Flora characteristics of Chenier Wetland in Bohai Bay and biogeographic relations with adjacent wetlands

Abstract

A key step towards the restoration of heavily disturbed fragile coastal wetland ecosystems is determining the composition and characteristics of the plant communities involved. This study determined and characterized the community of higher plants in the Chenier wetland of Bohai Bay using a combination of field surveys, quadrat approaches, and multivariate statistical analyses. This community was then compared to other adjacent wetlands (Tianjin, Qinhuangdao, Laizhouwan, Jiaozhouwan, and Yellow River Delta wetland) located near the Huanghai and Bohai Seas using principal coordinate analysis (PCoA). Results showed a total of 56 higher plant species belonging to 52 genera from 20 families in Chenier wetland, the majority of which were dicotyledons. Single-species families were predominant, while larger families, including Gramineae, Compositae, Leguminosae, and Chenopodiaceae contained a higher number of species (each≥6 species). Cosmopolitan species were also dominant with apparent intrazonality. Abundance (number of species) of temperate species was twice that of tropical taxa. Species number of perennial herbs, such as Gramineae and Compositae, was generally higher. Plant diversity in the Chenier wetland, based on the Shannon-Wiener index, was observed to be between the Qinhuangdao and Laizhouwan indices, while no significant difference was found in other wetlands using the Simpson index. Despite these slight differences in diversity, PCoA based on species abundance and composition of the wetland flora suggest that the Bohai Chenier community was highly similar to the coastal wetlands in Tianjin and Laizhouwan, further suggesting that these two wetlands could be important breeding grounds and resources for the restoration of the plant ecosystem in the Chenier wetland.

Keywords

Bohai Bay / Chenier / coastal wetland / floristic geography / restoration

References

[1] Acosta A, Carranza  M L, Izzi  C F (2009). Are there habitats that contribute best to plant species diversity in coastal dunes? Biodivers Conserv, 18(4): 1087–1098

[2] Anastasiu P, Negrean  G, Samoilă C ,  Memedemin D ,  Cogălniceanu D  (2011). A comparative analysis of alien plant species along the Romanian Black Sea coastal area. The role of harbours. J Coast Conserv, 15(4): 595–606

[3] Bai J H, Huang  L B, Gao  Z Q, Lu  Q Q, Wang  J J, Zhao  Q Q (2014). Soil seed banks and their germination responses to cadmium and salinity stresses in coastal wetlands affected by reclamation and urbanization based on indoor and outdoor experiments. J Hazard Mater, 280: 295–303

[4] Bai J H, Zhao  Q Q, Lu  Q Q, Wang  J J, Reddy  K R (2015). Effects of freshwater input on trace element pollution in salt marsh soils of a typical coastal estuary, China. J Hydrol (Amst), 520: 186–192

[5] Benot M L, Mony  C, Merlin A ,  Marion B ,  Bouzillé J B ,  Bonis A  (2011). Clonal growth strategies along flooding and grazing gradients in Atlantic coastal meadows. Folia Geobot, 46(2‒3): 219–235

[6] Bermúdez R, Retuerto  R (2014a). Together but different: co-occurring dune plant species differ in their water- and nitrogen-use strategies. Oecologia, 174(3): 651–663

[7] Bermúdez R, Retuerto  R (2014b). A sunny day at the beach: ecophysiological assessment of the photosynthetic adaptability of coastal dune perennial herbs by chlorophyll fluorescence parameters. Photosynthetica, 52(3): 444–455

[8] Bontrager M, Webster  K, Elvin M ,  Parker I M  (2014). The effects of habitat and competitive/facilitative interactions on reintroduction success of the endangered wetland herb,  Arenaria paludicola. Plant Ecol, 215(4): 467–478 

[9] Chen H, Zheng  Y, Li F  (1992). Flora of Shandong Province (Vol. 1).Qingdao: Publishing House of Qingdao, 1–1210

[10] Chen H, Zheng  Y, Li F  (1997). Flora of Shandong Province (Vol. 2).Qingdao: Publishing House of Qingdao, 1–1451

