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三峡库区香溪河消落带植物群落构成及物种多样性

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第61卷第3期 2015年6月 武汉大学学报(理学版) J.Wuhan Univ.(Nat.Sei.Ed.) Vo1.61 No.3 June 2015。285~290 DOI:10.14188/j.1671-8836.2015.03.015 河消 落带植物群落构成及物种多样性 三峡库区香溪 付 娟 ,u,李晓玲 。 ,戴泽龙 ,张海锋 , 罗玉红 .u,胥 焘 , ,黄应平 (1.三峡大学生物与制药学院,湖北宜昌443002; 2.三峡大学三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心,湖北宜昌443002; 3.三峡大学三峡库区生态环境教育部工程研究中心,湖北宜昌443002) 摘 要:通过对三峡库区香溪河消落带145~175 m范围内植物群落的调查,研究了三峡水库低水位运行期间 消落带植物群落构成和物种多样性.采用以植物所占体积(盖度乘以高度)表示的简化重要值(SIV)代替传统方法 计算物种多样性.结果表明:调查共记录维管植物23科49属5O种,以禾本科种类最多,菊科次之,为消落带优势 科,绝大部分是1属1种的草本植物;一年生草本植物为消落带优势生活型,一年生草本植物狗尾草、稗、苍耳、鬼 针草和多年生草本植物狗牙根、香附子等是三峡库区消落带优势物种;单因素方差分析表明,香溪河消落带植物群 落的丰富度、多样性、均匀度和优势度在各水位梯度带上差异显著( <O.05),植物群落物种多样性沿水位高程梯 度145~175 m呈先增加后降低的抛物线状变化;水文机制是影响消落带植物群落组成的重要因素. 关 键 词:三峡库区;香溪河消落带;简化重要值;物种多样性 中图分类号:Q 145,Q 948 文献标识码:A 文章编号:1671-8836(2015)03—0285—06 Floristic Composition and Plant Community Diversity of Water。Level Fluctuation Zone Along Xiangxi River.Three Gorges Reservoir Area FU Juan ’ ,LI Xiaoling '。 ,DAI Zelong ’ ,ZHANG Haifeng , LUO Yuhong 。XU Tao ’ ,HUANG Yingping ’。 (1.College of Biological and Pharmaceutical Engineering,China Three Gorges University,Yichang 443002,Hubei,China; 2.Collaborative Innovation Center for Geo—Hazards and Eco—Environment in Three Gorges Area,Hubei Province,China Three Gorges University,Yiehang 443002,Hubei,China;3.Engineering Research Center of Eeo—Environment in Three Gorges Reservoir Region,China Three Gorges University,Yichang 443002,Hubei,China) Abstract:Based on the vegetation survey of water-level fluctuation zone along the Xiangxi River of the Three Gor— ges Reservoir,the floristic composition and plant community diversity were reported.Simplified importance value (SIV)was used to describe the characteristics of plant communities by recordihg plant coverage and height and calcu— lating the volume they occupied in 1 m×1 m sample quadrats 1aid out contiguously on transects from 1 4 5—1 7 5 m above sea leve1.The result showed that there were 50 vascular plant species belonging to 49 genera and 23 families in the water-level fluctuation zone.The dominant families