曹妃甸濕地自然保護(hù)區(qū)植物多樣性研究*

胡愛(ài)雙 ,郭文靜 ,邢春強(qiáng) ,馬旺 ,孫宇** ,丁馮潔 ,張薇

(1.河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所/河北省鹽堿地綠化技術(shù)創(chuàng)新中心 唐山 063299;2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院生態(tài)保護(hù)與修復(fù)研究所 北京 100091;3.河北省水文工程地質(zhì)勘查院 石家莊 050021)

陸地、海洋和濕地是世界上最大的3 個(gè)生態(tài)系統(tǒng),包含草原、森林、荒漠和江河湖泊等多個(gè)生態(tài)子系統(tǒng)[1]。沿海濕地生態(tài)系統(tǒng)屬于濕地生態(tài)系統(tǒng)的一種,介于海陸交匯地帶,同時(shí)受陸地和海洋雙重作用的影響[2],具有獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和復(fù)雜多樣的生態(tài)景觀,從而造就了其與眾不同的生物多樣性和環(huán)境敏感性。對(duì)沿海濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能研究顯示,濕地在物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、信息傳遞等過(guò)程中發(fā)揮著重要作用,為近海岸人類(lèi)提供海岸防護(hù)、凈化水質(zhì)、調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)淡水資源、航運(yùn)、教育和科研等多重保障和服務(wù),是地球上生產(chǎn)力最高、生態(tài)服務(wù)價(jià)值最大的生態(tài)系統(tǒng)[3]。因此,調(diào)查研究、保護(hù)、修復(fù)濱海濕地具有重要意義。

生物多樣性是衡量濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo),集物種、遺傳、功能和生態(tài)系統(tǒng)多樣性于一體[4]。濕地植物多樣性是該地區(qū)物種多樣性的重要組成部分,對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)、指示生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況、濕地保護(hù)及修復(fù)有至關(guān)重要的作用[5-6]。濕地植物多樣性受氣候變化、土壤理化性質(zhì)、微生物種類(lèi)和水環(huán)境質(zhì)量等因素的綜合影響[7-10]。其中,土壤作為濕地植物生長(zhǎng)的空間載體,為植物提供水分和養(yǎng)分,對(duì)濕地植物的多樣性有較為明顯的影響[11]。如多項(xiàng)研究顯示土壤理化性質(zhì)優(yōu)越的地方,植物生長(zhǎng)比較茂盛,生態(tài)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定[12-13]。同時(shí),土壤理化性質(zhì)的惡化也可能會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響,如濕地表層土壤鹽分的積累可能會(huì)降低植株微量元素的吸收,抑制植物生化酶的活性,最終造成植物多樣性降低[10]。王杰等[14]對(duì)灤河河口地區(qū)植物的多樣性研究結(jié)果顯示,該區(qū)域植物的多樣性受到了土壤鹽分的影響。李艷紅等[15]對(duì)艾比湖濕地植物的多樣性研究結(jié)果顯示,植物的多樣性也與土壤全鹽含量顯著相關(guān)。此外,植物對(duì)土壤理化性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生一定的作用,如植被覆蓋能攔截降水、減少地表徑流和減少土壤侵蝕[16];植物的枯枝落葉腐爛后可以促進(jìn)土壤微生物的發(fā)展使土壤更具活力[17];豆科(Fabaceae)植物根部共生的根瘤菌可以固氮,改善土壤結(jié)構(gòu),保持土壤肥力[18]。土壤環(huán)境和植物多樣性的相互作用和良性循環(huán)共同維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展,反映了植物群落的適應(yīng)能力和生態(tài)環(huán)境的可調(diào)節(jié)機(jī)制[19]。因此,為了科學(xué)管理濕地生態(tài)系統(tǒng),有必要對(duì)濕地植物的多樣性進(jìn)行調(diào)查,并對(duì)其與土壤理化性質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行研究。