[11] Ciccarelli D, Bacaro  G, Chiarucci A  (2012). Coastline dune vegetation dynamics: evidence of no stability. Folia Geobot, 47(3): 263–275

[12] Dobben H F, Slim  P A (2012). Past and future plant diversity of a coastal wetland driven by soil subsidence and climate change. Clim Change, 110(3‒4): 597–618

[13] Estiarte M, Puig  G, Peñuelas J  (2011). Large delay in flowering in continental versus coastal populations of a Mediterranean shrub, Globulariaalypum. Int J Biometeorol, 55(6): 855–865

[14] Fenu G, Carboni  M, Acosta A T R ,  Bacchetta G  (2013). Environmental factors influencing coastal vegetation pattern: new insights from the Mediterranean Basin. Folia Geobot, 48(4): 493–508

[15] Fontán Bouzas A ,  Alcántara-Carrió J, Montoya Montes I, Barranco Ojeda A, Albarracín S, Rey Díaz de Rada  J, Rey Salgado J  (2013). Distribution and thickness of sedimentary facies in the coastal dune, beach and near shore sedimentary system at Maspalomas, Canary Islands. Geo-Mar Lett, 33(2‒3): 117–127

[16] Johnsen I, Christensen  S N, Riis-Nielsen  T (2014). Nitrogen limitation in the coastal heath at Anholt, Denmark. J Coast Conserv, 18(4): 369–382

[17] Johnson J S, Cairns  D M, Houser  C (2013). Coastal marsh vegetation assemblages of Galveston Bay: insights for the east Texas Chenier plain. Wetlands, 33(5): 861–870

[18] Knevel I C, Lubke  R A (2005). Reproductive phenology of Scaevolaplumieri: a key coloniser of the coastal foredunes of South Africa. Plant Ecol, 175(1): 137–145

[19] Krauss K W, Whitbeck  J L, Howard  R J (2012). On the relative roles of hydrology, salinity, temperature, and root productivity in controlling soil respiration from coastal swamps (freshwater). Plant Soil, 358(1‒2): 265–274

[20] Li S R (2013). The study on carbon flux ground monitoring in Binzhou Seashell Islands and wetlands. Dissertation for PhD Degree. Dalian Maritime University

[21] Liu B, Liu  Z, Wang Z ,  Wang Z (2014). Responses of rhizomatous grass Phragmites communis to wind erosion: effects on biomass allocation. Plant Soil, 380(1‒2): 389–398 

[22] Liu B, Zhao  W, Wen Z ,  Teng J, Li  X (2009). Floristic characteristics and biodiversity patterns in the Baishuijiang river basin, china. Environ Manage, 44(1): 73–83

[23] Liu Q R, Zhang  C, Kang M Y  (2004). A study on the flora of spermatophyte in Xiaowutai Mountains. Bull Bot Res, 24(4): 499–506

[24] Lo E Y Y ,  Duke N C ,  Sun M (2014). Phylogeographic pattern of Rhizophora (Rhizophoraceae) reveals the importance of both vicariance and long-distance oceanic dispersal to modern mangrove distribution. BMC Evol Biol, 14(1): 83

[25] Mérigot B, Bertrand  J A, Mazouni  N, Manté C ,  Durbec J P ,  Gaertner J C  (2007). A multi-component analysis of species diversity of ground fish assemblages on the continental shelf of the Gulf of Lions (north-western Mediterranean Sea. Estuar Coast Shelf Sci, 73(1‒2): 123–136

[26] Mo X, Li  H, Hao C ,  Meng W, Liang  Y, Li D  (2009). Floral characteristics of dominant plants in Tianjin Coastal New Area Wetland. Bulletin of Soil and Water Conservation, 29(6): 79–83

[27] Mollema P N, Antonellini  M, Gabbianelli G ,  Galloni E  (2013). Water budget management of a coastal pine forest in a Mediterranean catchment (Marina Romea, Ravenna, Italy). Environmental Earth Sciences, 68(6): 1707–1721

[28] Nzunda E F, Griffiths  M E, Lawes  M J (2014). Resource allocation and storage relative to resprouting ability in wind disturbed coastal forest trees. Evol Ecol, 28(4): 735–749

