本发明属于生态安全
技术领域：
，涉及一种采用氯化钠调控机场地被植物群落特征的方法。
背景技术：
：植物群落（plantcommunity）是一定地段上植物有规律的组合，其中植物与植物之间、植物与环境之间有着一定的生态上的相互关系，组合的结果能形成一定的外貌与结构、一定的植物种类成份、并能形成群落内部的植物环境。由于气候条件以及生境条件的不同形成不同的植物群落，各群落都有其独特的种类、层次、结构和外貌。群落的层次结构较复杂，种类也丰富，如热带雨林；而在生境严酷、恶劣的条件下，只有少数植物能适应，群落结构也简单。群落结构的复杂性是群落植物多样性的条件之一。植物群落作为机场的基本构成单元，其结构的合理性关系到机场生态系统的健康、稳定及可持续，其植物群落主要以草本植物为主，它不仅对飞机的紧急起降具有重要的保护作用，而且对于降水的疏导和排放具有重要意义。但由于机场地被植物在地形上选择局部相对开阔的平地，为各种鸟类在飞行区觅食和观察环境提供了便利，从而给飞行带来安全隐患；且人为干扰少，高大茂盛的草本植物群落不但为动物提供了理想的栖息场所，也是躲避天敌的庇护场所；同时为轻质种子的传播创造了条件。因此国内外越来越重视对机场地被植物群落调控的研究。目前，国内外有关机场地被植物群落的调控研究主要分为两种：第一种是根据植物的生长情况，适时采取刈割、挖除、碾压、喷洒药剂等措施，对地被植物群落的高度、开花、结实等进行管理；第二，选择种植适口性低、不吸引鸟类或具有驱虫功效的适宜植物物种。许多研究结果证实，一定的植物群落结构特征与某种鸟的分布之间存在明显的相关性。不同的生境类型会吸引不同的鸟类及其他生物，因此要根据不同的生境类型，制定相应的植被管理策略。有人对机场植物高度进行了调查统计后也认为每个机场应因地制宜，在确保灯光的可见性的条件下，根据当地鸟类对植物的适宜度来控制机场草坪高度。其中美国机场对草地的管理更多的集中于植被的高度，认为通过刈割和化学方式调控机场植被以控制机场其他生物的食物资源，从而减少航空安全事件。有人也提出应限制机场植物群落高度，以低矮的物种为主或定期修剪，如在果实成熟前进行机械割草消除草籽等。有人不仅认为有效的植被高度管理可减少野生动物与飞机相撞，同时也提出食物的可获得性也能减少撞机，如选择吸引力较小的牧草来代替吸引力大的植被或选择营养和适口性差的物种。但有研究显示小型哺乳动物在非生长季节的丰度显著减少，每年割草是有效的但不足以降低物种的总体数量。国内对机场植物群落的调控，如北京首都国际机场飞行区原生植被平均高度达50cm以上，每年要进行2~3次割草；有人提出在机场种植具刺植物——喀西茄，能迫使鸟类迁离他处群找最适觅食地点；有人研究在关于南充高坪机场土壤及草丛动物群落特征和鸟类的关系研究中提出定期修剪草地，保证植物高度不超过10cm。但也有一些其他的调控方式，有人提出含有独特内生菌的草坪草对在机场和周边绿地上觅食的食草性、食虫性和杂食性的鸟类有影响；有人对机场草地进行了不同程度的火烧调控，降低了鸟类的密度、多样性和均匀度，但没有改变群落物种数。每一种植物或群落对其生长环境都有其一定的适应性，随着外界条件的变化，植物群落的结构组成、多样性及其分布也有所改变。其中土壤是影响植物群落变化的重要环境条件之一，同时也是植物生长的重要物质基础。土壤的不同理化性质和母质，都可能影响植物的生长，从而影响到植物群落的物种多样性。在土壤环境中，土壤养分等因素往往起重要作用。许多研究表明，土壤盐分是荒漠干旱、湿地等区域植物群落特征的关键性因素，而尚未见关于利用盐分调控机场地被植物群落的研究。有人对荒漠条件下的植物物种多样性的研究结果表明，物种多样性与土壤盐分呈显著负相关性，且盐水斑块生活的植物群落的物种数少，甚至可能单一化。有人认为土壤盐分是影响盐生植物群落多样性的关键因子。有人在对土壤水盐状况对两种盐生植物种群分布的影响研究结果表明，随着表层土壤盐分含量的增加，水分含量的降低，浆果猪毛菜种群密度、盖度逐渐减小、种群优势度降低。