廢膠粒基質(zhì)調(diào)控對(duì)天津機(jī)場(chǎng)地被植物群落特征的影響

徐煥然 趙樹(shù)蘭 張一岷 袁紅 多立安

摘要 [目的]探究廢棄物基質(zhì)調(diào)控對(duì)天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)地被植物群落動(dòng)態(tài)特征的影響。[方法]將廢膠粒以低、中、高3個(gè)濃度梯度添加到機(jī)場(chǎng)試驗(yàn)地土壤中，以不添加膠粒為對(duì)照區(qū)，于2016年4—9月進(jìn)行植物群落調(diào)研。[結(jié)果]試驗(yàn)區(qū)植物種類(lèi)共計(jì)32種，其中對(duì)照區(qū)植物共有15科27種，廢膠粒調(diào)控區(qū)植物減少到8科17種，且隨廢膠粒添加量的增加而減少。廢膠粒調(diào)控區(qū)植物群落的豐富度均顯著低于對(duì)照區(qū)，廢膠粒調(diào)控區(qū)的均勻度與對(duì)照區(qū)相比差異不大；廢膠粒調(diào)控區(qū)的多樣性均低于對(duì)照區(qū)，且隨添加量的增加而降低；中、高添加量廢膠粒調(diào)控區(qū)的生物量均高于對(duì)照區(qū)，低添加量調(diào)控區(qū)的則較低。[結(jié)論]土壤基質(zhì)中添加廢膠粒減少了天津機(jī)場(chǎng)植物種類(lèi)，顯著降低了植物群落的豐富度和多樣性。

關(guān)鍵詞 廢膠粒；基質(zhì)調(diào)控；植物群落特征；多樣性；天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)

中圖分類(lèi)號(hào) S181 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）27-0073-04

Effects of Substrate Regulation with Waste Crumb Rubber on the Characteristics of Plant Community at Tianjin Airport

XU Huanran1， ZHAO Shulan2， ZHANG Yimin2 et al

（1.Tianjin Binhai International Airport， Tianjin 300300；2.Research Center for Control of Biodiversity and Airport Bird Strike， Tianjin Normal University， Tianjin 300387）

Abstract [Objective]To explore the effects of substrate regulation on the characteristics of plant community at Tianjin Binhai International Airport.[Method]Waste crumb rubber was added in soil at low， medium and high concentrations. Taking the area with no addition as control， plant communities were surveyed from April 2016 to September 2016.[Result]A total of 32 plant species were collected， among which， 16 families and 20 species were found in control area. In the crumb rubber area， plants decreased to 8 families and 17 species， and decreased with increasing the amounts of crumb rubber added. The species richness of plants in crumb rubber area was lower than that in control area， but no significant difference in evenness was found between crumb rubber and control area. The diversity of plant community in the crumb rubber area was lower than that in control area， and decreased with increasing the amounts of crumb rubber added. Compared with control， the biomass of plant community in the crumb rubber area with medium and high concentrations was higher， while that in low addition area was lower.[Conclusion]Adding waste crumb rubber in soil reduced plant species in Tianjin airport，significantly decreased richness and diversity of plant community.

Key words Waste crumb rubber；Substrate regulation；Plant community characteristics；Diversity；Tianjin Binhai International Airport

基金項(xiàng)目 民航專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目“機(jī)場(chǎng)‘生態(tài)島鳥(niǎo)類(lèi)生態(tài)綜合防控技術(shù)研究”（53H15007）。

作者簡(jiǎn)介 徐煥然（1964—），男，河北阜城人，高級(jí)工程師，碩士，從事飛行安全與機(jī)場(chǎng)管理研究。*通訊作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事生態(tài)學(xué)研究。

