废胶粒基质调控对天津机场地被植物群落特征的影响

徐焕然 赵树兰 张一岷 袁红 多立安

摘要 [目的]探究废弃物基质调控对天津滨海国际机场地被植物群落动态特征的影响。[方法]将废胶粒以低、中、高3个浓度梯度添加到机场试验地土壤中，以不添加胶粒为对照区，于2016年4—9月进行植物群落调研。[结果]试验区植物种类共计32种，其中对照区植物共有15科27种，废胶粒调控区植物减少到8科17种，且随废胶粒添加量的增加而减少。废胶粒调控区植物群落的丰富度均显著低于对照区，废胶粒调控区的均匀度与对照区相比差异不大；废胶粒调控区的多样性均低于对照区，且随添加量的增加而降低；中、高添加量废胶粒调控区的生物量均高于对照区，低添加量调控区的则较低。[结论]土壤基质中添加废胶粒减少了天津机场植物种类，显著降低了植物群落的丰富度和多样性。

关键词 废胶粒；基质调控；植物群落特征；多样性；天津滨海国际机场

中图分类号 S181 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）27-0073-04

Effects of Substrate Regulation with Waste Crumb Rubber on the Characteristics of Plant Community at Tianjin Airport

XU Huanran1， ZHAO Shulan2， ZHANG Yimin2 et al

（1.Tianjin Binhai International Airport， Tianjin 300300；2.Research Center for Control of Biodiversity and Airport Bird Strike， Tianjin Normal University， Tianjin 300387）

Abstract [Objective]To explore the effects of substrate regulation on the characteristics of plant community at Tianjin Binhai International Airport.[Method]Waste crumb rubber was added in soil at low， medium and high concentrations. Taking the area with no addition as control， plant communities were surveyed from April 2016 to September 2016.[Result]A total of 32 plant species were collected， among which， 16 families and 20 species were found in control area. In the crumb rubber area， plants decreased to 8 families and 17 species， and decreased with increasing the amounts of crumb rubber added. The species richness of plants in crumb rubber area was lower than that in control area， but no significant difference in evenness was found between crumb rubber and control area. The diversity of plant community in the crumb rubber area was lower than that in control area， and decreased with increasing the amounts of crumb rubber added. Compared with control， the biomass of plant community in the crumb rubber area with medium and high concentrations was higher， while that in low addition area was lower.[Conclusion]Adding waste crumb rubber in soil reduced plant species in Tianjin airport，significantly decreased richness and diversity of plant community.

Key words Waste crumb rubber；Substrate regulation；Plant community characteristics；Diversity；Tianjin Binhai International Airport

基金項目 民航专业项目“机场‘生态岛鸟类生态综合防控技术研究”（53H15007）。

作者简介 徐焕然（1964—），男，河北阜城人，高级工程师，硕士，从事飞行安全与机场管理研究。*通讯作者，教授，博士，博士生导师，从事生态学研究。

收稿日期 2018-06-04

地被植物群落以草本植物为主，作为机场的基本构成单元，其结构的合理性关系到机场生态系统的健康、稳定及可持续，它不仅对飞机的紧急起降具有重要的保护作用，而且对于降水的疏导和排放也具有重要意义。但由于机场为开阔的平地，为鸟类在飞行区觅食提供了便利，从而给飞机的起降和飞行带来安全隐患[1]。机场植被人为干扰少，为动物提供了理想的栖息与庇护场所，同时为轻质种子传播创造了条件[2-3]。国内外对机场地被植物群落的调控越来越重视，主要有对植物群落的高度、开花、结实等进行管理[1，4-7]；选择种植不吸引鸟或具有驱鸟功效的物种[8-10]；在植物体内植入内生真菌[11-12]、采用火烧[13]等方式。

另一方面，随着汽车工业和橡胶工业的发展，废旧橡胶日益增多，其资源化利用备受关注，将废旧橡胶加工成颗粒是其资源化利用的方式之一。废胶粒通常被用于修复污染地下水[14]、填充草坪基质[15]、建筑工程施工[16-17]，但鲜见利用废胶粒基质调控植物群落方面的研究报道。

