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Study on vegetation community classification and succession of sand-mining wetland in Yanqing County,Beijing

北京市延庆采砂迹地型湿地植被群落分类与演替分析


采用TWISPAN分析方法,对北京市延庆采矿迹地湿地40个样地51种植物进行了分类排序,将群落类型划分为7个类型,即茵陈蒿-狗尾草-黄花蒿群落、野艾蒿-茵陈蒿-尖叶胡枝子-狗尾草群落、野艾蒿-茵陈蒿-狗尾草-野大豆-苣荬菜群落、狗尾草-苍耳-黄香草木犀-虎尾草群落、狼拔草-野艾蒿-旋覆花-大籽蒿-芦苇群落、香蒲-芦苇-茭白-野大豆-鬼针草群落和竹节灯心草-褐穗莎草-稗群落;同时运用双变量主坐标分析(DPCoA)对51种植物进行了排序分析,研究结果显示研究区存在两种演替规律,即由喜湿旱生耐淹水植物演替为喜旱旱生植物和由湿地挺水植物向湿生植物演替两种类型.对于采砂基地型湿地植被恢复不仅恢复土壤营养条件,调控湿地水分条件也是十分关键的.研究结论将为采砂迹地型湿地恢复提供科学支持.

In this paper,we analyzed and ordered the 51 plant species in 40 sampling locations in trail wetlands in Yanqing County, Beijing City by using TWISPAN analysis,and divided the vegetation communities into seven types,which were type Artemisia capillaris-Setaria viridis-Artemisia annua,type Artemisia lavandulaefolia-Artemisia capillaris-Lespedeza caraganae-Setaria viridis, type Artemisia lavandulaefolia-Artemisia capillaris-Setaria viridis-Glycine soja-Sonchus arvensis,type Setaria viridis-Xanthium sibiricum-Melilotus officinalis-Chloris virgate,type Bidens tripartita-Artemisia lavandulaefolia-Inula japonica-Artemisia sieversiana-Phragmites australis,type Typha orientalis-Phragmites australis-Zizania latifolia-Glycine soja-Bidens bipinnata,and type Juncus effusus-Cyperus fuscus-Echinochloa crusgalli.We also sorted and analyzed the 51 plant species by double variables principal coordinates analysis(DPCoA).The results showed that there were two succession rules for plant communities in this area,which were the succession from typical stand wetland plant species to ordinary wetland plant species,and the succession from hygrophilous plants to terraneous plants.The vegetation restoration in sand-mining wetland should not only restore soil nutrient,but also regulate water condition.The findings can provide a scientific support for mining trail wetlands restoration.


全 文 :第30卷第5期
2011年9月
生态科学
EcologicalS ience
30(5):518—524
Sept.2011
赵欣胜,崔丽娟,李伟,张曼胤,王义飞,李胜男.北京市延庆采砂迹地型湿地植被群落分类与演替分析[J].生态科学,2011.30(5):
518.524.
ZHAOXin-sheng,CUILi.juan,LIWei,WANGYi—fei,ZHANGMan·yin,LISheng-nan.Thestudyonvegetationcommunity
classificationandsuccessionofsand-miningwetlandinYanqingCounty,Beijing[J】.EcologicalScience,2011.30(5):518-524.