收稿日期 2018-06-04

地被植物群落以草本植物為主，作為機(jī)場(chǎng)的基本構(gòu)成單元，其結(jié)構(gòu)的合理性關(guān)系到機(jī)場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)的健康、穩(wěn)定及可持續(xù)，它不僅對(duì)飛機(jī)的緊急起降具有重要的保護(hù)作用，而且對(duì)于降水的疏導(dǎo)和排放也具有重要意義。但由于機(jī)場(chǎng)為開(kāi)闊的平地，為鳥(niǎo)類(lèi)在飛行區(qū)覓食提供了便利，從而給飛機(jī)的起降和飛行帶來(lái)安全隱患[1]。機(jī)場(chǎng)植被人為干擾少，為動(dòng)物提供了理想的棲息與庇護(hù)場(chǎng)所，同時(shí)為輕質(zhì)種子傳播創(chuàng)造了條件[2-3]。國(guó)內(nèi)外對(duì)機(jī)場(chǎng)地被植物群落的調(diào)控越來(lái)越重視，主要有對(duì)植物群落的高度、開(kāi)花、結(jié)實(shí)等進(jìn)行管理[1，4-7]；選擇種植不吸引鳥(niǎo)或具有驅(qū)鳥(niǎo)功效的物種[8-10]；在植物體內(nèi)植入內(nèi)生真菌[11-12]、采用火燒[13]等方式。

另一方面，隨著汽車(chē)工業(yè)和橡膠工業(yè)的發(fā)展，廢舊橡膠日益增多，其資源化利用備受關(guān)注，將廢舊橡膠加工成顆粒是其資源化利用的方式之一。廢膠粒通常被用于修復(fù)污染地下水[14]、填充草坪基質(zhì)[15]、建筑工程施工[16-17]，但鮮見(jiàn)利用廢膠?；|(zhì)調(diào)控植物群落方面的研究報(bào)道。

筆者將廢膠粒添加到土壤中對(duì)天津機(jī)場(chǎng)地被植物進(jìn)行調(diào)控，旨在降低植物群落物種多樣性，從而切斷鳥(niǎo)類(lèi)食物來(lái)源、改變鳥(niǎo)類(lèi)掩蔽和繁殖環(huán)境，進(jìn)而降低鳥(niǎo)類(lèi)多樣性，為機(jī)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理植物群落和鳥(niǎo)擊防范提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)自然概況

天津?yàn)I海國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于天津市東麗區(qū)，地理坐標(biāo)為39°07′ N、117°20′ E，距市中心13 km，距天津港30 km，距北京134 km，總占地面積760 hm2，裸地面積460 hm2[18]。該地區(qū)四季分明，春季多風(fēng)，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪，屬暖溫帶半濕潤(rùn)性大陸季風(fēng)氣候。天津機(jī)場(chǎng)內(nèi)植物資源豐富，植被覆蓋率高，大多是路邊和田間地頭常見(jiàn)的多年生或一年生雜草，也有部分的藤本和木本植物，主要優(yōu)勢(shì)種類(lèi)有苦菜、夏至草、刺兒菜、車(chē)前草、鵝絨藤、葎草、虎尾草和牛筋草等[19]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置。樣地設(shè)在天津機(jī)場(chǎng)的試驗(yàn)田中，土壤類(lèi)型為砂壤土，其理化性質(zhì)如下：pH 7.95、有機(jī)質(zhì)28.7 g/kg、全氮2.37 g/kg、速效磷21.43 mg/kg、含水量11.7%、容重1.46 g/cm3。試驗(yàn)區(qū)分為廢膠粒調(diào)控區(qū)和對(duì)照區(qū)，總面積約為300 m×200 m，其中廢膠粒調(diào)控區(qū)平分為3塊，大小約為6.7 m×15.0 m，其施加量分別為0.34、0.67、1.00 t，分別以L(fǎng)WP、MWP和HWP表示；不添加廢膠粒的為對(duì)照區(qū)（CK）。整個(gè)試驗(yàn)區(qū)的植被均為自然生長(zhǎng)狀態(tài)。

1.2.2 植物群落調(diào)查。于2016年4—9月對(duì)試驗(yàn)區(qū)的地被植物群落進(jìn)行調(diào)查，每月2次。采用樣方法，分別在低、中、高添加量廢膠粒調(diào)控區(qū)和對(duì)照區(qū)各布設(shè)面積為1 m×1 m的樣方3個(gè)，共12個(gè)，記錄每個(gè)樣方內(nèi)的植物種類(lèi)、株數(shù)。并采用完全收獲法測(cè)定生物量，在80 ℃條件下烘至恒重。

