城市化地區(qū)河岸帶植物多樣性特征及其與濱河用地性質(zhì)的關(guān)系——以晉江市九十九溪為例

張 昶，王 成，孫睿霖，郄光發(fā)，包紅光，唐賽男

(1.中國林業(yè)科學研究院林業(yè)研究所，北京100091;2.國家林業(yè)局城市森林研究中心，北京100091)

河岸帶是指河水與陸地交界處的兩側(cè)至河水影響消失的地帶，其生態(tài)系統(tǒng)具有明顯的邊緣效應，其中河岸帶植被是其重要的主體部分之一[1－4]，具有重要的生態(tài)學意義[5].城市化地區(qū)河流與城市的關(guān)系更加密切，河岸帶的特征和功能對于河流沿岸地區(qū)的生態(tài)以及景觀風貌具有更為直接的影響與控制力，同時城市化地區(qū)河岸帶受人為因素的調(diào)控較多，情況更為復雜[6－8].河岸帶植被表現(xiàn)出與自然河岸帶植被不同的特征，但目前對以自然河流為主的河岸帶植被的研究多是從群落生態(tài)學角度展開對植被的調(diào)查與特征分析[9－15].對城市化地區(qū)河岸帶的植被特征及其變化規(guī)律的研究較少.晉江市是我國經(jīng)濟最為發(fā)達的市縣之一，是通過鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)全面發(fā)展來推進城鎮(zhèn)化的進程，在此過程中河流及其沿線景觀也受到了極大的影響.本文以晉江市境內(nèi)貫穿城鄉(xiāng)的最大河流——九十九溪為研究對象，分析河流兩岸的植物多樣性特征及不同河段多樣性的變化趨勢，旨在為相關(guān)研究提供參考.

1 晉江市九十九溪概況

晉江市屬南亞熱帶濕潤氣候區(qū)，九十九溪發(fā)源于福建省南安市大旗尾山，總流域面積354 km2，在晉江市境內(nèi)有137 km2，是晉江市內(nèi)最長的河流.其流量、水位季節(jié)變化明顯，腹地為晉江市主要水稻種植區(qū).本研究選定晉江市范圍內(nèi)彭溪支流(磁灶彭溪)和雙溪支流的交匯點(加沙橋雙溝)，以及浦溝的分支點(六原水閘入海點)作為研究對象，包含了晉江市九十九溪流域所涉及的全部用地類型及河流形態(tài)，調(diào)查河道總長21 km(圖1).

圖1 九十九溪研究范圍、河段劃分圖Fig.1 Research range and segments of Jiushijiu River

2 研究方法

2.1 河岸帶寬度范圍與河段劃分

2.1.1 河岸帶寬度 在受人為影響的城市化地區(qū)的河流，河流典型的河岸帶自然地貌特征已經(jīng)基本消失，依據(jù)河岸地形、植被等自然特征來確定河岸帶寬度是難以實現(xiàn)的.本研究基于九十九溪濱河現(xiàn)有的地貌特征，參考文獻[16－21]和未來九十九溪河岸植被建設的可行范圍，將研究范圍定于10倍河寬，并經(jīng)過實地踏查確認該范圍完全能夠包含從河灘開始向兩岸延展的連續(xù)性植被群落的最遠邊界，也是與河流景觀關(guān)聯(lián)度最高的地帶.

2.1.2 河段劃分 在實地踏查與分析河流衛(wèi)星影像的基礎上，直觀地對研究范圍內(nèi)河流形態(tài)及沿線景觀風貌、土地利用等情況進行差異分辨，將存在較小直觀差異的河流區(qū)段劃為一個河段.河段是后續(xù)調(diào)查和分析的基本單位.本文將九十九溪劃分為9個河段，各河段的河寬表示如下:D1=165 m，D2=102 m，D3=200 m，D4=187.5 m，D5=612.5 m，D6=600 m，D7=300 m，D8=433 m，D9=300 m(圖 1).