were Gramineae and Compositae and almost all the genera were represented by only one species;Therophytes were the most abundant life form;Setaria viridis,Echinochloa CrUS— galli,Xanthium sibiricum,Bidens pilosa,Cynodon dactylon,Cyperus rotundus were the dominant vascular plants. The results of one-way ANOVA analysis demonstrated that variation in species richness,community diversity,even— ness and dominance along the distance gradient was significant(P<0.05).Species richness,community diversity, evenness and dominance represented the pattern of gradually increasing and then declining.The hydrological condi— tions appeared to be the important reasons of vegetation composition. 收稿日期:2O14—12-15 十通信联系人E mail:chem—ctgu@126.corn 基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项子课题(2012ZX07104—003—04);湖北省科技惠民计划(¥2013GMD100042) 作者简介:付娟,女,硕士生,现从事污染生态学研究. 286 武汉大学学报(理学版) 第61卷 Key words:Three Gorges Reservoirarea;water—level fluctuation zone of Xiangxi River;simplified importance val ue;plant community diversity 镇注入长江,河口距三峡大坝34.5 km,为三峡水库 0 引 言 消落带是指河流、湖泊、水库等自然或人工水 域,由于季节性水量变化或者防洪发电需要人为调 控,造成水位周期性的上涨下降,进而形成的在丰水 库首第一支流,也是三峡库区湖北段第一大支流.香 溪河干流全长94 km,流域面积3 183 km ,干流受 三峡水库175 m蓄水影响河段35.92 km,消落带平 均宽度0.21 km,消落带面积7.40 km。,占三峡库 区消落带总面积的2.11 .香溪河流域内山地众 期最高水位线及枯水期最低水位线之间的岸边周期 性淹水一落干区域I1 ].三峡水利枢纽工程建设完工 后形成了世界上最大的人工水库——三峡水库,为 了蓄清排浑、延长水库寿命,三峡水库采取夏落冬涨 的蓄水方式,水位涨落节律与蓄水前的自然消落带 完全相反,即每年汛期(6~9月)水位降至145 m, 放水排沙,汛期过后水位升至175 m,拦蓄清水[3]. 三峡水库面积和库容量分别高达1 084 km 和393 亿m。,水位涨落垂直落差达30 m,因而产生了面积 广阔的水库消落带,其中,湖北库区145~175 m范 围内的消落带面积达42.65 km . 植被是消落带湿地生态系统的重要组成部分, 为动物提供栖息地和迁移的廊道,对水土流失、养分 循环和非点源污染物有着强烈的缓冲和过滤作用, 并对维持生物生产力和生物多样性等具有积极作 用[5 ].三峡水库蓄水后,受水文情势变化影响,消 落带植物群落的种类组成、群落结构、生物多样性和 空间分布格局也相应发生改变.重要值(important value,IV)是反映群落中某物种作用和地位的综合 数量指标,可以反映群落的结构组成、群落动态以及 各物种在构成群落时所起的不同作用 ].何兴东 等[9 研究表明,相对传统重要值而言,简化重要值 (simple importance value,SIV)在调查时记录植物 的盖度和高度,以植物所占体积(盖度乘以高度)计 算物种多样性,不仅体现了植物重要值原有的性质, 又减少了室内外工作量,具有较好的应用前景.目前 采用简化重要值方法对三峡库区香溪河消落带多次 淹水后植物群落特征的研究鲜有报道.本文以位于 三峡水库库首的香溪河消落带为研究区域,采用简 化重要值法研究145~175 m范围内植物群落特征 和物种多样性,以期为三峡库区消落带的植被保护、 修复和管理提供科学依据. 1 研究区域概况 香溪河(11O。25 ~111。O6 E,3O。57 ~31。34 N) 位于湖北省西部,发源于神农架林区,经秭归县香溪 多,沿河两岸多为陡坡峡谷,消落带区域坡度普遍大 于25。,为典型的陡坡消落带[1。。.