恢复湿地受水文和外来植物入侵的影响很大

Introduction

研究背景

预测恢复后的湿地如何变化是一件非常困难的事，恢复湿地的生长轨迹有一定的不可预测性，这对湿地修复从业者来说是一个问题，因为不可预测意味着短期的监测往往不够，也不足以预示未来的变化。

在湿地内，非生物条件控制着植物群落的组成和结构，水文学，特别是洪水的深度、持续时间和频率，会影响植物群落的组成和结构，频繁淹水的地点由于淹水而具有更大的繁殖体通量，这促进了植物之间的竞争，虽然一些木本物种可以忍受短时间的洪水，但长时间的淹水会破坏大部分的植被，包括一些多年生成熟的植被群落，同时，淹水可影响限制性营养物如氮的可用性，湿地在流域内的位置也很重要，因为它可以影响营养负荷和洪水的规模。土壤肥力也会影响湿地中的植物种类组成。例如，湿地中过量的氮可以促进杂草物种的生长，并促进入侵物种的优势。磷还可以影响植物群落，并且已经显示增加的磷浓度促进杂草植物并改变总体物种组成，土壤有机质对湿地植物群落的发育也很重要。

本文的作者试图确定物种组成在恢复湿地中是如何变化的，以及哪些非生物因素决定了物种组成。

Methods

研究方法

实验设计

最初在2015年夏季建立地块并取样。地点包括22个洪泛区森林湿地和洪泛区沼泽湿地，这些湿地均在1991年和2010年之间被修复。

这些地点都属于补偿湿地（通过建造护堤、挖掘和/或拆除先前安装的排水结构来创建场地，以补偿在道路建设期间受到影响或破坏的湿地）。

2015年期间，在每个湿地建立了采样点。每个地点有2-4个取样点，但最常见的是3个取样点。在每个100平方米的采样点收集水文，土壤和植被的数据。为了表征每个100平方米地块内的水文状况，作者汇编并分析了过去水文监测数据，以量化年度水文指标，包括年平均最大洪峰持续时间、时间（一年中365天中的天数）峰值洪水、最大淹没深度平均值、指定深度增量内土壤饱和度最大持续时间平均值（土壤表面以下10、30和60 cm）和平均洪水频率（每年洪水事件的平均次数）。

除此之外，作者还采集了66块样地的土壤，测算了相关的理化指标，在2015年夏季对66个地块的植被进行了采样，并在2020年6月和7月使用2015年植被采样的方法对植被进行了重新采样。在每个地块内，估计植物覆盖的5个1平方米的子地块中的每一个物种。我们确定了子样地内的所有草本植物物种，以及高度小于1米的木本植物，达到物种水平，并根据修改后的Daubenmire框架分配了覆盖等级（<1%，1- 5%，6- 25%，26- 50%，51- 75%，76- 95%或96-100%）。2020年9月重新考察了地块，以确定晚些时候开花的未知物种。

图1 调查研究样点分布

分析方法

典型对应分析

使用典型对应分析（CCA）来确定哪些预测变量在2015年和2020年驱动物种组成。

非度量的多维尺度

使用成对比较的差异，以确定在2015年和2020年之间的个别地块水平的植物物种组成的变化。对物种丰度数据进行平方根变换，然后利用Morisita-Horn指数，利用vegdist函数计算样地之间的成分差异性。

广义随机效应线性模型

确定了预测变量对2015年至2020年地块内差异的影响。

Results

研究结果

所有66个地块于2015年及2020年分别共有195及181种植物物种。其中25种为非本地物种，4种为众所周知的侵略性入侵物种（虉草、芦苇、香蒲、秀竹）。

表1 2015年至2020年期间最丰富的物种及其两年之间的相对变化

对于2015年的第一个CCA轴，积水持续时间（PD）的得分最高（0.365），其次是有机质含量（ORG，0.284）和pH值（-0.255）。CCA1解释了特征值总变异的12.14%。对于2015年的第二个CCA轴，积水持续时间的成分得分最高（0.363），其次是有机质含量（-0.307）和硝酸盐浓度（N，-0.265）

图2 2015年湿地样地物种组成典范对应分析双标图

对于2020年的第一个CCA轴（CCA 1;积水持续时间具有最高的双标图分量得分（0.439），其次是淹水频率（FF，0.249）和60cm深度的饱和持续时间（DS，0.242）

图3 2020年湿地样地物种组成典范对应分析双标图

在66个修复湿地地块中，地块间的差异性较低，并且倾向于在NMDS空间中围绕中心集群聚集，这些地块的特点是草芦优势和相对较低的物种丰富度。

图4 非度量多维尺度（NMDS）轴1和2表示2015年至2020年期间相同地块的植物群落差异。（圆圈表示2015年的图，三角形表示2020年的图，箭头表示2015年至2020年的变化方向。南部图主要在轴1上0.0以下的图的左侧，北方图主要在右侧。使用Morisita-Horn指数计算相异性值）

Conclusion

研究结论

研究了美国伊利诺斯州洪泛平原恢复湿地中生物和非生物因素对植物物种组成的影响，揭示了恢复湿地的变化规律。在早期修复地点建立过程中，水文和土壤肥力主要决定了物种组成。到2015年，这些样地基本建立，样地间物种组成差异在很大程度上反映了水文和肥力的差异。尽管如此，在许多样地，植被变化仍在发生，这些变化反映了持续演替变化，并且在一些样地，水文条件的变化导致了更多的水生植物群落的转变。与植物群落持续变化的样地相比，2015-2020年以虉草为主的样地物种组成基本一致，且变化不大。在虉草存在或可能入侵的地区，可以在恢复之初种植快速生长的树木，如银白槭，以封闭树冠，以避免优势地位。如果需要以草本植物为主的湿地，选择长时间淹没的地点或操纵水文以产生长时间的洪水可能是必要的，以防止虉草的入侵。在湿地恢复的早期阶段解决入侵问题是实现与物种组成相关的长期目标的必要步骤。