笔者将废胶粒添加到土壤中对天津机场地被植物进行调控，旨在降低植物群落物种多样性，从而切断鸟类食物来源、改变鸟类掩蔽和繁殖环境，进而降低鸟类多样性，为机场经营管理植物群落和鸟击防范提供理论依据。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区自然概况

天津滨海国际机场位于天津市东丽区，地理坐标为39°07′ N、117°20′ E，距市中心13 km，距天津港30 km，距北京134 km，总占地面积760 hm2，裸地面积460 hm2[18]。该地区四季分明，春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季气爽，冷暖适中；冬季寒冷，干燥少雪，属暖温带半湿润性大陆季风气候。天津机场内植物资源丰富，植被覆盖率高，大多是路边和田间地头常见的多年生或一年生杂草，也有部分的藤本和木本植物，主要优势种类有苦菜、夏至草、刺儿菜、车前草、鹅绒藤、葎草、虎尾草和牛筋草等[19]。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置。样地设在天津机场的试验田中，土壤类型为砂壤土，其理化性质如下：pH 7.95、有机质28.7 g/kg、全氮2.37 g/kg、速效磷21.43 mg/kg、含水量11.7%、容重1.46 g/cm3。试验区分为废胶粒调控区和对照区，总面积约为300 m×200 m，其中废胶粒调控区平分为3块，大小约为6.7 m×15.0 m，其施加量分别为0.34、0.67、1.00 t，分别以LWP、MWP和HWP表示；不添加废胶粒的为对照区（CK）。整个试验区的植被均为自然生长状态。

1.2.2 植物群落调查。于2016年4—9月对试验区的地被植物群落进行调查，每月2次。采用样方法，分别在低、中、高添加量废胶粒调控区和对照区各布设面积为1 m×1 m的样方3個，共12个，记录每个样方内的植物种类、株数。并采用完全收获法测定生物量，在80 ℃条件下烘至恒重。

1.2.3 植物多样性的计算方法。计算Simpson多样性指数（Ds）、Shannon-Wiener多样性指数（H）、Pielou均匀度（J）和Margalef丰富度（R），其计算公式如下：

Ds=1-∑（Pi2）

H= ∑（Pi×lnPi）

J=H/lnS

R=（S-1）/lnN

式中，Pi为属于种i的个体在全部个体中的比例（Ni/N）；Ni为i物种个体数；N为群落中全部物种的个体数；S为物种数目。

1.2.4 数据统计分析。利用Excel 2010 和SPSS 22.0软件进行数据处理、差异显著性分析和LSD检验。

2 结果与分析

2.1 试验区植物群落的种类组成

调查发现，试验区植物种类共计32种，主要由菊科（8种）和禾本科（5种）植物组成（表1）。双子叶植物种类多于单子叶植物，主要优势种类有刺儿菜、阿尔泰狗娃花和狗尾草等。对照区植物共有15科27种，废胶粒调控区植物较对照区减少了7科10种，且随废胶粒添加量的增加而减少，其中低添加量调控区减少到7科15种，中、高添加量均减少到12种。在对照区生长的植物大多数在废胶粒调控区逐渐消失，同时也有新物种出现，如山莴苣和苘麻等；对照区出现的有些物种在废胶粒调控区未出现，如巴天酸模和榆树苗等；有些物种则在对照区和废胶粒调控区均存在，如刺儿菜、阿尔泰狗娃花、鹅绒藤和灰绿藜等。

2.2 试验区植物群落多样性的变化

废胶粒调控区的植物群落多样性变化如图1所示。在所有月份中，废胶粒调控区植物群落的丰富度均显著低于对照区，且除5月外，其余均随废胶粒添加量的增加而降低（图1A）。4、9月，中、高添加量废胶粒调控区植物群落的丰富度差异不显著，但显著低于低添加量调控区，分别降低了24.1%、33.3%和33.6%、498%；5、7、8月，不同添加量废胶粒调控区的丰富度差异不显著；6月，高添加量调控区的丰富度显著低于对照区与低添加量调控区，分别降低了51.7%和27.3%。

