樣線法在北方基巖性海島植被調查中的應用效果評價
——以北長山島為例

孫昕雨,張麗婷,張瑩,劉祥宇,孫嘉蔚,宋帥

(國家海洋局北海海洋技術保障中心 青島 266033)

0 引言

海島陸地生態系統是一個相對獨立完整的生態系統,可以看作是一個微型的陸地環境,其生態環境和群落結構與陸地相似,具有陸地生態系統的特征[1-2]。但由于特殊的地理位置、有限的生境面積和顯著的地理隔離,造成了海島與陸地生物之間的物種交流產生阻礙,這使得海島生態系統成為相似于陸地,又在小面積內分布有大量的特有種的特殊生態系統,有生物學研究“自然實驗室”之稱[3]。海島植被是海島生態系統的重要組成部分,在調節氣候、保持水土、美化景觀、發揮生態功能等方面有重要作用[4]。近年來,由于受到資源短缺、自然災害、人為干擾、氣候變化等負面因素的影響,海島植被種類減少,多樣性降低,生態系統脆弱化加劇,被破壞的生態系統難以恢復[5]。因此,海島植被作為島陸生態系統的重要組成部分必須進行重點研究。

目前我國海島植被調查工作基本都屬于植被資源調查,大多數調查都遵循陸地植物群落學原則,采用群落樣地的調查方法,對海島植被的物種、蓋度、多度等群落組成要素進行調查[6-9]。然而作為一種區別于陸地的特殊生境,由于其形成導致海島具有地形較陸地相對復雜、立地條件差、植被生長受限和土壤貧瘠等特征,島陸植被生態系統相對脆弱和不穩定,受到海洋環境影響較大[5],與陸地植被群落特征具有明顯的不同?；谶@個理論,傳統的陸地植被調查方法在海島島陸的適用性值得進一步討論,因而在進行海島植被調查時,需依據海島自然地理特征和不同類型群落的生態學特征等,在傳統植被調查方法的基礎上加以變化,以得到針對海島的調查方法。

樣線法(line transect method)指在某個植物群落內或者穿過幾個群落取一直線,沿線記錄此線所遇到的植物并分析群落結構的方法[10]。在陸地植被調查中,樣線法多應用于大尺度的植被群落研究中,可以有效地平衡樣地空間異質性[11]。不同樣線設計方法對同一群落植物多樣性、群落結構等因子得到的調查結果不盡相同,從而影響植物多樣性調查的準確性和可靠性,而且還因耗時及人力投入不同會影響到植物多樣性調查的工作效率[12-14]。

本研究以山東省長島縣北長山島植被群落為研究對象,參考陸地植被調查中樣線設置方法,對比分析不同樣線設置方法,明確在海島植被群落的何種坡向、坡位,以及設置多長的樣線才能夠較為完整地代表該群落植物豐富度,同時減少調查時間投入、提高調查效率,最終確定適合于該群落的最優的樣線設置方法,并對植被調查方法關鍵技術環節進行實地測試,以期為海島植被群落調查方法的編制提供有效的科學依據。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區域概況

北長山島位于長島群島南部,海島略呈長形,長軸北西向延展,面積為7.98 km2,海島岸線長度為15.4 km。北長山島共有大頭山、長條山、嵩山、西大山、羊鼻子山、北山、海螺山7座山體,最高點位于中部的蒿山,高程為195.7 m,為長島群島第二大島。北長山島擁有典型的海島生態系統,分布有海濱(濕地)生態系統、島嶼生態系統、濱海植被生態系統等。島陸植被覆蓋較好,林木覆蓋率為42%。森林群落的分層現象比較明顯,島上以北方植被常見的常綠針葉林、落葉闊葉林為主。另外在沿海低平潟湖區,生長一些耐堿植物,如檉柳、堿蓬等植物[15],能較完整地代表北方海島的生態系統,滿足不同類型植被群落調查方法研究的需求。

1.2 野外調查方法

1.2.1 調查區域選擇

2018年6月1—7日,采用樣線法對北長山島植被進行了詳細調查,并利用統計學方法對樣線布設方法、樣線長度等調查要素進行驗證。

調查組先對整個北長山島進行了全島踏查,了解北長山島的山體走勢、地形地貌以及植被群落的大致分布,并對北長山島植被類型大致劃分為天然和半天然森林、灌叢和草叢(旱生草叢、濱海鹽生草叢、水生植被)。參考以往調查數據[16-17],比較北長山島大小不等的7座山體的植被群落結構特征,發現組成北長山島山地生態系統的植被類型大致相同,為節省調查時間,最終選擇兩處代表性生境進行樣線法的驗證調查:海島北面由羊鼻子山、北山和海螺山相連而形成一處為南—西北走向,呈狹長帶狀的代表性山體樣地,為調查A 區域。雙礁為北長山島海岸帶一處凸起的獨立礁體,為調查B 區域。兩處調查區域可以分別驗證在不同調查面積、不同高度下樣線設置方法。

