基于植被完整性指數(shù)的鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)健康評(píng)價(jià)

徐麗婷,陽(yáng)文靜,*,吳燕平,游清徽,黃 琪,徐 羽,王野喬

1 江西師范大學(xué)鄱陽(yáng)湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南昌 330022 2 江西師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院,南昌 330022 3 江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,南昌 330022

基于植被完整性指數(shù)的鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)健康評(píng)價(jià)

徐麗婷1,2,陽(yáng)文靜1,2,*,吳燕平1,2,游清徽3,黃 琪1,2,徐 羽1,2,王野喬1,2

1 江西師范大學(xué)鄱陽(yáng)湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南昌 330022 2 江西師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院,南昌 330022 3 江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,南昌 330022

基于鄱陽(yáng)湖濕地30個(gè)采樣點(diǎn)的植被調(diào)查數(shù)據(jù),利用植被完整性指數(shù)法(V-IBI)評(píng)價(jià)鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)健康狀況。通過(guò)分布范圍分析、判別能力分析和相關(guān)性分析,從35個(gè)候選生物參數(shù)中篩選出6個(gè)核心參數(shù),利用比值法對(duì)核心參數(shù)賦值并累加求得各采樣點(diǎn)V-IBI分值,以所有采樣點(diǎn)95%分位數(shù)值為最佳期望值建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分健康等級(jí)。結(jié)果顯示：鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)健康狀況總體較好,30個(gè)采樣點(diǎn)中6個(gè)為非常健康(V-IBI ≥ 5.01),7個(gè)為健康(4.38 ≤ V-IBI < 5.01),8個(gè)為一般(3.74 ≤ V-IBI < 4.38),7個(gè)為差(3.10 ≤ V-IBI < 3.74),2個(gè)為極差(V-IBI<3.10),呈現(xiàn)出西部?jī)?yōu)于東部,北部?jī)?yōu)于南部的空間差異。V-IBI與景觀發(fā)展強(qiáng)度指數(shù)(LDI)和棲息地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)(QHEI)呈顯著相關(guān)性,表明V-IBI方法對(duì)鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)健康狀況評(píng)價(jià)結(jié)果合理有效,可作為鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)監(jiān)測(cè)的重要手段。

植被完整性指數(shù)；健康評(píng)價(jià)；鄱陽(yáng)湖濕地

濕地是位于陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過(guò)渡性地帶,具有涵養(yǎng)水源、調(diào)蓄洪峰、降解污染物等重要生態(tài)功能[1],被譽(yù)為世界上生物多樣性最豐富、生態(tài)價(jià)值最高的生態(tài)系統(tǒng)之一[2]。隨著人類活動(dòng)強(qiáng)度的加劇,濕地生態(tài)健康嚴(yán)重受損,甚至威脅到人類自身的健康與發(fā)展[3-4]。濕地生態(tài)健康評(píng)價(jià)是濕地研究的熱點(diǎn)之一,野外觀測(cè)濕地生態(tài)指標(biāo)成為探索濕地保護(hù)的重要途徑[5]。生物完整性指數(shù)(index of biotic integrity, IBI)在濕地生態(tài)健康評(píng)價(jià)中得到了廣泛應(yīng)用[6],IBI的概念最早由美國(guó)學(xué)者提出,并以魚(yú)類作為指示生物構(gòu)建IBI體系,評(píng)價(jià)河流的健康狀況[7]。該方法基于高強(qiáng)度的野外調(diào)查和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析,花費(fèi)大、耗時(shí)久、生物鑒定專業(yè)性要求較高,評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確可靠,是北美濕地生態(tài)監(jiān)測(cè)常用的方法之一,其應(yīng)用已擴(kuò)展到世界各地[8]。發(fā)展至今,IBI已被廣泛應(yīng)用于河流、湖泊、沼澤、海岸灘涂、池塘、水庫(kù)等濕地的生態(tài)健康評(píng)價(jià),指示生物類群也由魚(yú)類擴(kuò)展到底棲動(dòng)物、著生藻類、維管植物、兩棲動(dòng)物和鳥(niǎo)類等[9]。