1.2.3 植物多樣性的計(jì)算方法。計(jì)算Simpson多樣性指數(shù)（Ds）、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H）、Pielou均勻度（J）和Margalef豐富度（R），其計(jì)算公式如下：

Ds=1-∑（Pi2）

H= ∑（Pi×lnPi）

J=H/lnS

R=（S-1）/lnN

式中，Pi為屬于種i的個(gè)體在全部個(gè)體中的比例（Ni/N）；Ni為i物種個(gè)體數(shù)；N為群落中全部物種的個(gè)體數(shù)；S為物種數(shù)目。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。利用Excel 2010 和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、差異顯著性分析和LSD檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)區(qū)植物群落的種類(lèi)組成

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)區(qū)植物種類(lèi)共計(jì)32種，主要由菊科（8種）和禾本科（5種）植物組成（表1）。雙子葉植物種類(lèi)多于單子葉植物，主要優(yōu)勢(shì)種類(lèi)有刺兒菜、阿爾泰狗娃花和狗尾草等。對(duì)照區(qū)植物共有15科27種，廢膠粒調(diào)控區(qū)植物較對(duì)照區(qū)減少了7科10種，且隨廢膠粒添加量的增加而減少，其中低添加量調(diào)控區(qū)減少到7科15種，中、高添加量均減少到12種。在對(duì)照區(qū)生長(zhǎng)的植物大多數(shù)在廢膠粒調(diào)控區(qū)逐漸消失，同時(shí)也有新物種出現(xiàn)，如山萵苣和苘麻等；對(duì)照區(qū)出現(xiàn)的有些物種在廢膠粒調(diào)控區(qū)未出現(xiàn)，如巴天酸模和榆樹(shù)苗等；有些物種則在對(duì)照區(qū)和廢膠粒調(diào)控區(qū)均存在，如刺兒菜、阿爾泰狗娃花、鵝絨藤和灰綠藜等。

2.2 試驗(yàn)區(qū)植物群落多樣性的變化

廢膠粒調(diào)控區(qū)的植物群落多樣性變化如圖1所示。在所有月份中，廢膠粒調(diào)控區(qū)植物群落的豐富度均顯著低于對(duì)照區(qū)，且除5月外，其余均隨廢膠粒添加量的增加而降低（圖1A）。4、9月，中、高添加量廢膠粒調(diào)控區(qū)植物群落的豐富度差異不顯著，但顯著低于低添加量調(diào)控區(qū)，分別降低了24.1%、33.3%和33.6%、498%；5、7、8月，不同添加量廢膠粒調(diào)控區(qū)的豐富度差異不顯著；6月，高添加量調(diào)控區(qū)的豐富度顯著低于對(duì)照區(qū)與低添加量調(diào)控區(qū)，分別降低了51.7%和27.3%。

4—8月，低、中添加量廢膠粒調(diào)控區(qū)與對(duì)照區(qū)植物群落的均勻度差異不顯著（圖1B）。4、9月高添加量調(diào)控區(qū)均勻度均顯著低于對(duì)照區(qū)，分別降低了26.4%和29.9%。

植物群落Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)均隨廢膠粒添加量的增加而降低（圖1C和圖1D）。其中5月各添加量的廢膠粒調(diào)控區(qū)Shannon-Wiener指數(shù)差異不顯著，但均顯著低于對(duì)照區(qū)，分別降低了29.3%、36.8%和50.3%；8、9月 Shannon-Wiener指數(shù)不僅隨添加量的增加而降低，且差異顯著。分析Simpson指數(shù)可知，4、5月中、高添加量廢膠粒調(diào)控區(qū)差異不顯著，但顯著低于對(duì)照區(qū)；6、7月隨添加量增加而降低，但差異不顯著；8月各添加量廢膠粒調(diào)控區(qū)的Simpson指數(shù)差異不顯著，但均顯著低于對(duì)照區(qū)，分別降低了129%、15.6%和20.5%；9月隨添加量的增加而顯著降低，分別比對(duì)照區(qū)顯著降低了12.2%、35.0%和56.3%。

