生物多樣性的關(guān)鍵，也是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)持續(xù)穩(wěn)定協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)與核心[12，13].對(duì)濕地本身而言，植被退化首先表現(xiàn)為生物多樣性的喪失，生物多樣性的保護(hù)也就成為未來(lái)區(qū)域生存所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一.

由于多年的人為干擾，我國(guó)天然濕地面積逐年減少，生態(tài)功能不斷喪失.內(nèi)蒙古是我國(guó)北方天然濕地較豐富和保存最完整的地區(qū)之一.內(nèi)蒙古高原草原區(qū)典型內(nèi)陸河流——錫林河河流濕地在植物物種和群落多樣性方面極具代表性和研究?jī)r(jià)值[14].對(duì)錫林河流域河漫灘濕地植物群落特征及多樣性進(jìn)行深入研究和系統(tǒng)分析，探討內(nèi)蒙古高原草原區(qū)濕地與典型河流濕地和草原生態(tài)系統(tǒng)的差異，對(duì)草原區(qū)內(nèi)陸河流河漫灘濕地生態(tài)系統(tǒng)的合理利用、有效保護(hù)和恢復(fù)具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值.

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

錫林河流域地處內(nèi)蒙古高原中部，錫林郭勒高平原的東部邊緣，流域總面積約10 000 km2.在氣候區(qū)劃上，錫林河流域?qū)儆谥袦貛О敫珊祦唴^(qū)，屬溫帶大陸性草原氣候氣溫年較差和日較差較大.一月份平均氣溫－22.0℃，七月份平均氣溫18.3℃.降雨多集中于7～8月，占年降水50% ～60%，降水年變幅較大[15].全流域海拔在 1 000～1 500 m，地勢(shì)由東向西逐漸降低[16].流域植被類型豐富，從東南向西北依次分布著草甸草原和典型草原;另外還有濕地、沙地榆樹疏林等隱域性植被[17].土壤同植被的地帶性分布規(guī)律相似，從東南往西北依次分布著黑鈣土、暗栗鈣土和淡栗鈣土[18].

該實(shí)驗(yàn)研究樣地位于錫林河中游白音錫勒牧場(chǎng)內(nèi)，距中國(guó)科學(xué)院內(nèi)蒙古草原生態(tài)系統(tǒng)定位站西側(cè)500 m處，為典型河流濕地類型.地理坐標(biāo)為:43°37′58.8″N，116°41′24.8″E，海拔 1 189 m[14].實(shí)驗(yàn)區(qū)處于錫林河中游河漫灘，包括一段牛扼湖.在40 m×100 m的研究區(qū)內(nèi)，因微地形和水位波動(dòng)，植物群落呈現(xiàn)沿等高線的條帶性分布，且不同群落之間帶與帶的界線明顯，群落中既有垂直結(jié)構(gòu)又有水平結(jié)構(gòu)變化，是一個(gè)較理想的試驗(yàn)區(qū).

1.2 河漫灘濕地植物群落調(diào)查

濕地植物群落調(diào)查于植物生長(zhǎng)季的6月中旬至9月中旬進(jìn)行.采用樣方法對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)植物群落取樣，樣方大小為25 cm×25 cm.記錄樣方內(nèi)物種的種類、蓋度、密度、高度以及生物量 (以干重計(jì)).利用激光經(jīng)緯儀測(cè)定實(shí)驗(yàn)區(qū)地表微地形變化.

1.3 物種多樣性指標(biāo)測(cè)定

物種多樣性測(cè)定的指標(biāo)很多，既可以用株數(shù)和蓋度為計(jì)算指標(biāo)，也可用重要值為計(jì)算指標(biāo)[19].該試驗(yàn)采用重要值作為計(jì)算指標(biāo)，此法用于草本群落較為方便和適用.

重要值IV(importance value):

IV=(相對(duì)密度 +相對(duì)高度 +相對(duì)重量)/3

物種豐富度指數(shù)R(richness index):

式中，S為每個(gè)樣地內(nèi)的物種數(shù).

