草海湿地流域汇水区域森林植物群落优势种及群落特征

草海湿地流域汇水区域森林植物群落优势种及群落特征

草海湿地位于贵州省威宁县西部，云贵高原中部乌梦山脉腹地。它是贵州省最大的天然湿地，也是典型的高原冷湿生态系统。是我国一级保护鸟类黑颈鹤的主要越冬栖息地。草海湿地因水层深度较浅、水质良好、透明度大,且湖底又多为淤泥层,因而水生高等植物种类繁多,各类植物几乎布满湖区,故有草海之称。在当地的自然和社会环境中,草海有着举足轻重的地位。1992年,草海自然保护区被批准为国家级自然保护区,保护区由湿地生态系统、农田生态系统、森林生态系统和村镇聚落环境组成,以高原喀斯特湿地生态系统及珍稀鸟类(黑颈鹤等)为主要保护对象。目前对草海湿地生态系统开展了水体及土壤的重金属污染、水体富营养化、浮游植物及水生生物时空特征、地球化学循环及湿地水文特征、以及保护区生态环恢复等领域的研究,而对草海湿地流域汇水区域森林生态系统的植被、结构及功能研究鲜有报道。因此,本研究以草海湿地流域汇水区森林生态系统为研究对象,旨在揭示草海湿地流域森林生态系统植被特征,丰富草海流域森林生态系统植被研究的基础资料,为草海流域森林生态系统生态服务功能恢复提供依据和奠定基础。1材料和方法1.1湖盆泄水区草海湿地本研究选择典型喀斯特高原湿地—草海湿地流域森林植被群落为研究对象。草海湿地位于贵州省西北部,地处北纬26°47′32″—26°52′52″,东经104°10′16″—104°20′40″。该区域属于乌蒙山脉山丛中心,具有云贵高原腹地中少有的天然湿地生态系统特征。局部地形由西、南、东三面高原缓丘合围而成,北面逐渐降低为湖盆泄水方向。该区域属于东南季风与西南季风的过度带,草海湿地属长江水系,是金沙江支流横江上洛泽河的上游湖泊,汇集着周围的雨水及几条发源于泉水的短河,具有冬干夏湿,冬暖夏凉的特点,降水集中夏季,为湿地补给期,冬季相对干旱。草海湿地年均温10.5℃,年均降水量950.9mm。无霜期208.6d。湿地底部海拔2170m,1981年恢复水面面积19.8km2。集水区域面积120km2。年汇水量约800~900×104m3,目前,平均水深1.35m,最深2.8m,浅水湖沼湿地特征明显。草海湿地流域汇水区森林植被主要以松科(Pinaceae)、壳斗科(Fagaceae)、杜鹃花科(Ericaceae)、蔷薇科(Rosaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)、禾本科(Gramineae)、莎草科(Cyperaceae)、菊科(Asteraceae)为主。1.2调查样点设置采用典型样地调查法对典型喀斯特湿地(贵州草海湿地)流域森林植物群落进行调查。分别在湿地流域设置针叶林植被类型、针阔林植被类型、灌丛植被类型、灌草植被类型和退耕荒坡植被类型调查样点(如表1所示)。每个调查样点区域内随机设置典型调查样方,其中乔木群落布设20m×20m调查样方1个,灌木群落布设5m×5m调查样方4个,草本群落布设1m×1m调查样方4个。共设置乔木群落样方22个,灌木88个,草本群落样方80个,分别统计每个样方内的植物群落特征指标。1.3fice系统软件调查数据统计分析与整理,均采用SPSS13.0软件和MicrosoftOfficeExcel2003软件完成。根据坡度分级标准,将坡度(S)分为6个级别:平坡(0°<S≤5°)、缓坡(5°<S≤15°)、斜坡(15°<S≤25°)、陡坡(25°<S≤35°)、急坡(35°<S≤45°)、险坡(S≥45°)。1.3.1森林植物群落分析采用重要值(IV:importantvalue)和四因素综合优势比(SDR4:SummedDominanceRatio),对草海湿地汇水区森林植物群落进行分析,计算公式[17-19]:式中,IVi表示第i种物种的重要值;Di表示第i种物种的密度;Fi表示第i种物种的频度;Ci表示第i种物种的盖度(乔木层中Ci表示第i中物种的显著度);SDR4i表示第i种物种的综合优势比;Dmax表示群落中密度最大物种的密度;Fmax表示群落中频度最大物种的频度;Cmax表示群落中盖度最大物种的盖度(乔木层中Cmax表示群落中显著度最大物种的显著度);Hmax群落中高度最大物种的高度。