2.3 試驗(yàn)區(qū)植物群落生物量變化

由表3可知，對(duì)照區(qū)與廢膠粒調(diào)控區(qū)植物群落生物量隨調(diào)查月份均呈增加的趨勢(shì)。廢膠粒調(diào)控區(qū)植物群落的生物量隨添加量的增加而增加，與對(duì)照區(qū)相比均差異不顯著。6—9月，低添加量調(diào)控區(qū)的生物量低于對(duì)照區(qū)，分別降低了10.8%、9.3%、26%和3.4%；7—9月，中、高添加量調(diào)控區(qū)的生物量則均高于對(duì)照區(qū)。

3 討論與結(jié)論

機(jī)場(chǎng)環(huán)境對(duì)植物的影響主要表現(xiàn)在氣候、水文、基質(zhì)及地形方面，其中基質(zhì)是影響植物生長(zhǎng)必需的環(huán)境與資源條件，其對(duì)植物群落的結(jié)構(gòu)組成起決定性作用。植物生長(zhǎng)發(fā)育受基質(zhì)條件的制約，且在一定程度上影響植物群落的穩(wěn)定發(fā)展。在基質(zhì)中添加廢膠粒，會(huì)對(duì)植物群落產(chǎn)生影響。該研究結(jié)果表明，廢膠粒調(diào)控區(qū)植物明顯少于對(duì)照區(qū)，且隨添加量的增加而減少。在高添加量廢膠粒調(diào)控區(qū)中禾本科植物僅有堿茅、狗尾草出現(xiàn)，刺兒菜始終占優(yōu)勢(shì)，且刺兒菜的葉緣有細(xì)密針刺，會(huì)影響和阻礙鳥(niǎo)類(lèi)及其他生物的生命活動(dòng)，不利于鳥(niǎo)類(lèi)生長(zhǎng)發(fā)育[20]。

植物多樣性作為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能和穩(wěn)定的基礎(chǔ)，是生物多樣性和群落生態(tài)學(xué)研究的核心問(wèn)題之一，受多種環(huán)境因子和生態(tài)過(guò)程的影響[21-22]。廢膠粒對(duì)植物群落的物種豐富度影響較大，顯著低于對(duì)照區(qū)，而對(duì)均勻度影響不顯著。將植物群落物種多樣性變單一性可減少鳥(niǎo)類(lèi)種類(lèi)和數(shù)量。對(duì)試驗(yàn)區(qū)物種多樣性指數(shù)的比較發(fā)現(xiàn)Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)全年的變化趨勢(shì)基本相同，廢膠粒調(diào)控區(qū)的多樣性與對(duì)照區(qū)相比均有所降低，且隨添加量的增加而降低。主要是因?yàn)橹?、高調(diào)控區(qū)的生長(zhǎng)后期葎草為優(yōu)勢(shì)種之一，其匍匐莖生長(zhǎng)蔓延迅速，常纏繞其他植物，且高達(dá)50 cm左右，在其覆蓋下，因缺水、缺光而不利于其他物種生存。

生物量作為一種生態(tài)表征，可用于分析植被生產(chǎn)能力、評(píng)價(jià)植物群落和種群的構(gòu)建特征，是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)，是生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境質(zhì)量的綜合體現(xiàn)[23-24]。該研究表明，低添加量廢膠粒調(diào)控區(qū)的生物量降低，而中、高添加量調(diào)控區(qū)的增加。雖然基質(zhì)添加廢膠粒會(huì)使一些像黃香草木樨、榆樹(shù)苗等蓋度和生物量大的植物消失，但由于中、高添加量調(diào)控區(qū)內(nèi)生長(zhǎng)著同樣蓋度和生物量較大的葎草而導(dǎo)致整體生物量增加。

綜上所述，廢膠粒對(duì)機(jī)場(chǎng)地被植物群落的物種組成、多樣性與生物量均有影響，其中高添加量廢膠粒的效果較好，使植物物種減少了8科15種，降低了豐富度和多樣性。因此，建議在機(jī)場(chǎng)內(nèi)施入廢膠粒995 kg/m2。

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