淺談艾比湖溼地植物群落變化對鹽分環境梯度的響應論文
淺談艾比湖溼地植物群落變化對鹽分環境梯度的響應論文
植物多樣性是群落生態學和生物多樣性研究的一箇中心議題，是區域生態功能和穩定的基礎( Jucker和Coomer, 2012 )。艾比湖溼地乾旱少雨，蒸發量和降水量相差懸殊，生態系統很脆弱，是植物多樣性受威脅最嚴重的地區(馬森等，2006;尹林克，1997 )，研究艾比湖溼地植物多樣性特徵，對植物多樣性的保護和沙漠化防治具有重要意義。目前相關研究主要集中在鹽脅迫下植物的生長、發育(弋良朋和王祖偉，2011;尤佳等，2012;董利蘋等，2011 )等方面，對荒漠植物多樣性各種測度在土壤鹽分梯度下的定量分析和動態響應，研究資料還較缺乏(韓大勇等，2012;郝智如和張克斌，2014 )。艾比湖是新疆第一大咸水湖，在新疆具有重要的生態價值。近幾年來，由於土壤含鹽量不斷上升和地下水位下降，原有的植被急劇衰敗，取而代之的是耐鹽鹼的植被，由於蒸發大於降水，所以該類植物生長的環境是嚴重的土壤鹽漬化。土壤鹽分大量富集，乾旱和鹽協迫成為影響鹽生植物生長與生存發育的的重要因素。根據近10年對艾比湖研究積累表明，非常缺少對艾比湖溼地植被與環境關係的數量分析研究，為更好地理解環境梯度對荒漠植物多樣性的影響有必要進一步開展相關研究。本文利用聚類分析和相關性分析，描述群落與鹽分環境之間關係，利用群落結構的定量指標分析群落與鹽分環境的關係，探討艾比湖溼地的植物群落變化與鹽分梯度的關係，為更好的保護溼地，研究其環境變遷的過程提供基礎性的資料。
1研究區概況及研究方法
1.1研究區概況
艾比湖總面積2 670 km2，位於E82°35'~83°10',N44°44'~45°10在精河縣城北部，西接博樂市，北臨塔城地區的托里縣，西北與哈薩克共和國相鄰，是準噶爾盆地西南緣最低窪地和水鹽彙集中心。艾比湖溼地國家級自然保護區內分佈著多種溼地型別，在中國內陸荒漠自然生態系統中具有典型性和較高的保護價值。艾比湖區氣候乾燥，降水稀少，且風大、風多、浮沉和鹽塵活動頻繁。該區屬於典型的溫帶大陸性氣候，光熱充足，年均日照時數約2 800 h;地區年平均氣溫6.8℃，極端最高氣溫41.7 ℃，極端最低氣溫一32.2 ℃，全年積溫為3 3534 245℃，平均無霜期162 d;年均降水量90.91~63.9 mm之間，年蒸發量卻高達3 790 mm以上，屬於特乾旱區。該區多樣化的土壤型別決定了旱生、超旱生、沙生、鹽生、溼生和水生等植物群落的形成。主要植物種類有胡楊、梭梭、蘆葦，在平原低地還有怪柳、黑果拘祀、甘草、小璋毛、湖濱鹽沼地有鹽穗木、鹽節木、鹼蓬、和鹽爪爪，山前沖積洪扇有琵琶柴等。
1.2樣方調查和實驗分析
2012年5月，在艾比湖溼地從博河站繞湖60km範圍，設定鴨子灣、鳥島、博河、奎屯河20個10 mx10 m的樣方;2012年10月在距艾比湖湖邊鳥島站5, 10, 15 km範圍內設定19個10 mx 10 m的樣方，共採集39個10 mx 10 m的樣方。現場鑑定每個樣方中的物種類別，同時記錄種數、個體數、胸徑、高度、冠幅等植物特徵，以及各樣地的海拔、經緯度、群落微環境和地貌特徵。在調查樣方內利用四分法採取0~5 , 5~20 , 2040 , 4060 cm土壤作為土壤樣品，土壤鹽分用殘渣烘乾法測定，土水比為1:5(土壤農化分析，1996 )。
2結果與分析
2.1不同鹽分梯度下植物組成和生活型特徵
在環湖和距湖遠近不同的39個取樣點中，隨著土壤剖面深度的增加，鹽分含量由上至下呈現逐步下降的趨勢，鹽分表聚現象顯著。距湖15km和距湖5 km取樣點大部分處於第1個鹽分梯度，植被以梭梭、怪柳、自刺為主，出現的植被種類較多;鳥島、博河、鴨子灣、奎屯河、和距湖10 km處均處於第2個鹽分梯度，鹽漬化程度達到中一重度，植被以怪柳、鹽節木為主，黑果拘祀也有相當部分的數量;湖邊取樣點，在3個鹽分梯度各有分佈，造成這種現象的原因有很多，其中人類活動的影響較大。
