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1、北京白河湿地主要植物群落生态学研究第2卷第4期2004年12月湿地WETLAND科学SCIENCEV01.2NO.4Dec.,2004北京白河湿地主要植物群落生态学研究刘晓燕,胡东,陈卫(首都师范大学生物系,北京100037)摘要:通过对北京白河植物群落的组成,结构,生物量,生活型及区系特征调查研究.结果表明,白河滩地共分布有水生,湿生植物33科98属178种;生活型以地面芽植物和一年生植物占优势;区系特征以世界广布和北温带分布型占主导.该调查区域共有l8个湿地植物群落类型;主要植物群落的生物量秋季小香蒲(ryph,minima)群落为3200m2;芦苇群落(Phragmitesaustral
2、is)为3000g/m;有芒稗(Echinochloacrusgalliivat.caudata)群落为3500m2;褐鳞莎草群落(Cyper/sc)为1300g/In.该地区主要植物群落的生物量,群落组织水平,多样性与人为活动干扰有密切关系.关键词:北京白河;湿地植被;群落生态学中圈分类号:Q948.15文献标识码:A文章编号:16725948(20040429607我国加入湿地公约以来,对湿地植被的研究工作日渐深入【1,2I,但是大部分将重点放在了长江以南的重要湿地【3_5J,对北方湿地尤其是北京周边地区的湿地研究较少.本文所研究的白河位于北京市的北部(40.39.o0740o43.537
3、N,ll6.09.72911657.157E),本区全年降水量4706OOram;平均气温13.1;日照时数2954.5h;无霜期196天,属大陆性季风气候.白河流经延庆,怀柔,密云.海拔在150600m.是密云水库的主要供水河.由于河水的季节性涨落,白河两岸分布有大量滩地.这些滩地上生长的湿地植被是白河湿地生态系统的重要组成部分,具有重要的生态功能和社会效益.7J.湿地植物是众多鸟类及多种水生生物的栖息地和觅食场所,在湿地生态系统的能量流动和物质循环中发挥重要作用;湿地植物发达的根系可以固沙固土,防止水库泥沙淤积;同时,以湿地植被为主构成的生态景观,既是人们休闲,渡假的好去处,又是进行科普宣
4、传和教育的基地.因此,为了更好的利用和保护白河湿地,本文结合3S技术,通过深入的野外调查,较全面,准确地研究了白河湿地植被的分布特点,种类组成,生物量,生物多样性等.为白河湿地植物的合理利用和保护提供依据,为湿地植被及湿地的长期监测积累资料.1研究地点的选定利用首都师范大学地理系解译,融合的1998年8月白河地区遥感融合图,根据遥感融合图的颜色和亮度与植被信息有显着的关系这一特点,以此为选择样点的依据,在不同的亮度值和颜色处均设置采样点,力求全面,同时兼顾地理位置的代表性和交通的可行性.最后确立了9个采样点(图1),图1采样点分布Fig.1Distributionofsamplingspots
5、采样点由上游至下游依次为:白河堡水库(40P38.695N.11609.367E),八道河(404o.088N,I1613.764E),下德龙湾(4041.523N,116.牧稿日期:20040511;,|订日期:2004一lO一18基金项目:北京市科学技术委员会,北京湿地环境生物多样性保护研究项目(H010710030119).作者筒介:刘晓燕(1974一),女,北京人,硕士研究生,研究方向为湿地生物多样性与保护.Email:liuxiaoyanluo*通讯作者:胡东E,-mail:wlfeixiongaohu.tom4期刘晓燕等:北京白河湿地主要植物群落生态学研究29723.861E),下
6、湾(40.41.722N,116o28.642E),宝山寺(40.42.623N,116.36.488E),后安岭(40.40.833N,116.39.495E),四合堂(40o37.905N,116.43.656E),张家坟(40.36.964N,116.46.738E)和二道河(40.35.875N.11647.493E).2研究方法2.1样方设置及采样方法于2001年9月1117日,2001年11月1115日,2002年4月1015日,2002年7月17日,分4次对采样点进行了全面,系统的调查,并用手持式GPS(精度为15m)导航和定位,以确保定点,多次调查的准确性.调查时每个采样点的既