植物是濕地生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者,對(duì)環(huán)境干擾較為敏感,能夠綜合反映多種環(huán)境污染[10],且易于野外采集和分類鑒定,植被完整性指數(shù)(vegetation-based IBI, V-IBI)常用于湖泊和沼澤生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)中。Mack等[11]以入侵植物的分布和多度作為主要參數(shù),評(píng)價(jià)俄亥俄州湖濱濕地的健康狀況；Grabas等[12]對(duì)安大略湖沿岸濕地沉水植被群落進(jìn)行V-IBI評(píng)價(jià),結(jié)果表明城鎮(zhèn)和村落附近濕地的植被完整性顯著降低。我國(guó)利用V-IBI進(jìn)行濕地生態(tài)健康評(píng)價(jià)尚不多見(jiàn),僅白洋淀[8]和梁子湖[13]有相關(guān)研究報(bào)道。

鄱陽(yáng)湖濕地自古以來(lái)受人類活動(dòng)干擾強(qiáng)烈,近年來(lái)濕地退化趨勢(shì)更加明顯[14]。有關(guān)其生態(tài)健康評(píng)價(jià)研究大多基于土地利用和經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)[15-16],尚未建立起更為有效的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。本文以鄱陽(yáng)湖濕地為對(duì)象,以植被為指示生物,構(gòu)建鄱陽(yáng)湖濕地V-IBI指標(biāo)體系,評(píng)價(jià)其生態(tài)健康狀況。并將V-IBI與景觀發(fā)展強(qiáng)度指數(shù)(LDI)和棲息地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)(QHEI)進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證V-IBI對(duì)人類干擾的反應(yīng),以期為鄱陽(yáng)湖濕地的生態(tài)健康監(jiān)測(cè)提供可靠的方法和手段。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽(yáng)湖是我國(guó)第一大淡水湖,位于長(zhǎng)江中下游南岸,江西省北部,上承贛、撫、信、饒、修五河之水,下接長(zhǎng)江,屬亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)型氣候,區(qū)域年降水量為1350—1900 mm,濕地面積基本穩(wěn)定在3886 km2[17]。鄱陽(yáng)湖濕地的生態(tài)健康對(duì)于維系鄱陽(yáng)湖流域甚至長(zhǎng)江中下游的生態(tài)平衡具有重要意義[18]。鄱陽(yáng)湖周邊人口繁盛、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)、漁業(yè)捕撈、湖底采砂等活動(dòng)頻繁,極大地增加了濕地退化的風(fēng)險(xiǎn)[19]。

1.2 數(shù)據(jù)采集

本研究于2015年9—10月對(duì)鄱陽(yáng)湖濕地30個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查。現(xiàn)場(chǎng)記錄采樣點(diǎn)周邊人類活動(dòng)狀況、土地利用狀況以及植被信息等。植被調(diào)查采用樣線調(diào)查和樣方調(diào)查相結(jié)合的方法,該方法既能夠較好地反映植物群落多樣性隨水位梯度的變化,又能減少耗時(shí)耗力[20]。為控制水位的影響,參考北美大湖濕地植被調(diào)查方法[21],根據(jù)鄱陽(yáng)湖濕地植被分布狀況,把濕地分為濕生植被區(qū)和水生植被區(qū),垂直植被區(qū)設(shè)置3條間隔為30 m的重復(fù)樣線,各區(qū)域沿樣線等距離設(shè)置5個(gè)1 m × 1 m的樣方,如遇水生植被區(qū)過(guò)窄(< 5 m),則沿垂直于樣線的方向、以樣線為中心設(shè)置5個(gè)樣方(圖1)。

圖1 鄱陽(yáng)湖濕地采樣點(diǎn)分布圖(a)和植被調(diào)查樣線和樣方布局示意圖(b)Fig.1 Locations of sampling sites (a) and layout of transects and quadrats for vegetation surveys in Poyang Lake wetland (b)

1.3 數(shù)據(jù)分析和處理

1.3.1 參照點(diǎn)的選擇

參照點(diǎn)指未受人類活動(dòng)干擾或受干擾極小的采樣點(diǎn),代表濕地最原始、最自然的狀態(tài)；受損點(diǎn)指受不同程度人類活動(dòng)干擾的采樣點(diǎn)。設(shè)置參照點(diǎn)可以為評(píng)價(jià)濕地受損及其生物群落改變程度提供基準(zhǔn)。由于鄱陽(yáng)湖幾乎不存在未受人類干擾的區(qū)域,本研究參照其它濕地參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)[23-24],結(jié)合鄱陽(yáng)湖濕地的實(shí)際情況,從土地利用、水質(zhì)狀況、棲息地環(huán)境質(zhì)量和人類活動(dòng)干擾等4個(gè)方面設(shè)定參照點(diǎn)(表1)。