[29] Pan H J, Tian  J Y, Gu  F T (2001). Seashell islands near the Yellow River Delta and protection of their plant diversity. Marine Environmental Science, 20(3): 54–59

[30] Peinado M, Aguirre  J L, Delgadillo  J, Macías M Á  (2007). Zonobiomes, zonoecotones and a zonal vegetation along the Pacific coast of North America. Plant Ecol, 191(2): 221–252

[31] Priti H, Aravind  N A, Uma Shaanker  R, Ravikanth G  (2016). Modeling impacts of future climate on the distribution of Myristicaceae species in the Western Ghats, India. Ecol Eng, 89: 14–23

[32] Reyes-Martínez M J ,  Lercari D ,  Ruíz-Delgado M C ,  Sánchez-Moyano J E ,  Jiménez-Rodríguez A, Pérez-Hurtado A, García-García  F J (2015). Human pressure on sandy beaches: implications for trophic functioning. Estuaries Coasts, 38(5): 1782–1796

[33] Shao Q L, Xie  X D, Li  F S (2002). Studies of flora of Yellow River Delta National Reserve Area. Xibei Zhiwu Xuebao, 22(4): 947–951

[34] Shen Q, Qin  J, Cao L  (2011). Quantitative classification and ordination of shrub-grass vegetation on Hangzhou’s Xixi Wetland. Journal of Zhejiang International Studies University, 7(4): 92–100

[35] Tanaka N, Jinadasa  K B S N, Mowjood  M I M, Fasly  M S M (2011). Coastal vegetation planting projects for tsunami disaster mitigation: effectiveness evaluation of new establishments. Landscape and Ecological Engineering, 7(1): 127–135

[36] Tian J, Xia  J, Sun J ,  Liu Q, Zhang  H, Zhao Y ,  Xie W, Zhang  C, Fu R ,  Xie T, Li  J, Li T  (2011). Ecological Protection and Restoration of Shell Ridge in Yellow River Delta.Beijing: Chemical Industry Press

[37]  Tikka P M ,  Högmander H ,  Koski P S  (2001). Road and railway verges serve as dispersal corridors for grassland plants. Landscape Ecol, 16(7): 659–666

[38] Volis S, Blecher  M (2010). Quasi in situ: a bridge between ex situ and in situ conservation of plants. Biodivers Conserv, 19(9): 2441–2454

[39] Wang H, Li  J, Zhang Y ,  Zhang J ,  Li F (2000a). The younger Cheniers (shell banks) on the west coast of Bohai Bay: morphology, structure and polygenetic processes. Geologica Review, 46(3): 276–287

[40] Wang H, Zhang  J, Zhang Y ,  Li J, Li  F, Van Strydonck M, Hendrix V  (2000b). Chronology of the Chenier I and shoreline changes since the last 1ka, on western coast of BohaiBay. Marine Geology & Quaternary Geology, 20(2): 7–14

[41] Wilton A D, Breitwieser  I (2000). Composition of the New Zealand seed plant flora. NZ J Bot, 38(4): 537–549

[42] Wu T, Li  J, Dai J ,  Wang R (2008). Floristic analysis and distribution pattern of alien plants in Shandong Province, eastern China. Frontiers of Forestry in China, 3(2): 219–225

[43] Wu Z Y (1991). The areal-types of Chinese genera of seed plants. Acta BotanicaYunnanica, supplement: 1–139

[44] Xia J B, Zhang  G C, Zhang  S Y, Sun  J K, Zhao  Y Y, Shao  H B, Liu  J T (2014). Photosynthetic and water use characteristics in three natural secondary shrubs on Shell Islands, Shandong, China. Plant Biosyst, 148(1): 109–117

[45] Xia J, Zhang  S, Wang R ,  Zhao Y, Sun  J, Liu J ,  Liu Q (2013). Water ecology and fractal characteristics of soil particle size distribution of three typical vegetations in Shell Island. Acta Ecol Sin, 33(21): 7013–7022

[46] Xu B, Li  Z M, Sun  H (2014). Plant diversity and floristic characters of the alpine subnival belt flora in the Hengduan Mountains, SW China. J Syst Evol, 52(3): 271–279