7、定面积不小于25m50m,调查区域主要为白河两岸的滩地,岸边沼泽地,退水遗留的水塘等.确定样方时采用多次重复随机小样方法,每个采样点的样方数不少于40个,每个样方面积草本为1m1m,灌木为5m5m.鉴定种类【8,9l,记录数量进行多样性统计,同时用收割法将样方内的全部植物在地表处截取,称其地上部分的鲜重生物量.2.2数据分析【03优势度计算:根据某种植物的频度和生物量确定其在某一特定群落中的优势度.相对优势度(D):(相对频度(F)+相对生物量(RB)+相对盖度(RP)/3100%群落的数量特征用建群种优势度,优势度指数,盖度来表示.优势度指数(C)计算公式:C=i=l】式中n表示群落内第i个
8、物种的重要值,表示全部物种的重要值.优势度指数表示群落内优势种的集中程度.群落物种多样性:以信息指数日计算群落的多样性指数(a),公式为:日=一plnpi式中pl表示第i个物种的盖度.生活型分析:依据Raunkiaer系统,对白河湿地植物属的生活型进行了划分.区系分析:根据吴征镒【11J对中国种子植物属的分布区的划分标准,对白河湿地植物属的分布区类型进行了划分.3研究结果3.1群落分类依据中国湿地植被>【Hj中初步确立的中国湿地植被分类系统的划分标准,可以将北京白河湿地植物划分为如下群落类型:有芒稗群落(Com.Echinochloacrusgallii),狭叶香蒲群落(Com.Typh
9、aangustifolia),小香蒲群落(Com.Typhaminima),绵毛酸模叶蓼群落(Com.PolygonumlaDathifoliumvar.salicifofyum),芦苇群落(Com.Phragmitesaustralis),棉花柳群落(Com.Salixlinearistipularis),水蓼群落(Com.Polygonumhydropiper),水芹菜群落(Corn.Oenanthedecumbens),褐鳞莎草群落(Com.Cyperusfuscus),狼把草群落(Com.Bidenstripartita),华水苏群落(Com.Stachyschinens),针蔺群落(
10、Com.Eleocharvalleculosa),扁杆藤草群落(Com.Scirpusplaniculmis),荩草群落(Com.Arthraxonhispidus),柳叶蒿群落(Com.Artemisiaintegrifolia),球穗莎草群落(Com.Cypeusglomeratus),黄花蒿群落(Com.Artemisiaannua),旋鳞莎草群落(Com.Cyperusmichelianus),各群落的数量特征见表1.表1群落的数量特征Table1Thefeaturesofthewetlandplantcommunities298湿地科学2卷3.2群落的垂直结构分析群落的垂直结构指群落
11、在空间中的垂直分化或成层现象.对于湿地植物群落如有芒稗,褐鳞莎草群落,群落的垂直分层现象不明显,主要由优势种的植被层构成,地面虽然也零星分布朝天委陵菜(P.supina),旋覆花(,.aponica)等,但数量极少,不能构成完整的植被层.挺水植物群落.如芦苇群落,小香蒲群落,其垂直结构可以分为两层,上层主要由芦苇或小香蒲组成,且常常相互伴生,一般芦苇群落在靠近水的一侧,有少量小香蒲伴生;而小香蒲群落在靠近岸边的比较干旱的地带,有芦苇伴生;下层主要为有芒稗,水芹菜,狼把草,华水苏,绵毛酸模叶蓼等,它们共同构成一个植被层.但是由于受到光照,水分的限制,在某些区域群落的下层植被不发达.3.3主要湿地
12、植物群落的特征3.3.1群落的种类组成及群落特征的季节性变化白河湿地有4种主要植物群落:有芒稗群落,褐鳞莎草群落,芦苇群落和小香蒲群落(表2).有芒稗群落为分布较广的湿地植物群落.它们表24种主要湿地植物群落的数量特征Table2Thequantitativefeaturesoffourdominantwetlandplantcommunities4期刘晓燕等:北京白河湿地主要植物群落生态学研究299注:RF为相对频度;RB为相对生物量;DV为优势度.的嫩茎,幼芽,种子不仅是水禽等的食物,也是诸多小型动物的隐蔽场所.有芒稗群落主要由l1种植物构成,主要伴生植物为球穗莎草,扁杆藤草和狼把草.春季
13、,狼把草萌发早,群落呈现红褐色;夏季,有芒稗的优势地位变明显,群落呈现浅绿色;冬季,有芒稗逐渐干枯变为苍白色,优势度略有下降.而伴生种扁杆蔗草果实成熟,生物量加大,优势度略有上升.扁杆藤草,狼把草变为褐色,群落也因而呈现褐色和白色相间的颜色.褐鳞莎草群落也是分布较广的湿地植物群落,主要由8种植物构成,伴生植物种类因水分的差异而不同.褐鳞莎草春季萌发较晚,夏季优势地位最明显,且开花,结实早,夏末果穗呈现褐色,整体群落呈现浅绿和褐色相间的颜色,冬季叶片和果穗都变为褐色.伴生植物水蓼春季萌发早,占有优势地位,夏季突然涨水,会导致水蓼的大量死亡.扁杆藤草和萤蔺是夏季后的主要伴生种,冬季这几种植物均呈现
14、褐色.芦苇群落是湿地植被的主要构成成分,也是湿地中经济价值较大的群落类型.芦苇群落主要由11种植物构成,主要的伴生种为有芒稗,狼把草,小香蒲等.芦苇在群落中占绝对优势,高度在一般可以达到12m,生长状况随水文的影响而不同,在常年积水的地带生长较好,季节性积水地段植株较矮;伴生种也稍有差异,前者伴生种主要为小香蒲.后者主要为有芒稗.群落外貌夏季深绿色,秋季以后花絮出现,逐渐转为白色.优势度也有变化,芦苇春季和冬季优势度低,这是因为春季许多伴生植物,如水芹菜,华水苏等出土早,生长较快;而冬季,芦苇干枯,湿重生物量下降大,故优势度下降较快.小香蒲群落也是湿地植物主要构成成分,经济价值较高.它主要由l
15、0种植物构成,主要的伴生种为芦苇.春季芦苇发芽早,生长较快,优势度可以达到45.O8;夏季,小香蒲逐渐占据优势,生物量增长较快,优势度超过芦苇达到28.43,植株高大,整齐茂密,群落外貌油绿色;秋季和冬季,小香蒲仍然在群落中占绝对优势,果穗褐色,点缀在草层中,秋季呈现褐绿两色相间,冬季小香蒲叶子干枯变白,呈现白褐两色相间.3.3.2群落生物量的季节变化4种植物群落的生物量均是春季最低,夏季生物量增长迅速,秋季达到高峰,冬季由于植物体的干枯和死亡生物量急剧下降.整体生物量较大,说明该地区土壤肥沃,植物生长较好.有芒稗群落在白河湿地中分布广,群落盖度大,植物生长密,生物量在4种植物群落中最大,秋季
16、种子成熟生物量达到高峰,冬季由于植株干枯及种子被鸟类的取食生物量下降较大,群落生物量季节性变化幅度大.褐鳞莎草群落春季生物量最低,夏季褐鳞莎草开花结实,生物量达到高峰,秋季种子部分凋落或被鸟类取食,生物量略有下降,但秋季群落中其它物种如:3oo湿地科学2卷扁杆藤草,萤蔺等种子成熟,生物量加大,所以夏季到秋季群落整体生物量变化不大.芦苇群落中芦苇春季发芽早,生物量大,生长快,夏季到秋季群落的生物量增长较大,冬季由于芦苇种子随风飘散,生物量下降幅度较大.小香蒲群落生物量秋季达到高峰,冬季植株干枯,茎叶生物量下降较大,但部分果穗仍然存在,故生物量下降幅度不如其它群落明显(图2).图2白河主要植物群落
17、生物量季节变化Fig.2TheseasonalchangeofbiomassofdominatplantcommunitiesatBaiheriver3.4生活型分析生活型反映植物生态生物学特征,有不同的划分方法,本文依据Raunkiaer系统,对白河滩地植被属的生活型进行了划分(图3).结果表明,白河滩地植物的生活型以地面芽植物(38:38.4%,即属数:占总属数的百分比,下同),一年生植物(41:41.4%)占主导,而地下芽植物(10:10.1%),高位芽植物(7:7.1%)和地上芽植物(3:3.0%)所占比例较低.同Raunkiaer的常态谱(图3)相比,白河湿地植被中,一年生植物和地面
18、芽植物所占比例较大.这是因为,白河地处温带的半山区,气温较略低,因此地面芽植物较多;同时,白河为季节性河流,有一定的枯水期,这段时间内,一些适宜干旱的一年生植物能够在这段时间内完成生长周期.在实际调查中,一年生植物和湿生植物共同构成了白河湿地植物的主要组成部分.3.5地理成分分析根据吴征镒l11J对中国种子植物属的分布区的Ph高位芽植物Ch地上芽植物He地面芽植物G地下芽植物Th一年生植物图3白河滩地植物的生活型谱(a)和Raunkiaer常态谱(b)Fig.3Thelifeformspectm(a)andRannkiaernormalspectm(b)ofthebeachvegetation
19、atBaiheRiver划分标准,白河湿地植物属的分布区类型有12个,其中世界分布区类型有25个,占总属数的25.5%;北温带分布区类型有24属,占总属数的24.5%;热带分布类型共有21属,占总属数的21.4%;中亚和东亚分布类型5属,占总属数的5.1%;中国特有分布类型1属,占总属数的1.O%.说明白河流域滩地植被分布具有广域性;且以温带成分为主,热带性质的属起到补充成分的作用(表3).4白河湿地植被的利用和保护在野外调查中发现,白河湿地植被存在过度利用的现象,严重阻碍了湿地植被的自然更新,新的裸地不断出现.首先,农田向滩地入侵现象严重.例如在怀柔某些地区,河两岸的滩地由原来的宽近百米下降
20、到不足10m,原本是河滩的地区都被当地居民开垦为农田,种植经济作物.其次,旅游压力大.例如在延庆,众多的旅游景点散布在白河或白河支流的两岸,受旅游垃圾和生活污水的影响,植被大面积枯亡.此外,过度放牧也影响着白河滩地植被的生长.如在密云的张家坟,过度放牧使滩地植被物种多样性降低,植被的整体高度也由原来的自然生长高度约5060cm,下降到2030cm,植被的自然生长受到破坏.对于这些地区,当地政府和有关部门应采取有效的措施保护其滩地植被.4期刘晓燕等:北京白河湿地主要植物群落生态学研究301表3白河滩地植物属的地理成分统计Table3Thegeographicalelementsofgenerao