1.3.2 參數(shù)指標(biāo)體系的構(gòu)建

參閱相關(guān)文獻(xiàn)[8, 11, 13, 25],結(jié)合鄱陽(yáng)湖濕地的植被特征選擇了分屬物種豐富度和組成、群落結(jié)構(gòu)、植被豐度、物種耐受性、群落多樣性等5種類型,共35個(gè)指標(biāo)用于構(gòu)建鄱陽(yáng)湖濕地V-IBI體系(表2)。

表1 參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)

候選參數(shù)依次進(jìn)行以下篩選,(1)分布范圍分析：比較參數(shù)數(shù)值變化范圍,以及在25%分位數(shù)、中位數(shù)和75%分位數(shù)的數(shù)值特征,剔除參數(shù)分布范圍過(guò)窄的指標(biāo)[26]。(2)判別能力分析：利用箱體圖判別參數(shù)數(shù)值在參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的25%—75%分位數(shù)范圍內(nèi)(即箱體IQ)的重疊情況,IQ ≥ 2的參數(shù)通過(guò)判別能力分析[27]。(3)相關(guān)性分析：對(duì)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析,|r| > 0. 75的參數(shù)被認(rèn)為信息重疊度高[27],根據(jù)其反映植物群落對(duì)干擾的響應(yīng)狀況以及在已有研究中的應(yīng)用情況選擇其一。

表2 構(gòu)建V-IBI指標(biāo)體系的候選生物參數(shù)及其對(duì)干擾的反應(yīng)

1.3.3 V-IBI分值計(jì)算與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立

應(yīng)用比值法統(tǒng)一參數(shù)量綱,對(duì)數(shù)值隨干擾增強(qiáng)而減小的參數(shù),以95%分位數(shù)作為最佳期望值(無(wú)干擾或干擾極少狀態(tài)下的值),參數(shù)賦值為：實(shí)際值 / 最佳期望值；對(duì)數(shù)值隨干擾增強(qiáng)而增大的參數(shù),以5%分位數(shù)作為最佳期望值,參數(shù)賦值為：(最大值-實(shí)際值)/(最大值-最佳期望值),參數(shù)值介于0—1之間,大于1的記為1。所有參數(shù)之和為該采樣點(diǎn)的V-IBI分值。

以所有采樣點(diǎn)V-IBI分值的95%分位數(shù)作為最佳值,高于該值的為健康狀態(tài),將低于該值的分布范圍4等分,由此劃分出健康、亞健康、一般、差和極差5個(gè)健康等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),據(jù)此評(píng)價(jià)濕地健康狀況。

1.3.4 人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度

IBI參數(shù)能夠定量反映人類活動(dòng)干擾與濕地生態(tài)健康之間的關(guān)系,為驗(yàn)證V-IBI與人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度的關(guān)系,利用LDI和QHEI兩種方法構(gòu)建人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度,評(píng)估采樣點(diǎn)的生境質(zhì)量狀況。

利用2013年Landsat TM影像解譯得到鄱陽(yáng)湖濕地土地利用類型數(shù)據(jù),根據(jù)研究需要分為水域、林地、草地、耕地、交通用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和城鎮(zhèn)用地7類。參照Brown[28]和Mack[29]的LDI評(píng)價(jià)體系和鄱陽(yáng)湖區(qū)域土地利用能耗情況[30],確定各類土地的LDI系數(shù)：水域、林地、草地=1；耕地=4.54；交通用地=7.81；農(nóng)村居民點(diǎn)=8.66；城鎮(zhèn)用地=9.42。采樣點(diǎn)1 km緩沖區(qū)范圍內(nèi)各土地利用類型面積占總面積百分比與對(duì)應(yīng)的LDI系數(shù)乘積之和即為該采樣點(diǎn)的LDI指數(shù)。借鑒美國(guó)EPA快速生物評(píng)價(jià)手冊(cè)中的記錄與評(píng)價(jià)方法,參考Barbour[31]提出的QHEI評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,結(jié)合鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)評(píng)價(jià)已有研究[6],采用棲境復(fù)雜性、水質(zhì)狀況、土地利用結(jié)構(gòu)、人類活動(dòng)強(qiáng)度、植被多樣性等5項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算棲息地生境質(zhì)量,每項(xiàng)指標(biāo)最高20分,共100分,各項(xiàng)指標(biāo)得分和為對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的QHEI分值。