曹妃甸濕地生態(tài)系統(tǒng)處于陸地生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)渡地帶,是具有國(guó)際意義的沿海濕地生態(tài)敏感區(qū)。近些年來(lái)隨著沿海經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,受氣候和人為因素的影響[2],曹妃甸濕地普遍出現(xiàn)了魚(yú)塘遍布、土壤返鹽和板結(jié),度假村和酒店林立等現(xiàn)象,對(duì)植物多樣性保護(hù)和生態(tài)系統(tǒng)功能保障帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。目前對(duì)于曹妃甸濕地的研究主要集中在濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值空間分異[20]、生態(tài)健康評(píng)價(jià)[21]、旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展[22]等方面。而關(guān)于土壤環(huán)境因子與植物多樣性相關(guān)關(guān)系的研究較少。本文以曹妃甸濕地和鳥(niǎo)類(lèi)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)為研究區(qū)域,通過(guò)對(duì)該濕地的植物空間分布、土壤理化性質(zhì)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和分析,探究濕地植物資源現(xiàn)狀、土壤養(yǎng)分和鹽分空間分布特征并分析植物群落與土壤環(huán)境因子的關(guān)系,以期為濕地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)、植物多樣性保護(hù)等濕地綜合系統(tǒng)的科學(xué)管理提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

曹妃甸濕地和鳥(niǎo)類(lèi)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)是2005 年9 月,經(jīng)河北省人民政府批準(zhǔn)建立的省級(jí)自然保護(hù)區(qū)。位于河北省唐山市曹妃甸區(qū)南部(118°15′～118°23′E,39°09′～39°14′N(xiāo)),區(qū)域平均海拔2.5 m,屬溫帶半濕潤(rùn)氣候,總面積11 064 hm2。其中核心區(qū)面積3504 hm2,占全區(qū)31.7%;緩沖區(qū)面積1503 hm2,占全區(qū)13.6%;實(shí)驗(yàn)區(qū)面積6057 hm2,占全區(qū)54.7%。保護(hù)區(qū)北側(cè)距沿海公路南側(cè)800 m,南與南堡鹽場(chǎng)相鄰,東靠青林公路以西1500 m 處的斗渠,西以三排干為界(圖1)。保護(hù)區(qū)屬溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū),四季分明,年平均氣溫11.2 ℃,年降水量648.1 mm。保護(hù)區(qū)生物多樣性十分豐富,以海淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)和國(guó)家一、二級(jí)鳥(niǎo)類(lèi)為主要保護(hù)對(duì)象。

圖1 研究區(qū)位置及樣方分布示意圖Fig.1 Location and sampling points distribution of the study area

1.2 研究方法

1.2.1 植被調(diào)查

于2021 年8 月開(kāi)展調(diào)查,主要以雙龍河為主線,采用生態(tài)學(xué)樣地調(diào)查方法[14]對(duì)研究區(qū)植物群落結(jié)構(gòu)及土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)查,沿河岸、海岸、垂直于河岸、海岸方向選取具有典型群落特征的區(qū)域設(shè)置樣地(10 m×10 m) 42 個(gè)。若樣地內(nèi)存在喬木,則算作一個(gè)喬木樣方;對(duì)于有灌木存在的樣地,隨機(jī)選取5 m×5 m 樣方1～2 個(gè);草本植物樣地隨機(jī)選取1 m×1 m樣方1～3 個(gè)。共計(jì)樣方93 個(gè),每個(gè)樣方采用GPS 定位?，F(xiàn)場(chǎng)鑒定樣方中的植物物種,記錄個(gè)體數(shù)、胸徑、高度、冠幅等指標(biāo)及周邊環(huán)境特征。

1.2.2 土壤樣品采集與分析

沿樣方對(duì)角線方向選取5 個(gè)取樣點(diǎn),用土鉆分層采集0～20 cm 和20～40 cm 的土樣分別混合后裝入自封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室,自然風(fēng)干、去雜、研磨處理后進(jìn)行土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定。土壤全鹽含量采用電導(dǎo)法(水土比5∶1 浸提)測(cè)定,速效氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定,速效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定,速效鉀采用NH4Ac 浸提-火焰光度法測(cè)定,有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定[23]。

