長(zhǎng)沙城市濕地植物多樣性研究

戴興安，胡曰利

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410004；2.中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410004）

隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)建，城區(qū)為數(shù)不多的城市濕地（Urban Wetland）的生態(tài)學(xué)屬性發(fā)生了變化，形成與自然濕地（Natural Wetland）截然不同的濕地系統(tǒng)；城市濕地具有與城市區(qū)域不同的氣候特征，而且因城市功能區(qū)的不同而不同；城市濕地除了生態(tài)服務(wù)功能之外，還為市民提供休閑、娛樂和生態(tài)教育功能等很難預(yù)測(cè)的社會(huì)服務(wù)功能。城市濕地資源是開展城市生態(tài)旅游的重要目的地，也是保障城市生態(tài)安全的重要組成部分；而濕地植物是濕地景觀資源的基礎(chǔ)，也是濕地環(huán)境的靈敏指示者［1］，一方面濕地植物多樣性為濕地景觀多樣性的構(gòu)成提供了物質(zhì)條件，另一方面濕地景觀與濕地類型的復(fù)雜性又為濕地植物多樣性提供了環(huán)境條件?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)濕地植物多樣性的研究主要以河流、湖泊、沼澤和海岸帶等人為影響相對(duì)較小的自然濕地為主，而對(duì)人類干擾相對(duì)頻繁的城市濕地植物研究不多［2－6］。本研究以長(zhǎng)沙市轄五區(qū)及周邊郊區(qū)10 km范圍內(nèi)濕地為對(duì)象，對(duì)不同濕地類型濕地植物群落與物種多樣性及其變化特征進(jìn)行分析，旨在對(duì)長(zhǎng)沙城市濕地生物多樣性保護(hù)、濕地資源保護(hù)和恢復(fù)、濕地景觀資源合理開發(fā)與利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況 長(zhǎng)沙市位于湖南省東部偏北、湘江下游和長(zhǎng)瀏盆地的西緣，東西長(zhǎng)約230 km，南北寬約88 km2。2006年，全市土地面積11 819.5 km2，其中市區(qū)面積556.3 km2，建成區(qū)面積173.19 km2。全市濕地面積38 226.80 hm2，其中永久性河流濕地面積有19 618.64 hm2，淡水湖泊1 441.58 hm2，草本沼澤898.03 hm2，水庫(kù)、攔河壩、水電壩4 835.51 hm2，淡水養(yǎng)殖池塘9 967.08 hm2，城市景觀水面和娛樂水面574.35 hm2。主要植物區(qū)系成分為東亞（中國(guó)－日本）成分，屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域內(nèi)的東部（濕潤(rùn)）常綠闊葉林亞區(qū)域，中亞熱帶常綠闊葉林地帶的中亞熱帶常綠闊葉林北部亞帶。地帶性的常綠闊葉林上層優(yōu)勢(shì)種多為青岡屬（Cyclobalanopsis）、栲屬（Castanopsis）和石櫟屬（Lithhocarpus）中較耐寒的種類，如青岡（Cyclobalanopsissclerophylla）、小葉青岡（C.gracilis）、細(xì)葉青岡（C.myrsinaefolia）、苦櫧（Castanopsissclerophylla）、甜櫧（C.eyrei）、石櫟（Lithhocarpusglaber）、樟樹（Cinnamomumcamphora）等。森林破壞后形成的次生灌木叢多為闊葉灌叢，常見的主要種類為白櫟（Quercusalba）、映山紅（Rhododendronsimsii）、黃檀（Dalbergiahupeana）等［7－8］。

1.2 樣方調(diào)查 采用樣線法和常規(guī)樣方法進(jìn)行野外調(diào)查。選擇長(zhǎng)沙市轄五區(qū)及周邊郊區(qū)10 km范圍內(nèi)濕地設(shè)置調(diào)查樣帶。根據(jù)植被類型的變化情況分別按濕地類型設(shè)置樣方，濕地類型包括河流（Ⅰ）、湖泊（Ⅱ）、山塘水庫(kù)（Ⅲ）、景觀水面（Ⅳ）、溝渠（Ⅴ）5種類型。草本樣方面積為1 m×1 m，灌木樣方2 m×2 m，喬木樣方10 m×10 m。分別在各濕地類型中測(cè)定其植物組成、蓋度等指標(biāo)。所有調(diào)查中出現(xiàn)的植物按其生活型與出現(xiàn)頻率分為兩大類來進(jìn)行物種多樣性分析，其中生活型分為一年生草本（?。⒍嗄晟荼荆áⅲ?、灌木（ⅲ）、喬木（ⅳ）4種，按出現(xiàn)頻率分為特有種（＃）、稀有種（＋）和共有種（＊）［9－10］。