1.3.2客观确定法方法群落学中对优势种的确定,分为主观确定法和客观确定法两种方法。主观确定法指在群落调查的基础上,以人为主观判断加以确定优势种;客观确定法是指在调查数据的基础上,通过对物种某一特性或综合指标进行分析,然后按照顺序确定出优势种数目。本文采用Kikvidze-Ohsawa的改进法,对草海湿地汇水区森林植物群落进行分析计算公式[20-21]:式中,A表示植物群落优势种数目;S表示群落中物种总数;vi表示物种i的重要值(综合优势比);V表示所有物种重要值(综合优势比)的总和。2结果与分析2.1不同坡度条件对灌木群落优势种及优良品种的影响采用IV-Kikvidze-Ohsawa改进法对喀斯特湿地流域不同坡度乔木、灌木、草本群落优势分析发现(如表2、3、4,图2所示)。喀斯特湿地流域乔木群落优势种数目随坡度的增加没有显著变化规律。缓坡乔木群落共包含15种植物,优势种7种,占群落物种总数的46.7%,其IV分别为云南松(P.yunnanensis)87.16%、华山松(P.armandii)40.57%、豆梨(P.calleryana)35.18%、杉木(C.lanceolata)27.93%、高山栎(Q.semicarpifolia)25.00%、高山杜鹃(R.lapponicum)20.60%、白栎(Q.fabri)19.72%;斜坡乔木群落包含14种植物,优势种6种,占群落物种总数的42.9%,其IV分别为云南松87.52%、华山松56.72%、白栎39.04%、马缨杜鹃(R.delavayi)30.67%、刺柏(J.formosana)23.87%、木姜子(L.pungens)15.03%;陡坡乔木群落包含16种植物,优势种9种,占群落物种总数的56.3%,其IV分别为华山松55.60%、云南松49.08%、高山杜鹃48.67%、高山栎26.80%、白栎26.75%、马缨杜鹃24.85%、胡颓子(E.pungens)13.77%、豆梨10.36%、老鼠矢(S.stellaris)10.16%;急坡乔木群落包含10种植物,优势种8种,占群落物种总数的80.0%,其IV分别为白栎57.04%、马缨杜鹃48.56%、尖叶四照花(C.elliptica)44.40%、滇杨(P.yunnanensis)30.66%、高山栎29.95%、云贵鹅耳枥(R.davurica)24.53%、云南松21.09%、青榨槭(A.davidii)18.22%。喀斯特湿地流域灌木群落优势种数目随坡度的增加呈现出先降后增趋势。缓坡灌木群落包含19种植物,优势种13种,占群落物种总数的68.4%,其IV分别为栒子(C.horizontalis)37.84%、扁刺蔷薇(R.sweginzowii)30.72%、云南杜鹃(R.yunnanense)29.79%、珍珠荚蒾(V.foetidum)29.20%、金丝桃(H.monogynum)28.86%、云南杨梅(M.nana)24.02%、马桑(C.nepalensis)18.77%、匍匐栒子(C.adpressus)17.98%、西南栒子(C.franchetii)15.53%、水红木(V.cylindricum)12.56%、火棘(P.fortuneana)10.45%、小果南烛(L.ovalifolia)9.89%、古宗金花小檗(B.wilsonae)8.90%;斜坡灌木群落包含24种植物,优势种11种,占群落物种总数的45.8%,其IV分别为小果南烛56.12%、栒子40.27%、金丝桃24.36%、云南杨梅24.12%、大白杜鹃(R.decorum)22.03%、云南杜鹃21.75%、珍珠荚蒾17.66%、川榛(C.heterophylla)14.51%、匍匐栒子9.67%、火棘8.11%、铁仔(M.africana)7.85%;陡坡灌木群落包含29种植物,优势种11种,占群落物种总数的37.9%,其IV分别为云南杜鹃52.51、瑞木(C.multiflora)39.59%、云南杨梅33.10%、小果南烛29.32%、川榛24.04%、水红木20.14%、栒子13.17%、珍珠荚蒾12.96%、金丝桃11.69%、贵州毛柃(E.kueichowensis)8.66%、西南栒子8.