[47] Yue J, Dong  Y, Zhang B ,  Geng X, Liu  X, Zhao X ,  Mu L, Zhang  B, Han F  (2012). A few of barrier sand-bars on the west coast of Bohai Bay. Acta Geol Sin, 86(3): 522–534

[48] Zhang F, Meng  X, Jin Y  (2004). Primary study on the flora of seed plants from the coast of Qinhuangdao. Journal of Hebei Normal University of Science & Technology, 18(4): 27–30

[49] Zhang G L, Bai  J H, Xi  M, Zhao Q Q ,  Lu Q Q ,  Jia J (2016). Soil quality assessment of coastal wetlands in the Yellow River Delta of China based on the minimum data set. Ecol Indic, 66: 458–466

[50] Zhang M, Pan  Y X, Yang  H X (2013). Species abundance patterns of supratidal sandy grassland along China’s Shandong Peninsula and their responses to human disturbances. Chinese Journal of Plant Ecology, 37(6): 542–550

[51] Zhang S Y, Xia  J B, Zhang  G C, Zhao  Z G, Zhao  Y Y, Shao  H B, Sun  J K, Shao  C Y, Liu  Q (2014). Threshold effects of photosynthetic efficiency parameters of wild jujube in response to soil moisture variation on shell beach ridges, Shandong, China. Plant Biosyst, 148(1): 140–149

[52] Zhang W, Zhao  S L (2002). A study of floristic division of Shandong province. Guihaia, 22(1): 29–34

[53] Zhang X, Feng  A, Sui Y ,  Xia D (2006). Floral characteristics and protection of vascular plants in coastal wetlands of Jiaozhou Bay. Chinese Journal of Ecology, 25(7): 822–827

[54] Zhang X, Gu  D, Chen D ,  Sui Y (2008). Flora characteristics of vascular plants of coastal wetlands of southern Laizhou Bay and its protection. Ecol Environ, 17(1): 86–92

[55] Zhang X, Ye  S, Yin P ,  Yuan H (2009). Flora characteristics of vascular plants of coastal wetlands in Yellow River Delta. Ecology and Environmental Sciences, 18(2): 600–607

[56] Zhao Q Q, Bai  J H, Huang  L B, Gu  B H, Lu  Q Q, Gao  Z Q (2016). A review of methodologies and success indicators for coastal wetland restoration. Ecol Indic, 60: 442–452

[57] Zhao Y Y, Hu  X M, Liu  J T, Lu  Z H, Xia J B,Tian J Y ,  Ma J S  (2015b). Vegetation pattern in Shell Ridge Island in China’s Yellow River Delta. Frontiers of Earth Science, 9(3): 567–577

[58] Zhao Y Y, Hu  X M, Liu  J T, Sun  J K (2011). Characteristics of vegetation in Chenier Islands along Yellow River Delta. Bulletin of Soil and Water Conservation, 31(2): 177–180

[59] Zhao Y Y, Lu  Z H, Xia  J B, Liu  J T (2015a). Root architecture and adaptive strategy of 3 shrubs in Shell Bay in Yellow River Delta. Acta Ecol Sin, 35(6): 1688–1695

[60] Zhao Y, Hu  X, Lu Z  (2014). Soil C, N and P stoichiometry of shrub communities in Chenier Wetlands in Yellow River Delta, China. Asian J Chem, 26(17): 5457–5460

[61] Zinnert J C, Nelson  J D, Hoffman  A M (2012). Effects of salinity on physiological responses and the photochemical reflectance index in two co-occurring coastal shrubs. Plant Soil, 354(1‒2): 45–55

Acknowledgements

We are grateful for the financial support from the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 41501097); Natural Science Foundation of Shandong Province (No. ZR2013CL001); Startup Project of Doctor scientific research of Binzhou University (No. 2015Y12). We thank colleague’s help in language revision and anonymous reviewers for rigorous and fair comments. We sincerely thank Wudi shell ridge and wetland nature reserve for providing survey site and help.

RIGHTS & PERMISSIONS

2017 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg