王盼盼，李艳红*，张小萌

1. 新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆 乌鲁木齐 830054；2. 新疆师范大学新疆干旱区湖泊环境与资源实验室，新疆 乌鲁木齐 830054

艾比湖湿地植物群落变化对盐分环境梯度的响应

王盼盼1,2，李艳红1,2*，张小萌1,2

1. 新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆 乌鲁木齐 830054；2. 新疆师范大学新疆干旱区湖泊环境与资源实验室，新疆 乌鲁木齐 830054

土壤盐分是影响干旱区荒漠植物群落动态的决定因素之一。基于2012年5月和10月在艾比湿地调查的植物样方和实验得出的土壤表层盐分数据，利用聚类分析方法将 39个土壤表层盐分数据划分为 3个盐分梯度 0.03%～0.73%（S1）、0.81%～1.73%（S2）和 2.40%～3.12%（S3），分析艾比湖湿地植物群落植物多样性变化对土壤盐分环境梯度的响应。结果表明,（1）距湖15 km和距湖5 km采样点大部分处于第1个盐分梯度，属于轻度盐渍化；鸟岛、博河、鸭子湾、奎屯河、和距湖10 km处均处于第2个盐分梯度，盐渍化程度达到中-重度；湖边采样点，在3个盐分梯度各有分布。（2）3个盐分梯度上的主要植被类型不同：S1以梭梭（Haloxylon ammodendron）、柽柳（Tamarix ramosissima）、白刺（Nitraria tangutorum Bobr）为主，并且出现的植被种类较多（37种）；S2以柽柳（Tamarix ramosissima）、盐节木（Haloenemum strobilaceum）为主，出现的植被种类相对较少（11种）；S3以盐节木（Haloenemum strobilaceum）、盐角草（Salicornia europaea）、芦苇（Phragmites australis）为主，出现的植被种类较少（7种），随土壤盐含量的升高，植被种类减少、群落生活型结构有所改变，草本比例减少，灌木和乔木比例有所增加。（3）植物Simposon指数、Shannon-Wiener指数和Margalef指数在中盐梯度下达到最大，最大值分别为 0.84、2.28、3.82。（4）Pielow指数则是随着盐分梯度的上升呈下降趋势，在低盐梯度下达到最大值，最大值为1.26。（5）多样性指数在S3梯度下整体显著降低，即土壤盐分含量为2.40%～3.12%时对艾比湖湿地植物多样性的影响较大。关键词：艾比湖湿地；盐分梯度；植物群落；多样性

植物多样性是群落生态学和生物多样性研究的一个中心议题，是区域生态功能和稳定的基础（Jucker和Coomer，2012）。艾比湖湿地干旱少雨，蒸发量和降水量相差悬殊，生态系统很脆弱，是植物多样性受威胁最严重的地区（马淼等，2006；尹林克，1997），研究艾比湖湿地植物多样性特征，对植物多样性的保护和沙漠化防治具有重要意义。目前相关研究主要集中在盐胁迫下植物的生长、发育（弋良朋和王祖伟，2011；尤佳等，2012；董利苹等，2011）等方面，对荒漠植物多样性各种测度在土壤盐分梯度下的定量分析和动态响应，研究资料还较缺乏（韩大勇等，2012；郝智如和张克斌，2014）。艾比湖是新疆第一大咸水湖，在新疆具有重要的生态价值。近几年来，由于土壤含盐量不断上升和地下水位下降，原有的植被急剧衰败，取而代之的是耐盐碱的植被，由于蒸发大于降水，所以该类植物生长的环境是严重的土壤盐渍化。土壤盐分大量富集，干旱和盐协迫成为影响盐生植物生长与生存发育的的重要因素。根据近 10年对艾比湖研究积累表明，非常缺少对艾比湖湿地植被与环境关系的数量分析研究，为更好地理解环境梯度对荒漠植物多样性的影响有必要进一步开展相关研究。本文利用聚类分析和相关性分析，描述群落与盐分环境之间关系，利用群落结构的定量指标分析群落与盐分环境的关系，探讨艾比湖湿地的植物群落变化与盐分梯度的关系，为更好的保护湿地，研究其环境变迁的过程提供基础性的资料。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