1.2.2 樣線設置方案

通常來說,對于溫帶地區,其植被多樣性普遍與海拔呈負相關關系,即物種總數(多樣性)隨海拔升高而不斷減少[18]。因此,推斷一般來說山腳處具有最高的物種多樣性。此外,在進行植被調查時,考慮到海拔高度的影響,應在不同海拔梯度設置多條樣線進行調查。對于北長山島,其地形屬于低山丘陵,根據以往經驗,首先應在山腳處設計一定寬度的環形樣線;由于其海拔不高,梯度不明顯,只在沿山脊處設計第二條山脊樣線,另外根據山體面積的大小,選擇合適區域設計從山腳到山頂的V 型樣線,即可覆蓋不同高度下的植被。A、B區域的樣線設計如下。

(1)A 區樣線:山體分為東南坡和西北坡,樣線設置原則是在山體的兩側設置樣線,兼顧山體兩側植被信息;由于此處山脊海拔最高197.5m,植被相對保護完好,根據經驗可能分布有區域性的頂級植物群落,因此根據山脊線設置樣線能很好地對調查結果進行補充;此外,為了能夠最大限度包含不同海拔梯度的植被類型,分別沿山體的兩個坡面(陰、陽坡)設置3條V 型樣線。故調查組在A 區域共調查5條樣線,分別為山體環線樣線,山脊樣線以及3條V 型樣線。

(2)B區樣線:雙礁為近似圓形的小型山體,同A 區域的樣線設置原則一樣,第一條樣線是在山體兩側設置環形樣線,由于該山海拔較低,覆蓋面積小,較難分辨山脊的位置,因此第二條樣線為V 型樣線。

1.2.3 樣線調查方法

按照設定的樣線,利用GPS進行定位,并利用奧維互動地圖記錄樣線軌跡。調查時,由于該海島沿海山體普遍存在較嚴重的山體滑坡現象,如遇到障礙無法通過,則在該樣線附近另外尋找可行走的路線以補足缺失的長度;若確實無法找到可行走的路線,則重新開始樣線。在調查過程中,為驗證最優樣線及最短調查距離,采取物種累積曲線方法判斷樣線距離是否能充分反映物種組成,即從起點起按照一定間隔記錄樣線上約20 m 寬度的物種名稱和該物種出現的位置,間隔距離以10 m 開始,每10 m 記錄間隔內新增物種名稱及種類數,當新增物種種數開始減少,以20 m、40 m、80 m 逐步成倍擴大間隔距離并記錄,直到新增物種數不再出現。最終繪制樣線距離-物種數曲線,當曲線開始趨于平緩,至曲線平伸處所對應的樣線長度即可代表整條樣線,所對應的物種數即該條樣線上統計得到的物種數量。樣線調查過程中,盡可能當場鑒定并記錄所有野生植物種類、形態特征、生境等信息,對不能當場鑒定的植物制作標本,帶回實驗室進行鑒定。標本鑒定依據《中國植物志》《山東植物志》及其他文獻資料[19-20]。

2 結果與分析

2.1 群落結構及物種組成概況

北長山島植被類型主要為半天然森林、灌叢和草叢(旱生草叢、濱海鹽生草叢、水生植被),以及人工栽培木本和草本植被。群落分層現象明顯,有喬木層、灌木層和草本層3個基本層次,除此之外還有少數層間植物如藤本植物。喬木層以常綠針葉林為主,黑松分布較為廣泛,以及以黑松、麻櫟、刺槐為主的針闊混交林和落葉闊葉林。黑松林與針闊混交林下的植被組成也不完全相同。黑松林的灌木種類較豐富,優勢種為喬木刺槐幼樹,此外還有荊條、紫穗槐、扁擔木、酸棗、榆、二色胡枝子、構樹;而混交林的灌木組成單一,優勢種只有黃荊和扁擔木。黑松林與混交林的草本層植被種類較為相似,優勢種均為披針葉苔草,混交林下菊科草本植物較多,如豬毛蒿、野菊、黃花蒿等。