1.2.3 植物多樣性指標(biāo)

文中涉及指標(biāo)主要包括Margalef 指數(shù)(R)、Shannon-Wiener 指數(shù)(H)、Simpson 指數(shù)(D)和Pielou均勻度指數(shù)(E)[24]。R值反映群落物種豐富度,表示生物群聚中種類(lèi)豐富度程度;H值越大,群落所含的信息量越大,代表了群落的復(fù)雜程度越高;D值越大,表示群落中種數(shù)越多,各種個(gè)體分配越均勻,物種多樣性程度越高;E值表示群落物種分布的均勻度。相關(guān)計(jì)算公式如下:

式中:S為樣方中物種總數(shù),N為樣方中記錄的個(gè)體總數(shù),Ni為樣方中第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)。

運(yùn)用SPSS 22.0 軟件對(duì)植被多樣性指數(shù)和土壤環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析,運(yùn)用ArcGIS 10.2 空間分析功能中反距離權(quán)重差值(IDW)方法對(duì)土壤鹽分和養(yǎng)分進(jìn)行空間分析,生成空間分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)植物區(qū)系特征

2.1.1 植物區(qū)系基本組成

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明:研究區(qū)內(nèi)種子植物共有23 科、47 屬、54 種。被子植物有22 科、46 屬、53 種,分別占科屬種的95.7%、97.9%、98.1%,其中雙子葉植物有20 科、44 屬、51 種,分別占科屬種的87.0%、93.6%、94.4%,單子葉植物有2 科、2 屬、2 種,分別占科屬種的8.7%、4.3%、3.7%。裸子植物只有1 科、1 屬、1 種,被子植物在區(qū)系中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。研究區(qū)植物的生活型以草本植物為主(39 種),如草木樨(Melilotus officinalis)、翅果菊(Lactuca indica)、鹽地堿蓬(Suaeda salsa)等,共占研究區(qū)植物總種數(shù)的72.2%;灌木類(lèi)6 種,如白刺(Nitraria tangutorum)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、檉柳(Tamarix chinensis)等,占研究區(qū)植物總種數(shù)的11.1%;喬木類(lèi)10 種,主要為人工栽植的樹(shù)種,如垂柳(Salix babylonica)、桑(Morus alba)、槐(Styphnolobium japonicum)等,占研究區(qū)植物總種數(shù)的18.5%;草質(zhì)藤本只有鵝絨藤(Cynanchum chinense) 1 種。研究區(qū)植物生態(tài)水分類(lèi)型以中生植物為主(46 種),如白茅(Imperata cylindrica)、萹 蓄(Polygonum aviculare)、地膚(Kochia scoparia)等,占植物總種數(shù)的85.2%;濕生植物有5 種,如稗(Echinochloa crus-galli)、堿蓬(Suaeda glauca)、蘆葦(Phragmites australis)等,占植物總種數(shù)的9.3%;旱生只有白刺、中華補(bǔ)血草(Limonium sinense)、二色補(bǔ)血草(Limonium bicolor)3 種,占植物總種數(shù)的5.6%。中生生態(tài)類(lèi)型中大部分為中中生植物,占比為75.9%,其次是濕中生和旱中生,占比分別為5.6%和3.7%。

2.1.2 區(qū)系數(shù)量結(jié)構(gòu)

優(yōu)勢(shì)科是指在植物區(qū)系中種類(lèi)眾多,且在植物群落中起著建群作用的科[25]。以科所包含種數(shù)為依據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[26],研究區(qū)前4 科所包含種數(shù)大于平均值3,在區(qū)系總種數(shù)占比為59.3%,菊科(Asteraceae)、禾本科(Poaceae)、藜科(Chenopodiaceae)和豆科是該區(qū)系的優(yōu)勢(shì)科(表1)。在植物區(qū)系中種類(lèi)眾多,且在植物群落中起到建群的作用,如藜科的堿蓬、地膚、鹽地堿蓬群落,禾本科的蘆葦群落等。表征科是某科在該區(qū)系中的種數(shù)與該科在全世界分布的種數(shù)對(duì)比,比值越高,代表性越強(qiáng)[27]。將研究區(qū)植物科(除單種科、僅含有 1 種的科)與所對(duì)應(yīng)的世界植物區(qū)系做對(duì)比,比值范圍為 0.03%～0.50%,平均值為0.21%。由此確定藜科、白花丹科(Plumbaginaceae)、楊柳科(Salicaceae)是該區(qū)系的表征科(表1)。

表1 研究區(qū)植物優(yōu)勢(shì)科和表征科Table 1 Dominant families and representative families of vegetation in the study area

與科的統(tǒng)計(jì)相似對(duì)屬一級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果表明藜屬(Chenopodium)、萵苣屬(Lactuca)、堿蓬屬(Suaeda)、蒿屬(Artemisia)、補(bǔ)血草屬(Limonium)是區(qū)系的優(yōu)勢(shì)屬(表2),萵苣屬和堿蓬屬是該區(qū)系的表征屬。

表2 研究區(qū)植物優(yōu)勢(shì)屬及表征屬Table 2 Dominant genera and representative genera of vegetation in the study area

2.1.3 區(qū)系地理成分分析

植物區(qū)系是某一地區(qū)或某一時(shí)期所有植物種類(lèi)的總稱(chēng),是植物界在特定自然地理環(huán)境條件下發(fā)展、演化的結(jié)果,可在一定程度上反映植被特征和地理環(huán)境變化[28]。以吳征鎰等[29]對(duì)植物科、屬區(qū)系地理成分的劃分為依據(jù),對(duì)研究區(qū)植物區(qū)系地理成分統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明:研究區(qū)區(qū)系地理成分在科一級(jí)以世界分布為主,有13 科,占區(qū)系總科數(shù)56.5%;溫帶分布有3 科,占區(qū)系總科數(shù)13.0%;熱帶分布型有6 科,占區(qū)系總科數(shù)的26.1%;古地中海分布只有1 科,占區(qū)系總科數(shù)4.3% (表3)。在屬一級(jí)劃分為5個(gè)分布大類(lèi)、8 個(gè)分布型和6 個(gè)分布變型。其中世界分布型有11 屬,這類(lèi)分布型植物沒(méi)有明確的起源中心,無(wú)法表現(xiàn)出區(qū)系的起源與演替(故不做統(tǒng)計(jì)),如蒿屬植物幾乎遍布全國(guó),常組成植物群落,為荒地、草地、部分濕地的建群種、優(yōu)勢(shì)種。多生長(zhǎng)在荒坡、曠野及路旁,少數(shù)種也分布到海邊灘地。鬼針草屬植物幾乎遍布全國(guó)各地,多為荒野雜草等。熱帶分布類(lèi)以泛熱帶分布型為主,有6 屬,占非世界分布屬的16.7%,如補(bǔ)血草屬、狗尾草屬、馬齒莧屬等。溫帶分布類(lèi)以泛溫帶為主,有9 屬,占非世界分布屬的25.0%,如白茅屬、萹蓄屬、地膚屬等。亞洲分布類(lèi)以東亞分布型及其變型為主,總計(jì)5 屬,占非世界分布屬的13.9%,如側(cè)柏屬、葎草屬、茜草屬等(表4)。

表3 研究區(qū)植物科級(jí)區(qū)系的類(lèi)型Table 3 Types of family level flora in the study area

表4 研究區(qū)植物屬一級(jí)區(qū)系的類(lèi)型Table 4 Types of genus level flora in the study area

2.2 研究區(qū)植物群落多樣性分析

2.2.1 喬灌層群落多樣性分析

研究區(qū)喬木灌木群落多樣性單一,灌木主要是白刺和檉柳,為海濱、灘頭、潮濕鹽堿地等區(qū)域的常見(jiàn)種;喬木層主要是刺槐(Robinia pseudoacacia)、榆樹(shù)(Ulmus pumila)等栽培種。

