南門峽濕地公園不同區(qū)域草本植物多樣性研究

趙明德 ,邵大春 ,李惠梅*

(青海民族大學(xué) a. 發(fā)展規(guī)劃處; b. 生態(tài)環(huán)境與資源學(xué)院, 青海 西寧 810007)

0 引言

濕地是位于陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡性地帶,生長著很多濕地水生草本植物,有較高的生物群落多樣性[1-2]。很多珍稀水禽的遷徙和繁殖都離不開濕地,濕地作為一個(gè)由水陸互相作用而形成的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng),擁有巨大的生態(tài)效益。草本植物作為發(fā)揮其生態(tài)作用的主要載體,對(duì)其結(jié)構(gòu)功能的維持和景觀的營造十分重要,同時(shí)草本植物也是體現(xiàn)濕地公園活力的源頭。草本植物作為重要的生態(tài)資源關(guān)系到地區(qū)生態(tài)健康以及生態(tài)可持續(xù), 也影響著地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長遠(yuǎn)發(fā)展[3]。近十幾年以來,濕地的功能和價(jià)值逐漸被人們認(rèn)可,人類的生活離不開濕地提供的淡水、食物以及燃料等資源,郎惠卿等[4]從濕地植物、濕地動(dòng)物、濕地土壤、濕地生態(tài)系統(tǒng)及濕地環(huán)境管理等5個(gè)方面對(duì)我國濕地研究做出了具有經(jīng)濟(jì)效益的貢獻(xiàn)。濕地廣泛分布于世界各地,擁有眾多野生動(dòng)植物資源,濕地生態(tài)系統(tǒng)在維持生態(tài)平衡、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候上起著重要的作用,對(duì)人類有非凡的意義[5]。

互助縣南門峽濕地公園于2014年6月6日成立,位于祁連山南麓、大阪山雪山腳下,地處黃土高原與青藏高原交錯(cuò)嵌接地帶,具有兩大高原的自然特點(diǎn),地勢(shì)起伏、北高南低、高低懸殊。境內(nèi)河流均屬黃河支流湟水水系,系黃河源頭之一。南門峽濕地公園以南門峽水庫和南門峽河為主體,與水系周邊林地和起伏的群山相連,以雪山、沼澤、河流、湖泊、森林等自然生態(tài)景觀為主要特色。公園內(nèi)有較為豐富的動(dòng)物和植物資源[6-7]。濕地公園規(guī)劃區(qū)內(nèi)濕地類型包括河流濕地、人工濕地和沼澤濕地。南門峽國家濕地公園規(guī)劃總面積為1 217.31 hm2,其中包括生態(tài)保育區(qū)859.82 hm2、合理利用區(qū)132.86 hm2、科普宣傳區(qū)117.52 hm2、管理服務(wù)區(qū)2.20 hm2、生態(tài)恢復(fù)區(qū)104.91 hm2,濕地率為81.57%。經(jīng)過保護(hù)與修復(fù)建設(shè)的南門峽濕地公園以河流和庫塘濕地為主體,以雪山、沼澤、河流、湖泊、森林等自然生態(tài)景觀為主要特色,打造成集生態(tài)保護(hù)、科普宣教、生態(tài)旅游、科研監(jiān)測(cè)為一體的我國高原河流濕地保護(hù)的典范。南門峽濕地公園在發(fā)展生態(tài)旅游同時(shí),發(fā)揮著濕地涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)生物多樣性、恢復(fù)生態(tài)平衡等功能。