1.3 數(shù)據(jù)處理 選用物種重要值作為多樣性指標(biāo)［11－15］。根據(jù)喬木、灌木、草本的特點(diǎn)，計(jì)算其重要值。

測(cè)度指標(biāo)選用應(yīng)用最為廣泛的豐富度指數(shù)（S）、Shannon－Wiener指數(shù)（H′）、Simpson指數(shù)（D）及Pielou均勻度指數(shù)（Jsw和Jsi）。

Shannon－Wiener多樣性指數(shù)（H′）：

Simpson指數(shù)：

Pielou均勻度指數(shù)：

式中，Pi為第i種植物的重要值；N為種i所在樣地的各個(gè)種的重要值之和；S為種i所在樣地的物種總數(shù)，即豐富度指數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 城市濕地植物群落多樣性特征 在長(zhǎng)沙市市區(qū)及周邊郊區(qū)10 km范圍內(nèi)的植物調(diào)查中發(fā)現(xiàn)并記錄主要濕地植物群落20個(gè)（表1），其中被子植物有十字花科、蓼科、玄參科、唇形科、莎草科、禾本科等科的36個(gè)屬種。長(zhǎng)沙市濕地類型以湖泊、水庫(kù)或山塘為主，城市濕地植物群落水平結(jié)構(gòu)大都具有均勻分布特征，無明顯的鑲嵌現(xiàn)象；在人類干擾活動(dòng)較為頻繁的部分濕地，則具有一定的鑲嵌現(xiàn)象，這是因?yàn)楦蓴_后產(chǎn)生了更為豐富的異質(zhì)性環(huán)境，為不同植物種的存在創(chuàng)造了生境。在垂直結(jié)構(gòu)方面［16］，長(zhǎng)沙濕地植被群落包括濕地邊緣及周圍耐陰、耐濕植物；水體中的挺水、浮葉和沉水植物等，受不同濕地類型的理化環(huán)境和其他因素影響，在不同的濕地類型環(huán)境中濕地植物群落表現(xiàn)出不同的垂直結(jié)構(gòu)；濕地植被群落的垂直高度在0～3 m。但由于本次調(diào)查樣地設(shè)置的局限性，在河流、湖泊等濕地中的沉水或浮葉水生植物記錄較少，僅有荇菜、金魚藻、菹草、蕁菜等幾個(gè)植物群落。包括挺水植物在內(nèi)的其他濕地植物相對(duì)較多，主要有蘆葦、菖蒲、菱、野艾蒿、問荊、蒼耳、一年蓬、空心蓮子群落等。