物種多樣性指數(shù)H′(species diversity index)采用 Shannon－Wiener指數(shù)計(jì)算[20]:

式中，pi=IVi/IV，其中 IVi為第i個(gè)種的重要值，IV為種i所在樣地的各物種的重要值之和.

均勻度指數(shù) E(evenness index)采用以 Shannon－Wiener指數(shù)為基礎(chǔ)的 Pielou均勻度指數(shù)計(jì)算[21]:

2 結(jié)果與分析

2.1 植被的物種組成

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)(見表1):錫林河河漫灘濕地物種豐富，樣地內(nèi)物種總數(shù)為62種，隸屬19個(gè)科49個(gè)屬，而禾本科、菊科、豆科的屬、種比例都達(dá)到了10%以上，和占所有物種的45.61%.

表1 濕地植被物種組成Tab.1 The composition of species in the wetlands

2.2 植物生活型組成

濕地植物生活型主要有兩大類，分別為蕨類和草本，而草本植物又分為一年生草本，一、二年生和二年生草本以及多年生草本.其中，蕨類植物僅占3.13%比例較小，多年生草本所占比例較大，而多年生直立草本則超過(guò)半數(shù)(見表2).

表2 植物生活型組成Tab.2 The composition of plant life form

2.3 植物水分生態(tài)類型

濕地植物水分生態(tài)類型有9種，主要以中生、濕生、濕中生和旱生為主.中生類型接近50%，為濕地植物水分生態(tài)類型的主體;其次為偏濕生與偏旱生類型，分別為26.55%和26.57%;沒(méi)有水生類型，且水生—濕生類型也不到2%(見表3).

表3 水分生態(tài)類型Tab.3 The hydro－ecological types

2.4 植物區(qū)系地理成分分析

該實(shí)驗(yàn)區(qū)處于中溫帶半干旱亞區(qū)，其氣候?qū)儆诖箨懶詺夂蛑械臏貛Р菰瓪夂蛑参锒鄻有詷O為豐富，區(qū)系組成復(fù)雜，以古北極和泛北極成分為主，包含了東古北極、東亞成分、達(dá)烏里—蒙古成分等5大地理成分(見表4).除此之外，還包括一種達(dá)烏里—蒙古—中國(guó)東北種(羊草(Leymus chinensis)).

表4 區(qū)系地理成分Tab.4 The geographical elements of Flora

2.5 植物群落的多樣性分析

1)植物群落組成.錫林河中游河漫灘濕地植物群落可分為5種群落類型，分別為蘆葦+羊草群落(Ass.Phragmites australis+Leymus chinensis)，黃花苜蓿+無(wú)茫雀麥群落(Ass.Medicago falcate+Bromus inermis)，灰脈苔草 +早熟禾群落(Ass.Carex appendiculata+Poa angustifolia+Poa subfastigiate)，水甜茅群落(Ass.Glyceria triflorum)，小糠草+蒙古扁穗草群落(Ass.Agrostis gigantean+Blysmus rufus).各群落物種組成如表5所示.各植物群落分布與濕地微地形變化緊密相連，由高到低從旱生向濕生逐漸演化.在蘆葦+羊草群落中，主要物種除蘆葦是濕生—中生類型外，其余都是中生或旱生，可見此群落是由中生向旱生演化.而黃花苜蓿+無(wú)茫雀麥群落則主要是由中生植物組成的，因?yàn)樵谥饕锓N中只有車前是旱中生的，其余的都是中生類型.灰脈苔草+早熟禾群落植物中生類型占大多數(shù)，但也有如濕生—濕中生的水甜和濕生的灰脈苔草等濕生類型.當(dāng)然，在水甜茅群落中，濕生植物所占比例進(jìn)一步加大，直到小糠草+蒙古扁穗草群落，群落基本由濕生植物所組成，盡管其中有少許中生甚至中旱生類型.

