半干旱区湿地植物群落多样性研究

黄锐兴，杨斌元，于晓芳，陈建雷

(金华市水利水电勘测设计院有限公司，浙江 金华 321017)

半干旱区湿地植物群落多样性研究

黄锐兴，杨斌元，于晓芳，陈建雷

(金华市水利水电勘测设计院有限公司，浙江 金华 321017)

湿地；植物群落；物种多样性；半干旱区

为探究半干旱区湿地植物群落多样性变化，选取宁夏盐池县四儿滩湿地为研究区，采用Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数、Margalef物种丰富度指数测得植被群落多样性，使用SPSS软件以植被重要值为要素进行聚类分析，分析研究区植被类型。结果表明：研究区共有14科41种植物，其中菊科、禾本科、豆科、藜科包含的植物种较多；研究区不同样线出现的植物种数不同，南样线出现的最多，西样线出现的最少；不同样线的植物频率分布存在差异，南样线出现于1个样方中的植物种数最多，西样线出现于9个样方以上的植物种数最多。四儿滩湿地植物分为4个群落，分别为盐爪爪群落、赖草+白刺群落、芨芨草+臭蒿+芦苇群落、猪毛蒿群落。研究区不同样线的多样性指数存在差异，北样线的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数均为最高值，而西样线的Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数、Margalef物种丰富度指数均为最低值。

群落物种多样性是一个群落结构和功能复杂性的量度，即群落在组成、结构、功能和动态方面表现出的丰富多彩的差异[1-3]。湿地是陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带，拥有众多的野生动植物资源，是重要的生态系统。四儿滩湿地位于宁夏盐池县境内，隶属于哈巴湖荒漠湿地国家级自然保护区，是保护区内湖泊面积较大的一块湿地。研究四儿滩湿地植物群落多样性变化过程，可为干旱、半干旱地区宝贵湿地资源的保护、生物多样性的维持、生态系统的稳定提供理论支持和科学依据。

1 研究方法

1.1 研究区概况

研究区四儿滩湿地位于盐池县境内。盐池县地貌类型以干旱剥蚀、风蚀地貌为主，海拔1 290～1 950 m，北与毛乌素沙地相连，南靠黄土高原，自南向北在地形上是从黄土高原向鄂尔多斯台地(沙地)的过渡地带，在气候上是从半干旱区向干旱区的过渡地带，在植被上是从干草原向荒漠草原的过渡地带，在资源利用上是从农区向牧区的过渡地带。

四儿滩湿地面积大约为1 420 hm2，海拔为1 320～1 370 m。湿地季节性积水特征明显，水面面积受降雨量影响较大。水源主要来自地下水、降水渗透补给等。由于湿地盐碱化程度高，因此主要生长耐湿、耐盐碱植物。湿地-干草原交错带土壤水分条件较好，植物种类丰富。

1.2 外业调查

外业调查采用样线与样方结合的方法进行。从湿地中央向东、西、南、北方向辐射4条样线，每条样线按照典型性、代表性和科学性的原则随机布设20个1 m×1 m的样方，共计80个样方。记录样方内植物的名称、种类、数量、高度、盖度、生物量等指标。

1.3 数据处理

采用Excel 2010建立研究区草地植被数据库，计算植物物种重要值矩阵。以植被重要值为要素使用SPSS 22.0进行聚类分析，使用Excel软件计算群落多样性指数。

1.3.1 重要值

有关重要值的计算公式[4]为

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

重要值=(相对多度+相对盖度+相对高度+

相对生物量+相对频度)/5

(7)

1.3.2 多样性指数

植物群落多样性指数采用Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Simpson优势度指数(D)、Pielou均匀度指数(J)、Margalef物种丰富度指数(Ma)进行分析，其公式[5-6]分别为

H′=-ΣPilnPi

(8)

(9)

J=H′/lnS

(10)

Ma=(S-1)/lnN

(11)

式中：Pi=Ni/N，Ni为样方中第i种植物的重要值，N为样方中所有植物种的重要值总和；S为植物物种数。

2 结果与分析

2.1 研究区植物区系组成

调查表明，四儿滩湿地共出现了41种植物(表1)，隶属于14科。科的物种丰富度以菊科(Asteraceae)最高，包含10种(占24.39%)；禾本科(Poaceae)和豆科(Leguminosae)其次，均包含7种(各占17.07%)；再次是藜科(Chenopodiaceae)，有6种(占14.63%)；蒺藜科包含3种(占7.32%)；其余8科各包含1种(各占2.44%)。

东样线出现了28种植物，隶属于11科，重要值大于10%的有3种，分别是盐爪爪、猪毛蒿、臭蒿，重要值分别是37.35%、12.63%、10.04%；西样线共出现了24种植物，隶属于7科，重要值大于10%的有4种，分别是盐爪爪、猪毛蒿、灰绿藜、赖草，重要值分别是29.57%、11.21%、10.26%、10.21%；南样线共出现了35种植物，隶属于14科，是所有样线中物种数与科数出现最多的，重要值大于10%的有2种，分别是盐爪爪和芨芨草，重要值分别是24.35%、14.99%；北样线出现了32种植物，隶属于13科，重要值大于10%的有2种，分别是盐爪爪和猪毛蒿，重要值分别是21.02%、16.12%。

2.2 研究区植物频度分布

四儿滩湿地不同样线植物呈现不同的频度分布(见图1)。由图1可知，4个样线中，仅出现于1个样方中的植物种数以南样线最多，为9个，其次是西样线，再次是东样线和北样线。东样线出现于2、3、4、5个样方中的植物种数依次减少；西样线出现于2、3、4、5个样方中的植物种数差异不大；南样线出现于2、3、4、5个样方中的植物种数先减少再增加；北样线除出现在4个样方中的植物种数较少外，出现于2、3、5个样方中的植物种数差异较小。各样线出现于9个样方以上的植物种数的排列顺序为：西样线>东样线>南样线=北样线。