21、fthebeachptsinBaiheRiver注:1.世界分布;2.泛热带分布;6.热带亚洲至热带非洲分布;7.热带亚洲分布;8.北温带分布;9.东亚和北美洲间断分布;10.旧世界温带分布;11.温带亚洲分布;12.地中海区,西亚至中亚分布;13.中亚分布;14.东亚分布;15.中国特有分布.PI=gi/毋;p2=毋/Gi但滩地植被也应合理的加以利用,以发挥其市场价值,造福当地居民.例如对有经济价值的芦苇,香蒲等可以适当收割;旅游区可以专门设立人行通道,既让人们欣赏到绿色自然又不对自然造成严重影响;还可以在滩地茂盛的地区设立观鸟区等,从而形成一个良性循环,在保护生态环境的同时让当地居民得到经
22、济利益,更加自觉的保护湿地环境.参考文献:1吕宪国,黄锡畴.我国湿地研究进展J.地理科学,1998,l8(4):293299.2王宪礼.我国自然湿地的基本特点J.生态学杂志,1997,16(4):6467.3简永兴,王建波,何国庆,等.洞庭湖区三个湖泊水生植物多样性的比较研究J.水生生态,2002,26(2):160167.4简永兴,王建波,何国庆,等.海口湖,太白湖,武山湖三个湖泊水生植物多样性比较研究J.生态,2001,21(11):18151824.5简永兴,李仁东,王建波,等.鄱阳湖滩地水生植物多样性调查及滩地植被的遥感研究J.植物生态,2001,25(5):581587.6张建春,彭
23、补拙.河岸带研究及其退化生态系统的恢复与重建J.生态,2003,23(1):5663.7张永泽,王垣.自然湿地生态恢复研究综述J.生态,2001,21(2):309314.8孙祥钟.中国植物志(第二版)M.北京:科学出版社,1992.9贺士元,刑其华,尹祖棠,等.北京植物志(第二版)M.北京:北京出版社,1993.1O宋永昌.植物生态学M.上海:华东师范大学出版社,2001.11吴征镒.中国种子植物属的分布区类型J.云南植物研究,1991,(增刊):1139.【12RobertS.CapersAcomparisonoftwoplingtechniquesinstudyofsubmersedma
24、cmphyterichnessandabundance【Jj.AquaticBotany,2000,68:8792.13詹存卫,于丹,吴中华,等.梁子湖水一陆交错区水生植物群落生态学研究J.植物生态,2001,zs(5):573580.14郎惠卿.中国湿地植被M.北京:科学出版社,1999.TheDomminmltCommunityStudyonEcologyofWetlandPlantinBaiheRiver胁tlandLIUXiaoYan,HUDong,CHENWei(DepartmentofBiology,CapitalNormalUniversity,Beijing,100037,Ch
25、ina)Abstract:WetlandisviewedasKidneyoftheNatureduetoitsabundantresourP_sanduniqueecologicalstructureandfunctions.Inordertoprotectaffectivelyandutilizereasonablytherarewetlandresources,manymeasureshavebeentakenbyChinesegovernmenttopreventthedegradationordisappearanceofwetlands.Inrecentyears,manystudi
26、esfocusonthewetlandsintheSouthChina,butnoattentionhadbeendtothewetlandresourcesinBeijing.Asthecapitalofchina,TherearerarewetlandsinBeijingarea.Baiheriverisanimportantwetlandinitsfreshwaterandrichwildliferesources.Ithasahighecology,hydrologyandgeo湿地科学2卷morphologyvalue.Basedonthesefacts,wecarriedoutth