北京市延庆采砂迹地型湿地植被群落分类与演替分析
赵欣胜,崔丽娟+,李 伟,张曼胤,王义飞,李胜男
中国林业科学研究院湿地研究所北京100091
【摘要】采用TWISPAN分析方法,对北京市延庆采矿迹地湿地40个样地51种植物进行了分类排序,将群落类型划分为7个
类型,即茵陈蒿.狗尾草.黄花蒿群落、野艾蒿.茵陈蒿.尖叶胡枝子.狗尾草群落、野艾蒿.茵陈蒿.狗尾草.野大豆.苣荬菜群落、狗
尾草.苍耳.黄香草木犀.虎尾草群落、狼拔草.野艾蒿.旋覆花.大籽蒿.芦苇群落、香蒲.芦苇.茭白.野大豆.鬼针草群落和竹节灯心
草.褐穗莎草.稗群落;同时运用双变量主坐标分析(DPCoA)对51种植物进行了排序分析,研究结果显示研究区存在两种演替
规律,即由喜湿旱生耐淹水植物演替为喜旱旱生植物和由湿地挺水植物向湿生植物演替两种类型。对于采砂基地型湿地植被恢
复不仅恢复土壤营养条件,调控湿地水分条件也是十分关键的。研究结论将为采砂迹地型湿地恢复提供科学支持。
关键词:植物群落;双变量主坐标分析;群落演替;湿地
doi:10.3969巧.issn.1008-8873.2011.05.009中图分类号:Q941.2,Q948.11文献标识码:A文章编号:1008-8873(2011)05·518-07
Studyonvegetationcommunityclassificationandsuccessionofsand-mining
wetlandinYanqingCounty,Beijing
ZHAOXin—sheng,CUILi-juan木,LIWei,ZHANGMan—yin,WANGYi—fei,LISheng—nan
WetlandResearchCentre,Beijing100875,China
Abstract:Inthispaper,weanalyzedandorderedthe51 plantspeciesin40samplinglocationsntrailwetlandsinYanqingCounty,
BeijingCitybyusingTWlSPANanalysis,anddivi edthevegetationcommunitiesntos ventypes,whichweretypeArtemisia
capillaris—Setariaviridis-Artemisiaannua,typeArt misialav ndulaefolia-Artemisiac pillar -Lespedezacaraganae—Setariaviridis,
typeArtemisialav ndulaefolia-Artemisiacapillar -Setariaviridis—Glycinesoja-Sonchusarvensis,typeSetariav ridis-Xanthium
sibiricum-Melilotusofficinalis—Chlorisvirgate,typeBidenstripartita-Artemisialavandulaefolia-Inulajaponica-Artemisia
sieversiana-Phragmitesaustralis,typeTyphaorientalis—Phragmitesaustralis-Zizaniafatifolia—Glycinesoja—Bidensbipinnata,andtype
duncuseff”sus—Cyperusfuscus-Echinochloacrusga li.Wealsosortedandanalyzedth51plantspeciesbydoublevariablesprincipal
coordinatesanalysis(DPCoA).Theresultsshow dthattherew retwosuccessionrulesforplantcommunitiesn hisarea,whichwere
thesuccessionfr mtypicalstandwetlandplantspeciestoordinarywetlandplantspecies,andthesuccessionfr mhygrophilousplantto
terraneousplants.Theveg tationrestorationinsa d—miningwetlandshouldnotonlyrestoresoilnutrient,butalsoregulatewater
condition.ThefindingsCanprovideascientificsupportforminingtrailwetlandsrestoration.