濕地公園的建立能夠孕育顯著的濕地植物多樣性[8],植物作為生產(chǎn)者,為生物鏈提供初級(jí)能量,為濕地中的動(dòng)物提供適宜的棲息環(huán)境,所以濕地中植物多樣性在很大程度上影響著濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2],研究植物多樣性不但可以更為有效地反應(yīng)濕地的恢復(fù)效果[9],而且植物多樣性研究是反映區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其生態(tài)狀況的重要手段[10]。近年來,青海省互助縣著力優(yōu)化生態(tài)環(huán)境,通過采取綠化改造和水環(huán)境綜合治理等措施,加快濕地公園建設(shè)步伐,南門峽濕地公園為生態(tài)互助建設(shè)增添無限風(fēng)光,成為全縣生態(tài)建設(shè)的“新名片”。本研究以公園內(nèi)部分區(qū)域中草本植物為研究對(duì)象,探索其多樣性和物種組成,為公園的建設(shè)和保護(hù)提供參考,并提出相關(guān)保護(hù)措施和建議。

1 材料與方法

1.1 樣點(diǎn)設(shè)置

2020年6—9月,在青海省互助縣南門峽國家濕地公園生態(tài)保育區(qū)和合理利用區(qū)內(nèi)設(shè)置5個(gè)樣點(diǎn)。分別是生態(tài)保育區(qū)的七塔爾、岔巴峽、卷槽、水庫旁校點(diǎn),合理利用區(qū)的濕地體驗(yàn)樣點(diǎn)。在選定的樣點(diǎn)內(nèi)隨機(jī)設(shè)定4個(gè)正方形樣方,每個(gè)樣方大小為1 m2(用鐵釘、尼龍繩和卷尺確定樣方大小),共20個(gè)樣方。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

鐵釘4個(gè)、尼龍繩5 m、剪刀、記錄本、鋼卷尺(5 m)、大皮尺(50 m)、GPS測(cè)量儀、烘箱。

1.3 研究方法

對(duì)樣方內(nèi)草本植物進(jìn)行人工鑒定,記錄樣方內(nèi)草本植物物種名稱和物種數(shù)量。

于2020年6月15日、7月14日、8月15日、9月11日,在選定的樣方四角內(nèi)各確定一個(gè)10 cm2的正方形樣方,剪下草本植物地上部分,稱其鮮重,然后挖出草本植物地下部分,將草本植物地上與地下部分分別裝入密封袋帶回實(shí)驗(yàn)室,洗凈草本植物地下部分的泥土,用報(bào)紙分別包裹各樣點(diǎn)草本植物地上與地下部分,用烘箱在80 ℃下烘干稱其干重,計(jì)算生物量。

通過以上方法分別得到不同區(qū)域5個(gè)點(diǎn)位的草本植物豐富度和生物量。

1.4 數(shù)據(jù)及分析

通過對(duì)各樣點(diǎn)區(qū)域內(nèi)草本植物的統(tǒng)計(jì),根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算各個(gè)區(qū)域內(nèi)草本植物的Margalef 豐富度指數(shù)(D)、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H)與Pielou 均勻度指數(shù)(J)并進(jìn)行分析。

D=(S-1)/lnN,

(1)

式(1)中:S為所有物種的數(shù)目,N為全部種的個(gè)體總數(shù)。

H=-∑(Pi×lnPi),(i=1, 2,…,S),

(2)

式(2)中:Pi=Ni/N,Ni為第i種物種個(gè)體數(shù),N為個(gè)體總數(shù)。

J=H/lnS,

(3)

式(3)中:H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù),S為物種數(shù)。

將調(diào)查得到的原始數(shù)據(jù)輸入EXCEL2016,計(jì)算草本植物的Margalef 指數(shù)、Shannon-Wiener 指數(shù)與Pielou 指數(shù),將計(jì)算得到的各項(xiàng)指數(shù)和草本植物生物量用Excel2016繪制成折線圖和柱狀圖。再用Spss20.0對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 物種組成