4—8月，低、中添加量废胶粒调控区与对照区植物群落的均匀度差异不显著（图1B）。4、9月高添加量调控区均匀度均显著低于对照区，分别降低了26.4%和29.9%。

植物群落Shannon-Wiener指数和Simpson指数均随废胶粒添加量的增加而降低（图1C和图1D）。其中5月各添加量的废胶粒调控区Shannon-Wiener指数差异不显著，但均显著低于对照区，分别降低了29.3%、36.8%和50.3%；8、9月 Shannon-Wiener指数不仅随添加量的增加而降低，且差异显著。分析Simpson指数可知，4、5月中、高添加量废胶粒调控区差异不显著，但显著低于对照区；6、7月随添加量增加而降低，但差异不显著；8月各添加量废胶粒调控区的Simpson指数差异不显著，但均显著低于对照区，分别降低了129%、15.6%和20.5%；9月随添加量的增加而显著降低，分别比对照区显著降低了12.2%、35.0%和56.3%。

2.3 试验区植物群落生物量变化

由表3可知，对照区与废胶粒调控区植物群落生物量随调查月份均呈增加的趋势。废胶粒调控区植物群落的生物量随添加量的增加而增加，与对照区相比均差异不显著。6—9月，低添加量调控区的生物量低于对照区，分别降低了10.8%、9.3%、26%和3.4%；7—9月，中、高添加量调控区的生物量则均高于对照区。

3 讨论与结论

机场环境对植物的影响主要表现在气候、水文、基质及地形方面，其中基质是影响植物生长必需的环境与资源条件，其对植物群落的结构组成起决定性作用。植物生长发育受基质条件的制约，且在一定程度上影响植物群落的稳定发展。在基质中添加废胶粒，会对植物群落产生影响。该研究结果表明，废胶粒调控区植物明显少于对照区，且随添加量的增加而减少。在高添加量废胶粒调控区中禾本科植物仅有碱茅、狗尾草出现，刺儿菜始终占优势，且刺儿菜的叶缘有细密针刺，会影响和阻碍鸟类及其他生物的生命活动，不利于鸟类生长发育[20]。

植物多样性作为区域生态系统功能和稳定的基础，是生物多样性和群落生态学研究的核心问题之一，受多种环境因子和生态过程的影响[21-22]。废胶粒对植物群落的物种丰富度影响较大，显著低于对照区，而对均匀度影响不显著。将植物群落物种多样性变单一性可减少鸟类种类和数量。对试验区物种多样性指数的比较发现Shannon-Wiener指数和Simpson指数全年的变化趋势基本相同，废胶粒调控区的多樣性与对照区相比均有所降低，且随添加量的增加而降低。主要是因为中、高调控区的生长后期葎草为优势种之一，其匍匐茎生长蔓延迅速，常缠绕其他植物，且高达50 cm左右，在其覆盖下，因缺水、缺光而不利于其他物种生存。

生物量作为一种生态表征，可用于分析植被生产能力、评价植物群落和种群的构建特征，是生态系统结构和功能的基础，是生态系统环境质量的综合体现[23-24]。该研究表明，低添加量废胶粒调控区的生物量降低，而中、高添加量调控区的增加。虽然基质添加废胶粒会使一些像黄香草木樨、榆树苗等盖度和生物量大的植物消失，但由于中、高添加量调控区内生长着同样盖度和生物量较大的葎草而导致整体生物量增加。

综上所述，废胶粒对机场地被植物群落的物种组成、多样性与生物量均有影响，其中高添加量废胶粒的效果较好，使植物物种减少了8科15种，降低了丰富度和多样性。因此，建议在机场内施入废胶粒995 kg/m2。

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