2 研究結(jié)果

本研究共調(diào)查到鄱陽(yáng)湖濕地植物35科67屬75種,以典型濕生植物為主,尤其是苔草屬、蓼屬和虉草屬植物。不少采樣點(diǎn)出現(xiàn)中生植物和旱生植物,甚至有采樣點(diǎn)出現(xiàn)入侵植物。

2.1 參照點(diǎn)

根據(jù)表1篩選出7個(gè)參照點(diǎn)(圖1),其中S1和S2位于“鄱陽(yáng)湖南磯濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)”內(nèi),S5、S6、S9和S30位于“江西鄱陽(yáng)湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)”內(nèi),S12位于鄱陽(yáng)湖西汊,三面環(huán)水。這7個(gè)采樣點(diǎn)周邊人類活動(dòng)相對(duì)較少,周邊土地利用類型以自然濕地為主,無(wú)明顯污染源。

2.2 V-IBI參數(shù)

通過(guò)各參數(shù)分布范圍特點(diǎn)發(fā)現(xiàn),M7、M8和M9在25%—75%分位數(shù)數(shù)值均為零；M21的數(shù)值分布范圍為0.88—1；M22在25%—75%分位數(shù)數(shù)值范圍為0—0.01；M31在25%—75%分位數(shù)數(shù)值范圍為0—0.04；這6個(gè)參數(shù)數(shù)值隨著干擾變化的可變動(dòng)范圍非常窄,予以剔除。剩余29個(gè)參數(shù)進(jìn)入判別能力分析。

根據(jù)箱體圖的判別標(biāo)準(zhǔn),M2、M14、M16、M19、M23、M29、M32和M33等8個(gè)參數(shù)IQ ≥ 2(圖2),可進(jìn)入相關(guān)性分析,其余參數(shù)予以剔除。

圖2 IQ ≥ 2的8個(gè)候選生物參數(shù)在參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的箱線圖Fig.2 Box-plots of eight candidate metrics with IQ ≥ 2 between reference and impaired sites

相關(guān)性分析如表3所示,M2和M33高度相關(guān)(r=0.95,P<0.01),M33反映的敏感種是干擾存在與否的重要指征[32],而M2反應(yīng)的一些沉水植物對(duì)水污染耐受性較好[33],對(duì)生境變化的指示更弱,因此保留M33。M19與M23顯著相關(guān)(r=-0.75,P<0.01),鄱陽(yáng)湖濕地植物多是兼性繁殖,即既可有性繁殖又可營(yíng)養(yǎng)繁殖,反映了鄱陽(yáng)湖濕地植物重要的競(jìng)爭(zhēng)繁殖策略,因此保留M23。M14、M16和M29與其他參數(shù)均無(wú)顯著相關(guān),予以保留。最終由入侵種數(shù)(M14)、虉草百分比(M16)、兼性繁殖種百分比(M23)、多年生植物蓋度(M29)、耐受種數(shù)(M32)和敏感種數(shù)(M33)6個(gè)核心參數(shù)構(gòu)建鄱陽(yáng)湖濕地V-IBI指標(biāo)體系。

表3 8個(gè)候選參數(shù)的Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)

**在0.01水平上顯著相關(guān)；*在0.05水平上顯著相關(guān)

2.3 V-IBI分值與健康評(píng)價(jià)

鄱陽(yáng)湖濕地V-IBI分值介于2.46—5.74之間,平均值為4.31,最高值在吉山島(S30),最低值在程家池(S14)。V-IBI指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4,所有采樣點(diǎn)中,6個(gè)為非常健康,7個(gè)為健康,8個(gè)為一般,7個(gè)為差,2個(gè)為極差。鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)健康狀況在空間分布上呈現(xiàn)出西部?jī)?yōu)于東部、北部?jī)?yōu)于南部的格局。V-IBI分值的箱體圖表明V-IBI指標(biāo)體系對(duì)鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)健康評(píng)價(jià)具有高判別能力(IQ=3),能夠顯著判別參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的健康狀況(圖3)。

表4 鄱陽(yáng)湖濕地V-IBI指標(biāo)體系評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖3 鄱陽(yáng)湖濕地V-IBI指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 The ecological health of Poyang Lake wetland assessed using V-IBI