2.2.2 草本層群落多樣性分析

研究區(qū)植被以草本為主,依據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果及相關(guān)指數(shù)計(jì)算,研究區(qū)群落類(lèi)型有堿蓬、地膚、黃花蒿(Artemisia annua)、鹽地堿蓬、蘆葦、葎草(Humulus scandens)、三棱草(Carex phacota)、婆婆刺(Bidens pilosa)、茵陳蒿(Artemisia capillaris) 9 種(表5)。群落蓋度范圍為59.6%～99.9%,最高值是葎草群落,最低值是堿蓬群落;群落植物種數(shù)為3～13,最高值是葎草群落,最低值是堿蓬群落;多度和范圍為46～222,最高值是三棱草群落,最低值是地膚群落;H值范圍為0.77～2.18,最高值是葎草群落,最低值是堿蓬群落;D值范圍為0.44～0.86,最高值是茵陳蒿群落,最低值是蘆葦群落;E值范圍為0.53～0.92,最高值是茵陳蒿群落,最低值是蘆葦群落;R范圍為1.78～9.64,最高值是葎草群落,最低值是堿蓬群落。研究區(qū)蘆葦和堿蓬群落的多樣性較差,而葎草、茵陳蒿群落結(jié)構(gòu)更具有穩(wěn)定性。

表5 研究區(qū)主要植物群落及其主要特征Table 5 Main plant communities and their main characteristics in the study area

2.3 土壤含鹽量和土壤養(yǎng)分條件分析

2.3.1 土壤鹽分和養(yǎng)分空間分布特征

根據(jù)地理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,研究區(qū)土壤鹽分空間分布如圖2 所示,0～20 cm 和20～40 cm 土壤鹽分在水平空間上分布較為相似,主要呈現(xiàn)沿西南向東北遞減的趨勢(shì)。重度鹽漬土(>5 g?kg?1)主要分布在研究區(qū)的西南部地區(qū),該區(qū)西部和南部地區(qū)臨近曬鹽池和渤海,受海水入滲共同影響導(dǎo)致西南部地區(qū)土壤鹽分含量較高。中度鹽漬土(3～5 g?kg?1)零星分布于中部和東北部地區(qū),主要為臨近池塘、魚(yú)池和水系地區(qū)。輕度鹽漬土和非鹽漬土主要位于中部和東北部地區(qū),離海岸線較遠(yuǎn),土壤鹽分含量較低。0～20 cm、20～40 cm 土層非鹽漬土樣地?cái)?shù)量占全部樣地的51%和37%,輕度鹽漬土分別占19%和35%,中度鹽漬土分別占12%和7%,重度鹽漬化樣地?cái)?shù)量分別占18%和21%。在垂直空間分布上,隨著土壤深度增加,輕度鹽漬土和重度鹽漬土土壤面積呈增加趨勢(shì),非鹽漬土和中度鹽漬土面積呈減少趨勢(shì),同時(shí)土壤鹽分含量降低。

對(duì)研究區(qū)42 塊樣地中土壤速效氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)等土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行空間插值,結(jié)果如圖3 所示,土壤速效氮含量為5.26～89.24 mg?kg?1,不同土層深度速效氮含量空間分布較為相似,高值區(qū)主要位于西北和中部地區(qū),其余地區(qū)速效氮含量較低。垂直空間分布上,速效氮高值面積在減少,低值面積在增加,同時(shí)隨著土層深度增加速效氮含量呈減少趨勢(shì)。土壤速效磷含量為5.94～73.87 mg?kg?1,在空間分布上,0～20 cm 土層深度土壤速效磷含量高值區(qū)主要位于研究區(qū)西北部和中部部分地區(qū),20～40 cm 土壤速效磷高值區(qū)主要位于西北和西南部地區(qū)。在垂直空間分布上,隨著土層深度增加,速效磷高值區(qū)在增加,低值區(qū)在減少,速效磷含量整體在減少。土壤速效鉀含量為10.62～109.82 mg?kg?1,空間分布上,0～20 cm 土壤速效鉀高值區(qū)主要分布在西南部地區(qū)和中部地區(qū),20～40 cm 土壤速效鉀高值區(qū)主要分布在西南部地區(qū)。隨著土層深度增加,速效鉀高值區(qū)范圍在減少,低值區(qū)范圍在增加,速效鉀含量整體減少幅度較小。土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.13～28.98 g?kg?1,空間分布上,0～20 cm 土壤有機(jī)質(zhì)在西北部、東北部和東南部地區(qū)較高,在西南部地區(qū)和北部地區(qū)較低;20～40 cm 土壤有機(jī)質(zhì)分布較為集中,高值區(qū)主要分布在西南部和北部的部分地區(qū)。隨著土層深度增加,土壤有機(jī)質(zhì)高值區(qū)范圍在減少,低值區(qū)在增大,同時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)整體含量呈減少趨勢(shì)。