表1 四儿滩湿地植物种类

图1 四儿滩湿地各样线植物群落物种频度分布

2.3 研究区植物群落聚类分析

通过SPSS软件进行系统聚类分析后将四儿滩湿地41种植物分成4类(图2)：①盐爪爪群落；②赖草+白刺群落；③芨芨草+臭蒿+芦苇群落；④猪毛蒿群落。

根据张克斌等[7]的研究，四儿滩湿地生态系统分为3个植被型：沼泽植被、草甸植被、草原植被。盐爪爪为典型的沼泽植被，是多年生小半灌木，极耐盐碱、耐湿，是该群落绝对优势种，群落盖度较高，接近90%。该群落结构较为单一。赖草、白刺为典型的草甸植被，群落分为灌木和草本2个层次，灌木层以白刺为主，草本层以赖草为优势种，伴生种有刺沙蓬等植物。群落盖度为70%左右，受盐碱化程度影响，群落高度为20 cm左右。芨芨草+臭蒿+芦苇群落主要分布在四儿滩湿地生态系统群落交错带中，芨芨草高度可超过2 m，是该群落中的主要建群种，臭蒿为优势种，芦苇为伴生种。猪毛蒿为典型的草原植被，耐干旱瘠薄，多生长在草原沙质土壤中。猪毛蒿群落以猪毛蒿为建群种，伴生种有达乌里胡枝子、蒙古虫实等，群落高度较低，25 cm左右，但盖度较高。

图2 四儿滩湿地植物群落聚类分析

2.4 研究区植物群落多样性

四儿滩湿地不同样线多样性指数见表2。

Shannon-Wiener指数综合了物种群落的均匀度和丰富度，是表述物种多样性最好的指数。由表2可知，不同样线Shannon-Wiener指数(H′)的排列顺序为：北样线>南样线>东样线>西样线。说明北样线物种多样性最丰富，群落组成复杂，群落稳定性高；而西样线群落组成简单，物种多样性较低。

表2 四儿滩湿地各样线多样性指数

Simpson优势度指数是群落水平上的综合数值，它是把群落作为一个整体而把各个种的重要性总结为一个合适的度量值，以表征群落的组成结构特征。由表2可知，不同样线Simpson指数(D)的变化为：北样线>南样线>西样线>东样线，各样线间优势度指数差异不大。四儿滩湿地中北样线的优势度最高，该样线优势种明显，以猪毛蒿为主要优势种。

物种均匀度反映群落种群空间分布的均匀程度。物种均匀度与物种优势度是两个相反的概念，该指标常作为群落物种多样性指数的辅助指标，在反映群落特征结构方面有重要意义。东、西、南、北样线的Pielou均匀度(J)分别为0.73、0.72、0.76、0.83，排列顺序为北样线>南样线>东样线>西样线，变化趋势与H′一致。说明北样线的群落种群分布最均匀，西样线群落种群分布最集中。

Margalef物种丰富度指数能直接反映物种的丰富程度，是植物群落内部或生境中物种丰富度的指标，其值越大，说明群落内物种的丰富度越高，反之则说明群落内物种的丰富度较低[8]。东、西、南、北样线的Margalef物种丰富度指数(Ma)分别为3.55、3.03、4.47、4.08，南样线Ma值最高，说明南样线物种丰富度较高，而西样线Ma值最低，说明西样线物种较匮乏。

3 讨论与结论

通过样线与样方结合的调查方法，发现研究区共有14科41种植物，其中菊科、禾本科、豆科、藜科包含的植物种较多，种数分别为10、7、7、6。不同样线出现的植物种数不同，南样线出现的植物种数最多，其次是北样线，再次是东样线，最后是西样线。不同样线的植物频率分布存在差异，南样线中仅出现于1个样方中的植物种数最多，西样线中出现于9个样方以上的植物种数最多。通过系统聚类分析，将四儿滩湿地植物分为4个群落，分别为盐爪爪群落、赖草+白刺群落、芨芨草+臭蒿+芦苇群落、猪毛蒿群落。盐爪爪为典型的沼泽植被，生长在湿生带；赖草、白刺、芨芨草、臭蒿为草甸植被；猪毛蒿为草原植被。四儿滩湿地不同样线的多样性指数存在差异：北样线的物种多样性指数、优势度指数、均匀度指数均为最高值，而西样线的物种多样性指数、均匀度指数、丰富度指数均为最低值。北样线物种多样性最高，群落结构复杂且稳定性高，这是因为北样线离居民点较远，受人为干扰程度低，物质、能量运输速度快，群落盖度、生物量明显提高。西样线群落结构单一是因为离居民点较近，人为干扰(例如放牧、践踏等)强烈，植被被牲畜啃食，导致植被盖度和生物量大大减少，群落结构指标下降。

四儿滩湿地作为干旱-半干旱地区重要的生物资源，生态环境脆弱，受人类活动的严重影响，湿地面积逐年缩小[9]，而湿地面积的缩小将会制约湿地功能的发挥，直接降低湿地的调蓄能力，加剧洪涝灾害，因此保护湿地迫在眉睫。湿地保护要从两方面入手：一方面，加大退耕还林、围栏封育措施的力度，禁止在湿地周围修建建筑物(例如工厂等)，以免湿地受到干扰而退化；另一方面，提高当地居民保护意识，禁止居民在湿地周围放牧、开垦等。

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(责任编辑 徐素霞)

Q948

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1000-0941(2017)05-0040-04

黄锐兴(1978—)，男，福建龙岩市人，工程师，学士，主要从事水土保持及水利工程设计和管理工作。

2017-01-03