火干扰后5年南瓮河草本沼泽湿地植物群落物种多样性研究

胡林林，王立中，李慧仁，赵凤君

(1.大兴安岭农业林业科学研究院，黑龙江 大兴安岭165000；2.中国林业科学研究院，北京100091)

湿地生态系统在抵御洪水、调节径流、改善气候、控制污染、维护区域生态平衡方面有着其他生态系统所不能代替的作用[1]。湿地生物多样性的研究是湿地研究的重要内容之一，为保护湿地生态系统，国家及各省先后成立了不同类型的湿地自然保护区。2003年国务院批准位于大兴安岭地区的南瓮河保护区为国家级湿地自然保护区，该保护区是我国寒温带林区较大型的湿地类型自然保护区，又是嫩江水系的主要发源地和珍稀水禽的繁衍栖息地。自从保护区成立以来，人为影响对湿地干扰已变得很小，由火灾引发的湿地大面积过火已成为湿地干扰的主要因素。2006年，南瓮河湿地保护区内发生大面积火灾。2012年笔者对南瓮河天然湿地火灾后自然恢复的植物种群进行了调查，研究了火干扰对植物群落物种多样性的影响。

1 研究区概况

南瓮河自然保护区位于大兴安岭东部林区东南部，大兴安岭支脉伊勒呼里山南麓，北以伊勒呼里山为界与新林林业局相邻，东以二根河为界与呼玛县林业局相望，南与加格达奇林业局毗邻，西与松岭林业局接壤。地理坐标为125°07′55″—125°50′05″E；51°05′07″—51°39′24″N。南北长约72.7km，东西宽约57.3km。总面积229523hm2。地势北高南低，西高东低，海拔高一般为500～800m，最低海拔370m，最高1044m。保护区地处寒温带，属大陆性季风气候。冬季严寒干燥，夏季温暖多雨。年平均气温-3℃。极端最低温度-48℃，最高温度36℃。大于10℃的年积温在1400～1500℃，年平均降水量为500mm。5月下旬开始进入无霜期，延续到9月上旬，为期90～100d，植物生长期较短。5—6月因蒙古草原风的作用，蒸发量为降水量的2～2.5倍，形成云雾少、日照强、温度低的气候特点，林木火险增多，故大多阳坡受火灾影响发育为草原化的干山坡。7—8月集中降雨，形成有利于植物生长条件。但因冻土层的普遍存在，使土层透水性极差，降水大多滞留于地表，形成广泛分布的沼泽植被。9月末、10月初开始降雪，消融时间为次年4月下旬、5月上旬，稳定积雪覆盖日数可达200d以上，最大积雪厚度30～40cm。

2 数据来源和研究方法

2.1 野外调查

在南瓮河湿地自然保护区试验区内选择2006年过火草本沼泽湿地进行植物群落调查，所选样地距离道路30m以上，无人车扑火痕迹或兽道等外界干扰，能代表火干扰后的湿地物种多样性状况。在未过火的天然湿地内选择对照样地，对照样地与火干扰样地在火灾之前生境相同。

火干扰样地设置：随机设置3个30m×30m的调查样地，相互间距离30m以上，内分为9个10 m×10m小样地，每个小样地内随机调查1个1m×1m样方，共计调查样方27个。记录每个样方的植物种类、盖度、株数、高度、基径。

对照样地设置方法同上。

2.2 研究方法

研究分析以下指数：

2.2.1 物种重要值IV(%)＝1／3(相对高度＋相对显著度＋相对多度)。

式中，相对高度(%)＝100×某个种的高度／所有种的总高度；相对显著度(%)＝100×某个种的基径断面积／所有种的基径面积之和；相对多度(%)＝100×某个种的株数／所有种的总株数。

