廢膠粒基質調控對天津機場地被植物群落特征的影響

徐煥然 趙樹蘭 張一岷 袁紅 多立安

摘要 [目的]探究廢棄物基質調控對天津濱海國際機場地被植物群落動態特征的影響。[方法]將廢膠粒以低、中、高3個濃度梯度添加到機場試驗地土壤中，以不添加膠粒為對照區，于2016年4—9月進行植物群落調研。[結果]試驗區植物種類共計32種，其中對照區植物共有15科27種，廢膠粒調控區植物減少到8科17種，且隨廢膠粒添加量的增加而減少。廢膠粒調控區植物群落的豐富度均顯著低于對照區，廢膠粒調控區的均勻度與對照區相比差異不大；廢膠粒調控區的多樣性均低于對照區，且隨添加量的增加而降低；中、高添加量廢膠粒調控區的生物量均高于對照區，低添加量調控區的則較低。[結論]土壤基質中添加廢膠粒減少了天津機場植物種類，顯著降低了植物群落的豐富度和多樣性。

關鍵詞 廢膠粒；基質調控；植物群落特征；多樣性；天津濱海國際機場

中圖分類號 S181 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）27-0073-04

Effects of Substrate Regulation with Waste Crumb Rubber on the Characteristics of Plant Community at Tianjin Airport

XU Huanran1， ZHAO Shulan2， ZHANG Yimin2 et al

（1.Tianjin Binhai International Airport， Tianjin 300300；2.Research Center for Control of Biodiversity and Airport Bird Strike， Tianjin Normal University， Tianjin 300387）

Abstract [Objective]To explore the effects of substrate regulation on the characteristics of plant community at Tianjin Binhai International Airport.[Method]Waste crumb rubber was added in soil at low， medium and high concentrations. Taking the area with no addition as control， plant communities were surveyed from April 2016 to September 2016.[Result]A total of 32 plant species were collected， among which， 16 families and 20 species were found in control area. In the crumb rubber area， plants decreased to 8 families and 17 species， and decreased with increasing the amounts of crumb rubber added. The species richness of plants in crumb rubber area was lower than that in control area， but no significant difference in evenness was found between crumb rubber and control area. The diversity of plant community in the crumb rubber area was lower than that in control area， and decreased with increasing the amounts of crumb rubber added. Compared with control， the biomass of plant community in the crumb rubber area with medium and high concentrations was higher， while that in low addition area was lower.[Conclusion]Adding waste crumb rubber in soil reduced plant species in Tianjin airport，significantly decreased richness and diversity of plant community.

Key words Waste crumb rubber；Substrate regulation；Plant community characteristics；Diversity；Tianjin Binhai International Airport

基金項目 民航專業項目“機場‘生態島鳥類生態綜合防控技術研究”（53H15007）。

作者簡介 徐煥然（1964—），男，河北阜城人，高級工程師，碩士，從事飛行安全與機場管理研究。*通訊作者，教授，博士，博士生導師，從事生態學研究。

收稿日期 2018-06-04

地被植物群落以草本植物為主，作為機場的基本構成單元，其結構的合理性關系到機場生態系統的健康、穩定及可持續，它不僅對飛機的緊急起降具有重要的保護作用，而且對于降水的疏導和排放也具有重要意義。但由于機場為開闊的平地，為鳥類在飛行區覓食提供了便利，從而給飛機的起降和飛行帶來安全隱患[1]。機場植被人為干擾少，為動物提供了理想的棲息與庇護場所，同時為輕質種子傳播創造了條件[2-3]。國內外對機場地被植物群落的調控越來越重視，主要有對植物群落的高度、開花、結實等進行管理[1，4-7]；選擇種植不吸引鳥或具有驅鳥功效的物種[8-10]；在植物體內植入內生真菌[11-12]、采用火燒[13]等方式。

另一方面，隨著汽車工業和橡膠工業的發展，廢舊橡膠日益增多，其資源化利用備受關注，將廢舊橡膠加工成顆粒是其資源化利用的方式之一。廢膠粒通常被用于修復污染地下水[14]、填充草坪基質[15]、建筑工程施工[16-17]，但鮮見利用廢膠粒基質調控植物群落方面的研究報道。