南門峽濕地公園共有草本植物24科64屬 90種,按照科的大小統(tǒng)計(jì)分析,含6屬以上的共有5科,占總科數(shù)的20.83%,共計(jì)有32屬46種(見表1)。其中毛茛科(Ranunculaceae)6屬11種,禾本科(Gramineae)6屬9種,龍膽科(Gentianaceae)7屬10種,菊科(Asteraceae)7屬9種,莎草科(Cyperaceae)6屬7種,占總屬的50%。5屬以下(含5屬)2屬以上(含2屬)共有6科,占總科數(shù)的25.00%,共計(jì)有19屬27種,其中薔薇科(Rosaceae)4屬9種,玄參科(Scrophulariaceae)4屬4種,牻牛兒苗科(Geraniaceae)2屬3種,傘形科(Apiaceae)3屬3種,十字花科(Brassicaceae)2屬2種,豆科(Glycine)4屬6種,占總屬的29.69%?？苾?nèi)只有一屬的共有13科,占總科數(shù)的54.17%,其中蓼科(Polygonaceae)1屬5種,車前科(Plantaginaceae)1屬2種,其余報(bào)春花科(Primulaceae)、唇形科(Labiatae)、蕁麻科(Urticaceae)、柳葉菜科(Onagraceae)、紫草科(Boraginaceae)、茜草科(Rubiaceae )、鳶尾科(Iridaceae)、堇菜科(Violaceae)、胡頹子科(Elaeagnaceae)、木賊科(Equisetaceae)、水麥冬科(Juncaginaceae)等均為1屬1種,占總屬的20.31%。從中可以看出公園內(nèi)草本植物科屬的組成差異比較大,單物種屬最多,說明南門峽濕地公園草本植物組成較為復(fù)雜。

表1 南門峽濕地公園草本植物科內(nèi)屬組成Tab. 1 Composition of herbaceous plants in Nanmenxia Wetland Park

2.2 草本植物多樣性分析

Margalef指數(shù)反映群落物種豐富程度南門峽國家濕地公園生態(tài)保育區(qū)和合理利用區(qū)各樣點(diǎn)處草本植物物種豐富度指數(shù)見表2,岔巴峽草本植物豐富度最高為3.98,卷槽草本植物的豐富度最低為2.90。物種豐富度差較大,這是因?yàn)椴戆蛵{樣點(diǎn)與七塔爾、水庫、濕地體驗(yàn)區(qū)等樣點(diǎn)都進(jìn)行了封閉管理,受人為影響小,各自形成了獨(dú)具特色的生態(tài)系統(tǒng),而卷槽樣點(diǎn)在農(nóng)田旁邊,且距離村莊較近,致使此地草本植物的生長受到了限制,這是影響卷槽樣地附近草本植物豐富度的主要原因。

表2 南門峽濕地公園草本植物多樣性指數(shù)及海拔Tab. 2 Changes of herbaceous plants diversity index and altitude in Nanmenxia Wetland Park

研究區(qū)域各樣點(diǎn)Pielou 指數(shù)見表2,差異最大的是岔巴峽樣地和卷槽樣地,相對(duì)于本次調(diào)查的其余樣地來說,岔巴峽樣地草本植物分布相對(duì)較為均勻。但總體來看,各樣地的Pielou 指數(shù)較低。

Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)既能反應(yīng)群落內(nèi)草本植物物種數(shù)的多少,也能反應(yīng)各物種分布的均勻程度[11],Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)越高,則表明草本植物多樣性越高。由表2可知,岔巴峽樣點(diǎn)草本植物多樣性最高,為2.04;卷槽樣點(diǎn)最低,為1.22;其余樣點(diǎn)Shannon-Wiener 指數(shù)均在1.95以下?？梢钥闯?本地區(qū)草本植物多樣性指數(shù)與豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)趨勢(shì)基本一致,各樣點(diǎn)草本植物的Shannon-Wiener指數(shù)總體來說存在著較大的差異性,說明本研究地區(qū)草本植物群落較為復(fù)雜,并且區(qū)域間差異性較大。