表5 各群落的物種組成Tab.5 The species in every community of wetland

2)群落多樣性分析.通過(guò)植物群落類型的物種豐富度指數(shù)(R)、多樣性指數(shù)(H′)和均勻性指數(shù)(E)分析，R、H′和E在描述群落性質(zhì)時(shí)有較好的一致性(見表6).黃花苜蓿+無(wú)茫雀麥群落在5個(gè)群落中具有最高的多樣性且均勻度也是最高的，而水甜茅群落個(gè)指標(biāo)都最低，體現(xiàn)了群落組成的單一性.此外，各群落的均勻度都較高，說(shuō)明群落中各植物相對(duì)密度較一致，植物分布較均勻.

表6 5個(gè)群落的豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)Tab.6 Richness，diversity and evenness indexes of five communities

3 討論

內(nèi)蒙古錫林河河漫灘草地植被分為5個(gè)群落，其中四個(gè)為共建種群落，一個(gè)為單優(yōu)種群落.群落主要由禾本科、菊科、豆科三大科草本群落構(gòu)成，與草甸草原群落組成相似[22]，但建群種卻與典型草原組成差異很大.典型草原主要建群種為羊草和大針茅，相應(yīng)的有羊草+糙隱子草、大針茅+羊草、克氏針茅+冷蒿、克氏針茅+糙隱子草等群落類型[23].錫林河河漫灘濕地群落植物生活型以多年生草本為主，與草原相似，但水分生態(tài)類型以濕生、中生為主且無(wú)水生類型，這些均與典型濕地、草甸草原和典型草原有明顯區(qū)別[22，24－26]，具有濕地和草原的雙重特征.在多樣性方面，多樣性、均勻性和豐富度三個(gè)指數(shù)之間都具有較好的正相關(guān)性.值得注意的是，水甜茅群落的各指數(shù)較其他四個(gè)植物群落異常.有研究表明，水甜茅屬淺水植物，蒸散量較高而高程越低，植物被水淹沒(méi)的機(jī)會(huì)越多[27].此外，水甜茅居群落上層，分蓋度可達(dá)100%，占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，只有少數(shù)耐蔭性種類能生長(zhǎng)于群落下層，這都是導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因.同樣，黃花苜蓿+無(wú)茫雀麥群落由于其所處的中生環(huán)境，即可容納中生植物的生長(zhǎng)也允許旱中生、濕中生的植物，是一個(gè)過(guò)渡型的環(huán)境，因此，多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)都明顯高其他四個(gè)群落.與草甸草原相比，濕地的多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)都相對(duì)較低，均勻度指數(shù)卻較高[28].此外，多樣性、均勻性和豐富度三個(gè)指數(shù)均高于典型草原[27]，表明河漫灘濕地群落由于其特殊的生境條件生物多樣性低于典型草甸草原高于典型草原但物種分布卻相對(duì)均勻一致.可見，河漫灘濕地植物群落是典型河流濕地和典型草原之間過(guò)渡類型.

4 結(jié)論

錫林河河漫灘濕地具有不同于典型濕地和草原的獨(dú)特特征:

1)錫林河中游河漫灘濕地植被為草本且植被分為5個(gè)群落，其中4個(gè)為共建種群落，一個(gè)為單優(yōu)種群落，分別為蘆葦+羊草、黃花苜蓿+無(wú)茫雀麥、灰脈苔草+早熟禾、水甜茅、小糠草+蒙古扁穗草群落;

2)濕地群落植物生活型以多年生草本為主，這與草原相同但植物水分生態(tài)類型以濕生、中生為主且無(wú)水生類型;

3)河漫灘濕地植物群落的多樣性、均勻性和豐富度三個(gè)指數(shù)呈現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)，且各指數(shù)之間都具有較好的相關(guān)性;

4)河漫灘濕地植物群落是典型河流濕地和典型草原之間過(guò)渡類型，其多樣性和豐富度較草甸草原低但高于典型草原，物種分布卻是最均勻的.

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