研究区域属于亚热 带性季风气候,降水量较多,多年降雨平均值在 9OO~1 200 mm之间,降雨集中在5~9月;相对湿 度偏高,多年平均相对湿度达71.95 ;多年平均气 温为17.24℃,高温期平均气温在25℃左右,主要 集中在5~9月,低温期平均气温在7℃左右,主要 在12月和次年1,2月.土壤主要类型为黄棕壤和石 灰土,占流域总面积的79.1O _1 . 三峡工程2003年6月完成135 m蓄水,2006 年1O月完成156 m蓄水,2008年11月蓄水水位首 次提高到173 m.截止到2014年7月,三峡水库145 175 m高程带已经经历了6次完整干湿交替周 期_】 .根据中国长江三峡集团公司水文水情记录 (http:// 叫 .ctgpc.com.cn/inc/sqsk.php),三峡 水库2013年水位变化情况见图1. 吕 图1 2013年三峡水库水位变化 2 研究方法 2.1采样设计与调查方法 香溪河库湾水位变化与三峡库区水位变化一 致,香溪河库湾于1O月至次年1月高水位运行(水 位高于海拔170 m),于6月至8月低水位运行(水 位低于海拔150 m).在2014年6~7月消落带低水 位运行期间,在全面踏勘的基础上,从兴山县峡口镇 第3期 付娟等:三峡库区香溪河消落带植物群落构成及物种多样性 至香溪河汇入长江河口处的秭归县香溪镇长18.5 km的河段上,每间隔4 km左右设置一个调查断 面,共设置6个样地(如图2).为了减少地形地貌、 人类活动等对植被的影响,选择坡度、土壤类型、土 地利用历史等相似的近自然状态消落带.根据三峡 水库的水位变化情况将消落带划分成6个水位梯度 带,即145~150,150~155,155~160,160~165, 165~170,170~175 m.由于消落带内基本上为草 本植物群落,因此在每个水位梯度带内选择分布均 匀、有代表性的地点随机设置1 m×1 m的样方,每 个样地每个水位梯度带平均设置样方5个左右.调 查记录样方内植物种类、优势种、植株高度,用网格 目测法估算植被盖度. 图2研究区域及样地位置 2.2参数计算方法 2.2.1物种重要值 重要值是由Curtis等m 首先提出,经典重要值 公式为相对密度、相对盖度和相对优势度之和.该计 算方法要求的室内外工作量均较大.此外,对于湿地 草本群落、植株个体数计数难度较大,统计误差也较 大[1引.本研究采用以植物所占体积表示的简化重要 值代替传统的IV值,其取值一般在0~300之 间[。 ]. 灌木层、草本层植物简化重要值的计算公式为: S P 一300×H C />:H C (1) (1)式中,P 为某样地内物种i的简化重要值;H (cm)为某样地内物种i的平均高度;C (am )为某 样地内物种i的覆盖面积. 2.2.2物种多样性指数 物种多样性指数繁多,本研究采用Patrick物 种丰富度指数R、Shannon-Wiener多样性指数H、 Pielou均匀度指数E和Simpson优势度指数D这 4种目前国内外普遍认可和使用的物种多样性指数 来表征,计算公式如下: R—S (2) 5 H一一∑P In P (3) 1 5 E一(一∑P in P )/In S (4) i=1 S D一1一∑P (5) =1 (2)~(5)式中,S为出现在样方中的物种数. 实验数据采用SPSS 2O.0统计分析软件中的单 因素方差分析(one~way ANOVA)对不同水位梯度 带数据进行差异显著性检验.若差异显著,采用最小 显著极差法(LSD)进行多重比较,显著性水平取P <0.05.选用OriginPro 8制图及数据分析软件进行 制图. 3 结果与分析 3.1植物种类组成 本次调查在三峡水库香溪河消落带共发现和确 认维管植物23科49属50种.其中禾本科(Gra~ mineae)8种8属,菊科(Compositae)7种7属,豆 科(Leguminosae)4属4种,大戟科(Euphorbiace~ ae)4属4种,苋科(Amaranthaceae)3属3种,蓼科 (P0z g0咒日cen8)2属3种,茄科(Solanaceae)2属2 种,伞形科(Umbelliferag)2属2种,十字花科 (Cruciferae)2属2种,旋花科(CD舢0z z口ce口P)2 属2种,莎草科(Cyperaceae)、酢浆草科(Oxali- daceae1)、马齿苋科(Portulacaceae)、商陆科(hyto- laccaceae)、锦葵科(Malvaceae)、藜科(Chenopodi- aceae)、番杏科(Aizoaceae)、石竹科(Caryophyl— laceae)、玄参科(5crD z口 口fPnP)、鸭跖草科 (Commelinaceae)、桑科(Moraceae)、茜草科(Rubi- aceae)、漆树科(Anacardiaceae)均为1属1种.禾本 科植物种类最丰富,其次是菊科植物,分别占本次调 查总物种数的15.68 9/6和13.73 ,是该区的优势 科.其他科差别不大,单种、属现象明显. 3.2植物生活型特征 根据《中国植物志》[15]对研究区植物生活型进 行区分,香溪河库湾消落带植物共包含5种生活型 (见表1).