南门峡湿地公园不同区域草本植物多样性研究

赵明德 ,邵大春 ,李惠梅*

(青海民族大学 a. 发展规划处; b. 生态环境与资源学院, 青海 西宁 810007)

0 引言

湿地是位于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带,生长着很多湿地水生草本植物,有较高的生物群落多样性[1-2]。很多珍稀水禽的迁徙和繁殖都离不开湿地,湿地作为一个由水陆互相作用而形成的独特生态系统,拥有巨大的生态效益。草本植物作为发挥其生态作用的主要载体,对其结构功能的维持和景观的营造十分重要,同时草本植物也是体现湿地公园活力的源头。草本植物作为重要的生态资源关系到地区生态健康以及生态可持续, 也影响着地区社会经济的长远发展[3]。近十几年以来,湿地的功能和价值逐渐被人们认可,人类的生活离不开湿地提供的淡水、食物以及燃料等资源,郎惠卿等[4]从湿地植物、湿地动物、湿地土壤、湿地生态系统及湿地环境管理等5个方面对我国湿地研究做出了具有经济效益的贡献。湿地广泛分布于世界各地,拥有众多野生动植物资源,湿地生态系统在维持生态平衡、涵养水源、调节气候上起着重要的作用,对人类有非凡的意义[5]。

互助县南门峡湿地公园于2014年6月6日成立,位于祁连山南麓、大阪山雪山脚下,地处黄土高原与青藏高原交错嵌接地带,具有两大高原的自然特点,地势起伏、北高南低、高低悬殊。境内河流均属黄河支流湟水水系,系黄河源头之一。南门峡湿地公园以南门峡水库和南门峡河为主体,与水系周边林地和起伏的群山相连,以雪山、沼泽、河流、湖泊、森林等自然生态景观为主要特色。公园内有较为丰富的动物和植物资源[6-7]。湿地公园规划区内湿地类型包括河流湿地、人工湿地和沼泽湿地。南门峡国家湿地公园规划总面积为1 217.31 hm2,其中包括生态保育区859.82 hm2、合理利用区132.86 hm2、科普宣传区117.52 hm2、管理服务区2.20 hm2、生态恢复区104.91 hm2,湿地率为81.57%。经过保护与修复建设的南门峡湿地公园以河流和库塘湿地为主体,以雪山、沼泽、河流、湖泊、森林等自然生态景观为主要特色,打造成集生态保护、科普宣教、生态旅游、科研监测为一体的我国高原河流湿地保护的典范。南门峡湿地公园在发展生态旅游同时,发挥着湿地涵养水源、调节气候、保护生物多样性、恢复生态平衡等功能。

湿地公园的建立能够孕育显著的湿地植物多样性[8],植物作为生产者,为生物链提供初级能量,为湿地中的动物提供适宜的栖息环境,所以湿地中植物多样性在很大程度上影响着湿地生态系统的稳定性[2],研究植物多样性不但可以更为有效地反应湿地的恢复效果[9],而且植物多样性研究是反映区域内生态系统结构及其生态状况的重要手段[10]。近年来,青海省互助县着力优化生态环境,通过采取绿化改造和水环境综合治理等措施,加快湿地公园建设步伐,南门峡湿地公园为生态互助建设增添无限风光,成为全县生态建设的“新名片”。本研究以公园内部分区域中草本植物为研究对象,探索其多样性和物种组成,为公园的建设和保护提供参考,并提出相关保护措施和建议。

1 材料与方法

1.1 样点设置

2020年6—9月,在青海省互助县南门峡国家湿地公园生态保育区和合理利用区内设置5个样点。分别是生态保育区的七塔尔、岔巴峡、卷槽、水库旁校点,合理利用区的湿地体验样点。在选定的样点内随机设定4个正方形样方,每个样方大小为1 m2(用铁钉、尼龙绳和卷尺确定样方大小),共20个样方。

1.2 实验设备

铁钉4个、尼龙绳5 m、剪刀、记录本、钢卷尺(5 m)、大皮尺(50 m)、GPS测量仪、烘箱。

1.3 研究方法

对样方内草本植物进行人工鉴定,记录样方内草本植物物种名称和物种数量。

于2020年6月15日、7月14日、8月15日、9月11日,在选定的样方四角内各确定一个10 cm2的正方形样方,剪下草本植物地上部分,称其鲜重,然后挖出草本植物地下部分,将草本植物地上与地下部分分别装入密封袋带回实验室,洗净草本植物地下部分的泥土,用报纸分别包裹各样点草本植物地上与地下部分,用烘箱在80 ℃下烘干称其干重,计算生物量。

通过以上方法分别得到不同区域5个点位的草本植物丰富度和生物量。

1.4 数据及分析

通过对各样点区域内草本植物的统计,根据相关公式计算各个区域内草本植物的Margalef 丰富度指数(D)、Shannon-Wiener 多样性指数(H)与Pielou 均匀度指数(J)并进行分析。

D=(S-1)/lnN,

(1)