圖3 研究區(qū)0～20 cm 和20～40 cm 土層土壤養(yǎng)分空間分布Fig.3 Spatial distribution of soil nutrients of 0?20 cm and 20?40 cm layers in the study area

2.3.2 鹽分梯度及土壤因子特征

由于土壤鹽漬化空間分布呈現(xiàn)由西南向東北減少的趨勢(shì),因此選取距離西南角0～5 km、5～10 km和10～15 km 處作為樣帶1、樣帶2 和樣帶3 區(qū)域,其中樣帶1、樣帶2 和樣帶3 區(qū)域分別包括8 個(gè)、17 個(gè)和17 個(gè)樣地。不同樣帶土壤鹽漬化程度及養(yǎng)分含量如表6 所示。0～20 cm 土壤,不同樣帶間的土壤鹽分和養(yǎng)分差異均不顯著。20～40 cm 土壤,樣帶1 土壤鹽分顯著高于樣帶2 和樣帶3。土壤速效氮和速效鉀含量在不同樣帶和土層間均不顯著。0～20 cm和20～40 cm 土壤速效磷和有機(jī)質(zhì)含量不同樣帶間均不顯著。樣帶2 的0～20 cm 土壤速效磷含量顯著高于20～40 cm。

表6 研究區(qū)不同樣帶的土壤鹽漬化程度及養(yǎng)分含量Table 6 Salinization degrees and nutrients contents of soil in different zones in the study area

2.4 鹽堿區(qū)植被多樣性特征與土壤因子的關(guān)系

對(duì)不同區(qū)域不同土層土壤養(yǎng)分和植被多樣性指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果如表7 所示。整個(gè)區(qū)域0～20 cm 土壤的鹽分與植被的Margalef 指數(shù)(R)、Shannon-Wiener 指數(shù)(H)、Simpson 指數(shù)(D)和Pielou指數(shù)(E)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表7 曹妃甸濕地植物群落多樣性與土壤環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)Table 7 Correlation coefficient between plant community diversity and soil environmental factors in Caofeidian wetland

對(duì)于樣帶1,20～40 cm 土壤鹽分含量與R多樣性指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。速效磷和速效鉀含量與各植物多樣性指數(shù)主要呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。速效氮含量與各植物多樣性指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。土壤有機(jī)質(zhì)含量與R和H呈正相關(guān),與D和E呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。不同深度土壤速效氮與H呈顯著正相關(guān),20～40 cm 速效氮與D呈顯著正相關(guān),20～40 cm 速效鉀與R呈顯著負(fù)相關(guān),不同深度土壤有機(jī)質(zhì)與R呈顯著正相關(guān)。

對(duì)于樣帶2,土壤鹽分和土壤養(yǎng)分含量與植物多樣性指數(shù)相關(guān)系數(shù)為?0.274～0.42,未檢測(cè)到顯著相關(guān)性。對(duì)于樣帶3,速效氮、速效磷和速效鉀與各植物多樣性指數(shù)整體呈正相關(guān)關(guān)系。其中,20～40 cm速效氮含量與H達(dá)到顯著正相關(guān),不同深度土壤速效磷含量與R和H呈顯著正相關(guān),20～40 cm 土壤有機(jī)質(zhì)含量與R和H指數(shù)呈顯著正相關(guān)。與0～20 cm相比,20～40 cm 土壤養(yǎng)分與各植物多樣性指數(shù)相關(guān)性整體較高。