63%;急坡灌木群落包含20种植物,优势种16种,占群落物种总数的80.0%,其IV分别为栒子36.06%、檵木(L.chinense)24.59%、迎春花(J.nudiflorum)24.40%、薄叶鼠李(R.leptophylla)22.77%、柃木(E.japonica)19.78%、珍珠荚蒾17.92%、野丁香(L.potanini)17.79%、大白杜鹃16.72%、菝葜(S.china)16.14%、路边青(G.aleppicum)15.93%、小果南烛14.33%、匍匐栒子13.85%、皂柳(S.wallichiana)13.08%、川榛11.92%、扁刺蔷薇8.29%、冻绿(R.utilis)6.46%。喀斯特湿地流域草本群落优势种数目随坡度的增加呈现出先降后增趋势。缓坡草本群落包含17种植物,优势种9种,占群落物种总数的52.9%,其IV分别为云南莎草(C.duclouxii)61.51%、茜草(R.cordifolia)54.57%、过路黄(L.christiniae)26.41%、珠光香青(A.margaritacea)22.91%、白茅(I.cylindrica)22.51%、牛尾蒿(A.subdigitata)17.15%、牛鞭草(H.sibirica)16.58%、高羊茅(F.elata)15.55%、灰苞蒿(A.roxburghiana)12.96%;斜坡草本群落包含20种植物,优势种7种,占群落物种总数的35.0%,其IV分别为知风草(E.ferruginea)93.00%、云南莎草34.63%、荩草(A.hispidus)30.24%、画眉草(E.pilosa)24.26%、蕨(P.aquilinumvar.latiusculum)19.54%、珠光香青15.97%、六月雪(S.japonica)11.04%;陡坡草本群落包含23种植物,优势种8种,占群落物种总数的34.8%,其IV分别为野青茅(D.pyramidalis)74.55%、牛尾蒿58.38%、云南莎草37.45%、东亚唐松草(T.minusvar.)25.00%、茜草18.99%、密鳞鳞毛蕨(D.pyconpteroides)11.11%、绣球藤(C.montana)8.73%、金丝草(P.crinitum)7.93%;急坡草本群落包含14种植物,优势种8种,占群落物种总数的57.1%,其IV分别为云南莎草80.41%、对马耳蕨(P.tsus-simense)40.08%、荩草33.71%、凤尾蕨(P.creticaermedia)26.17%、牛尾蒿25.21%、茜草16.85%、蕨16.85%、三脉紫菀(A.ageratoides)14.73%。这一结果表明,采用IV-Kikvidze-Ohsawa优势种评判法对喀斯特湿地流域森林植物群落分析显示,喀斯特湿地流域森林植物群落主要以松科、壳斗科、杜鹃花科、蔷薇科、忍冬科、禾本科、莎草科、菊科为主;乔木、灌木、草本群落优势种比例随坡度的增加呈现出先降后升的趋势,而升降拐点有所不同,乔木群落优势种比拐点为斜坡,而灌木和草本群落拐点则为陡坡。2.2不同立地条件下植物sdrs采用四因素综合优势比(SDR4)-Kikvidze-Ohsawa改进法对喀斯特湿地流域不同坡度乔木、灌木、草本群落优势种分析发现(如表2、3、4,图2所示)。喀斯特湿地流域乔木群落优势种数目随坡度增加没有显著变化趋势。缓坡乔木群落包含15种植物,优势种8种,占群落物种总数的53.3%,其SDR4分别为云南松81.30%、华山松45.63%、豆梨36.57%、杉木31.78%、高山栎25.80%、白栎25.16%、高山杜鹃21.32%、滇鼠刺(I.yunnanensis)18.28%;斜坡乔木群落包含14种植物,占群落物种总数的57.4%,优势种8种,其SDR4分别为云南松82.38%、华山松58.09%、白栎47.90%、马缨杜鹃38.32%、刺柏28.19%、木姜子19.84%、豆梨16.95%、滇杨12.93%;陡坡乔木群落包含16种植物,占群落物种总数的62.5%,优势种10种,其SDR4分别为高山杜鹃94.44%、华山松76.00%、云南松63.88%、白栎54.46%、高山栎52.74%、马缨杜鹃34.16%、胡颓子24.48%、豆梨20.93%、滇杨20.01%、桤木(A.cremastogyne)19.64%;急坡乔木群落包含10种植物,优势种9种,占群落物种总数的90.0%,其SDR4分别为白栎57.05%、马缨杜鹃50.29%、尖叶四照花47.79%、滇杨41.42%)、高山栎41.32%、云贵鹅耳枥37.86%、青榨槭36.96%、云南松29.30%、鼠李(R.davurica)23.43%。