筆者將廢膠粒添加到土壤中對天津機場地被植物進行調控，旨在降低植物群落物種多樣性，從而切斷鳥類食物來源、改變鳥類掩蔽和繁殖環境，進而降低鳥類多樣性，為機場經營管理植物群落和鳥擊防范提供理論依據。

1 研究區與研究方法

1.1 研究區自然概況

天津濱海國際機場位于天津市東麗區，地理坐標為39°07′ N、117°20′ E，距市中心13 km，距天津港30 km，距北京134 km，總占地面積760 hm2，裸地面積460 hm2[18]。該地區四季分明，春季多風，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪，屬暖溫帶半濕潤性大陸季風氣候。天津機場內植物資源豐富，植被覆蓋率高，大多是路邊和田間地頭常見的多年生或一年生雜草，也有部分的藤本和木本植物，主要優勢種類有苦菜、夏至草、刺兒菜、車前草、鵝絨藤、葎草、虎尾草和牛筋草等[19]。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設置。樣地設在天津機場的試驗田中，土壤類型為砂壤土，其理化性質如下：pH 7.95、有機質28.7 g/kg、全氮2.37 g/kg、速效磷21.43 mg/kg、含水量11.7%、容重1.46 g/cm3。試驗區分為廢膠粒調控區和對照區，總面積約為300 m×200 m，其中廢膠粒調控區平分為3塊，大小約為6.7 m×15.0 m，其施加量分別為0.34、0.67、1.00 t，分別以LWP、MWP和HWP表示；不添加廢膠粒的為對照區（CK）。整個試驗區的植被均為自然生長狀態。

1.2.2 植物群落調查。于2016年4—9月對試驗區的地被植物群落進行調查，每月2次。采用樣方法，分別在低、中、高添加量廢膠粒調控區和對照區各布設面積為1 m×1 m的樣方3個，共12個，記錄每個樣方內的植物種類、株數。并采用完全收獲法測定生物量，在80 ℃條件下烘至恒重。

1.2.3 植物多樣性的計算方法。計算Simpson多樣性指數（Ds）、Shannon-Wiener多樣性指數（H）、Pielou均勻度（J）和Margalef豐富度（R），其計算公式如下：

Ds=1-∑（Pi2）

H= ∑（Pi×lnPi）

J=H/lnS

R=（S-1）/lnN

式中，Pi為屬于種i的個體在全部個體中的比例（Ni/N）；Ni為i物種個體數；N為群落中全部物種的個體數；S為物種數目。

1.2.4 數據統計分析。利用Excel 2010 和SPSS 22.0軟件進行數據處理、差異顯著性分析和LSD檢驗。

2 結果與分析

2.1 試驗區植物群落的種類組成

調查發現，試驗區植物種類共計32種，主要由菊科（8種）和禾本科（5種）植物組成（表1）。雙子葉植物種類多于單子葉植物，主要優勢種類有刺兒菜、阿爾泰狗娃花和狗尾草等。對照區植物共有15科27種，廢膠粒調控區植物較對照區減少了7科10種，且隨廢膠粒添加量的增加而減少，其中低添加量調控區減少到7科15種，中、高添加量均減少到12種。在對照區生長的植物大多數在廢膠粒調控區逐漸消失，同時也有新物種出現，如山萵苣和苘麻等；對照區出現的有些物種在廢膠粒調控區未出現，如巴天酸模和榆樹苗等；有些物種則在對照區和廢膠粒調控區均存在，如刺兒菜、阿爾泰狗娃花、鵝絨藤和灰綠藜等。

2.2 試驗區植物群落多樣性的變化

廢膠粒調控區的植物群落多樣性變化如圖1所示。在所有月份中，廢膠粒調控區植物群落的豐富度均顯著低于對照區，且除5月外，其余均隨廢膠粒添加量的增加而降低（圖1A）。4、9月，中、高添加量廢膠粒調控區植物群落的豐富度差異不顯著，但顯著低于低添加量調控區，分別降低了24.1%、33.3%和33.6%、498%；5、7、8月，不同添加量廢膠粒調控區的豐富度差異不顯著；6月，高添加量調控區的豐富度顯著低于對照區與低添加量調控區，分別降低了51.7%和27.3%。