3 討論

研究區(qū)濕地臨海,部分土壤鹽堿化嚴(yán)重,同時(shí)存在裸露地面和廢棄地,導(dǎo)致植物種類(lèi)較少,僅有23科47 屬54 種,被子植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),與渤海灣周邊濕地調(diào)查相一致[14]。四季分明的溫帶氣候及較為復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境使得植物生活型以草本植物為主,生態(tài)水分類(lèi)型以中生植物為主。優(yōu)勢(shì)科是菊科、禾本科、藜科和豆科,表征科是藜科、白花丹科、楊柳科。特別是藜科,既有灰綠藜(Oxybasis glauca)、豬毛菜(Salsola collina)等該地的常見(jiàn)種,也有鹽地堿蓬、堿蓬等海邊、鹽堿地常見(jiàn)的鹽生植物。

研究區(qū)植物區(qū)系相對(duì)復(fù)雜,受地理位置影響,以溫帶分布為主,但在科及屬水平均出現(xiàn)熱帶分布,表明該區(qū)與熱帶分布有一定聯(lián)系,同時(shí)存在一定古地中海成分。這與前人對(duì)渤海灣濕地植物區(qū)系的研究結(jié)果相似[14,30]。區(qū)系數(shù)量結(jié)構(gòu)表明單種科、單種屬占比較高,植物演替有極大的潛力,體現(xiàn)了科級(jí)和屬級(jí)水平上的多樣性[31]。

研究區(qū)植物群落以草本群落為主,茵陳蒿、葎草群落更為穩(wěn)定,蘆葦群落多樣性最差。蘆葦群落中蘆葦集中大量分布,使得物種多樣性較低,若生存環(huán)境發(fā)生變化,不適宜蘆葦生存,則整個(gè)群落穩(wěn)定性就會(huì)遭到極大破壞;而葎草與茵陳蒿群落物種豐富,生態(tài)幅度廣泛,存在灘涂特色的植物[32]如堿蓬、鹽地堿蓬等,能更好地適應(yīng)環(huán)境。

土壤環(huán)境條件是影響植物生長(zhǎng)的重要因素,土壤鹽分和養(yǎng)分的空間分布差異在一定程度上決定著植物多樣性的多寡[33]。土壤鹽分是濱海濕地植物多樣性的重要影響因素,通過(guò)對(duì)植物多樣性指數(shù)和土壤環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析,本研究發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)植物的R、H、D和E指數(shù)與土壤含鹽量整體上呈負(fù)相關(guān)。其中樣帶1 深度為20～40 cm 土壤的鹽分與R指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān),說(shuō)明土壤鹽分積累對(duì)植物多樣性產(chǎn)生了不利影響。這可能是因土壤中較多鹽分會(huì)抑制植物生長(zhǎng),甚至使一些耐鹽能力較弱的甜土植物不能存活,進(jìn)而降低了該區(qū)的物種豐富度[34]。該結(jié)果與張林靜等[35]對(duì)新疆阜康地區(qū)、趙敏等[10]對(duì)黑河中游濕地以及Basharat等[36]對(duì)沙特阿拉伯沿海濕地植物多樣性與鹽分的研究結(jié)果一致。