有人对土默川平原西部主要盐生植物种群空间格局特征及其与土壤盐分关系的研究表明随着样地含盐量的增加，研究的三个地区群落植物种群数量逐渐减少，植物种群生活型表现出趋同现象，植物种群盖度降低、相似性增加等特征。有人对宁夏平原沟渠边坡的优势植物群落与其环境影响因子进行了定量分析，结果表明土壤水分和土壤有机质是宁夏平原沟渠边坡植物群落的主要影响因子，且土壤盐分与植物群落的生物多样性和优势度之间有y2=0.516－0.005x1+0.506x2的关系。有人在湿地土壤盐分对植物群落的影响中，根据土壤全盐含量(0～20)cm将土壤划分为5个等级:ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ、ⅴ，研究结果表明土壤盐分对植物多样性指数影响较大，不同土壤等级的多样性指数均表现为ⅴ＞ⅲ＞ⅳ＞ⅱ＞ⅰ，且na+、cl-、ts对植物群落特征的影响较大。近年来，随着民航和国防航空事业的发展，频繁发生的鸟击事故引起了大众的关注，国际航空联合会(federationaeronautiqueinternationale，简称fai)已将鸟撞灾害升级为“a”类航空灾难。地被植物群落作为机场生态系统中的一部分，不仅美化环境、调节机场内小生态气候，并具有吸收水分和融雪的功能，但其也有不足之处：为昆虫、鼠类、野兔和大量的土壤生物提供草籽和栖息场所，从而吸引各种鸟类，特别是猛禽、鸽子、鸻鹬类、鸥类等来机场取食和停息。本技术从生态学角度出发，根据食物链的原理，研究植被及其环境、植物与昆虫和鸟类之间的关系，从最基本的环节对生产者即植物实施措施进行治理和控制，降低机场内地被植物群落多样性，变多样性为单一性，从而导致以植物为食的昆虫和其他动物单一化，减少对鸟类吸引力的因素，进而最大限度的减少鸟类的数量。目前世界各地对机场生态学相关的研究越来越重视，但基本上是围绕着撞机鸟种和机场内外鸟类群落的组成而展开。由于植被是鸟类栖息地选择的基础，同时还为鸟类直接或间接的提供食物，因而在鸟击防范的研究中对机场地被植物群落进行相关研究有助于了解机场区鸟类群落的形成，进而对合理改造或设计机场植被环境、减少机场周围鸟类数量和多样性等都具有重要的作用，从而达到更好的鸟击防范效果。然而尚未见有学者开展机场植物群落动态特征方面的报道，且仅局限于对机场植被资源的简单调查，未能针对机场植被进行更深层的研究。因此本研究运用群落生态学中的基础理论，对天津滨海国际机场地被植物群落进行系统的研究，了解机场植物群落的基本特征、结构变化、物种多样性变化及年动态变化，并对其采用了一些人工调控措施进行研究，为构建我国机场生态系统植物群落研究提供可靠资料，进一步开展机场植物群落的结构、动态及演替规律研究奠定基础，为机场经营管理植物群落提供理论依据，从植物方面控制鸟类食物源头和改变鸟类栖息、繁殖环境，以期为机场鸟击防范工作提供科学依据，达到减少鸟害、预防鸟击的目的。机场环境对植物的影响主要表现在气候、水文、土壤及地形方面，其中土壤是影响植物生长必须的环境与资源条件，并对植物群落的结构组成起决定性作用。因此植物的生长发育受土壤环境条件的制约，且土壤环境因子在一定程度上影响植物群落物种多样性。目前，国内外关于植物群落物种多样性与土壤环境关系方面做了大量的研究。许多研究表明，植物群落的物种多样性指数与土壤水分、养分和有机质含量等均有一定的相关性，其中土壤盐分是影响盐生植物群落多样性的关键因子。关于盐生植物群落与土壤含盐量的关系的研究表明，随土壤含盐量的增加，植物种类逐渐减少，群落总盖度降低，耐盐强度大的翅碱蓬逐渐成为优势种。有人在天山南麓山前平原土壤盐分空间异质性对植物群落组成及结构的影响研究中结果表明：盐渍化对植物群落的影响主要表现在组成群落的建群种和优势种的变化，盐生植物逐渐占优势，而物种种类组成减少。有人提出即使低水平的土壤盐渍化也是影响植被格局和多样性的非生物胁迫因子。有人对宁夏平原沟渠湿地植物群落的研究结果表明，盐分和有机质分别对群落的生物多样性和平均高度两个群落数量指标有着显著的影响。有人对艾比湖湿地植物多样性的研究表明：土壤因子随盐分梯度的变化，致使植物种类趋向于单一。