艾比湖总面积2670 km²，位于E82°35′～83°10′，N44°44′～45°10在精河县城北部，西接博乐市，北临塔城地区的托里县，西北与哈萨克斯坦共和国相邻，是准噶尔盆地西南缘最低洼地和水盐汇集中心。艾比湖湿地国家级自然保护区内分布着多种湿地类型，在中国内陆荒漠自然生态系统中具有典型性和较高的保护价值。艾比湖区气候干燥，降水稀少，且风大、风多、浮沉和盐尘活动频繁。该区属于典型的温带大陆性气候，光热充足，年均日照时数约2800 h；地区年平均气温6.8 ℃，极端最高气温 41.7 ℃，极端最低气温-32.2 ℃，全年积温为3353～4245 ℃，平均无霜期 162 d；年均降水量90.9～163.9 mm之间，年蒸发量却高达3790 mm以上，属于特干旱区。该区多样化的土壤类型决定了旱生、超旱生、沙生、盐生、湿生和水生等植物群落的形成。主要植物种类有胡杨、梭梭、芦苇，在平原低地还有柽柳、黑果枸杞、甘草、小獐毛、湖滨盐沼地有盐穗木、盐节木、碱蓬、和盐爪爪，山前冲积洪扇有琵琶柴等。

1.2 样方调查和实验分析

2012年5月，在艾比湖湿地从博河站绕湖60 km范围，设置鸭子湾、鸟岛、博河、奎屯河20个10 m×10 m的样方；2012年10月在距艾比湖湖边鸟岛站5、10、15 km范围内设置19个10 m×10 m的样方，共采集39个10 m×10 m的样方。现场鉴定每个样方中的物种类别，同时记录种数、个体数、胸径、高度、冠幅等植物特征，以及各样地的海拔、经纬度、群落微环境和地貌特征。在调查样方内利用四分法采取0～5、5～20、20～40、40～60 cm土壤作为土壤样品，土壤盐分用残渣烘干法测定，土水比为1∶5（土壤农化分析，1996）。

1.3 数据分析

基于39个样方的土壤表层盐分数据，利用聚类分析将样方划分至3个盐分梯度（图1），并按新疆盐渍化分级（张蔚榛，2013）给出盐渍化程度参考（表 1）。分别计算和分析各盐分梯度下的物种多样性、多样性差异（剔除频率5%的种）。根据样方多度数据，物种多样性分析选取Shannon-Wiener指数、Simposon指数、Margalef指数、Pielow指数。

图1 研究区采样点以及盐分梯度分布Fig. 1 The sampling point of the study area and the gradient distribution of salt

表1 39个土壤剖面表层盐分的统计值Table 1 The basic stastics of 39 soil salt samples

1）多样性指数

辛普森指数Simposon

香浓威纳指Shannon-Wiener

2）丰富度指数

马格列夫指数Margalef

3）均匀度指数

皮洛指数Pielow

以上各式中，S为样方中的物种数Pi为第i个种的多度占总多度的比例，N为总多度。

2 结果与分析

2.1 不同盐分梯度下植物组成和生活型特征

在环湖和距湖远近不同的 39个采样点中，随着土壤剖面深度的增加，盐分含量由上至下呈现逐步下降的趋势，盐分表聚现象显著。距湖15 km和距湖5 km采样点大部分处于第1个盐分梯度，植被以梭梭、柽柳、白刺为主，出现的植被种类较多；鸟岛、博河、鸭子湾、奎屯河、和距湖10 km处均处于第 2个盐分梯度，盐渍化程度达到中-重度，植被以柽柳、盐节木为主，黑果枸杞也有相当部分的数量；湖边采样点，在3个盐分梯度各有分布，造成这种现象的原因有很多，其中人类活动的影响较大。

样方调查结果表明，研究样地共出现 43种植物，分属42科，20种。其中植物种较多的有藜科8种、禾本科8种、菊科5种、豆科5种，其他科属均为1～2种；盐分梯度下，从S1至S3出现的种数分别为25、37和17种；按植物生活型统计（图2），随土壤盐含量的升高，群落生活型结构有所改变，草本比例减少，灌木和乔木比例有所增加，各盐分梯度下的具体生活型比例（物种数量比例，忽略2种藤本）分别为S1草本、灌木（含小/半灌木）和乔木（含小乔木）分别为56%、22%、22%；S2草本、灌木（含小/半灌木）和乔木（含小乔木）分别为65%、24%、12%；S3草本、灌木（含小/半灌木）和乔木（含小乔木）分别为50%、33%、17%。