植物生長(zhǎng)過(guò)程也是對(duì)土壤環(huán)境適應(yīng)和改造的過(guò)程[33]。植物多樣性和土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系前人已經(jīng)做了大量研究,由于地區(qū)間土壤環(huán)境的差異,所得到的結(jié)果差異明顯。劉俊娟[37]對(duì)我國(guó)丹江口濕地植物多樣性進(jìn)行研究表明,土壤全磷、全氮和有機(jī)質(zhì)含量和植物多樣性指數(shù)呈顯著正相關(guān)。郭舜等[38]指出土壤養(yǎng)分對(duì)閩江河口濕地植被多樣性貢獻(xiàn)為正。而王琳等[39]指出隨著有機(jī)質(zhì)和氮含量增加,歷山草甸區(qū)植被多樣性指數(shù)在減少。濕地植物群落分布呈影響因素多樣性和復(fù)雜性等特點(diǎn)。本文以土壤中有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀等作為測(cè)量目標(biāo),分析土壤養(yǎng)分和植物多樣性指數(shù)的相關(guān)性。結(jié)果表明,對(duì)于樣帶1 和樣帶3,R、H與D指數(shù)與速效氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)存在顯著相關(guān)性,氮素含量可以直接影響植物的生產(chǎn)力和植被類(lèi)型[40]。本研究結(jié)果顯示,研究區(qū)內(nèi)土壤速效氮含量與植物多樣性指數(shù)整體上呈正相關(guān)關(guān)系,尤其是與H指數(shù)在樣帶1 和樣帶3 內(nèi)存在顯著正相關(guān)關(guān)系,該研究結(jié)果與前人[40-41]對(duì)輝河和廣佛地區(qū)典型濕地類(lèi)型的植被研究結(jié)果相似,但與肖德榮等[42]對(duì)滇西北高原納帕海濕地植物研究結(jié)果不同,可能是由于不同水域環(huán)境和氣候條件對(duì)植物分布也有較大影響造成的。磷對(duì)作物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用[43],關(guān)于速效磷對(duì)植物多樣性的影響在同類(lèi)濕地中得到強(qiáng)調(diào)[10,15],對(duì)于樣帶3,土壤速效磷含量越高,群落豐富度和復(fù)雜程度越高。有機(jī)質(zhì)含量一定程度上代表了該地區(qū)土壤肥力的大小,是土壤養(yǎng)分的重要指標(biāo)[44]。在鹽度較高的樣帶1,R指數(shù)與土壤有機(jī)質(zhì)存在顯著正相關(guān),可能是因?yàn)樵谕寥乐性黾佑袡C(jī)質(zhì)含量,有利于改善土壤透氣性、滲透性和養(yǎng)分導(dǎo)致的[45-46]。

4 結(jié)論

1)研究區(qū)種子植物共有23 科47 屬54 種,被子植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),植物中絕大部分是中生草本。區(qū)系地理成分特征相對(duì)復(fù)雜,數(shù)量結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出科級(jí)和屬級(jí)水平上的多樣性。

2)研究區(qū)植物群落植被以草本為主,可分為9種群落,其中茵陳蒿、葎草群落更為穩(wěn)定,蘆葦群落多樣性最差。

3)土壤鹽分和養(yǎng)分空間分布表明:隨著土壤深度增加,土壤鹽分呈增加趨勢(shì),速效氮和速效磷呈減少趨勢(shì),速效鉀和有機(jī)質(zhì)在不同樣帶區(qū)表現(xiàn)不一致。土壤鹽分和速效鉀高值區(qū)主要分布在研究區(qū)西南部地區(qū),土壤速效磷高值區(qū)主要分布在西北部地區(qū),而速效氮和有機(jī)質(zhì)含量高值區(qū)空間分布較為分散。

4)研究區(qū)內(nèi),植物的豐富度指數(shù)、香農(nóng)-維納指數(shù)、辛普森指數(shù)以及均勻度指數(shù)與土壤含鹽量整體上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,與土壤速效氮、速效磷和有機(jī)質(zhì)多數(shù)樣點(diǎn)呈正相關(guān)關(guān)系。樣帶1 豐富度指數(shù)與20～40 cm 土壤鹽分含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,對(duì)于樣帶1 和樣帶3,豐富度指數(shù)、香農(nóng)-維納指數(shù)和辛普森指數(shù)與速效氮、速效磷和有機(jī)質(zhì)存在顯著正相關(guān)性。該研究結(jié)果對(duì)于明確該區(qū)植物多樣性影響因素具有重要意義,同時(shí)可為曹妃甸濕地植物多樣性保護(hù)和管理提供一定科學(xué)依據(jù)。