樣方調查結果表明，研究樣地共出現43種植物，分屬42科，20種。其中植物種較多的有黎科8種、禾本科8種、菊科5種、豆科5種，其他科屬均為1~2種;鹽分梯度下，從51至53出現的種數分別為25, 37和17種;按植物生活型統計，隨土壤鹽含量的升高，群落生活型結構有所改變，草本比例減少，灌木和喬木比例有所增加，各鹽分梯度下的具體生活型比例(物種數量比例，忽略2種藤本)分別為51草本、灌木(含小/半灌木)和喬木(含小喬木)分別為56% , 22% , 22%; 52草本、灌木(含小/半灌木)和喬木(含小喬木)分別為65%, 24%, 12%; 53草本、灌木(含小/半灌木)和喬木(含小喬木)分別為50%, 33%, 17%0。
3討論與結論
3.1討論
3.1.1不同鹽分梯度下艾比湖溼地植物群落特徵
隨著土壤剖面深度的增加，鹽分含量由上至下呈現逐步下降的趨勢，鹽分表聚現象顯著。距湖15km和距湖5 km取樣點大部分處於第1個鹽分梯度，鳥島、博河、鴨子灣、奎屯河、和距湖10 km處均處於第2個鹽分梯度，鹽漬化程度達到中一重度;湖邊取樣點，在3個鹽分梯度各有分佈。3個鹽分梯度上51植被以梭梭、怪柳、自刺為主;52植被以怪柳、鹽節木為主;S3植被以鹽節木、鹽角草、蘆葦為主;植物Simposon指數、Shannon-Wiener指數和Margalef指數在中鹽梯度下達到最大，最大值分別為0.84 , 2.28 , 3.82 ; Pielow指數則是隨著鹽分梯度的'上升呈下降趨勢，在低鹽梯度下達到最大值，最大值為1.26;多樣性指數在53梯度下整體顯著降低。土壤鹽分含量為2.40%一3.12%時對艾比湖溼地植物多樣性的影響較大。艾比湖溼地植物多樣性在低土壤鹽分梯度下(0.03%一0.73%)不受影響，但當土壤鹽分增至2.40%一3.12%的高水平時，植物多樣性顯著降低，且土壤鹽分主要透過富集種影響多樣性響應動態。
3.1.2不同鹽分梯度下艾比湖溼地植物生活型轉變
不同生活型體現了植物對環境的適應性差異，因此生活型組成的轉變能反映植物對環境變化的適應性調整(顏忠誠，2001;房飛等，2012;傅德平，2008;韓爭偉等，2013)，植物生活型隨著鹽分升高的轉變表明，高鹽梯度下可以進人一個地區的物種庫中的物種數量會有所減少，如土壤鹽分分維度上，怪柳和胡楊(Populus euphratica)(小)喬木更容易生存，因為怪柳和胡楊的生態位較寬、耐鹽性較強，另外生態位較窄的琵琶柴(Reaumria ),自刺等(小/半)灌木，豬毛菜(Salsola colliua Pall ),蘆葦(水生植物)等草本不能進人高鹽環境(吳志芬等，1994;賀強等，2008;王雪梅等，2011;摹豔林等，2011;)，導致群落的多樣性降低。植物生活型和多樣性隨鹽分的這種變化在同類地區也得到了近似的結論(石瑞花等，2009;希陣金標等，2006;錢亦兵等，2007;石瑞花等，2009;劉興波等，2014 )。植物生活型的轉變體現了植物分佈對鹽分的宏觀響應，艾比湖溼地植物多樣性隨鹽分增加的變化及其與鹽分的關係本質上是植物生長對鹽分的響應，植物多樣性由低(51到中鹽52)梯度的變化較小，表明在艾比湖地區，低鹽分梯度下植物生長不受抑制。一般土壤鹽分<<3 g/kg(即0.3 %)的時候作物能正常生長(石瑞花等，2009 )，因此在鹽分梯度內(0.03%一0.73%)植物生長不受影響。但隨著鹽分含量升高至(0.81%一1.73%)植物生長開始收到限制，當土壤鹽分含量繼續升高(2.40%一3.12%)大多數植物開始遭到鹽分的脅迫，生長受到限制(石瑞花等，2009 )。目前該地區植被分佈與土壤含鹽量的定量關係仍不明確(張莉，1990 )，精確地定量分析仍需要進一步的實驗研究。
3.2結論
綜上所述，艾比湖溼地植物群落變化對鹽分環境梯度的響應可以得出以下結論:
(1)距湖15 km和距湖5 km取樣點大部分處於第1個鹽分梯度;鳥島、博河、鴨子灣、奎屯河、和距湖10 km處均處於第2個鹽分梯度，鹽漬化程度達到中一重度;湖邊取樣點，在3個鹽分梯度各有分佈。
(2)3個鹽分梯度上主要植被型別不同:51植被以梭梭、怪柳、自刺為主;52植被以怪柳、鹽節木為主;53植被以鹽節木、鹽角草為主。
(3)艾比湖溼地植物多樣性在低土壤鹽分梯度下(0.03%一0.73%)不受影響，但當土壤鹽分增至2.40%一3.12%的高水平時，植物多樣性顯著降低，且土壤鹽分主要透過在土壤表層富集影響植物多樣性和生活型結構。