喀斯特湿地流域灌木群落优势种随坡度增加呈现出增加趋势,缓坡灌木群落包含19种植物,优势种13种,占群落物种总数的53.3%,其SDR4分别为栒子88.38%、金丝桃71.34%、珍珠荚蒾70.39%、扁刺蔷薇64.94%、云南杜鹃54.98%、马桑45.13%、云南杨梅44.03%、西南栒子40.60%、匍匐栒子38.50%、火棘31.74%、水红木31.34%、小果南烛30.90%、贵州毛柃21.76%;斜坡灌木群落包含24种植物,优势种15种,占群落物种总数的62.5%,其SDR4分别为栒子79.46%、小果南烛78.08%、金丝桃51.57%、珍珠荚蒾46.72%、云南杨梅44.47%、云南杜鹃42.78%、大白杜鹃38.29%、川榛35.97%、火棘26.39%、烟管荚蒾(V.utile)22.88%、匍匐栒子21.85%、檵木17.13%、小冻绿树(R.rosthornii)15.36%、铁仔14.37%、扁刺蔷薇13.88%;陡坡灌木群落包含29种植物,优势种16种,占群落物种总数的55.2%,其SDR4分别为云南杜鹃73.02%、瑞木73.00%、小果南烛58.35%、云南杨梅52.54%、川榛52.20%、水红木41.53%、栒子34.73%、珍珠荚蒾32.63%、金丝桃28.51%、贵州毛柃27.29%、白刺花(S.davidii)25.53%、火棘23.56%、扁刺蔷薇23.37%、西南栒子20.88%、薄叶鼠李12.15%、马桑10.83%;急坡灌木群落包含20种植物,优势种17种,占群落物种总数的85.0%,其SDR4分别为栒子76.26%、檵木52.31%、薄叶鼠李48.34%、柃木43.64%、珍珠荚蒾40.86%、菝葜40.55%、迎春花39.36%、大白杜鹃39.09%、小果南烛35.41%、皂柳32.56%、川榛31.57%、野丁香31.57%、威宁小檗(B.weiningensis)28.57%、路边青26.72%、扁刺蔷薇26.41%、匍匐栒子24.67%、冻绿16.22%。喀斯特湿地流域草本群落优势种随坡度增加没有明显变化趋势。缓坡草本群落包含17种植物,占群落物种总数的64.7%,优势种11种,其SDR4分别为茜草83.49%、云南莎草82.30%、牛尾蒿49.28%、珠光香青47.73%、白茅46.67%、过路黄36.71%、荩草25.84%、高羊茅25.34%、牛鞭草20.88%、灰苞蒿20.59%、野青茅18.47%;斜坡草本群落包含20种植物,优势种10种,占群落物种总数的50.0%,其SDR4分别为知风草(E.ferruginea)99.38%、云南莎草49.21%、蕨44.34%、画眉草41.02%、荩草37.91%、白茅30.15%、珠光香青27.01%、六月雪24.09%、芒(M.sinensis)16.92%、野青茅16.68%;陡坡草本群落包含23种植物,优势种9种,占群落物种总数的39.1%,其SDR4分别为野青茅91.81%、牛尾蒿83.17%、云南莎草51.25%、东亚唐松草41.88%、茜(37.91%、密鳞鳞毛蕨20.82%、芒14.20%、绣球藤13.40%、亮鞘苔草(C.fargesii)11.86%;急坡草本群落包含14种植物,优势种9种,占群落物种总数的64.3%,其SDR4分别为云南莎草89.58%、凤尾蕨50.21%、对马耳蕨49.41%、荩草43.05%、牛尾蒿35.95%、茜草24.65%、蕨19.96%、三脉紫菀18.70%、天门冬(A.cochinchinensis)15.29%。这一结果表明,采用SDR4-Kikvidze-Ohsawa优势种评判法对喀斯特湿地流域森林植物群落分析,喀斯特湿地流域森林植物群落主要以松科、壳斗科、杜鹃花科、蔷