图2 3个盐分梯度下生活型组成Fig. 2 The salinity gradient under three life forms

2.2 不同盐分梯度下植物多样性变化

依据 39个样方的多样性指数的计算表明（图3）：在艾比湖地区植物多样性随土壤盐分含量增加呈显著下降趋势。从S1到S3，植物Simposon指数、Shannon-Wiener指数和Margalef指数在低盐梯度下达到最大，最大值分别为0.84、2.28、3.82；Pielow指数则是随着盐分梯度的上升呈下降趋势，在中盐梯度下达到最大值，最大值为 0.70；多样性指数在S3梯度下整体显著降低，即土壤盐分含量为2.40%～3.12%时对艾比湖湿地植物多样性的影响较大。

图3 3个不同盐分梯度下的群落多样性Fig. 3 The community diversity under three different salinity gradient

2.3 植物多样性与土壤盐分的相关性

多样性指数与低盐间均极显著相关（P=0.089），当土壤盐分含量为中度时，Margalef指数与多样性指数间显著负相关（P=-1)，其他指数与中盐间梯度间负相关，高盐梯度下二者关系则呈现正相关为主（P=0.05）的趋势（表 2）；多样性与土壤盐分间关系减弱（相关系数绝对值多递减）的关系说明，或许是植物种间关系间接影响了植物多样性动态。

表2 多样性指数与土壤盐分相关性Table 2 The correlation of diversity indexand soil salinity

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 不同盐分梯度下艾比湖湿地植物群落特征

随着土壤剖面深度的增加，盐分含量由上至下呈现逐步下降的趋势，盐分表聚现象显著。距湖15 km和距湖5 km采样点大部分处于第1个盐分梯度，鸟岛、博河、鸭子湾、奎屯河、和距湖10 km处均处于第2个盐分梯度，盐渍化程度达到中-重度；湖边采样点，在3个盐分梯度各有分布。3个盐分梯度上S1植被以梭梭、柽柳、白刺为主；S2植被以柽柳、盐节木为主；S3植被以盐节木、盐角草、芦苇为主；植物Simposon指数、Shannon-Wiener指数和Margalef指数在中盐梯度下达到最大，最大值分别为 0.84、2.28、3.82；Pielow指数则是随着盐分梯度的上升呈下降趋势，在低盐梯度下达到最大值，最大值为1.26；多样性指数在S3梯度下整体显著降低。土壤盐分含量为2.40%～3.12%时对艾比湖湿地植物多样性的影响较大。艾比湖湿地植物多样性在低土壤盐分梯度下（0.03%～0.73%）不受影响，但当土壤盐分增至2.40%～3.12%的高水平时，植物多样性显著降低，且土壤盐分主要通过富集种影响多样性响应动态。

3.1.2 不同盐分梯度下艾比湖湿地植物生活型转变

不同生活型体现了植物对环境的适应性差异，因此生活型组成的转变能反映植物对环境变化的适应性调整（颜忠诚，2001；房飞等，2012；傅德平，2008；韩争伟等，2013），植物生活型随着盐分升高的转变表明，高盐梯度下可以进入一个地区的物种库中的物种数量会有所减少，如土壤盐分分维度上，柽柳和胡杨（Populus euphratica）（小）乔木更容易生存，因为柽柳和胡杨的生态位较宽、耐盐性较强，另外生态位较窄的琵琶柴（Reaumria），白刺等（小/半）灌木，猪毛菜（Salsola collina Pall），芦苇（水生植物）等草本不能进入高盐环境（吴志芬等，1994；贺强等，2008；王雪梅等，2011；綦艳林等，2011；），导致群落的多样性降低。植物生活型和多样性随盐分的这种变化在同类地区也得到了近似的结论（石瑞花等，2009；郗金标等，2006；钱亦兵等，2007；石瑞花等，2009；刘兴波等，2014）。植物生活型的转变体现了植物分布对盐分的宏观响应，艾比湖湿地植物多样性随盐分增加的变化及其与盐分的关系本质上是植物生长对盐分的响应，植物多样性由低（S1）到中盐（S2）梯度的变化较小，表明在艾比湖地区，低盐分梯度下植物生长不受抑制。一般土壤盐分<3 g·kg-1（即0.3%）的时候作物能正常生长（石瑞花等，2009），因此在盐分梯度内（0.03%～0.73%）植物生长不受影响。但随着盐分含量升高至（0.81%～1.73%）植物生长开始收到限制，当土壤盐分含量继续升高（2.40%～3.12%）大多数植物开始遭到盐分的胁迫，生长受到限制（石瑞花等，2009）。目前该地区植被分布与土壤含盐量的定量关系仍不明确（张莉，1990），精确地定量分析仍需要进一步的实验研究。3.2 结论

