南門峽濕地公園不同區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 a. 發展規劃處; b. 生態環境與資源學院, 青海 西寧 810007)

0 引言

濕地是位于陸生生態系統和水生生態系統之間的過渡性地帶,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,濕地作為一個由水陸互相作用而形成的獨特生態系統,擁有巨大的生態效益。草本植物作為發揮其生態作用的主要載體,對其結構功能的維持和景觀的營造十分重要,同時草本植物也是體現濕地公園活力的源頭。草本植物作為重要的生態資源關系到地區生態健康以及生態可持續, 也影響著地區社會經濟的長遠發展[3]。近十幾年以來,濕地的功能和價值逐漸被人們認可,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、濕地動物、濕地土壤、濕地生態系統及濕地環境管理等5個方面對我國濕地研究做出了具有經濟效益的貢獻。濕地廣泛分布于世界各地,擁有眾多野生動植物資源,濕地生態系統在維持生態平衡、涵養水源、調節氣候上起著重要的作用,對人類有非凡的意義[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嵌接地帶,具有兩大高原的自然特點,地勢起伏、北高南低、高低懸殊。境內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、森林等自然生態景觀為主要特色。公園內有較為豐富的動物和植物資源[6-7]。濕地公園規劃區內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劃總面積為1 217.31 hm2,其中包括生態保育區859.82 hm2、合理利用區132.86 hm2、科普宣傳區117.52 hm2、管理服務區2.20 hm2、生態恢復區104.91 hm2,濕地率為81.57%。經過保護與修復建設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、森林等自然生態景觀為主要特色,打造成集生態保護、科普宣教、生態旅游、科研監測為一體的我國高原河流濕地保護的典范。南門峽濕地公園在發展生態旅游同時,發揮著濕地涵養水源、調節氣候、保護生物多樣性、恢復生態平衡等功能。

濕地公園的建立能夠孕育顯著的濕地植物多樣性[8],植物作為生產者,為生物鏈提供初級能量,為濕地中的動物提供適宜的棲息環境,所以濕地中植物多樣性在很大程度上影響著濕地生態系統的穩定性[2],研究植物多樣性不但可以更為有效地反應濕地的恢復效果[9],而且植物多樣性研究是反映區域內生態系統結構及其生態狀況的重要手段[10]。近年來,青海省互助縣著力優化生態環境,通過采取綠化改造和水環境綜合治理等措施,加快濕地公園建設步伐,南門峽濕地公園為生態互助建設增添無限風光,成為全縣生態建設的“新名片”。本研究以公園內部分區域中草本植物為研究對象,探索其多樣性和物種組成,為公園的建設和保護提供參考,并提出相關保護措施和建議。

1 材料與方法

1.1 樣點設置

2020年6—9月,在青海省互助縣南門峽國家濕地公園生態保育區和合理利用區內設置5個樣點。分別是生態保育區的七塔爾、岔巴峽、卷槽、水庫旁校點,合理利用區的濕地體驗樣點。在選定的樣點內隨機設定4個正方形樣方,每個樣方大小為1 m2(用鐵釘、尼龍繩和卷尺確定樣方大小),共20個樣方。

1.2 實驗設備

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

1.3 研究方法

對樣方內草本植物進行人工鑒定,記錄樣方內草本植物物種名稱和物種數量。

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各確定一個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驗室,洗凈草本植物地下部分的泥土,用報紙分別包裹各樣點草本植物地上與地下部分,用烘箱在80 ℃下烘干稱其干重,計算生物量。

通過以上方法分別得到不同區域5個點位的草本植物豐富度和生物量。

1.4 數據及分析

通過對各樣點區域內草本植物的統計,根據相關公式計算各個區域內草本植物的Margalef 豐富度指數(D)、Shannon-Wiener 多樣性指數(H)與Pielou 均勻度指數(J)并進行分析。

D=(S-1)/lnN,

(1)

式(1)中:S為所有物種的數目,N為全部種的個體總數。

H=-∑(Pi×lnPi),(i=1, 2,…,S),

(2)

式(2)中:Pi=Ni/N,Ni為第i種物種個體數,N為個體總數。

J=H/lnS,

(3)

式(3)中:H為Shannon-Wiener多樣性指數,S為物種數。

將調查得到的原始數據輸入EXCEL2016,計算草本植物的Margalef 指數、Shannon-Wiener 指數與Pielou 指數,將計算得到的各項指數和草本植物生物量用Excel2016繪制成折線圖和柱狀圖。再用Spss20.0對各項數據進行相關性分析。

2 結果與討論

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,按照科的大小統計分析,含6屬以上的共有5科,占總科數的20.83%,共計有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,占總科數的25.00%,共計有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%?？苾戎挥幸粚俚墓灿?3科,占總科數的54.17%,其中蓼科(Polygonaceae)1屬5種,車前科(Plantaginaceae)1屬2種,其余報春花科(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雜。

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

2.2 草本植物多樣性分析

Margalef指數反映群落物種豐富程度南門峽國家濕地公園生態保育區和合理利用區各樣點處草本植物物種豐富度指數見表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,這是因為岔巴峽樣點與七塔爾、水庫、濕地體驗區等樣點都進行了封閉管理,受人為影響小,各自形成了獨具特色的生態系統,而卷槽樣點在農田旁邊,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及海拔Tab. 2 Changes of herbaceous plants diversity index and altitude in Nanmenxia Wetland Park

