闽东滨海湿地入侵种互花米草种群格局及其影响因素研究

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外来入侵种互花米草(Spartina alterniflora Loisel.)在闽东滨海湿地快速扩散并与本地种秋茄红树林[Kandelia obovata(Linn.)Druce]激烈竞争,形成镶嵌分布格局。通过搜集资料、野外调查和室内试验结合的方法,从宏观分布格局及扩展速率、微观尺度互花米草与秋茄红树林镶嵌分布格局、沿潮位梯度种群分布格局以及互花米草种群格局与环境因子之间的关系4个方面对闽东滨海湿地入侵种互花米草展开研究。结果表明:(1)外来入侵种互花米草主要生长在中温带平均潮位至平均高潮位沿海潮间带及河口湾。我国沿海北至辽宁省盘山县(40°53’N),南至广东省电白县(21°30’N)均有互花米草分布,但分布极其不均——主要受灾区为江苏省(18 711 hm2)、浙江省(4 812 hm2)、上海市(4 741 hm2)、福建省(4 166 hm2)4 个面积之和占全国沿海海岸带互花米草总分布面积的94.13%。另外,从扩展速率上看,不同纬度互花米草年扩展速度大小依次为上海九段沙(31°03’-31°17’N)>福建泉州河口(24°27’-24°58’N)>江苏盐城(32°51’-34°01’N)>浙江温州(27°03’-28°36’N)。互花米草的广布性以及对逆境的高抗性是其成为入侵植物的主因。(2)福建省是我国最早野外人工种植互花米草的省份,同时也是受互花米草入侵最严重的省份之一。从空间格局上看,互花米草集中分布在福建省1 3个主要港湾,达全省受灾总面积的95.84%。从行政辖区上看,福建省沿海各市互花米草总面积高低排序为:宁德>福州>泉州≈漳州>厦门>莆田。值得注意的是,并不是每个适合互花米草的生长的海湾均有互花米草的分布,尽管福建省受互花米草侵害严重,但区内福清湾、深沪湾和诏安湾未发现互花米草,说明互花米草远距离传播能力不强,人为种植是互花米草快速大面积扩散的主要原因。(3)微观尺度(1000m×100m)内,扩散系数C、丛生指数Ⅰ、负二项式K值、Cassie指标Ca、平均拥挤度m*、聚块指数PI等各项空间分布型指标均表明闽东滨海湿地互花米草种群与秋茄种群隶属聚集分布型,不同潮位聚集程度略有差异,互花米草在各个潮位聚集程度均高于秋茄种群。(4)闽东滨海湿地微观尺度各类型斑块数量总计102个,斑块数量较多,景观破碎化现象严重,不同斑块交错带镶嵌分布明显。从各类型斑块面积上看,互花米草斑块面积之和为51435m2,占研究区总面积50%以上,光滩斑块面积为31321m2,秋茄斑块和禾草斑块中最大斑块面积分别为9015 m2和4838 m2。总之,闽东滨海湿地互花米草斑块与秋茄斑块呈“大聚居,小散居”的空间分布格局。互花米草斑块面积、周长和形状指数均高于其他类型斑块,说明其连通性较好,斑块形状较不规则,反映了自然条件下互花米草入侵闽东滨海湿地的空间格局状态。(5)1000m× 100m尺度范围内,闽东滨海湿地互花米草斑块最大斑块指数最高,为51.42%,平均斑块面积超出秋茄平均斑块面积4倍,但秋茄种群的破碎化程度大于互花米草种群。4种不同类型斑块凝聚度均超过99%,说明各类型斑块分布聚集程度很高,均属于聚集分布型。Simpson多样性指数较大,表明稀有斑块类型对信息贡献较大,已经出现破碎化现象,推测这是由于细碎斑块较多,不同类型植被覆盖相交部分呈镶嵌分布造成的。多个景观指数共同表明,互花米草占据主要生存空间,为优势种;不同类型斑块破碎化程度高低排序依次为禾草斑块>秋茄斑块>光滩斑块>互花米草斑块。(6)潮位梯度对闽东滨海湿地互花米草种群分布格局影响较小,主要通过影响形态特征及长势对互花米草产生差异,说明互花米草对外界资源环境差异性表现出高表型可塑性,这可能是其成功入侵的重要原因。不同潮位入侵植物互花米草种群除新枝数外,无性繁殖各项指标在不同潮位的差异均不显著(P>0.05),有性繁殖各项指标不同潮位均呈显著差异(P<0.05),互花米草有性繁殖能力为高潮位>中潮位>低潮位。但从潮位梯度活体数或者种群密度差异不显著,说明互花米草有性繁殖效率极为低下。而无性繁殖表型可塑能力差可能就是解释互花米草种群10年来在闽东滨海湿地入侵缓慢甚至趋于稳定的原因。(7)不同潮位互花米草生境环境因子随潮位上升,大致呈现3种规律,第1种是土壤水分和土壤全磷随潮位上升而呈现规则的递减规律;第2种是土壤pH和土壤全氮,它们受潮位变化影响不大,不同潮位生境无显著变化;第3种是土壤全盐、土壤全碳和土壤有机质,这几个环境因子在S3处最高,在S6处最低,可能与土壤淤积有关。距岸基距离与样地高程呈极显著的负相关(r=-0.980,P<0.01),土壤水分与距岸基距离有显著正相关(r=0.854,P<0.05),土壤全磷与距岸基距离呈显著正相关(r=851,P<0.05),与高程呈显著负相关(r=-0.922,P<0.05),土壤全盐与土壤全钾呈显著负相关(r=-0.871,P<0.05),土壤全盐与其它环境参数的相关关系反映了盐沼水俺耦合的作用特点。闽东滨海湿地互花米草群落生境土壤全氮和全碳有较好的耦合关系,土壤全氮和土壤全碳呈极显著的正相关(r=983,P<0.01)。(8)闽东滨海湿地互花米草种群分布格局与潮位梯度密切相关,种群格局密度与活体数两个指标均与高程呈极显著的正相关,相关系数分别为0.962和0.959(α=0.01);耗磷植物互花米草密度与活体数均与土壤全磷呈显著的负相关,意味着互花米草种群密度越高,磷消耗量越大从而使土壤磷含量越低。受水文冲击力影响,互花米草根长与岸基距离呈极显著正相关,与高程呈极显著的负相关。互花米草无性繁殖能力与土壤全盐、土壤全碳呈极显著的正相关,相关系数分别为0.943和0.927(α=0.01),与土壤全氮呈显著正相关,与土壤全钾呈显著负相关(F=-0.828,α=0.05),土壤有机质是影响互花米草有性繁殖格局重要环境因子。地上生物量和总生物量均与土壤有机质呈显著负相关关系,说明互花米草生物量指标主要受土壤有机质影响。
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