4—8月，低、中添加量廢膠粒調控區與對照區植物群落的均勻度差異不顯著（圖1B）。4、9月高添加量調控區均勻度均顯著低于對照區，分別降低了26.4%和29.9%。

植物群落Shannon-Wiener指數和Simpson指數均隨廢膠粒添加量的增加而降低（圖1C和圖1D）。其中5月各添加量的廢膠粒調控區Shannon-Wiener指數差異不顯著，但均顯著低于對照區，分別降低了29.3%、36.8%和50.3%；8、9月 Shannon-Wiener指數不僅隨添加量的增加而降低，且差異顯著。分析Simpson指數可知，4、5月中、高添加量廢膠粒調控區差異不顯著，但顯著低于對照區；6、7月隨添加量增加而降低，但差異不顯著；8月各添加量廢膠粒調控區的Simpson指數差異不顯著，但均顯著低于對照區，分別降低了129%、15.6%和20.5%；9月隨添加量的增加而顯著降低，分別比對照區顯著降低了12.2%、35.0%和56.3%。

2.3 試驗區植物群落生物量變化

由表3可知，對照區與廢膠粒調控區植物群落生物量隨調查月份均呈增加的趨勢。廢膠粒調控區植物群落的生物量隨添加量的增加而增加，與對照區相比均差異不顯著。6—9月，低添加量調控區的生物量低于對照區，分別降低了10.8%、9.3%、26%和3.4%；7—9月，中、高添加量調控區的生物量則均高于對照區。

3 討論與結論

機場環境對植物的影響主要表現在氣候、水文、基質及地形方面，其中基質是影響植物生長必需的環境與資源條件，其對植物群落的結構組成起決定性作用。植物生長發育受基質條件的制約，且在一定程度上影響植物群落的穩定發展。在基質中添加廢膠粒，會對植物群落產生影響。該研究結果表明，廢膠粒調控區植物明顯少于對照區，且隨添加量的增加而減少。在高添加量廢膠粒調控區中禾本科植物僅有堿茅、狗尾草出現，刺兒菜始終占優勢，且刺兒菜的葉緣有細密針刺，會影響和阻礙鳥類及其他生物的生命活動，不利于鳥類生長發育[20]。

植物多樣性作為區域生態系統功能和穩定的基礎，是生物多樣性和群落生態學研究的核心問題之一，受多種環境因子和生態過程的影響[21-22]。廢膠粒對植物群落的物種豐富度影響較大，顯著低于對照區，而對均勻度影響不顯著。將植物群落物種多樣性變單一性可減少鳥類種類和數量。對試驗區物種多樣性指數的比較發現Shannon-Wiener指數和Simpson指數全年的變化趨勢基本相同，廢膠粒調控區的多樣性與對照區相比均有所降低，且隨添加量的增加而降低。主要是因為中、高調控區的生長后期葎草為優勢種之一，其匍匐莖生長蔓延迅速，常纏繞其他植物，且高達50 cm左右，在其覆蓋下，因缺水、缺光而不利于其他物種生存。

生物量作為一種生態表征，可用于分析植被生產能力、評價植物群落和種群的構建特征，是生態系統結構和功能的基礎，是生態系統環境質量的綜合體現[23-24]。該研究表明，低添加量廢膠粒調控區的生物量降低，而中、高添加量調控區的增加。雖然基質添加廢膠粒會使一些像黃香草木樨、榆樹苗等蓋度和生物量大的植物消失，但由于中、高添加量調控區內生長著同樣蓋度和生物量較大的葎草而導致整體生物量增加。

綜上所述，廢膠粒對機場地被植物群落的物種組成、多樣性與生物量均有影響，其中高添加量廢膠粒的效果較好，使植物物種減少了8科15種，降低了豐富度和多樣性。因此，建議在機場內施入廢膠粒995 kg/m2。

參考文獻

[1] 李潔.昆明長水機場植物、昆蟲與鳥類關系初探[D].昆明：云南大學，2014.

[2] 李曉娟，周材權，景望春，等.機場植被管理與鳥擊災害防范的研究[J].中國安全生產科學技術，2010，6（1）：78-82.