2.3 生物量分析

生物量指某一時(shí)刻單位面積內(nèi)實(shí)存生活的有機(jī)物質(zhì)總量,通過對(duì)南門峽濕地公園不同月份和不同區(qū)域生物量的對(duì)比,由圖1可知,公園內(nèi)總生物量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),從6月份開始南門峽地區(qū)草本植物生物量逐漸增加,到8月份達(dá)到最高,為0.829 kg/m2。到9月份又開始逐步下降,說明到8月份該地區(qū)草本植物有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)存達(dá)到最高。通過對(duì)圖2濕地公園內(nèi)部分區(qū)域生物量對(duì)比分析可知,該地區(qū)草本植物生物量岔巴峽最高,其次是七塔爾,卷槽最低,水庫旁和濕地體驗(yàn)區(qū)的草本植物生物量相近。

圖1 南門峽濕地公園不同月份生物量變化Fig. 1 Biomass changes in Nanmenxia Wetland Park in different months

圖2 南門峽濕地公園不同地點(diǎn)生物量Fig. 2 Biomass of different sites in Nanmenxia Wetland Park

2.4 相關(guān)性分析

通過對(duì)南門峽濕地公園草本植物Shannon-Wiener指數(shù)與Margalef 指數(shù)、Pielou指數(shù)、生物量和海拔做相關(guān)性分析,得到表3數(shù)據(jù),可以看出,公園中草本植物的多樣性指數(shù)與豐富度(P=0.033≤0.05)、多樣性指數(shù)均勻度指數(shù)(P=0.023≤0.05)存在顯著的正相關(guān)性關(guān)系;多樣性指數(shù)與海拔(P=0.54≥0.05)、多樣性指數(shù)和生物量(P=0.16≥0.05)存在正相關(guān)性關(guān)系,但不顯著。說明海拔(2 500～3 220 m)和生物量對(duì)本地區(qū)草本植物多樣性影響較小。

表3 草本植物多樣性相關(guān)性分析Tab. 3 Correlation analysis of plant diversity

3 討論

物種多樣性指數(shù)的大小與群落中物種豐富度和均勻度有關(guān),植物生長環(huán)境,如光照時(shí)間、溫度等對(duì)植物生長和分布均有顯著影響[12]。濕地生態(tài)系統(tǒng)中植物多樣性的保護(hù)受到生境的影響[13],而導(dǎo)致各樣點(diǎn)間物種多樣性差異的主要原因,除了保護(hù)管理的區(qū)別外,主要是植物的生存環(huán)境之間的差異,這與張志銘等[14]的研究結(jié)果相同。南門峽濕地公園內(nèi)草本植物的Shannon-Wiener 指數(shù)岔巴峽樣點(diǎn)普遍高于其他4個(gè)樣點(diǎn),是因?yàn)椴戆蛵{位于南門峽濕地公園最東側(cè)的山谷之中,由于山路崎嶇,交通工具不方便進(jìn)入,使得岔巴峽內(nèi)部受人為影響因素較少,再加上近幾年濕地公園建立之后,對(duì)公園內(nèi)的草本植物保護(hù)得當(dāng),使得岔巴峽內(nèi)的草本植物物種豐富的普遍高于其他4個(gè)樣點(diǎn)的物種豐富度。

卷槽樣點(diǎn)的草本植物Shannon-Wiener指數(shù)最低,是因?yàn)樵摌狱c(diǎn)臨近村莊,而且旁邊是農(nóng)田,在采樣時(shí)樣點(diǎn)附近還存在過度放牧的現(xiàn)象,且受人為影響較嚴(yán)重,使其物種豐富度低于其他4個(gè)樣點(diǎn)。為了保護(hù)飲用水水源,水庫樣點(diǎn)附近實(shí)行封閉式管理,但由于樣點(diǎn)位置特殊,處在附近村莊內(nèi)溪流的出水口,在雨天經(jīng)常被泥水漫灌,地表有大量泥沙,致使大部分伏地草本植物難以存活,所以水庫旁的草本植物以草地早熟禾、垂穗披肩草、鼠掌老鸛草、馬藺等禾本科和毛茛科的適應(yīng)性較強(qiáng)的草本植物為主,從而使此地雖然受到封閉管理保護(hù),但Shannon-Wiener指數(shù)依然低于其他樣點(diǎn)。

濕地體驗(yàn)區(qū)樣點(diǎn)Shannon-Wiener指數(shù)低于峽口樣點(diǎn),而高于其余樣點(diǎn)是因?yàn)轶w驗(yàn)區(qū)的建立,順便使此區(qū)域封閉,且此區(qū)域灌木喬木等較多,基本不受人為和大型動(dòng)物影響。

七塔爾樣點(diǎn)Shannon-Wiener指數(shù)低于岔巴峽樣點(diǎn)和濕地體驗(yàn)區(qū)樣點(diǎn),高于卷槽和水庫樣點(diǎn),是因?yàn)榇颂庪m然實(shí)施了保護(hù),但仍受人為影響嚴(yán)重,且此處有大片短葉錦雞兒等的灌叢,使其他伏地草本植物難以從群落中獲得更多的資源。另外,此處海拔在5個(gè)樣點(diǎn)區(qū)域內(nèi)最高,氣候寒冷,部分草本植物難以生存。

關(guān)于生物量與生物多樣性之間的關(guān)系一直存在著較大的爭(zhēng)議[15]。本次調(diào)查研究通過對(duì)南門峽地區(qū)草本植物生物量的分析可以看出,南門峽濕地公園內(nèi)草本植物8月份體內(nèi)有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)存量最高,說明8月份的氣候水文等的條件最適合該地區(qū)草本植物生長。從相關(guān)性分析可以看出該研究區(qū)域Shannon-Wiener 指數(shù)與生物量之間呈正相關(guān)關(guān)系,說明此地草本植物多樣性與生物量之間呈正相關(guān)關(guān)系,這與溫遠(yuǎn)光等[16]的研究結(jié)果相似。探究其中的原因,草本植物多樣性和生物量相互影響可能是因?yàn)榄h(huán)境因子(氣候、海拔、坡度、光照等)影響了草本植物的物種多少,從而影響了草本植物的地上和地下部分,使部分草本植物失去競(jìng)爭(zhēng)——從而導(dǎo)致單位面積內(nèi)草本植物能量的分配和有機(jī)物的積累,進(jìn)而影響生物量。

在調(diào)查中過程發(fā)現(xiàn)南門峽濕地公園各區(qū)域劃分明確,保護(hù)得當(dāng)。南門峽地區(qū)積極實(shí)施退耕還林,截至2007年全鎮(zhèn)累計(jì)完成退耕還林工程80 664 hm2,此項(xiàng)工程極大地遏制了部分地區(qū)水土流失,改善了氣候狀況[17],在很大程度上提高了草本植物的多樣性。通過與往年同期調(diào)查比較得知,南門峽濕地公園草本植物多樣性有明顯的提高。

4 結(jié)論

相較于去年同期草本植物調(diào)查結(jié)果,本次在南門峽濕地公園調(diào)查新發(fā)現(xiàn)一種物種水蔥,屬于莎草科,藨草屬,說明南門峽濕地公園保護(hù)成效較為明顯,草本植物多樣性正在增加?？傮w來說,公園內(nèi)草本植物物種組成較為復(fù)雜,且草本植物群落具有一定的穩(wěn)定性。公園內(nèi)草本植物的物種豐富度對(duì)草本植物多樣性的影響較大。通過本次草本植物多樣性調(diào)查可以看出,濕地公園的建設(shè)有益于草本植物多樣性。8月份該研究區(qū)域草本植物生長最為活躍,有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)存最高。同時(shí)南門峽濕地公園對(duì)七塔爾、峽口、水庫和濕地體驗(yàn)區(qū)等地草本植物的恢復(fù)和保護(hù)的方法相對(duì)較好,保護(hù)效果頗見成效。

在后續(xù)的調(diào)研中可以適當(dāng)增加采樣調(diào)查時(shí)間,增加樣點(diǎn),以求對(duì)本地區(qū)的草本植物調(diào)查做到更為全面和準(zhǔn)確。

附表：

南門峽濕地公園草本植物