技术实现要素：因此，通过不同盐度改变机场现存地被植物群落所处的土壤环境状况，有助于了解现有植物物种生存的适宜性域值（生长的最佳域值，能忍受的极限值），从而为机场调控地被植物群落提供实验依据，对机场鸟击防控具有重要意义。本发明公开了一种采用氯化钠调控机场地被植物群落特征的方法，其特征在于按如下的步骤进行：（1）首先对调控区中的植被进行刈割，然后对该区域进行翻土，深度为20厘米，耕翻一次；（2）试验区分为低盐调控区、中盐调控区、高盐调控区和对照区四块，每块面积为15m×15m，总面积为60m×10m，盐浓度设为0.8%（w/w）、1.6%（w/w）和2.4%（w/w），其施加量分别为67.2kg、134.4kg和201.6kg，整个试验区的植被均为自然生长状态；（3）对试验区的植物群落进行调查，记录每个样方内的植物种类、高度、株数以及盖度，每半月调查一次，采用完全收获法测定生物量，于80℃条件下烘至恒重，称其干重对样品进行测定。本发明进一步公开了采用氯化钠调控机场地被植物群落特征的方法在降低盐调控区地被植物群落的物种数方面的应用；所述氯化钠指的是浓度为1.6%—2.4%的盐。同时也公开了该方法在降低植物群落的丰富度和物种多样性方面的应用。本发明主要考察了机场土壤的生物多样性特征，重点是解决机场鸟击问题，本发明的难点在于：目前尚无通过食物链调节机场鸟击的技术，本发明的创新点在于：通过不同盐度改变机场现存地被植物群落所处的土壤环境状况，有助于了解现有植物物种生存的适宜性域值，从而为机场调控地被植物群落提供实验依据，对机场鸟击防控具有重要意义。本发明更加详细的研究方法与结论如下：1研究区概况在对研究区的实地综合考察基础上，依据天津滨海国际机场内地理位置及生态环境特点，选取能代表机场地被植物群落特征的四号泵站（样地1：39°6′26″n、117°21′37″e）、六号泵站（样地2：39°8′71″n、117°21′24″e）和七号泵站（样地3：39°6′11″n、117°23′4″e）为研究样地。三个样地周围均设有围界区、常年积水的排水渠、低矮的建筑群以及硬底水塘。其中样地1位于pn滑道，其环境最为复杂，水塘面积约为18750m2，且在水渠旁有一大片芦苇荡；样地2位于东跑道北部，水塘面积约为30600m2，围界外有村庄、农田以及鹅、野鸭、羊等牲畜活动；样点3位于东跑道南部，建筑群旁有人工种植蔬菜以及垃圾堆放等，水塘面积最大，约为44650m2。2研究方法2.1研究样地的设置研究样地设在天津滨海国际机场的试验田中，首先对调控区中的植被进行刈割，然后对该区域进行翻土，深度为20厘米，耕翻一次；土壤类型为沙壤土，其土壤含水量为13%，土壤盐浓度为0.3%，土壤容重为1.3g·cm-3，最大持水量为23%。试验区分为低盐调控区、中盐调控区、高盐调控区和对照区四块，每块面积为15m×15m，总面积约为60m×10m。盐浓度设为0.8%、1.6%和2.4%，其施加量分别为67.2kg、134.4kg和201.6kg，分别以ls、ms和hs表示；以不添加盐的为对照区（ck）。整个试验区的植被均为自然生长状态。2.2植物群落调查于2017年5月至9月对试验区的植物群落进行调查，采用样方法，分别在低、中、高盐调控区与对照区内，随机布设面积为1m×1m的样方5个样方，共20个，并记录每个样方内的植物种类、高度、株数以及盖度等，每半月调查一次。采用完全收获法测定生物量，于80℃条件下烘至恒重，称其干重。2.3植物多样性的计算方法选用4种常用的物种多样性指数，即simpson多样性指数（d）、shannon-wiener多样性指数（h）、pielou均匀度（j）和margalef丰富度（r）。其计算公式如下：d=1−∑(pi^2)h=-∑(pi×lnpi)j=h/lnsr=(s-1)/lnn式中，pi为属于种i的个体在全部个体中的比例ni/n，ni为i物种个体数，n为群落中全部物种的个体数，s为物种数目。