圖4 V-IBI與LDI和QHEI的散點(diǎn)圖Fig.4 Pairwise scatter plots of V-IBI, QHEI and LDI

2.4 V-IBI與干擾強(qiáng)度的相關(guān)性

相關(guān)性分析表明V-IBI、LDI和QHEI三者均顯著相關(guān),V-IBI與LDI呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.4,P<0.05),V-IBI與QHEI呈顯著正相關(guān)(r=0.63,P<0.01),QHEI與LDI呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.4,P<0.01)。LDI分值越低,土地利用類型中接近自然狀態(tài)的土地類型比例越大,濕地健康狀況越好,V-IBI和QHEI分值較高；反之,開(kāi)發(fā)強(qiáng)度大的土地類型比例越大,濕地健康狀況越差,V-IBI和QHEI分值較低。QHEI得分較高的采樣點(diǎn)LDI分值相對(duì)較低,土地利用開(kāi)發(fā)強(qiáng)度較小,濕地健康狀態(tài)較好,反之濕地健康狀態(tài)較差。且參照點(diǎn)和受損點(diǎn)之間差異顯著(圖4)。

3 討論

本研究選取了6個(gè)在參照點(diǎn)和受損點(diǎn)具有顯著差異的植物群落特征參數(shù)構(gòu)建V-IBI體系,反映了鄱陽(yáng)湖濕地植被對(duì)非自然干擾的響應(yīng)。入侵植物的出現(xiàn)是濕地受干擾的重要指征,指示濕地水體、土壤環(huán)境發(fā)生較大的改變[21]。所有采樣點(diǎn)中有5處出現(xiàn)了入侵植物,說(shuō)明鄱陽(yáng)湖濕地面臨著較高的入侵風(fēng)險(xiǎn),未來(lái)還需加強(qiáng)對(duì)入侵植物的監(jiān)測(cè)。虉草(PhalarisarundinaceaL.)是鄱陽(yáng)湖濕地的優(yōu)勢(shì)種之一,虉草的抗干擾能力較強(qiáng)，當(dāng)干擾存在時(shí)，虉草的多度增加。鄱陽(yáng)湖濕地以多年生兼性繁殖植物為主,這與鄱陽(yáng)湖濕地水位季節(jié)性變化顯著有關(guān),多年生兼性繁殖植物的根莖能夠耐受長(zhǎng)時(shí)間的水淹,營(yíng)養(yǎng)體又能夠在水位下降時(shí)迅速萌發(fā)新葉,比僅以種子繁殖的植物更具優(yōu)勢(shì)。當(dāng)濕地受干擾較強(qiáng)時(shí),一年生植物、對(duì)干擾耐受性強(qiáng)的先鋒物種或非典型濕地物種增多,而對(duì)干擾較敏感的物種減少。除M16外的5個(gè)參數(shù)均廣泛被其他濕地采用[8, 11- 13],表明本研究構(gòu)建的V-IBI體系既體現(xiàn)了植物群落對(duì)人類活動(dòng)干擾的普遍反應(yīng),又反映了鄱陽(yáng)湖濕地植被自身的特點(diǎn)。

本研究中6個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果為非常健康的采樣點(diǎn)均位于“鄱陽(yáng)湖南磯濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)”和“江西鄱陽(yáng)湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)”的核心區(qū)內(nèi),這些采樣點(diǎn)周邊人類活動(dòng)干擾較少。7個(gè)健康的采樣點(diǎn)中,5個(gè)位于保護(hù)區(qū)的邊緣區(qū)域,周邊有少量的水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游觀光活動(dòng)；另外2個(gè)采樣點(diǎn)(S12、S27)周邊以濕地草灘或次生林為主,但可見(jiàn)漁業(yè)捕撈的船只。8個(gè)評(píng)價(jià)為一般的采樣點(diǎn)位于農(nóng)場(chǎng)、牧場(chǎng)、采沙場(chǎng)或村莊的附近,其中S20位于都昌縣城郊,受城市排污影響較大。7個(gè)評(píng)價(jià)為差的采樣點(diǎn)除S7和S28以外均位于鄱陽(yáng)湖的南面和東面,S7和S24分別位于贛江北支和樂(lè)安河的入湖口,受河流中污染物影響較大[34]。S28位于九江市姑塘工業(yè)區(qū)附近,其余采樣點(diǎn)附近均有堤壩、農(nóng)田分布或水產(chǎn)養(yǎng)殖等活動(dòng)。2個(gè)評(píng)價(jià)為極差的采樣點(diǎn)分別位于贛江南支和信江的入湖口,周邊人口密集,土地利用以耕地為主。總體而言,鄱陽(yáng)湖濕地的生態(tài)健康狀況與人類活動(dòng)干擾的強(qiáng)度密切相關(guān),呈現(xiàn)出北部?jī)?yōu)于南部、西部?jī)?yōu)于東部的空間分布格局,與以往關(guān)于鄱陽(yáng)湖生態(tài)健康狀況及水質(zhì)污染的研究結(jié)果較一致[6, 35]。五河入湖口附近濕地的健康狀況總體較差,可能由于五河攜帶了大量的污染物,導(dǎo)致濕地環(huán)境的改變和退化[36]。