Keywords:plantcommunity;doublevariablesprincipalcoordinatesanalysis(DPCoA);communitysuc ession;wetland
收稿日期:201I-03—14,2011-09-20接受
基金项目:林业公益性行业科研专项“太湖流域湿地生态系统功能作用机理及调控与恢复技术研究”(200904001);北京市科技计划重大项目“北京市湿
地生态系统保护与恢复关键技术研究和示范”(D08040600580000);国家十一五科技支撑计划项目“湿地生态系统保护与恢复技术试验示范”
(2006BAD03A19)。
作者简介:赵欣胜(1973一),男,博士,助理研究员,黑龙江绥芬河人,研究方向为湿地恢复学。E.mail:surezx4@gmail.GOre。电话:010.62824160。
{通讯作者
万方数据
5期 赵欣胜,等.北京市延庆采砂迹地型湿地植被群落分类与演替分析 519
1 引言(Introduction)
湿地植被作为湿地生态系统组成的三大要素之
一[1],其形成和分布受到湿地水文过程和土壤环境因
子的多重影响。采砂迹地型湿地作为湿地中一种少见
的类型,由于受到过人为活动影响,其湿地植被分布
不同于自然湿地。目前国际上多关注湿地植被空间分
异、湿地植物多样性空间变异格局等方面的研究【蛳],
且多集中于沼泽湿地、滨海滩涂湿地和三角洲湿地等,
很少有关于采砂迹地型湿地植被空间分异、演替规律
等方面的研究【7~101。而采砂迹地型湿地恢复的关键之
一是湿地植被的恢复和重建【17~18]。因此,开展采砂
迹地型湿地植被演替规律研究有助于阐明该类型湿
地退化和人为恢复过程中湿地植被空间变异规律,能
够为采砂迹地型湿地恢复提供科学依据。
数量生态学中的排序理论在植物群落生态学中
的应用发展越来越快,已成为现代植被生态学研究中
必不可少的手段,能客观地反映植物空间分布与环境
之问的关系,但用于湿地植被空间分异和演替规律方
面的研究方法还为数不多p”],常见的有生物多样性
指数法、永久样地法等[19~2⋯,其不足是难以通过定
量分析获取植被演替规律。而双变量主坐标分析
(doubleprincipalcoordinateanalysis,DPCoA)作为
一种新的植被排序分析方法,能够在排序时考虑到了
群落内部物种与物种问的差异[8’l41,并且通过植被排
序轴分析反映湿地环境梯度的变化规律。本文将应用
双指示物种分析(TWlNSPAN)方法对采砂迹地型
湿地植物群落类型进行分类,并运用双变量主坐标分
析(doubleprincipalcoordinateanalysis,DPCoA)阐
明湿地植被随湿地环境梯度变化呈现出的群落演替
规律,其研究结果可以为湿地恢复工程设计和实施以
及湿地恢复过程中植被配置调控提供科学依据。
2 材料与方法(Materialsandmethods)
2.1研究区概况
研究区域位于北京市延庆城以西9.00km处,
面积约66.67hm2,年平均气温8.00℃,多年平均降
水量为493.00rain,其年际变化较大(274.0mm~
747.1mm),属温带大陆性季风气候。该区为采沙
迹地,植被稀少,水体散乱,土壤沙砾质,保水能力
较差。由于挖沙等人为活动,原生植被破坏严重,现
仅存小部分原生植被,是典型的退化湿地。优势植物
种类主要有芦苇(PJl2憾刚f舾australis)、香蒲(Typhae
latifolia)、千屈菜(Lythrumsalicaria)等。目前水域
面积仅存19.20时,主要由一系列大小不等的不连
续水体构成,水源补给主要源于自然降水及官厅水库
地下渗水。
2.2野外采样
基础数据采集于2009年8月,共设立1l条样线,
每条样线布设50mx50m样地2~4个,记录每一样地
的各个植物种的多度。
2.3数据描述
多度采用Drude多度级:7,植物数量很多,植
株密集,形成背景;6,植物数量很多;5,植物数量
多;4,植物数量尚多;3,植物数量不多,散布;2,
植物数量稀少,偶见;1,植物在样方中只有1株;0,
植物在样方中不存在。
2.4植物种间距离矩阵
依据克朗奎斯特(Cronquist)被子植物分类系统,
绘制北京市延庆40个样地中41个植物种(忽略了只
在~个样地中出现的植物种)的树系图(图1)。属
于同一属的两个植物种之间的距离记为1,属于不同
属但同一科的两个植物种之间的距离记为2,属于不
同科但相同目的植物种记为3,属于不同目但相同亚
纲的记为4,属于不同亚纲但相同纲的记为5,属于
不同纲的记为6。构建了DPCoA分析所需的物种间
距离矩阵△:=[如】。 。实际计算时取物种与物种间
r。‘。。。‘
的距离矩阵△≯=【d,t]=2A:。
2.5统计分析
应用R语言编程实现DPCoA排序过程。为了后
续分析的方便,我们先用TWlSPAN对上述40个样地
进行数量分类,根据数量分类的结果在DPCoA排序
图上圈定不同类型的群落,以分析其空间分异的规律。
3 结果与讨论(Resultsandanalisys)
3.1湿地植被群落数量分类
使用双向指示种TW[NSPAN分类方法‘141对北京
市延庆采矿迹地型湿地植被进行群落类型分类,分类
结果如图2所示。结合研究区植物生态学意义,采用
第四级划分结果,将北京市延庆采矿迹地型湿地植被
万方数据
种Species 属Genus 艇纲Subclassis纲Classis f JDivisio
图1研究样地中物种的树系图
Fig·1Thetaxonomictreeshowingthetaxonomicrelationamongallspeciesinthesamplings tes
划分为7个群落类型。各群落类型的名称依据其优势
种和TWINSPAN分类时的指示种确定。
(1)群落I:茵陈蒿.狗尾草.黄花蒿群落(Form.