式(1)中:S为所有物种的数目,N为全部种的个体总数。

H=-∑(Pi×lnPi),(i=1, 2,…,S),

(2)

式(2)中:Pi=Ni/N,Ni为第i种物种个体数,N为个体总数。

J=H/lnS,

(3)

式(3)中:H为Shannon-Wiener多样性指数,S为物种数。

将调查得到的原始数据输入EXCEL2016,计算草本植物的Margalef 指数、Shannon-Wiener 指数与Pielou 指数,将计算得到的各项指数和草本植物生物量用Excel2016绘制成折线图和柱状图。再用Spss20.0对各项数据进行相关性分析。

2 结果与讨论

2.1 物种组成

南门峡湿地公园共有草本植物24科64属 90种,按照科的大小统计分析,含6属以上的共有5科,占总科数的20.83%,共计有32属46种(见表1)。其中毛茛科(Ranunculaceae)6属11种,禾本科(Gramineae)6属9种,龙胆科(Gentianaceae)7属10种,菊科(Asteraceae)7属9种,莎草科(Cyperaceae)6属7种,占总属的50%。5属以下(含5属)2属以上(含2属)共有6科,占总科数的25.00%,共计有19属27种,其中蔷薇科(Rosaceae)4属9种,玄参科(Scrophulariaceae)4属4种,牻牛儿苗科(Geraniaceae)2属3种,伞形科(Apiaceae)3属3种,十字花科(Brassicaceae)2属2种,豆科(Glycine)4属6种,占总属的29.69%。科内只有一属的共有13科,占总科数的54.17%,其中蓼科(Polygonaceae)1属5种,车前科(Plantaginaceae)1属2种,其余报春花科(Primulaceae)、唇形科(Labiatae)、荨麻科(Urticaceae)、柳叶菜科(Onagraceae)、紫草科(Boraginaceae)、茜草科(Rubiaceae )、鸢尾科(Iridaceae)、堇菜科(Violaceae)、胡颓子科(Elaeagnaceae)、木贼科(Equisetaceae)、水麦冬科(Juncaginaceae)等均为1属1种,占总属的20.31%。从中可以看出公园内草本植物科属的组成差异比较大,单物种属最多,说明南门峡湿地公园草本植物组成较为复杂。

表1 南门峡湿地公园草本植物科内属组成Tab. 1 Composition of herbaceous plants in Nanmenxia Wetland Park

2.2 草本植物多样性分析

Margalef指数反映群落物种丰富程度南门峡国家湿地公园生态保育区和合理利用区各样点处草本植物物种丰富度指数见表2,岔巴峡草本植物丰富度最高为3.98,卷槽草本植物的丰富度最低为2.90。物种丰富度差较大,这是因为岔巴峡样点与七塔尔、水库、湿地体验区等样点都进行了封闭管理,受人为影响小,各自形成了独具特色的生态系统,而卷槽样点在农田旁边,且距离村庄较近,致使此地草本植物的生长受到了限制,这是影响卷槽样地附近草本植物丰富度的主要原因。

表2 南门峡湿地公园草本植物多样性指数及海拔Tab. 2 Changes of herbaceous plants diversity index and altitude in Nanmenxia Wetland Park

研究区域各样点Pielou 指数见表2,差异最大的是岔巴峡样地和卷槽样地,相对于本次调查的其余样地来说,岔巴峡样地草本植物分布相对较为均匀。但总体来看,各样地的Pielou 指数较低。

Shannon-Wiener 多样性指数既能反应群落内草本植物物种数的多少,也能反应各物种分布的均匀程度[11],Shannon-Wiener 多样性指数越高,则表明草本植物多样性越高。由表2可知,岔巴峡样点草本植物多样性最高,为2.04;卷槽样点最低,为1.22;其余样点Shannon-Wiener 指数均在1.95以下。可以看出,本地区草本植物多样性指数与丰富度指数和均匀度指数趋势基本一致,各样点草本植物的Shannon-Wiener指数总体来说存在着较大的差异性,说明本研究地区草本植物群落较为复杂,并且区域间差异性较大。

2.3 生物量分析

生物量指某一时刻单位面积内实存生活的有机物质总量,通过对南门峡湿地公园不同月份和不同区域生物量的对比,由图1可知,公园内总生物量呈现先增加后减少的趋势,从6月份开始南门峡地区草本植物生物量逐渐增加,到8月份达到最高,为0.829 kg/m2。到9月份又开始逐步下降,说明到8月份该地区草本植物有机质储存达到最高。通过对图2湿地公园内部分区域生物量对比分析可知,该地区草本植物生物量岔巴峡最高,其次是七塔尔,卷槽最低,水库旁和湿地体验区的草本植物生物量相近。

图1 南门峡湿地公园不同月份生物量变化Fig. 1 Biomass changes in Nanmenxia Wetland Park in different months