LDI、QHEI和IBI對(duì)鄱陽(yáng)湖濕地的生態(tài)健康評(píng)價(jià)表明三者能夠相互驗(yàn)證。但對(duì)于一些采樣點(diǎn),三者的評(píng)價(jià)結(jié)果不完全一致。例如,S5和S39在1 km范圍內(nèi)耕地占較大比重,LDI和QHEI評(píng)分較低,但V-IBI分值較高,這是由于采樣點(diǎn)與耕地間存在水域或山地的阻隔,削弱了農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)濕地的影響。與QHEI、LDI相比較,IBI更直接地反映了人類活動(dòng)對(duì)濕地環(huán)境及生物群落特征的影響。

本研究結(jié)合鄱陽(yáng)湖地區(qū)水位變化和氣候特點(diǎn)選擇在秋季采樣,秋季退水之后,濕地植物生長(zhǎng)旺盛,此時(shí)的植物群落能夠較靈敏地指示濕地環(huán)境的變化[37]。另外,秋季許多植物處于開(kāi)花結(jié)果的時(shí)期,植物的分類鑒定相對(duì)容易。鄱陽(yáng)湖的植被分布格局主要受水位的影響,春、秋兩季處于平水期,水文條件以及植物群落的組成和結(jié)構(gòu)相似[38]。因此,本研究的采樣能代表鄱陽(yáng)湖濕地生長(zhǎng)旺季植被的主要特征。

鄱陽(yáng)湖濕地面積廣、類型多,且在水文節(jié)律影響下植被群落組成年際差異顯著,未來(lái)應(yīng)考慮將多種指示生物相結(jié)合,如將植被完整性指數(shù)與底棲動(dòng)物完整性指數(shù)相結(jié)合,更加全面地評(píng)價(jià)濕地健康狀況。并開(kāi)展多年度研究,利用長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和修訂,使其適用于長(zhǎng)期的濕地生態(tài)健康監(jiān)測(cè)。此外,應(yīng)結(jié)合GIS等技術(shù)在空間上將采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)推廣到整個(gè)濕地的生態(tài)健康評(píng)價(jià)中,并結(jié)合水質(zhì)數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等揭示其影響因素,從時(shí)間尺度、空間效應(yīng)及驅(qū)動(dòng)機(jī)制等多方面探究濕地生態(tài)健康。

4 結(jié)論

(1)本研究首次構(gòu)建鄱陽(yáng)湖濕地的V-IBI指標(biāo)體系,包括6個(gè)對(duì)干擾敏感的植物群落特征參數(shù),為鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)健康評(píng)價(jià)和生態(tài)監(jiān)測(cè)提供了重要的手段；

(2)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,鄱陽(yáng)湖濕地健康狀況總體良好,呈現(xiàn)出北部?jī)?yōu)于南部、西部?jī)?yōu)于東部的空間差異。生態(tài)健康狀況良好的濕地分布在遠(yuǎn)離人類活動(dòng)的區(qū)域,如自然保護(hù)區(qū)內(nèi)。生態(tài)健康狀況較差的濕地多分布在耕地、居民點(diǎn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)區(qū)、堤壩和河流入湖口附近；

(3)V-IBI分值與LDI、QHEI間存在顯著的相關(guān)性,表明V-IBI指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)結(jié)果較為準(zhǔn)確可靠,能夠較客觀地反映濕地的生境質(zhì)量及景觀格局偏離自然的程度。

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AssessingtheecologicalhealthofPoyangLakewetlandusingavegetation-basedindexofbioticintegrity(V-IBI)

