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陡峭环境梯度在湿地生态恢复中的应用研究

2024-12-18 65 上传者：管理员

摘要：为了探究陡峭环境梯度对湿地生态恢复的作用，本文对滕州市小龙河区域的19个样地进行了实地调查，并得到8种主要植物的高程、土壤的酸碱值、土壤有机质的含量这3个陡峭环境梯度因子数据。结果表明，优势种苦草、菖蒲的生态位宽度在8种植物中排名靠前。就相关性而言，8种主要植物的生态位宽度均与植物种群的重要值呈显著，即P<0.05。其中一部分呈现极显著的正相关关系，即P<0.01。而各种植物的生态位宽度与其重要值变异系数存在着非常明显的负相关关系，即P<0.01。8种主要植物对资源环境的利用能力和适应性差异较大，而物种重要值是影响生态位宽度的重要因素。通过探讨陡峭环境梯度上植物种群在群落中的作用与位置，分析其对不同环境因子变化的适应性，进而为小龙河湿地的植被保护及生态修复工作提供科学依据。

关键词：
植物种群
湿地生态
环境梯度
生态位宽度
陡峭环境梯度
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自然界中的环境条件存在着或大或小的差别或变化，并在一定的空间上或时间上呈现出来，这种变化就是环境梯度[1]。环境梯度是一个复杂的过程，往往包括多种环境要素，如坡地的上升、降雨和湿度、气温和风速、土壤性质等。诸如此类随空间而变化的环境因素与环境因子被统称为复合梯度 [2]。湿地是陆地和水体之间的过渡地带，具有独特的生态结构和功能，包括水资源、大气、土壤、动植物群落等。此外，湿地拥有强大的自净能力，能够有效地净化污染物，提供丰富的资源，并起到环境保护作用。湿地植物经常表现出显著的环带结构，在特定的高度梯度、湿度梯度和养分梯度条件下，河岸带和湖岸带的湿地植物往往表现出某种时间或空间上的演化 [3]。

1、研究区域与方法

1.1 研究区概况

滕州市位于山东省南部，地处北纬34°50′至35°17′，东经 116°48′至 117°23′。其位于黄淮冲积平原，地形由西南向东北倾斜，依次经过滨湖、平原，再到丘陵，最后为低山。其海拔最高点596.6m，最低点 33.5m。低山丘陵区面积 453.8km2，占全市总面积的 30.5%。平原地区面积为 914 km2，约为全市面积的 61.6%。滨湖区域占地 117 km2，约占全市面积的 7.9%。该市山势从东北到西南，东部与东南部为石灰岩山区，北部和东北部为砂页岩石区 [4]。滕州地处暖温带半湿润地区南部，季风性大陆性气候明显，大陆度为 66.4%[5]。该市的林果资源有 46 科 144 种，动物资源有 62 科 145 种，境内探明矿产资源 30 余种。滕州境内主要河道有薛河、小苏河、小龙河等，属淮河流域。近年来，因农业非点源污染、河道淤积、沉积物沉积及沿江村镇污水排放等原因，小龙河水体污染日趋严重，并对其生态环境造成了一定破坏。据数据显示，该流域在每年 12 月到次年 2 月以及 7 月份，COD、氨氮、总磷存在超标情况 [6]。

1.2 研究方法

1.2.1 数据采集

在正式调查前，以小龙河流域为研究对象，开展相应的实验研究，明确能够反映该地区植被多样性及空间分布特点的区域[7]。按湖岸线大致垂直的地形梯度，按 4 个平行排列的采样点进行采样。样条宽度为 70m，每条样条间隔为 50m。选择 4 个6m×6m 的样地。然后在采样地的 4 个角落与中央按照 X 型分别取 4 个 2m×2m 的样方，采集的数据信息以样方为单位。对每一个样方中的植物进行详细的记录，测量每一个样方中物种的株高，将其最大的数值作为植物的高度，将植物地上部的垂直投影面积与样方的面积之比作为植物的覆盖度，使用全球定位系统（GPS）对其进行了定位，并对其立地的微环境进行详细的记录 [8]。使用取土环刀，对每个样方 0~16cm 的中心土层进行大约 100g 的采样 [9]。将同样的 5 份土样进行充分混合后得到 1 份土样。待样本自然干燥后，将植株的根茎、碎石等杂质收集起来，研磨成粉末，用 149μm 的孔径筛过滤。土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化外加热法测定，pH 值采用电位法，水与土体积比值为 5 ∶ 1[10]。

1.2.2 数据处理

植物物种重要值是一项综合性的量化指标，能较好地反映植物在群落中的地位和作用。研究以6m×6m 的样方为基础，样地中每种植物的重要值计算公式如下：

式中：cr 表示相对盖度；hr 为相对高度；fr 表示相对频度，即为 4 个样本中每种植物的频率在全部种类中所占的比重。

变异系数是另一种计量观察数据的变化或分散情况的统计方法[11]。在比较多个变量的变异程度时，当各变量的平均值相差很大时，若直接用标准差来衡量变异程度并不准确，因此需要用变异系数来进行比较。对土壤样品进行了有机质含量和酸碱度的测试。研究利用 Levins 生态位宽度方法，计算小龙河区域的 8 种主要植物在 3 种环境梯度上的生态位宽度，其相应的计算表达如下 [12]：

式中：Bi 表示植物种类 i 的生态位宽度，r 为各资源环境因子等级数，nij 为在 j 级资源环境中物种 i 的重要性，Ni表示各资源环境级别中物种i重要性之和。表 1 小龙河流域 8 种主要植物的重要值和变异系数图 1 不同环境梯度上植物的生态位宽度与重要值、重要值变异系数的相关性

2、结果

分析研究利用GPS 技术获取该地区的经纬信息，并利用地理信息系统 (Geographic Information System, GIS) 软件获取该地区的海拔信息，对 19 个样地的土壤有机质含量、土壤 pH 值和高程进行测定。此外参考相关资料，在土壤有机质含量、土壤 pH 值和高程这 3 个环境因素上，按照等距的梯度间距，由小至大分为 10 个级别，用以表示资源环境梯度。表1 为 8 种植物的重要值及变异系数计算结果。

由表1 可知，苦草、菖蒲重要值均值较大，分别为 0.442、0.219，刚毛荸荠、茨藻、芦苇的重要值均值较小，分别为 0.004、0.014、0.034。而重要值均值较小的物种其重要值变异系数却较大，刚毛荸荠、芦苇的重要值变异系数均高于 300%，而苦草、菖蒲则均低于 100%。

在相同因素的梯度上，植物的生态位宽度也有差异，在每个因素的梯度上，植物的生态位宽度最大的种类占主导地位。在高程因子梯度上，生态位宽度较大的物种为苦草、浮萍和菖蒲。在土壤有机质含量上，生态位宽度较大的为苦草、菖蒲、睡莲。在土壤pH 值上，生态位宽度较大的物种为苦草、浮萍和菖蒲。同一植物在不同因子下，其生态位宽度也有不同。表 1 中，出现频度较大的为苦草和菖蒲。二者在高程因子梯度上的生态位宽度分别为 8.53、7.60。而苦草和菖蒲在土壤 pH 值上的生态位宽度分别为 6.60、5.81。此外，不同物种在3 个因子梯度上的生态位宽度平均值大小依次为苦草、菖蒲、浮萍、睡莲、蒌蒿、绿狐尾藻、芦苇和刚毛荸荠。研究通过 Spearman 秩相关分析，对不同环境梯度上的植物生态位宽度分别与重要值、重要值变异系数之间的相关程度进行检验，其结果如图 1 所示。

由图1(a) 可知，土壤 pH 值与有机质含量因子梯度上的 8 种植物生态位宽度与重要值之间均呈极显著正相关，即 P<0.01。高程因子梯度上两者呈显著正相关，即 P<0.05。高程、土壤 pH 值和有机质含量因子梯度生态位宽度与重要值的相关系数 r 分别为 0.854、0.938、0.732。由图 1(b) 可知，8 种物种在 3 个环境梯度上主要值的变化与其生态位宽度都有非常明显的负相关，即 P ＜ 0.01。高程、土壤pH 值与有机质含量因子梯度生态位宽度与重要值变异系数的相关系数 r 分别为 -0.926、-0.866、-0.781。

3、讨论与结论

在小龙河流域，苦草和菖蒲在3 个生境梯度上的生态位宽度都排在各物种的前列，并以 94.73% 和78.94% 的频率出现在群落内。这表明其对 3 种不同的环境变化都有较强的适应能力，能够扩大其对生态资源的利用和物种的分布区，进而确立其在植物群落中的位置，促进其更新与演替。在 3 个因素的影响下，各主要因素与各主要因素的关系达到了显著性 (P<0.05) 和极显著性 (P<0.01)。结果表明，在不同的 pH 值和有机质含量下，芦苇的重要性均高于黑刺藻，但其生态位宽度较大的原因在于，其重要程度并不是决定其生态位宽度的唯一因子。在研究区，尽管绿狐尾藻的重要性比浮萍大，但是它的重要性比浮萍大，所以在海拔和土壤 pH 两种不同的生境上，其生态位宽度都比浮萍小。对于湿地生态环境梯度的研究可更好地帮助人们了解物种的功能定位、生态适应和生态相似度，并将为该地区植被分布特征和生物多样性的形成机制等的进一步研究奠定基础。

参考文献:

[1]路买林,陈晨.南太行山区木本植物分布对环境梯度的响应[J].绿色科技 ,2020(14):47-48.

[2]徐颖,周光明,胡文涛.空间多环境因素对机体的复合生物学效应研究进展[J].载人航天 ,2022(1):128-134.

[3]李威 ,李吉平,张银龙,等.双碳目标背景下湖泊湿地的生态修复技术 [J]. 南京林业大学学报(自然科学版),2022,46(6):157-166.

[4]黄佳星,丁园军.安徽无为砂页岩矿床地质特征 [J].中国金属通报 ,2020(19):95-96.[5]葛韵宇辛泊雨,李雄.基于生态系统服务功能提升的暖温带半湿润地区城市森林营建研究 [J].北京林业大学学报 ,2020(1):127-141.

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[7]高媛,王继飞,杨君珑,等.贺兰山东坡青海云杉林苔藓群落及环境之间的关系 [J]. 水土保持研究 ,2019,26(1):221-233.

[9]谷立强,刘朋 , 张开伟,等.灌砂法与环刀法在检测地基压实度中的对比研究[J].土工基础 ,2022(1):70-73.

[11]甄志龙 , 张居晓 . 基于统计极差和变异系数的特征抽取研究[J].统计与决策 ,2022(23):43-47.

[12]孙成秦富仓,包雪源,等 . 砒砂岩区人工油松林下草本植物的生态位特征[J].水土保持通报,2021,41(3):81-86.

基金资助:基于海绵城市理念的水体污染控制与利用生态修复及应用技术的研究(T5Y2022-B15);

文章来源:乔峤.陡峭环境梯度在湿地生态恢复中的应用研究[J].黑龙江环境通报,2024,37(12):130-132.