濱州北部貝沙堤生物多樣性現(xiàn)狀及影響因素的研究*

趙艷云,田家怡,孫景寬,胡相明

(1.濱州學院 黃河三角洲生態(tài)環(huán)境研究中心,山東 濱州 256603;2.濱州學院 科研處,山東 濱州 256603;3.濱州學院城市與環(huán)境系,山東濱州256603)

植物物種多樣性以及由此構成的植被類型多樣性是地區(qū)性生物多樣性的支持系統(tǒng),物種多樣性構成了生物多樣性的基本環(huán)節(jié),它們是生物與環(huán)境相關的主體。物種多樣性不僅可以反映群落或生境中物種的豐富度、變化、程度或均勻度,也可反映不同自然地理條件與群落的相互關系?？梢杂梦锓N多樣性來定量表征群落和生態(tài)系統(tǒng)的特征,包括直接和間接地體現(xiàn)群落和生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構類型、組織水平、發(fā)展階段、穩(wěn)定程度、生境差異等[1-4]。土壤是植物生長的重要物質(zhì)基礎,土壤物理性質(zhì)、化學性質(zhì)和土壤母質(zhì)的不同,都可能影響生長于其中的植物,從而影響到物種多樣性。土壤的性質(zhì)與植物群落組成結(jié)構和植物多樣性有著密切的關系,并且多年來一直是生態(tài)學家研究的熱點,因此,對植物物種多樣性及其與土壤環(huán)境因子關系的研究,是群落生態(tài)學研究和生物多樣性保護與管理的基礎。

山東無棣、沾化沿海分布著近千年來成陸過程中形成的世界上規(guī)模最大、保存最完整的貝沙堤,該貝沙堤及其周圍的潮間濕地孕育了大量的野生珍貴動植物資源,生物多樣性豐富,是鳥類遷徙的中轉(zhuǎn)站和越冬、棲息、繁殖地[3-7]。但近年來,受經(jīng)濟利益的驅(qū)動,人們通過砍伐薪柴,平堤種糧,濫挖搶挖貝沙作飼料添加劑、燒制水泥、制作貝瓷等人為干擾手段,使得該地區(qū)的生物多樣性喪失嚴重,貝沙堤受到了嚴重的風蝕、海浸和雨水沖淋,生態(tài)環(huán)境日趨惡化,嚴重影響到沿海灘涂濕地的生態(tài)安全,迫切需要進行生態(tài)環(huán)境的保護和植被的恢復與重建。然而,要進行生態(tài)環(huán)境保護或植被恢復,首先就要對該地區(qū)的物種分布及多樣性狀況進行調(diào)查研究,找出影響植物分布的重要環(huán)境因子,探討該地區(qū)脆弱生態(tài)系統(tǒng)的退化機理,提出切實可行的植被恢復技術,從而實現(xiàn)貝沙堤生物資源的可持續(xù)發(fā)展。

目前,關于貝沙堤的研究已有大量報道,Russell and Howe[8]和Howeetal[9]最早對密西西比河河岸貝沙堤的地形演變過程進行研究。20世紀60年代初,李世瑜和王穎首開我國貝沙堤研究的先河[10-11]。隨著研究的深入,不同學者針對渤海灣黃河三角洲貝沙堤的物質(zhì)組成[12-13]、分布[14-16]、形態(tài)[17-18]、年齡[16]、階段演變[19]及成因[20-24]等進行了大量研究并取得了豐碩的成果。但是迄今為止,關于貝沙堤生物多樣性尤其是植物多樣性研究的報道較少。基于此,本項目主要研究濱州海岸貝沙堤植物的物種組成、物種多樣性狀況以及影響植物群落、物種組成的主要因素,希望能夠?qū)υ摰貐^(qū)貝沙堤的合理利用和保護以及植被的恢復與重建提供基礎數(shù)據(jù)。