XU Liting1,2, YANG Wenjing1,2, WU Yanping1,2, YOU Qinghui3, HUANG Qi1,2, XU Yu1,2, WANG Yeqiao1,2

1KeyLaboratoryofPoyangLakeWetlandandWatershedResearch,MinistryofEducation,JiangxiNormalUniversity,Nanchang330022,China2SchoolofGeographyandEnvironment,JiangxiNormalUniversity,Nanchang330022,China3CollegeofLifeScience,JiangxiNormalUniversity,Nanchang330022,China

Assessing the ecological status of wetlands can provide critical information for the governance and management of wetland ecosystems. The index of biotic integrity (IBI) is a comprehensive method for assessing the ecological health of wetlands. Initially developed in North America, this method has standardized protocols for implementation and practice. The quantitative assessment results are easy to understand and communicate among scientific communities and the general public. Vascular plants are quickly emerging as one of the important indicators of human-mediated disturbances, because they are immobile, and therefore, susceptible to physical, chemical, and biological changes of the surrounding environment. Poyang Lake is the largest freshwater lake in China. The Poyang Lake wetland is recognized as one of the most important wetlands in the world since it provides habitats for many unique species of wintering migratory birds and is of prominent ecological and economic importance to millions of people in the middle and lower Yangtze River basin. Poyang Lake wetland has been significantly altered by human activities, such as agriculture, fishing, and tourism. Currently, there is no indicator framework to determine the status and trends of conditions of the Poyang Lake wetland. In this study, we aimed to develop a vegetation-based IBI (V-IBI) to assess the ecological health of Poyang Lake wetland. Field surveys of 30 sampling sites were conducted in the autumn of 2015. We collected data including plant species compositions, abundance, water quality parameters, soil properties, and land use surrounding sampling sites. We tested 35 candidate metrics regarding the diversity, structure, and disturbance tolerance of plant communities for their discriminatory ability between reference sites and impaired sites. Six metrics were finally selected as the V-IBI metrics, i.e., numbers of invasive species, sensitive species, tolerant species, perennial species, species with both sexual and vegetative propagation, and percentage cover ofPhalarisarundinaceaL. Values of these metrics were scaled between 0 and 1. The V-IBI score of a sampling site was calculated as the sum of the scaled values of each individual metric. A 95% percentile of all V-IBI scores and quartiles of the scores below the 95% percentile were then used as cut-offs for rating categories. The results showed that 6 sites were rated as excellent (V-IBI ≥ 5.01); 7 were good (4.38 ≤ V-IBI < 5.01); 8 were fair (3.74 ≤ V-IBI < 4.38); 7 were poor (3.10 ≤ V-IBI < 3.74); and 2 were very poor (V-IBI<3.10). Sampling sites rated as excellent and good were all located in western and northern sections, especially within the national and provincial nature reserves, whereas those rated as poor and very poor were mostly located in eastern and southern sections where wetland health was impaired by dense populations and intensive agricultural practices. Wetland areas where rivers discharged into Poyang Lake were generally rated as poor, suggesting that pollutants brought in by rivers had negative impacts on wetland health. The V-IBI was significantly correlated with the index of landscape development intensity (LDI) and qualitative habitat evaluation index (QHEI), indicating that V-IBI is plausible and reliable for assessing the ecological health of the Poyang Lake wetland.

vegetation-based IBI (V-IBI); health assessment; Poyang Lake wetland

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41561097,41471298)；江西省重大生態(tài)安全問(wèn)題監(jiān)控協(xié)同創(chuàng)新中心建設(shè)經(jīng)費(fèi)(JXS-EW-00)；江西省教育廳研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目(YC2015-S118)；江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20142BAB213023,20161BAB213076)；江西省教育廳基金項(xiàng)目(150334)

2016- 05- 04; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 03- 22

10.5846/stxb201605040847

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yangwenjing@jxnu.edu.cn

徐麗婷,陽(yáng)文靜,吳燕平,游清徽,黃琪,徐羽,王野喬.基于植被完整性指數(shù)的鄱陽(yáng)湖濕地生態(tài)健康評(píng)價(jià).生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(15):5102- 5110.

Xu L T, Yang W J, Wu Y P, You Q H, Huang Q, Xu Y, Wang Y Q.Assessing the ecological health of Poyang Lake wetland using a vegetation-based index of biotic integrity (V-IBI).Acta Ecologica Sinica,2017,37(15):5102- 5110.