2.4数据分析采用excel2010软件进行实验数据整理及制作图表，利用spss22.0软件的单因素方差分析（one-wayanova）和duncan多重比较分析方法对不同样地和年份的地被植物群落多样性进行差异显著性分析和lsd检验。3研制结果与分析3.1不同盐度调控下地被植物群落的种类组成试验区植物种类共计11科25种，主要由菊科（7种）和禾本科（5种）植物组成，大多是路边和田间常见的多年生或一年生杂草，双子叶植物种类多于单子叶植物，主要优势种类有菊科的乳苣（mulgediumtataricum(linn.)dc.）、阿尔泰狗娃花（heteropappusaltaicuswilld.），禾本科的碱茅（puccinelliadistans）、狗尾草（setairaviridis(l.)beauv.）和虎尾草（chlorisvirgatasw.）等（表1）。对照区植物共有11科25种，其中大多数植物在盐调控区逐渐消失，且随盐度的增加而减少。低盐调控区比对照区减少了7种，为7科18种；中盐调控区植物减少到5科12种；高盐调控区植物物种减少最多，仅有5科11种。表1试验区植物名录注：“+”为出现；“-”为未出现.3.2不同盐度调控下地被植物群落多样性特征盐调控区植物群落的多样性变化如图1所示。5月份，盐调控区与对照区植物群落的丰富度差异不显著；6–10月，盐调控区植物群落的丰富度均显著低于对照区，且随盐度的增加而降低，其中高盐调控区的丰富度显著低于低盐调控区，分别降低了43%、39.1%、50.5%、58.1%和59.6%（图1a）。5–8月和10月份，对照区与盐调控区植物群落的均匀度差异不显著。9月份，盐调控区植物群落的均匀度低于对照区，其中中盐调控区的均匀度比对照区显著降低了11.3%（图1b）。试验区植物群落的shannon-wiener指数和simpson指数变化趋势基本一致，除5月份以外，6–10月均随盐度的增加而降低（图1c和图1d）。6–10月，高盐调控区植物群落的shannon-wiener指数显著低于对照区，分别降低了40%、29.4%、34%、40.8%和36.2%；除7月以外，其余几个月中盐调控区的shannon-wiener指数与对照区相比，分别显著降低了30%、27%、33.6%和29.6%。分析simpson指数可知，除6、9月外，盐调控区均低于对照区，但差异不显著；6月高盐调控区的simpson指数比对照区显著降低了23.4%；9月份各盐度调控区的simpson指数与对照区相比，分别显著降低了10.7%、12.6%和16.5%，但中盐调控区与低、高盐调控区的simpson指数差异不显著。3.3不同盐度调控下地被植物群落生物量的变化由表2可知，对照区和盐调控区植物群落生物量随调查月份均呈先增加后降低的趋势。盐调控区植物群落的生物量低于对照区，且随盐度的增加而降低。5–10月份，和对照相比，高盐调控区的生物量分别显著降低了20.7%、39.5%、39.9%、40.9%、40.5%和39.3%；6–10月份，低、中盐调控区的生物量均显著低于对照区，其中低盐调控区分别降低了9.5%、10.2%、13.6%、14.0%和16.8%，中盐调控区分别降低了20.7%、26.0%、28.6%、27.0%和24.6%。表2盐调控区植物群落生物量的变化月份对照（g/m2）低盐（g/m2）中盐（g/m2）高盐（g/m2）5月85.95±8.15a70.5±1.60ab76.1±1.80ab68.15±1.35b6月141.85±2.45a128.4±2.60b112.45±4.15c85.8±2.40d7月203.05±4.85a182.25±4.15b150.25±2.45c122.05±3.65d8月254.8±13.70a220.05±4.25b181.95±7.45c150.65±3.15c9月241.95±9.35a208.15±2.75b176.55±1.85c143.95±2.35d10月230.3±5.4a191.65±2.05b173.65±6.05c139.75±2.95d注：不同字母表示同一月份不同处理间差异显著(p<0.05).4研制结论一般土壤盐分小于3g/kg(即＜0.3%)时植物能正常生长，当土壤盐分增加，使植物的生存空间变得狭窄，正常生长着的植物超过其忍耐力，就必然会出现一系列演替现象。