[3] 王維，李士偉，張媛媛，等.巴彥淖爾民航機場鳥擊風險評估及鳥擊防范[J].內蒙古大學學報（自然科學版），2015，46（3）：292-300.

[4] DEVAULT T L，BEGIER M J，BELANT J L，et al.Rethinking airport landcover paradigms：Agriculture，grass，and wildlife hazards[J].Humanwildlife interactions，2013，7（1）：10-15.

[5] WASHBURN B E，BERNHARDT G E，KUTSCHBACHBROHL L A.Using dietary analyses to reduce the risk of wildlifeaircraft collision[J].Humanwildlife conflicts，2011，5（2）：204-209.

[6] 吳雪，杜杰，李曉娟，等.草高控制對重慶江北機場鳥類的影響[J].西華師范大學學報（自然科學版），2015，36（2）：126-134.

[7] BLACKWELL B F，SEAMANS T W，LINNELL K，et al.Effects of visual obstruction，prey resources，and satiety on bird use of simulated airport grasslands[J].Applied animal behaviour science，2016，185：113-120.

[8] BARRAS S C，SEAMANS T W.Vegetation management approaches for reducing wildlifeaircraft collisions[C]//Federal aviation administration technology transfer conference.Ohio，USA：USDA National Wildlife Research Center-Staff Publications，2002：159.

[9] 張孟盛.機場種植具刺植物防鳥驅鳥技術：CN 101218908 A [P].2008.

[10] ANDERSON A，CARPENTER D S，BEGIER M J，et al.Modeling the cost of bird strikes to US civil aircraft[J].Transportation research part D：Transport & environment，2015，38：49-58.

[11] 吳克凡.機場薰衣草種植與鳥擊防范關系的研究[J].伊犁師范學院學報（自然科學版），2016，10（2）：82-85.

[12] 丁劍橋，蔣美其，彭華洲.驅鳥草技術在機場的應用探討[J].科技創新導報，2012（35）：240-241.

[13] PENNELL C G L，ROLSTON M P，MICHALK D L，et al.AvanexTM unique endophyte technologybird deterrent endophytic grass for amenity turf and airports[C]//Revitalising grasslands to sustain our communities：Proceedings of the 22nd international grassland congress.Sydney，Australia：CSIRO，2013.

[14] 祃來坤，劉建平，侯建華，等.火燒對機場草地鳥類群落的影響[J].河北大學學報（自然科學版），2015，35（2）：177-181.

[15] 焦金朋，狄軍貞.廢舊膠粒PRB活性材料對污染地下水吸附適應性研究[J].水資源與水工程學報，2016，27（4）：66-69.

[16] 王靜，趙樹蘭，多立安.土壤基質填充廢膠粒建植高羊茅對NaCl脅迫的生理響應[J].中國草地學報，2010，32（3）：88-92.

[17] 焦楚杰，張傳鎂，張文華.橡膠混凝土研究進展[J].重慶建筑大學學報，2008，30（2）：138-145.

[18] 楊質子.廢舊輪胎膠粒改性全鋼渣集料混凝土的變形行為及機理研究[D].馬鞍山：安徽工業大學，2015.

[19] 李士權，徐煥然，袁紅，等.天津濱海國際機場地被昆蟲的多樣性特征[J].天津師范大學學報（自然科學版），2016，36（3）：44-49.

[20] LIU X B，XU H R，YUAN H，et al.Community structure and diversity of ground cover plants in Tianjin Binhai International Airport[J].Agricultural biotechnology，2017，6（3）：30-33，70.

[21] MAESTRE F T，QUERO J L，GOTELLI N J，et al.Plant species richness and ecosystem multifunctionality in global drylands[J].Science，2012，335（6065）：214-218.

[22] THIBAUT L M，CONNOLLY S R，HE F L.Understanding diversity–stability relationships：Towards a unified model of portfolio effects[J].Ecology letters，2013，16（2）：140-150.

[23] 沙威，董世魁，劉世梁，等.阿爾金山自然保護區植物群落生物量和物種多樣性的空間格局及其影響因素[J].生態學雜志，2016，35（2）：330-337.

[24] 李春麗，李奇，趙亮，等.環青海湖地區天然草地和退耕恢復草地植物群落生物量對氮、磷添加的響應[J].植物生態學報，2016，40（10）：1015-1027.