在三峡水库消落带各海拔高程中,一年生 草本植物占绝对优势,为消落带优势生活型,共有 27种,占统计植物种的54 9/6;多年生草本植物12 种,占统计植物种的24%;一年生或两年生草本植 物6种,占统计植物种的12 ;藤本、灌木植物5 种,共占统计植物种的10 . 288 表1香溪河消落带植物的生活型 武汉大学学报(理学版) 第61卷 富度随水位高程梯度的增加先升高后降低,高程 160~165 m处物种数最多,有8.6种,高程145~ 150 m处物种数最少,有6.5种(图3(a)).其他3个 指数沿水位高程梯度的变化趋势类似,均呈先升高 后降低的抛物线状变化,多样性及优势度指数的峰 值出现在高程160 ̄165 m,指数E的峰值出现在高 程165~170 I'13.,在高程145~150 m处群落的多样 性、优势度及均匀度指数最低,即:消落带下部<消 3.3物种多样性 落带上部<消落带中部(图3(b)~(d)).多样性指 数的变化趋势说明160~165 1TI水位梯度带植物群 落组成最为复杂,物种多样性最丰富.单因素方差分 析结果表明,香溪河消落带植物群落的多样性指数 均沿水位高程梯度差异显著( <0.05). 物种多样性既能体现生物与生物之间、生物与 环境之间的复杂关系,又能体现生物资源的丰富性, 用多样性指数来表征 ¨ 。香溪河消落带植物群落的 多样性.指数沿水位高程梯度的变化如图3.物种丰 水位梯度带 水位梯度带 ①145~150 m:②150~155 m:③155—160 m;④160 ̄165 m;⑤165~170 m;⑥170 ̄175 m 图3 植物群落多样性指数沿水位高程梯度的变化 (a)R指数}(b)H指数;(c)E指数;(d)D指数 明显,新生湿地特征典型,较香溪河消落带更利于湿 4 讨 论 本研究表明,香溪河消落带淹水后自然恢复的 植被以禾本科植物最多,菊科次之,为该区的优势 科.王强等口 的调查表明禾本科、莎草科、菊科为开 地植物的生长发育,莎草科植物种类较多.在消落带 各水位梯度高程中,一年生草本植物为消落带优势 物种,这是因为三峡库区175 m水位线以下遭受反 自然节律和大幅度水位涨落扰动,生境严酷,需要长 时间完成整个生命周期的多年生草本植物较难存 活,而一年生草本植物能够在退水后、蓄水前较短的 县澎溪河消落带植被的优势科,与本研究结果略有 不同.这是因为香溪河流域内山地众多,沿河两岸多 时间内完成生活史,次年依靠临近种源或者土壤种 子库开始新的生命周期,更容易在干扰剧烈的环境 下生存.这一结果与王业春等口8_对三峡库区腹地忠 县自然消落带植物群落的研究结果相一致. 为陡坡峡谷,消落带区域坡度普遍大于25。,为典型 的陡坡消落带,而澎溪河地处三里河谷,地势平坦, 坡度平缓,在退水之后的消落带出露季节,低洼积水 第3期 付娟等:三峡库区香溪河消落带植物群落构成及物种多样性 水文机制是决定湿地植物分布格局的主导因 子【】 ∞],海拔变化引起的淹水持续时间、频率和水 深对植物群落的组成与分布格局有显著影响 . 香溪河消落带植物群落的Patrick物种丰富度指 数、Shannon—Wiener多样性指数、Pielou均匀度指 数和Simpson优势度指数均在消落带中部(160~ 165 m)达到最大,即受水淹最严重和最轻微区域多 样性指数均较小,中等淹水程度区域多样性指数较 大,研究结果与中度干扰理论相符.与王建超等[1。] 对重庆忠县石宝镇消落带植被调查中得到的结论类 似.这是因为消落带下部淹水时问最长,且频繁受到 水位涨落波动及湖浪对岸带冲击的影响,生境严酷, 物种多样性最低;消落带中部土壤含水量适中,适合 不同习性的物种并存,植被组成最为复杂,物种多样 性最丰富;消落带上部淹水时间较短,季节性干旱导 致土壤水分含量较低,且靠近农业用地及城市道路, 人为干扰严重,物种多样性再次降低. 5 结 论 本研究通过对三峡库区香溪河消落带145~175 m范围内植物群落的调查,研究了三峡水库低水位运 行期间消落带植物群落构成和物种多样性.1)调查 共记录维管植物23科49属50种植物,以禾本科最 多,菊科次之,为该区的优势科,其他科差别不大,单 种、属现象明显,绝大部分是1属1种的草本植物.2) 在消落带各水位梯度高程中,一年生草本植物为消落 带优势生活型;一年生草本植物狗尾草、稗、苍耳、鬼 针草和多年生草本植物狗牙根、香附子等为三峡库区 消落带优势物种.3)消落带植物群落物种多样性沿 水位高程梯度145 ̄175 m均呈先增加后降低的抛物 线状变化,即:消落带下部<消落带上部<消落带中 部.多样性指数的变化趋势说明160~165 m水位梯 度带植物群落组成最为复杂,物种多样性最丰富.单 因素方差分析表明,消落带植物群落物种多样性指数 沿水位梯度带差异显著( <O.05).水文机制是影响 消落带植物群落组成的重要因素. 参考文献: E13 承泰,黄京鸿.三峡水库水位涨落带土地资源的初 步研究EJ].长江流域资源与环境,1999,8(1):75—80. 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