Artemisiacapillaris—Setariaviridis-Artemisiaannua)。
该群落以茵陈蒿和狗尾草为优势种,伴生物种主要有
野艾蒿、大刺儿菜和苦苣菜,个别样地中有少量猪毛
菜、虎尾草等分布。主要分布于研究区浅层地下水位
较低的区域,全年无淹水。
万方数据
5期 赵欣胜.等.北京市廷庆采砂迹地型湿地植被群落分类与演替分析 521


、,


分蛆(Qo岫)
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样地(SanapSes)
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注:II.野艾蒿,s2.益母草,订.菌阵蔫.s4-d,花鬼针草.55.水#针.86-尖叶胡技子.订-狗尾草.sg-芦苇,§1I.虢拔草.s13.麓爱花.$14_大耔藩,s16-
野大豆.B18.苦苣菜,slg-香蒲,a2t.大狡拔草,s22-狂把草.s24坪香蒲,s2j-苣荬菜,∞天蓝首蓿.129.竹节灯心草,舯千朋菜,131.水蓼.s32.黄
番簟木犀,棚舶租莎簟,s37-鸡眼草.s39前毛菜,s40-马唐.s41-荣簟.s42-N.s43-纂.s45—虎尾草,s49-薄荷。曩50_苍耳.搴52-西眉草,s54-醴模叶寥.蝴苇拂子荨,s63-荩簟.s74-黄花蒿.s77-N菀.s82-牛鞭草.s84-茭白.s85.大捌儿菜一s113-鬼针草,引15-无芒稗,slI乒泽芹,sll7-老冠簟,
s123.野西瓜茁.s124-福蕾苔簟.s128-酸虞夜蓼,s129-地糟瓜.s130I膜荚黄苠.