27、einvestigationanddealwiththeplantcornmunitiesinBaiheriverwetland.Inthispaper,thefeatureandthestructureofplantcommunitiesweremeasuredandthelifeformspectrumoftheplantspeciesandthearealtypesofgeneraofseedplantsinthewetlandofBaiheriverwetlandwereanalyzed.Theresultsaregivenasfollows:Therearevariousplantr
28、esourcesinBaihefiverwetland,including33families,98generaand178species;TheprimaryarealtypesareComopolitanandNorthTemperate,andthedominatelife-formtypesareHemicypt.phytesandTherophytes;Eighteentypesofcommunitiesaredescribed,theyare:1)Corn.Echinochloacrusgallii,2)Corn.Typhaangustifolia,3)Corn.Typhamini
29、ma,4)Com.Polygonumlapathifoliumvar.salicifolyum,5)Corn.Phragmitesaustral,6)Com.Salixlinearistipularis,7)Com.Polygonumhydropiper,8)Corn.Oenanthedecumbens,9)Com.Cyper一fscus,10)Com.Bidenstripartite,11)Corn.Stachyschinensis,12)Com.Eleocharisvalleculosa,13)Com.Scirpusplaniculmis,14)Com.Arthraxonhispidus,
30、15)Com.Artemisiaintegrifolia,16)Com.Cypeusglomeratus,17)Corn.Artemisiaannua,18)Com.Cyperusmichelianus;Itisalsofoundthatamongthewetlandvegetationtypes,thedistributionareaofCom.Echinochloacrusgalliiisthelargest,andthenCorn.CyperusfcusandCom.Phragmitesaustralisisthesecondandthethirddistributionarea.Com
31、.SalixlinearistipularisandCom.Stachyschinensdisplaythehighestspeciesdiversityindexinthecommunities.ThebiomassofthefourdominantcommunitiesinautumnWasanalyzedasfOllOWS;Com.ryphaminima3200g/m;Com.Phragmitesaustralis3000g/m;Corn.Echinochloacrusgallii3500g/m;Com.Cyperusfuscus1300g/m.Allthecommunitiesshow
32、edalargedifferenceindifferentstandsandwithdifferentdominantspeciesindifferentseasons.Theseasonalchangesinthebiomass,structureandthediversityofwetlandplantcommunitiesweretheresultsfromtheirgrowthpatternsandhumaninterference,anddifferentspeciesshoweditsownfeature.Wateralsoplayedanimportantroleindeterminingthedistributionpatternofpopulations.Moreover,thestrategiesofwetlandprotectionwerediscussedinthispaper.Theresearchresultscanprovidethescientificbasisfortherestoration,reconstructionandregulationofthinBaiherivrWetland.Keywords:Baihefiverwetland;plantconnunity;vegetationecology