图2 南门峡湿地公园不同地点生物量Fig. 2 Biomass of different sites in Nanmenxia Wetland Park

2.4 相关性分析

通过对南门峡湿地公园草本植物Shannon-Wiener指数与Margalef 指数、Pielou指数、生物量和海拔做相关性分析,得到表3数据,可以看出,公园中草本植物的多样性指数与丰富度(P=0.033≤0.05)、多样性指数均匀度指数(P=0.023≤0.05)存在显著的正相关性关系;多样性指数与海拔(P=0.54≥0.05)、多样性指数和生物量(P=0.16≥0.05)存在正相关性关系,但不显著。说明海拔(2 500～3 220 m)和生物量对本地区草本植物多样性影响较小。

表3 草本植物多样性相关性分析Tab. 3 Correlation analysis of plant diversity

3 讨论

物种多样性指数的大小与群落中物种丰富度和均匀度有关,植物生长环境,如光照时间、温度等对植物生长和分布均有显著影响[12]。湿地生态系统中植物多样性的保护受到生境的影响[13],而导致各样点间物种多样性差异的主要原因,除了保护管理的区别外,主要是植物的生存环境之间的差异,这与张志铭等[14]的研究结果相同。南门峡湿地公园内草本植物的Shannon-Wiener 指数岔巴峡样点普遍高于其他4个样点,是因为岔巴峡位于南门峡湿地公园最东侧的山谷之中,由于山路崎岖,交通工具不方便进入,使得岔巴峡内部受人为影响因素较少,再加上近几年湿地公园建立之后,对公园内的草本植物保护得当,使得岔巴峡内的草本植物物种丰富的普遍高于其他4个样点的物种丰富度。

卷槽样点的草本植物Shannon-Wiener指数最低,是因为该样点临近村庄,而且旁边是农田,在采样时样点附近还存在过度放牧的现象,且受人为影响较严重,使其物种丰富度低于其他4个样点。为了保护饮用水水源,水库样点附近实行封闭式管理,但由于样点位置特殊,处在附近村庄内溪流的出水口,在雨天经常被泥水漫灌,地表有大量泥沙,致使大部分伏地草本植物难以存活,所以水库旁的草本植物以草地早熟禾、垂穗披肩草、鼠掌老鹳草、马蔺等禾本科和毛茛科的适应性较强的草本植物为主,从而使此地虽然受到封闭管理保护,但Shannon-Wiener指数依然低于其他样点。

湿地体验区样点Shannon-Wiener指数低于峡口样点,而高于其余样点是因为体验区的建立,顺便使此区域封闭,且此区域灌木乔木等较多,基本不受人为和大型动物影响。

七塔尔样点Shannon-Wiener指数低于岔巴峡样点和湿地体验区样点,高于卷槽和水库样点,是因为此处虽然实施了保护,但仍受人为影响严重,且此处有大片短叶锦鸡儿等的灌丛,使其他伏地草本植物难以从群落中获得更多的资源。另外,此处海拔在5个样点区域内最高,气候寒冷,部分草本植物难以生存。

关于生物量与生物多样性之间的关系一直存在着较大的争议[15]。本次调查研究通过对南门峡地区草本植物生物量的分析可以看出,南门峡湿地公园内草本植物8月份体内有机质储存量最高,说明8月份的气候水文等的条件最适合该地区草本植物生长。从相关性分析可以看出该研究区域Shannon-Wiener 指数与生物量之间呈正相关关系,说明此地草本植物多样性与生物量之间呈正相关关系,这与温远光等[16]的研究结果相似。探究其中的原因,草本植物多样性和生物量相互影响可能是因为环境因子(气候、海拔、坡度、光照等)影响了草本植物的物种多少,从而影响了草本植物的地上和地下部分,使部分草本植物失去竞争——从而导致单位面积内草本植物能量的分配和有机物的积累,进而影响生物量。

在调查中过程发现南门峡湿地公园各区域划分明确,保护得当。南门峡地区积极实施退耕还林,截至2007年全镇累计完成退耕还林工程80 664 hm2,此项工程极大地遏制了部分地区水土流失,改善了气候状况[17],在很大程度上提高了草本植物的多样性。通过与往年同期调查比较得知,南门峡湿地公园草本植物多样性有明显的提高。

4 结论

相较于去年同期草本植物调查结果,本次在南门峡湿地公园调查新发现一种物种水葱,属于莎草科,藨草属,说明南门峡湿地公园保护成效较为明显,草本植物多样性正在增加。总体来说,公园内草本植物物种组成较为复杂,且草本植物群落具有一定的稳定性。公园内草本植物的物种丰富度对草本植物多样性的影响较大。通过本次草本植物多样性调查可以看出,湿地公园的建设有益于草本植物多样性。8月份该研究区域草本植物生长最为活跃,有机质储存最高。同时南门峡湿地公园对七塔尔、峡口、水库和湿地体验区等地草本植物的恢复和保护的方法相对较好,保护效果颇见成效。

在后续的调研中可以适当增加采样调查时间,增加样点,以求对本地区的草本植物调查做到更为全面和准确。

附表：

南门峡湿地公园草本植物