本文立足于解決以下幾個問題:(1)貝沙堤主要存在哪些植物群落類型;(2)查找影響貝沙堤植被分布的主要土壤因子;(3)貝沙堤植物多樣性與土壤因子的關系。

1 研究區(qū)概況

濱州貝沙堤島位于無棣縣城北60 km處,渤海西南岸,西至漳衛(wèi)新河,東至套兒河,北至淺海-3m等深線,本區(qū)地勢低平,發(fā)育了山東省最寬廣的濱海濕地帶。在地貌上自南向北可分為第一貝殼堤島及潮上沼澤濕地帶、第二貝殼堤島以及潮間灘涂和潮下濕地帶。貝殼堤島全長76 km,貝殼總儲量達3.6億t,為世界三大貝殼堤島之一,是一處國內(nèi)獨有、世界罕見的貝殼灘脊海岸,與美國圣路易斯安娜州貝殼堤、南美蘇里南貝殼堤并稱世界三大古貝殼堤,距今2 000余年歷史。屬暖溫帶季風性氣候區(qū),具有明顯的大陸性季風氣候特點。四季分明,冷熱干濕界限極明顯,春季干旱多風回暖快,夏季炎熱多雨,秋季涼爽多晴天,冬寒少雪多干燥。年平均氣溫12.1℃,無霜期196 d,年平均降水量551.6 mm,年均蒸發(fā)量為1 962 mm。貝沙堤天然植被以草本為主,常見植物有蘆葦(Phragmitesaustralis)、荻(Triarrhena saccharif lora)、穗狀狐尾藻(My riophy llum spicatum)、堿蓬(Suaedasalsa)及補血草(Limonium sinense)等;普遍存在的灌木僅檉柳(Tamarix chinensis)1種;天然喬木僅旱柳(Salixmatsudana)1種 。

2 實驗設計與數(shù)據(jù)處理

2.1 實驗設計

2008年4月和8月在山東沾化、無棣海岸貝沙堤典型地區(qū),設置平行樣帶,布點在前期對該地區(qū)植被廣泛考察的基礎上進行。布點時綜合考慮了濕地類型、植物覆被、距海距離和距黃河距離等多重因素。每間隔20～50 m設置樣方1m×1m(根據(jù)植被分布情況進行適當?shù)目s小和放大),測定并記錄小樣方內(nèi)的物種名稱、株數(shù)、高度、蓋度、頻度等生物指標,同時記錄各個小樣方的立地條件(坡度,海拔,離海岸距離等),測定土壤含水量,采樣(重復5次)運用國標法進行鹽分含量、養(yǎng)分元素(N,P,K等)、貝沙堤理化性質(zhì)等的分析工作,重復3次(貝沙樣取樣層次根據(jù)貝沙沉積特點和植物分布情況而定)。

2.2 實驗方法

草本(包括半灌木羅布麻)調(diào)查樣方直接計數(shù)各植物種的密度,用尺子測定株高,并目測估計蓋度和多度。灌木(檉柳)調(diào)查樣方和喬木(旱柳)調(diào)查樣方分別計數(shù)檉柳和旱柳的密度,用尺子測定株高(旱柳由于米尺測定存在困難 ,部分目測估計),并目測估計投影蓋度和多度。同時在各個樣方挖40 cm深的土壤剖面,用環(huán)刀取0-30 cm土樣,土壤混合均勻后帶回實驗室分析。風干土樣后過2mm的篩子,研磨后用100目分子篩過篩。土樣測定項目包括土壤含水量、土壤含鹽量、速效鉀和速效磷含量。土壤含水量采用烘干法,土壤鹽分的測定采用便攜式鹽度測定儀測定浸出液鹽度 ,并轉(zhuǎn)換為土壤鹽分(g/kg)。速效鉀和速效磷含量的測定采用原子分光光度計測定。

2.3 數(shù)據(jù)分析

2.3.1 植物群落物種多樣性

(1)群落物種豐富度指數(shù)。

式中:R——群落物種豐富度指數(shù);S——群落中的總物種數(shù)。

(2)物種多樣性指數(shù)(Shannon wiener指數(shù))

式中:H′——Shannon wiener指數(shù),Pi=Ni/N。(3)生態(tài)優(yōu)勢度指數(shù)(Simpson指數(shù))

式中:D——Simpson指數(shù);N——群落中全部種的總個體數(shù);Ni——第i種的個體數(shù)。

(4)均勻度指數(shù)(Pielou指數(shù))

式中:E——Pielou指數(shù)。為了避免個體大小對計算結(jié)果的影響,本文在計算時用各物種的重要值來代替其個體數(shù)。即:重要值=某一物種蓋度/所有種蓋度之和×100。

2.3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析用SPSS 13.0,作圖采用Excel。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 貝沙堤植被物種組成分析