综上所述，艾比湖湿地植物群落变化对盐分环境梯度的响应可以得出以下结论：

（1）距湖15 km和距湖5 km采样点大部分处于第1个盐分梯度；鸟岛、博河、鸭子湾、奎屯河、和距湖10 km处均处于第2个盐分梯度，盐渍化程度达到中-重度；湖边采样点，在3个盐分梯度各有分布。

（2）3个盐分梯度上主要植被类型不同：S1植被以梭梭、柽柳、白刺为主；S2植被以柽柳、盐节木为主；S3植被以盐节木、盐角草为主。

（3）艾比湖湿地植物多样性在低土壤盐分梯度下（0.03%～0.73%）不受影响，但当土壤盐分增至2.40%～3.12%的高水平时，植物多样性显著降低，且土壤盐分主要通过在土壤表层富集影响植物多样性和生活型结构。

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Responses of Plant Diversity Changes in the Wetland of Lake Ebinur to Salinity Environment Gradient

WANG Panpan1,2, LI Yanghong1,2*, ZHANG Xiaomeng1,2
1. College of Geographic Science and Tourism, Xinjiang Normal University, Urumqi 830054, China; 2. Key laboratory of xinjiang Uygur Autonomous Region; Xinjiang laboratory of Lake Environment and Resources in Arid Area, Urumqi 830054, China

Soil salinity is the key factor which decides the dynamic of desert plant community in arid region. Statistics in this paper are based on the 39 pieces of minimumarea samples of surface soil salinity in the wetland of Lake Ebinur from May to October in 2012. By means of cluster analysis, these samples are divided into three scopes according to salinity grades, including 0.03～0.73(S1), 0.81%～1.73%(S2)and 2.40%～3.12%(S3). According to the research on the samples and plant diversity index, the changes of these plants responses to the diversity are analyzed. The results are as follows: (1) Most sampling spots 15 km and 5 km away from the lake fall in the S1, belong to the mild salinization sampling spots at Bird Island Station, Duck Bay, Kuitun River, and another one 10 km away from the lake, all fall in S2 and the degree of salinity reach mid-severe level; sampling spots right neighboring the lakeside cover S1, S2 and S3. (2) Theee main vegation type on the salinity gradient is different: In S1 most plants found there are Haloxylon ammodendron, Tamarix ramosissima, Nitraria tangutorum Bobr and are in rich diversity of 37. In S2 most plants found there are Tamarix ramosissima and Haloenemum strobilaceum, relatively few of vegation species(11); In S3 most plants are Haloenemum strobilaceum, Salicornia europaea and Phragmites australis, few of vegation species(7), and the biotype structure of the plant community changes in accordance with the rising of the salinity grades, and plants of the grass family are decreasing, while shrubs and trees are increasing. (3) The Simposon diversity index, Shannon-Wiener diversity index, and Margalef species richness index are all rising at mid-grade salinity, and reach their maximum degree at 0.84, 2.28 and 3.82; (4) Pielow Index is falling with the rising of salinity grades, and reaches its maximum at 1.26; (5) Diversity Index falls at Grade S3 remarkably, which means that the soil salinity grade at 2.40%～3.12% exerts best influence on the wetland plant diversity in Lake Ebinur.

Lake Ebinur wetland; salinity grade; plant community; diversity

Q178.1

A

1674-5906（2015）01-0029-05

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.01.005

王盼盼，李艳红，张小萌. 艾比湖湿地植物群落变化对盐分环境梯度的响应[J]. 生态环境学报, 2015, 24(1): 29-33.

WANG Panpan, LI Yanghong, ZHANG Xiaomeng. Responses of Plant Diversity Changes in the Wetland of Lake Ebinur to Salinity Environment Gradient [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(1): 29-33.

国家自然科学地区基金项目（41171036）；自治区科技计划项目（201433115）；新疆师范大学研究生科技创新项目基金（20142004）

王盼盼（1989年生），女，硕士研究生，研究方向为干旱区气候与环境。Email: WPP0394@126.com *通信作者：李艳红（1977年生），女，教授，硕士生导师，研究方向为干旱区环境演变。E-mail: lyh0704@126.com

2014-09-24