随土壤盐含量的增加，植物群落的生活型结构改变，草本比例减少，植物物种组成趋于单一。本研究的结果表明，盐调控区地被植物群落的物种数明显少于对照区，且随盐度的增加而减少，高盐调控区植物物种最少，较对照区减少了6科14种，仅剩少数较耐盐植物菊科的乳苣（mulgediumtataricum(linn.)dc.）、阿尔泰狗娃花（heteropappusaltaicuswilld.），禾本科的碱茅（puccinelliadistans）、狗尾草（setairaviridis(l.)beauv.）和虎尾草（chlorisvirgatasw.）等。这是由于盐分通过渗透胁迫、离子毒害，使植物细胞膜透性改变，造成氧化胁迫、代谢紊乱及蛋白质合成受阻等现象，阻碍了植物的生长发育，从而导致大部分植物枯萎甚至死亡。植物多样性作为区域生态系统功能和稳定的基础，是生物多样性和群落生态学研究的核心问题之一，受多种环境因子和生态过程的影响，其中土壤盐分是不可忽略的环境因子之一。随着盐分的增加，植物群落的物种多样性指数降低、植物种类减少、群落结构趋向简单的生态系统退化态势。本研究结果表明，6–10盐调控区的地被植物群落的丰富度、多样性指数以及生物量均低于对照区，且随盐度的增加而降低。有人对盐梯度下艾比湖湿地植物多样性的研究中表明，高盐生境植物群落的物种多样性总体高于低盐生境，其中土壤因子对物种丰富度指数影响最大，这与本研究的结果一致。而5月份盐调控区与对照区相比，地被植物群落特征与对照区差异不显著，这可能由于5月份降水较少，工业盐只有少部分溶解，未能完全渗入土壤中，土壤的含盐量还相对较低，不足以抑制植物的生长发育。但随着逐渐进入雨季，工业盐充分溶解并渗入地下，使土壤的盐度增加，且夏季的高温与高辐射强度提高了叶面温度，增加了植物蒸腾和水分的随时，降低叶水势，从而使植物盐害加重，导致了植物多样性的降低。因此，通过不同盐度对机场地被植物群落进行调控，高盐调控区植物群落物种减少了14种，建议施用1.6%—2.4%的盐度，不仅可减少植物群落的大多物种，并有效减少了生物量大的植物物种，同时也降低了植物群落的丰富度和物种多样性，使植物群落类型趋于单一化，从而影响昆虫、鸟类的数量、种类及其多样性等。此外，土壤中盐分随着雨水的冲刷，渗入地下或随地表径流流入机场个泵站内的水塘中，可抑制部分水塘及其附近的植物生长发育，从而蚊、蝇、蜗牛和蜻蜓以及水中鱼、虾等数量，进而减少对鸟类尤其是水鸟的吸引，达到减少鸟击安全事故的发生。附图说明图1盐调控区植物群落多样性特征变化；（a.丰富度；b.均匀度；c.香农威纳多样性；d.辛普森多样性）；注：ck为对照区，ls、ms和hs分别为低、中、高盐度调控区；不同字母表示同一月份不同处理间差异显著(p<0.05).。具体实施方式下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。本发明所用原料及试剂均有市售。实施例1一种采用氯化钠调控机场地被植物群落特征的方法，按如下的步骤进行：（1）首先对调控区中的植被进行刈割，然后对该区域进行翻土，深度为20厘米，耕翻一次；（2）试验区分为低盐调控区、中盐调控区、高盐调控区和对照区四块，每块面积为15m×15m，总面积为60m×10m，盐浓度设为0.8%（w/w）、1.6%（w/w）和2.4%（w/w），其施加量分别为67.2kg、134.4kg和201.6kg，整个试验区的植被均为自然生长状态；（3）对试验区的植物群落进行调查，记录每个样方内的植物种类、高度、株数以及盖度，每半月调查一次，采用完全收获法测定生物量，于80℃条件下烘至恒重，称其干重对样品进行测定。在详细说明的较佳实施例之后，熟悉该项技术人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。且本发明亦不受说明书中所举实例实施方式的限制。当前第1页12