2.2 城市濕地植物物種多樣性特征 不同濕地類型植物物種豐富度差異不大，但景觀濕地除外；植物種豐富度最高為23個(gè)種，其中特有種也不多，只有5個(gè)種；主要城市濕地植物中包括空心蓮子草、野胡蘿卜、紫云英等14種一年生草本植物，狗牙根、蘆葦、馬鞭草等24種二年生或多年生植物，喬灌木類植物2個(gè)種（構(gòu)樹、楓楊）（表2）。濕地植物豐富度是決定生物多樣性的最重要因子，無論H′還是D值，從河流濕地到溝渠，物種多樣性指數(shù)變化沒有明顯規(guī)律（表3）。河流、湖泊、山塘水庫(kù)、景觀水面、溝渠的 D 值依次為13.62、10.95、17.68、5.66和18.08，H′值依次為2.75、2.18、3.56、1.12和3.75；其中D和H′值最大的是溝渠，其次是山塘水庫(kù)，其D與H′值與溝渠非常接近，一是可以說明溝渠和山塘水庫(kù)濕地類型在長(zhǎng)沙城市濕地中受到人類干擾較小，二是因?yàn)檎{(diào)查樣地的選擇上偏于山塘水庫(kù)或溝渠濕地周邊區(qū)域，水體中央選樣較少，而且這2種濕地類型是介于水陸兩種生態(tài)系統(tǒng)交叉狀態(tài)，為植物資源多樣性提供了更為豐富的棲息地；湖泊濕地多樣性指數(shù)小于山塘水庫(kù)，是因?yàn)樵搮^(qū)域內(nèi)湖泊多為營(yíng)造景觀效果為主要目的，加之水面污染相對(duì)較重；至于河流，其植物多樣性與灘涂面積有關(guān)，往往隨豐枯水期的差異，樣地選擇范圍也有明顯差異，而河水的流動(dòng)性也為外來種的進(jìn)入提供了可能，如河流濕地特有種垂序商陸就是典型入侵物種；D和H′值最小的是景觀濕地，主要是因?yàn)榫坝^濕地是典型的人工濕地，大多植物由人工選擇進(jìn)行配置，植物類型顯得簡(jiǎn)單，但是也有菹草、狗牙根等非選擇植物出現(xiàn)，說明盡管是人工濕地，但潮濕的環(huán)境為一些耐濕喜陰植物的進(jìn)入創(chuàng)造了條件。Pielou均勻度指數(shù)表現(xiàn)出與多樣性指數(shù)大體一致的狀況，即溝渠＞山塘＞河流＞湖泊＞景觀水面。

表1 長(zhǎng)沙市濕地主要植物群落Table 1 Dominant plant communities of wetlands in Changsha

表2 不同濕地類型植被組成Table 2 Composition of vegetation in different types of wetlands

表3 不同濕地類型植物多樣性指數(shù)Table 3 Plant diversity index of different types of wetlands

從特有種、稀有種與共有種在濕地類型中的物種多樣性來看（表4），H′與D值的變化表明，景觀濕地共有種的D與H′值為3.32和1.65，在5種濕地類型中最小，其他幾種濕地類型共有種D與H′值非常接近，共有種在所有5種濕地類型中占主導(dǎo)地位；在湖泊、山塘水庫(kù)和景觀水面中特有種的D與H′值很小，樣地調(diào)查出現(xiàn)頻率為1個(gè)種；除了在湖泊、山塘水庫(kù)兩種濕地類型中出現(xiàn)少量稀有種外，其中湖泊的D與H′值為1.66和0.39，山塘水庫(kù)的D與H′值為1.83和0.46；其他濕地類型中沒有發(fā)現(xiàn)稀有種。

按植物物種生活型計(jì)算的多樣性結(jié)果表明（表5），植物種多樣性情況是不一致的，依據(jù)生活型所計(jì)算的H′與D值可以發(fā)現(xiàn)，物種多樣性以多年生草本植物類最高，其次是一年生草本，而喬木與灌木類植物最低。

表4 不同濕地類型植物種出現(xiàn)頻率特點(diǎn)Table 4 Plant frequencies of different types of wetlands

表5 不同濕地類型植物種類生活型組成特點(diǎn)Table 5 Life characteristics of plant species of different wetlands

3 討論與結(jié)論

本研究區(qū)域整體范圍內(nèi)，植物種類多樣性指數(shù)和生活型分布的規(guī)律性變化說明長(zhǎng)沙市城市濕地的植物在植物區(qū)系組成上具有一定的復(fù)雜性與特殊性，體現(xiàn)了較高的多樣性。在植被類型上以草本群落為主，并且主要為多年生草本，其次是一年生草本，而灌木與喬木等木本植物分布較少［17］。不同濕地類型中的共有種較多，稀有種和特有種較少，說明長(zhǎng)沙市濕地植被缺乏獨(dú)特性。濕地類型不同對(duì)濕地植物物種多樣性的生活型、物種分布狀況有顯著影響；說明濕地類型是濕地植物空間格局形成的重要影響因素。