2.2.2 α多样性 包括物种丰富度指数(SA)、Shannon-Weiner指数(H)、Pielou均匀度指数(E)、Simpson′s优势度指数(D)。

2.2.3 β多样性 包括Sorensen指数(SI)、Jaccard指数(Cj)。

计算公式见文献[2-5]。

3 结果与分析

3.1 植物物种重要值分析

对天然湿地和火干扰后自然恢复5年的湿地进行调查统计，主要植物群落物种重要值见表1。

表1 南瓮河天然湿地、火干扰湿地主要植物物种重要值

在天然湿地中，统计得到共有植物19种，以细叶苔草(Carexrigescens)为优势物种，伴生物种有驴蹄草(CalthapalustrisL.)、木贼(EquisetumhiemaleL.)、地榆(SanguisorbaoffieinalisL.)、沼柳(Salixrosmarinifoliavar.brachypoda)、毒芹(CicutavirosaL.)、笃斯越桔(Vacciniumuliginosum)、马先蒿(Pedicularisspp.L.)、大黄柳(Salix raddeana)、柳叶绣线菊(SpiraeasalicifoliaL.)、柴桦(Betulafruticosa)等。5种主要植物重要值之和为47.81%；火干扰湿地中统计得到共有植物13种，以细叶苔草为优势物种，伴生物种有驴蹄草、木贼、地榆、马先蒿、沼柳、毒芹等。5种主要植物重要值之和为49.93%。在天然湿地和火干扰湿地中，细叶苔草均为优势物种，其重要值为25.25%和27.65%；驴蹄草、木贼、地榆均为主要伴生物种，重要值差别不明显，但火干扰后的重要值高于天然湿地中的重要值；在天然湿地中沼柳重要值为2.2%，但在火干扰湿地中重要值较小。马先蒿在火干扰湿地中重要值为1.25%，但在天然湿地中重要值较小。

3.2 α多样性分析

通过计算，南瓮河天然湿地和火干扰湿地物种丰富度指数、Shannon-Weiner指数、Pielou指数、Simpson指数见表2

表2 南瓮河天然湿地、火干扰湿地

由表可以看出，天然湿地和火干扰湿地的物种丰富度指数分别为19和13，原因在于：天然湿地中分布有一些灌木及乔木幼树，如大黄柳、柳叶绣线菊(Spiraeasalicifolia)、兴安落叶松(Larixgmelinii)等，这些灌木、乔木在天然湿地中未受火灾破坏；而火干扰湿地中的灌木、乔木火烧后未能更新，故天然湿地物种丰富度较高。天然湿地的Shannon-Weiner指数较火干扰湿地高，这符合物种丰富度指数变化；Pielou指数反映出天然湿地和火干扰湿地的物种均匀度较高，均高于0.5且差别不大，说明植被自然恢复均匀。由Simpson优势度指数可以看出，随着物种丰富度增加，物种优势度随之减小，如湿地优势植物细叶苔草，天然湿地中重要值为25.25%，火干扰湿地中则为27.65%，两者相差2.4个百分点。

3.3 β多样性分析

通过计算得到Sorensen指数为0.81、Jaccard指数为0.68，火干扰湿地和天然湿地的物种群落相似性较高。南瓮河火干扰湿地中分布的13种物种在天然湿地中均有分布，细叶苔草、驴蹄草、木贼、地榆等优势植物的重要值与天然湿地接近且排序相同，它们在群落组成上有联系，说明火干扰后自然恢复植物群落正向天然湿地演化。

4 结论及讨论

南瓮河天然湿地因季节性积水从而形成以细叶苔草为主，驴蹄草、木贼、地榆为主要伴生植物的群落结构，这些水生湿生植物构成了群落的优势物种，湿地火烧后经过5年自然恢复，这几种植物依然占优势，其他草类植物重要值很小，灌乔木几乎未有更新，一定程度上这种以细叶苔草为主的群落抑制了其他物种的侵入。

对湿地物种α多样性分析可以看出，随着丰富度的提高，Shannon-Weiner指数和Pielou指数随之增高，说明丰富度和物种多样性、均匀度呈现正相关；Simpson指数减小，说明随着物种的增加，优势物种的生态优势因其他物种而减弱，物种丰富度和物种优势度呈现负相关。分析β多样性，可以知道不同种群间的多样性及相似度，在本次调查统计中，火干扰湿地和天然湿地的相似度达到0.64，火干扰湿地中自然更新的物种在天然湿地中均可以找到，说明因受到火的影响，湿地中减少了一些物种，但经过自然更新是可以恢复到天然湿地的群落组成，火干扰湿地正向天然湿地演化。

传统意义上的湿地中是不适合灌木及乔木的生长，但在湿地调查中，天然湿地中已出现零星的灌木、乔木，虽然以水生植物为优势的湿地生态结构未被破坏，湿地季节性积水未改变，但是，物种多样性的增加，特别是增加了灌木、乔木物种，湿地功能实际上在不断地丧失，这与李融等[6]研究人为干扰兴凯湖湿地后生物多样性的结论是相似的，所以，今后更应该关注的是湿地群落的演化过程及成因。

[1]陈彝瑜.中国湿地研究[M].长春：吉林科学技术出版社，1995

[2]钱迎倩，马克平.生物多样性研究的原理与方法[M].北京：中国科学技术出版社，1994

[3]张金屯.植被数量生态学方法[M].北京：中国科学技术出版社，1995

[4]李瑞，张克斌，边振，等.半干旱地区湿地生态系统植物α及β多样性分析[J].干旱区资源与环境，2009(9)：139-145

[5]张亮，邢福，吕宪国，等.三江平原沼泽湿地群落演替系列β多样性[J].应用生态学报，2008，19(11)：2455-2459

[6]李融，张庆忠，姜炎彬，等.不同干扰下兴凯湖湿地植物群落的物种多样性研究[J].湿地科学，2011，9(2)：179-183