(2)群落Ⅱ:野艾蒿。茵陈蒿.尖叶胡枝子.狗尾草
( FornLArtemis妇缸阳蒯h缸批卅翩血函
capillaris-Lespedezacaraganae-8etariaviridis)。该群
落以野艾蒿、茵陈蒿和狗尾草为优势种,伴生物种主
一※雀
万方数据
要有野艾蒿、大刺儿菜和苦苣菜,个别样地中有少量
猪毛菜、虎尾草等分布。主要分布于研究区浅层地下
水位较低的区域,全年无淹水。
(3)群落III:野艾蒿.茵陈蒿.狗尾草一野大豆.苣荬菜
群落(Form.Artemisialavandulaefolia-Artem&ia
capillar&-Lespedezacaraganae.Setariaviridis)。该群
落以野艾蒿和茵陈蒿为优势种。伴生物种主要有旋覆
花、千屈菜和鬼针草。偶见种类有狼把草、稗和小香
蒲等。主要分布于研究区浅层地下水位较低的区域,
7—8月份有淹水情况发生。
(4)群落Ⅳ:狗尾草一苍耳.黄香草木犀.虎尾草群
落(Form.Setariaviridis-Xanthiumsibir cum-Melilotus
officinalis—Chlor&virgate)。该群落以狗尾草和苍耳为
优势种。伴生物种主要有野大豆和马唐。偶见种类有
苣荬菜和画眉草。主要分布于研究区浅层地下水位较
低的区域,7—8月份有淹水情况发生。
(5)群落V:狼拔草.野艾蒿.旋覆花.大籽蒿一芦
苇群落 (Form.Bidenstripartita-Artemisia
lavandulaefolia-Inulajaponica-Artemisiasieversiana-
Phragmitesaustral&)。该群落以狼拔草和野艾蒿为优
势种。伴生物种主要有狗尾草、黄香草木犀、褐穗莎
草等。偶见种类有蓰草、苍耳和碱菀等。主要分布于
研究区湿润环境,其中芦苇分布于0.20m水深地带。
(6)群落Ⅵ:香蒲.芦苇.茭白一野大豆一鬼针草群
落 ( Form.Typhaoriental&-Phragmites
australis-Zizanialatifolia-Glycinesoja-Bidens
bipinnata)。该群落以香蒲和芦苇为优势种。伴生物
种主要有野艾蒿等。偶见种类有茵陈蒿、蓓草和酸模
叶蓼等。主要分布于研究区淹水环境,水深维持在
0.30m~0.80m之间。
(7)群落Ⅶ:竹节灯心草.褐穗莎草.稗群落(Form.
Juncuseffusus—Cyperusfusc -Echinochloacrusgal i)。
该群落以竹节灯心草为优势种。伴生物种主要有野大
豆等。偶见种类有狗尾草、水蓼、马唐和酸模叶蓼等。
主要分布于研究区淹水环境,水深维持在
0.30m-1.00m之间。
3.2湿地植被类型演替规律分析
图3中给出了DPCoA分析所得出的各排序轴的
特征值的相对大小。其中第一轴和第二轴的信息保留
量之和百分比远大于40%(A1和A2值之和为1.7755,
占80.30%)。Gauch【19峙旨出,如果前3个主要特征向
量的方差占总方差的40%以上,则排序效果是满意的。
因此,只保留前两轴的二维排序结果能基本反映北京
市延庆采矿迹地型湿地植被的分布特征。
图3 DPCoA各排序轴的特征值
Fig.3TheigenvaluesofthprincipalaxesofDPCoA
图4给出了DPCoA前两轴所构成的排序图中物
种点、群落点在二维空间中的分布以及由群落点和物
种点所形成的分布椭圆。从图4中可以看出,40个
样方明显形成3个组团,其中样方组团I代表了湿地
植物(沉水植物、挺水植物等)样方组团,样方组团
II代表了喜湿旱生植物组团,样方组团III代表了喜旱
旱生植物组团,样方组团分析结果显示研究区主要生
境类型有水生生境、湿生生境和旱生生境三种类型。
51种不同的植物种则明显聚为5个组团,植物
I组团代表了湿地挺水植物种类,植物II组团代表了
湿地植物中湿生植物和部分喜湿旱生植物种类,植物
III组团代表了喜湿旱生植物种类,植物Ⅳ组团代表了
能够耐短期水淹喜早植物种类,植物V组团代表了不
适宜淹水环境喜旱植物种类。不同组团之间则较为分
散,说明了相同组团的植物种生境类型相似,而不同
组团的植物种生境类型差异显著。根据植物组团反映
的植被生态特征,如植物I组团代表了湿地挺水植物
种类,植物Ⅳ组团代表了能够耐短期水淹喜早植物种
类。显示研究区水分条件是影响植被分布空间变异性
的关键因子之一,也说明研究区生境类型的空间变异
规律主要受水分影响,并最终影响研究区植被类型空
间分布差异。这一研究结论与李伟等发现采砂迹地型
湿地植被空间分布与土壤含水量等环境因子密切相
关这一结论基本一致[16|。因此,对于采砂基地型湿
地植被恢复不仅恢复土壤营养条件,调控湿地土壤的
万方数据
5期 赵欣胜,等.北京市延庆采砂迹地型湿地植被群落分类与演替分析 523
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洼:圈中的黑色圈点为各个檀物种:带有救字的方框代表各个群落点(左图).数字对应该群落点的蝙号;圈中的椭墨(或直线)是由糟种点和群落点共
同形成的分布柄圈(或直线),椭即的中心位于群落点上.椭圆的幅度则由这一群落所包古的物种点的位置和这些物种在谚群落中的多度决定的:圈中的
虚线方格表示尺度.方格的边长d=05:左圈为样方组团结果.右田为檀物组团结果.