研究區域各樣點Pielou 指數見表2,差異最大的是岔巴峽樣地和卷槽樣地,相對于本次調查的其余樣地來說,岔巴峽樣地草本植物分布相對較為均勻。但總體來看,各樣地的Pielou 指數較低。

Shannon-Wiener 多樣性指數既能反應群落內草本植物物種數的多少,也能反應各物種分布的均勻程度[11],Shannon-Wiener 多樣性指數越高,則表明草本植物多樣性越高。由表2可知,岔巴峽樣點草本植物多樣性最高,為2.04;卷槽樣點最低,為1.22;其余樣點Shannon-Wiener 指數均在1.95以下?？梢钥闯?本地區草本植物多樣性指數與豐富度指數和均勻度指數趨勢基本一致,各樣點草本植物的Shannon-Wiener指數總體來說存在著較大的差異性,說明本研究地區草本植物群落較為復雜,并且區域間差異性較大。

2.3 生物量分析

生物量指某一時刻單位面積內實存生活的有機物質總量,通過對南門峽濕地公園不同月份和不同區域生物量的對比,由圖1可知,公園內總生物量呈現先增加后減少的趨勢,從6月份開始南門峽地區草本植物生物量逐漸增加,到8月份達到最高,為0.829 kg/m2。到9月份又開始逐步下降,說明到8月份該地區草本植物有機質儲存達到最高。通過對圖2濕地公園內部分區域生物量對比分析可知,該地區草本植物生物量岔巴峽最高,其次是七塔爾,卷槽最低,水庫旁和濕地體驗區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生物量Fig. 2 Biomass of different sites in Nanmenxia Wetland Park

2.4 相關性分析

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

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

3 討論

物種多樣性指數的大小與群落中物種豐富度和均勻度有關,植物生長環境,如光照時間、溫度等對植物生長和分布均有顯著影響[12]。濕地生態系統中植物多樣性的保護受到生境的影響[13],而導致各樣點間物種多樣性差異的主要原因,除了保護管理的區別外,主要是植物的生存環境之間的差異,這與張志銘等[14]的研究結果相同。南門峽濕地公園內草本植物的Shannon-Wiener 指數岔巴峽樣點普遍高于其他4個樣點,是因為岔巴峽位于南門峽濕地公園最東側的山谷之中,由于山路崎嶇,交通工具不方便進入,使得岔巴峽內部受人為影響因素較少,再加上近幾年濕地公園建立之后,對公園內的草本植物保護得當,使得岔巴峽內的草本植物物種豐富的普遍高于其他4個樣點的物種豐富度。

卷槽樣點的草本植物Shannon-Wiener指數最低,是因為該樣點臨近村莊,而且旁邊是農田,在采樣時樣點附近還存在過度放牧的現象,且受人為影響較嚴重,使其物種豐富度低于其他4個樣點。為了保護飲用水水源,水庫樣點附近實行封閉式管理,但由于樣點位置特殊,處在附近村莊內溪流的出水口,在雨天經常被泥水漫灌,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性較強的草本植物為主,從而使此地雖然受到封閉管理保護,但Shannon-Wiener指數依然低于其他樣點。

濕地體驗區樣點Shannon-Wiener指數低于峽口樣點,而高于其余樣點是因為體驗區的建立,順便使此區域封閉,且此區域灌木喬木等較多,基本不受人為和大型動物影響。

七塔爾樣點Shannon-Wiener指數低于岔巴峽樣點和濕地體驗區樣點,高于卷槽和水庫樣點,是因為此處雖然實施了保護,但仍受人為影響嚴重,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個樣點區域內最高,氣候寒冷,部分草本植物難以生存。

關于生物量與生物多樣性之間的關系一直存在著較大的爭議[15]。本次調查研究通過對南門峽地區草本植物生物量的分析可以看出,南門峽濕地公園內草本植物8月份體內有機質儲存量最高,說明8月份的氣候水文等的條件最適合該地區草本植物生長。從相關性分析可以看出該研究區域Shannon-Wiener 指數與生物量之間呈正相關關系,說明此地草本植物多樣性與生物量之間呈正相關關系,這與溫遠光等[16]的研究結果相似。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為環境因子(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爭——從而導致單位面積內草本植物能量的分配和有機物的積累,進而影響生物量。

在調查中過程發現南門峽濕地公園各區域劃分明確,保護得當。南門峽地區積極實施退耕還林,截至2007年全鎮累計完成退耕還林工程80 664 hm2,此項工程極大地遏制了部分地區水土流失,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 結論

相較于去年同期草本植物調查結果,本次在南門峽濕地公園調查新發現一種物種水蔥,屬于莎草科,藨草屬,說明南門峽濕地公園保護成效較為明顯,草本植物多樣性正在增加?？傮w來說,公園內草本植物物種組成較為復雜,且草本植物群落具有一定的穩定性。公園內草本植物的物種豐富度對草本植物多樣性的影響較大。通過本次草本植物多樣性調查可以看出,濕地公園的建設有益于草本植物多樣性。8月份該研究區域草本植物生長最為活躍,有機質儲存最高。同時南門峽濕地公園對七塔爾、峽口、水庫和濕地體驗區等地草本植物的恢復和保護的方法相對較好,保護效果頗見成效。

在后續的調研中可以適當增加采樣調查時間,增加樣點,以求對本地區的草本植物調查做到更為全面和準確。

附表：

南門峽濕地公園草本植物