A、B區域物種組成和群落結構見表1、表2。

表1 A區主要植物群落特征

表2 B區主要植物群落特征

2.2 樣線累計物種數

圖1至圖8分別顯示了A、B 區域各樣線的樣線距離-物種數曲線圖,圖中可以看出,累計種數在樣線開始時上升較快,當樣線行走到一定距離時,累計種數開始增長緩慢,最終達到穩定值,所達到的穩定值即代表了該條樣線所包含的物種數[21]。調查組沿理論樣線進行調查時,由于該區域山體在面向沙灘段存在非法采石現象,山體生態環境被嚴重破壞,導致調查路線無法繼續前進,調查組在樣線附近按實際行進路線記錄實際樣線長度。各樣線上所統計的累計物種數如圖9所示,可看出A 區域共調查到植被138種,幾條樣線中統計到物種數最多的是環線樣線,共調查到植被114種,占所有植被總數的82.6%;山脊樣線共調查統計到74 種,3條V 型樣線共調查到植物76種,這兩種樣線調查到的植被物種數量均達到總物種數的60%。B 區域共調查到物種74種,其中,環形樣線涵蓋了該區域100%的植物物種,兩條V 型樣線分別調查到植物物種54種、58種,累計共調查到物種74種,占該區域植被物種總數的100%。

圖1 A 區山腳環線樣線距離與物種數關系

圖2 A 區山脊樣線距離與物種數關系

圖3 A 區v型樣線1距離與物種數關系

圖4 A 區v型樣線2距離與物種數關系

圖5 A 區v型樣線3距離與物種數關系

圖6 B區山腳環線樣線距離與物種數關系

圖7 B區v型樣線1距離與物種數關系

圖8 B區v型樣線2距離與物種數關系

圖9 各樣線累計物種數統計

2.3 最優樣線設計方案

通過對各樣線上植物物種數和群落類型進行比對,發現一條樣線不足以覆蓋到該調查區域的全部植物物種,故將幾條樣線進行組合,以期得到最優樣線調查路線。

A 區:環線樣線已經可以覆蓋該調查區域植被物種總數的70%以上,而且在環線中沿濱海沙灘段的樣線,盡管涵蓋的植物種類比例較低,但是對該調查區域植被調查起到了關鍵的補充作用,因為在沙灘這類完全區別于山地的土壤生境中,出現了其他樣線中未出現的特有沙生鹽生植被種類(堿蓬Suaeda glauca、蘆葦Phragmites australis等5種)。在幾種樣線組合方案中,沿山體環線樣線+山脊樣線的組合涵蓋了138 種植物物種和6種群落類型,囊括了本次調查在該區域發現的所有植被種類和群落類型,而且山脊處較為完整地保存著地帶性的植物(景天科植物種類),沿著山脊線設置的樣線對環形樣線的調查結果起到了補充的作用(表3)。

表3 A區各樣線組合結果

B區:該區域各條樣線涵蓋的群落類型以及植被類型情況(表4)的統計,第一條沿山體環線樣線涵蓋了74種植物物種和2種群落類型,囊括了此處所調查到的全部群落類型和植被種類。第二種兩條交叉V 型樣線同樣涵蓋了74 種植物物種,2種群落類型,但因V 型樣線調查所消耗的時間更長、人力更多,在實際調查時更推薦使用第一種環形樣線。

表4 B區各樣線組合結果

3 結論

通常樣線法是監測植被物種豐富度的主要方法[22-23]。海島多存在山地、沙灘等特殊地形,通過樣線法開展資源調查時,會因山谷或陡坡的阻擋無法嚴格按照設計樣線進行直線式行走。因此可在理論樣線附近布設實際樣線進行調查,并借助GPS的軌跡記錄功能精確記錄實際樣線長度。利用樣線法得到的數據結果顯示,一定長度的樣線即可滿足物種統計的要求,當樣線增加到一定長度時,所觀測到的物種數能達到物種總數的80%以上。實際沿樣線進行調查過程中,在累計物種數趨于穩定后,剩余樣線長度可按照踏查方法粗略查看,在植被生境發生較大變化時,可重新開始樣線。

海島一般屬于低山丘陵,海拔不高,本次調查海島北長山島山地植被類型較為單一,山脊線兩側坡面的植被類型受氣候海拔影響程度較陸地山地小,沿山腳坡面兩側一定寬度的環形樣線調查,均能同時兼顧山體兩側的植被信息(80%以上),而且由于沙灘是不同于山地的一種海島特殊土地類型,分布著海島特有的草本植物,環形樣線還能調查到必須沙灘分布的植被群落。對于山脊不明顯的海島山體,沿山體兩側的環形樣線能夠最全面地反映植被組成;而對于山脊較長,較為明顯的山體,除了沿山體兩側的環形樣線外,山脊樣線對調查結果起到了很好的補充作用。