Note=thehalckdots硐玳s曲船‘fiffettnt印∞j幅;thesmallrect柚gl wi出it$肯imn岫b盯 nitq孵9哪bthe棚m嘶mi坼tktthp∞(orIiⅡe)isformedbybothits
印“髂pointsandthec啪mmitypolarat‘k“峨AdashedF柚叫啪the础;theV=gthofa朝岬sideisindkatedbythedvetue.
水分条件也是十分关键的120-2”。
从排序图4中的右图可以看出。对第一轴贡献较
大的植物种有两个组团,即植物I组团和植物II组团
沿着第一排序轴左端到右端,植物种由典型的湿地挺
水植物向湿生植物演替。对第二排序轴贡献较大的植
物种有三个组团,即植物Ⅲ组团、植物Ⅳ组团和植物
V组团,植物群落逐渐由喜湿旱生耐淹水植物演替为
喜旱旱生植物。通过DPCoA分析,得出研究区植被
演替规律存在两种类型,即由喜湿早生耐淹水植被演
替为喜早旱生植被和由湿地挺水植被向湿生植被演
替两种类型。由于研究区湿地植被适宜生境与水分条
件密切相关llq。因此,对于采砂基地型湿地植被恢
复,要充分满足研究区湿地生态需水量,提高研究区
湿地生态水位晔J。
4 结论(Condusions)
(1)研究区群落类型共分为7个类型,即茵陈蒿
-狗尾草.黄花蒿群落、野艾蒿.茵陈蒿.尖叶胡枝子.狗
尾草群落、野艾蒿.茵陈蒿.狗尾草.野大豆.苣荬菜群
落、狗尾草一苍耳.黄香草木犀.虎尾草群落、狼拔草.
野艾蒿.旋覆花.大籽蒿.芦苇群落、香蒲.芦苇.茭白.
野大豆.鬼针草群落和竹节灯心草.褐穗莎草.稗群落。
(2)研究区植被明显聚为5个组团,即湿地挺水
植物组团,湿生植物和部分喜湿旱生植物组团,喜湿
旱生植物组团,耐短期水淹喜旱植物组团和不适宜淹
水环境喜早植物组团。根据排序分析结果显示研究区
存在两种类型植物群落演替方向,即由喜湿早生耐淹
水植被演替为喜早早生植被和由湿地挺水植被向湿
生植被演替两种类型。
(3)对于采砂基地型湿地植被恢复,不仅恢复湿
地土壤的营养条件,而且也要恢复湿地土壤水分条件,
满足研究区湿地生态需水量,提高研究区湿地生态水
位。
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万方数据
北京市延庆采砂迹地型湿地植被群落分类与演替分析
作者: 赵欣胜, 崔丽娟, 李伟, 张曼胤, 王义飞, 李胜男, ZHAO Xin-sheng, CUI Li-juan, LI Wei,
ZHANG Man-yin, WANG Yi-fei, LI Sheng-nan
作者单位: 中国林业科学研究院湿地研究所北京100091
刊名: 生态科学
英文刊名: Ecological Science
年,卷(期): 2011,30(5)


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