從植物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)及豐富度指數(shù)看，不同濕地類型植物種豐富度差異不大，植物種豐富度最高，為23個(gè)種，最少的是景觀濕地，為7個(gè)；無論Shannon－Wiener還是Simpson指數(shù)，從河流濕地到溝渠，種多樣性指數(shù)變化沒有明顯規(guī)律。河流濕地出現(xiàn)外來入侵物種，而其他濕地類型暫未發(fā)現(xiàn)入侵物種。說明河流濕地生態(tài)系統(tǒng)開放性程度更高。

調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)沙城市濕地資源受到一定的破壞，由于城市化進(jìn)程的推進(jìn)，濕地面積不斷減少，自然濕地比重降低，景觀水面等人工濕地比重加大；而這些人工濕地物種不多，并且外來物種往往更容易侵入，物種多樣性遭到很大的破壞。不少城市濕地受到不同程度的污染，水量減少，嚴(yán)重影響了濕地的整體功能，通過調(diào)查，摸清了長(zhǎng)沙市濕地植物的基本規(guī)律，可以為充分開發(fā)濕地植物的生態(tài)潛能，維持城市濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與健康提供參考資料。其次是濕地植物群落所受干擾與至城市核心區(qū)的距離有關(guān)［18］，主要原因在于城市化過程中大量外來物種的入侵。城市化對(duì)濕地植物種類組成也有很大影響，優(yōu)勢(shì)種因城市化區(qū)域不同而異；城區(qū)濕地植物組成以人工栽培的景觀植物為主，市郊區(qū)除農(nóng)作物外即以自然分布的草本植物為主。城市化幾乎包括了所有導(dǎo)致濕地植物多樣性喪失的因素，如生境破壞、外來物種入侵、環(huán)境污染等；因此，必須加強(qiáng)在城市化過程中的濕地植物多樣性保護(hù)。

總之，濕地生物多樣性研究是目前學(xué)術(shù)界關(guān)注與研究的熱點(diǎn)問題［19］。通過調(diào)查與分析可知，濕地類型不同直接影響特有種和稀有種。所以從保護(hù)生物多樣性的角度出發(fā)，在長(zhǎng)沙城市濕地制定管理與保護(hù)措施時(shí)，要注意考慮：

1）必須強(qiáng)調(diào)濕地類型的管理與保護(hù)，在不同類型生境中包括不同的植物特有種與稀有種，一般經(jīng)歷干擾后的生態(tài)系統(tǒng)不能恢復(fù)到干擾前的狀況。特別是一些根莖型的多年生草本植物與灌木類植物，如狗牙根、空心蓮子草等。事實(shí)上，濕地類型最顯著的影響是對(duì)各種植物種（灌木、一年生及多年生草本）生活型的影響。由于人為干擾而引起濕地景觀破碎、異質(zhì)化，從而使?jié)竦丨h(huán)境多樣化，這一過程無疑會(huì)導(dǎo)致部分濕地生物多樣性衰減，但在大尺度上也會(huì)有新的植物物種產(chǎn)生，如濕地類型中的特有種等。

2）就長(zhǎng)沙城市濕地的合理利用與保護(hù)問題而言，首先要有一定的具體保護(hù)范圍，作為生物多樣性種源的“大陸島”嚴(yán)格保護(hù)。其次，要科學(xué)管理與合理利用濕地資源，包括劃區(qū)輪牧、保護(hù)地放牧、限制植物采集等活動(dòng)。但是適當(dāng)干擾可增加景觀的異質(zhì)性，進(jìn)而增加長(zhǎng)沙城市濕地的植物物種豐富度。

3）長(zhǎng)沙市及其周邊的濕地由于開墾、養(yǎng)殖和放牧等人為破壞的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，使?jié)竦刂脖皇艿酵{。由于城市濕地距離人類生活區(qū)較近，缺少緩沖區(qū)，生活和生產(chǎn)污水大量排放到濕地水源，污染現(xiàn)象也比較嚴(yán)重，這也是造成濕地植被破壞的一個(gè)重要原因［20］。說明人類活動(dòng)干擾、城市人口分布、土地利用模式、濕地至城市核心建成區(qū)的距離等因素對(duì)濕地植物多樣性有一定影響，但其間的相關(guān)關(guān)系還有待于后續(xù)研究。

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