由表1可以看出,樣方的野外調(diào)查共發(fā)現(xiàn)20種植物,主要有蘆葦、砂引草(Messerschm idia sibirica)、青蒿(Centaurea picris)、蘿摩(Metap lexis japonica)、鐵掃帚(Lespedez a euneata)、獐茅(Aeluropus liitoralis)、蒼耳(Siberia Cock lebur)、茜草(Rubia cordif olia)、二色補血草(L imonium bico lor)、蒙古蒿(Artemisiamongo licaF isch)、杠柳(Perip loca sepium Bunge)、烏蘞莓(Cay ratia joponica)、堿蓬 、草木樨(Astragalusmelilotoides)、天門冬(Asparagus dauricus)、竹葉草(Commelina comm unis)、阿爾泰紫菀(Aster tataricus)、大穗結(jié)縷草(Zoysia macrostachya)、苣荬菜(Sonchus arvensis)、東亞濱藜(Atrip lex centralasiatica)等。其中蘆葦、砂引草是貝沙堤植被的主要優(yōu)勢種。王子堡地區(qū)共出現(xiàn)16種植物,主要有蘆葦、砂引草、青蒿、蘿摩、鐵掃帚、二色補血草、蒙古蒿等;大口河地區(qū)共出現(xiàn)9種植物,主要有蘆葦砂引草、獐茅、大穗結(jié)縷草等。蘆葦、砂引草、青蒿、鐵掃帚、獐茅是王子堡地區(qū)和大口河地區(qū)共同出現(xiàn)物種。

表1 調(diào)查樣地出現(xiàn)物種的重要值

3.2 貝沙堤群落結(jié)構分析

依據(jù)群落外貌結(jié)構和植物種類組成等特征,對野實地調(diào)查所獲得的16個樣方進行了分析,并按照樣方中建群種和優(yōu)勢種的重要值歸納為7個群落類型,分別為砂引草群落、蘆葦群落、蒙古蒿群落、草木樨群落、二色補血草群落、青蒿群落、大穗結(jié)縷草群落,分布于向海側(cè)、貝沙脊上、向陸側(cè)3種生境。

砂引草群落主要分布于向海側(cè),分布區(qū)含鹽量高,群落結(jié)構簡單,蓋度較低,伴生種常有蒼耳、蘿摩、二色補血草等。

草木樨群落、青蒿群落、大穗結(jié)縷草群落等多分布于貝沙脊上,群落分布區(qū)土壤水分較差,群落結(jié)構較為復雜,蓋度較高,50%以上,伴生種常有砂引草、天門冬等。蒙古蒿群落、蘆葦群落廣泛分布于向陸側(cè),群落分布區(qū)土壤基質(zhì)較為穩(wěn)定,群落結(jié)構復雜,蓋度較高,物種組成豐富,伴生種常有草木樨、青蒿、野青茅(Deyeuxia)、杠柳等植物。

表2 不同樣地的群落結(jié)構

3.3 貝沙堤群落結(jié)構與土壤理化性質(zhì)的關系

從表3可以看出,貝沙堤植物群落的豐富度指數(shù)與貝沙基質(zhì)中水溶性碳呈極顯著相關,與水溶性氮呈顯著性相關;群落多樣性的辛普森指數(shù)、香農(nóng)威娜指數(shù)、均勻度指數(shù)、蓋度、生物量等與貝沙中的水溶性碳呈顯著相關;貝沙中的含鹽量、含水量、速效磷、速效鉀與群落的生物多樣性、蓋度和生物量沒有顯著影響。

表3 植物群落結(jié)構與土壤環(huán)境因子的相關性分析

3.4 人為破壞對貝沙堤植被結(jié)構的影響

由表1可以看出,王子堡和大口河地區(qū)的物種分布和物種數(shù)目也有一定差異,大口河地區(qū)受旅游和居住區(qū)的影響,植被分布主要以砂引草和獐茅、蘆葦?shù)群瘫究浦参餅橹?植被種類組成簡單,而王子堡植物種類較多,物種從水生-中旱生-旱生不等。由表4可以看出,王子堡地區(qū)生物多樣性指數(shù)、生物量和蓋度都明顯高于大口河地區(qū),這是由于大口河地區(qū)人為影響強烈的原因。

表4 王子堡與大口河兩地植物群落特征比較

4 結(jié)論

通過野外調(diào)查,在濱州北部貝沙堤地區(qū)共發(fā)現(xiàn)20種植物,主要有蘆葦、砂引草、青蒿、蘿摩、鐵掃帚、獐茅、蒙古蒿等,其中蘆葦、砂引草是貝沙堤植被的主要優(yōu)勢種。在向靠海側(cè)、大陸脊上、向陸側(cè)3種生境條件下,共存在7種群落類型。植被群落多樣性指數(shù)、蓋度和生物量與貝沙中水溶性碳呈顯著正相關,而通常認為主要制約因子含鹽量對群落結(jié)構影響不顯著,含水量、速效磷、速效鉀對生物多樣性、蓋度和生物量也沒有顯著影響。由于人為活動的影響,王子堡和大口河地區(qū)的物種分布存在明顯差異,大口河地區(qū)植被分布以砂引草、蘆葦?shù)葹橹?植被種類組成簡單,生物多樣性指數(shù)、生物量和蓋度較低;而王子堡植物種類較多,生物多樣性、生物量和蓋度較大。

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