2.2 生物多樣性研究

2.2.1 樣地調(diào)查 根據(jù)環(huán)境和植被代表性原則選取樣地(順水流方向).D1:濕地荒野景觀段設2個樣地(濕地草甸、河岸桉樹林帶).D2:陶瓷工業(yè)商用地段設5個樣地(廠區(qū)、倉儲、交叉路橋、荒地、岸渠).D3:工商居混雜段設4個樣地(城區(qū)橋、河岸工地、山丘、攔水壩).D4:城市居住用地段設4個樣地(鄉(xiāng)村原野、鄉(xiāng)堤、山體、河道濕地).D5:田園村鎮(zhèn)景觀段設4個樣地(古橋、江心洲、農(nóng)田、棚戶區(qū)).D6:城市湖段設2個樣地(江心洲、工地).D7:在建城市居住區(qū)段設樣地1個(江心洲).D8:城市渠筑水岸(濕地水田、農(nóng)田).D9:入海口灘涂段設1個樣地(入海草灘).調(diào)查樣地共計24個.

在樣地內(nèi)按照樣帶法，從河灘處開始每隔3 m設置1個樣方，至河岸帶邊緣.其中，草本樣方為1 m×1 m，灌木樣方為5 m×5 m，喬木樣方為5 m×5 m.調(diào)查主要指標包含喬木的名稱、株數(shù)、胸徑，灌木的名稱、株數(shù)/叢數(shù)、覆蓋度，草本的名稱、株數(shù)(叢生型或蓮座型分開計算株數(shù);大片分布的則調(diào)查代表性的25 cm×25 cm面積中的株數(shù)，再按面積推算樣方株數(shù))、高度、覆蓋度.

2.2.2 數(shù)據(jù)處理 重要值計算[22]:喬木重要值=(相對密度+相對優(yōu)勢度+相對頻度)/3;草本重要值=(相對高度+相對蓋度+相對頻度)/3;灌木重要值=(相對密度+相對蓋度+相對頻度)/3.

多樣性衡量指標:Patrick豐富度指數(shù)(R):R=S，其中S表示群落物種數(shù).

Shannon-Wiener指數(shù)(H):H=－∑si=1NilnNi，其中Ni表示第i種個體的重要值.

Pielou均勻度指數(shù)(J):J=H'/lnS，其中S表示群落物種數(shù).

2.3 河岸帶土地利用的調(diào)查方法

采用土地利用圖、衛(wèi)星影像分析與現(xiàn)場徒步調(diào)查相結(jié)合的方法，分別對每個河段河岸帶的土地利用方式進行計算分析，統(tǒng)計河段內(nèi)土地利用斑塊的類型、數(shù)量、面積、周長，選取類型斑塊面積比重、類型斑塊邊界密度指標衡量該類型的面積比例與破碎化程度.

斑塊面積比例=類型斑塊總面積/景觀總面積

斑塊密度PD=類型斑塊數(shù)目/景觀總面積

類型斑塊邊界密度ED=類型周長/類型面積

3 結(jié)果與分析

3.1 河流植被總體特征

3.1.1 物種構(gòu)成 本調(diào)查共記錄到九十九溪河岸帶植被43科94屬94種.按生活型來分，喬木植物17科23屬23種，灌木12科13屬13種，草本18科58屬58種.草本植物種類較多，符合河岸植被帶普遍的植被構(gòu)成規(guī)律.當天然河岸帶用地變更為大比例的耕地與城鄉(xiāng)工礦建設用地時，喬木與灌木植物種類的豐富性與異質(zhì)性比草本植物更易受到威脅，因此九十九溪河岸帶的植被呈現(xiàn)出草本居主的狀態(tài).

3.1.2 優(yōu)勢物種 九十九溪草本植物以桑科Moraceae、禾本科Gramineae、莧科Amarathaceae植物為主，灌木以大戟科Euphorbiaceae、馬鞭草科Verbenaceae、蕓香科Rutaceae植物為主，喬木以桃金娘科Myrtaceae、?？芃oraceae、楊柳科Salicaceae等為主.草本、灌木、喬本重要值最高的分別為蘆葦Phragmites australis(Cav.)Trin.ex Steud、蓖麻 Ricinus communis L.、小葉榕 Ficus benjamina L.從九十九溪優(yōu)勢種植物可以看出，蘆葦、蓖麻屬于對環(huán)境忍受度較高的植物，而小葉榕屬于人工栽植為主的觀賞喬木，是城鎮(zhèn)渠化河道沿線種植數(shù)量最多的樹種，說明九十九溪無論是河岸形態(tài)還是河岸植物景觀都受人為活動影響較多.

3.1.3 植物多樣性與均勻度 九十九溪整條河流以及左右岸的多樣性指數(shù)H、均勻度指數(shù)J的計算結(jié)果見表1.

表1 九十九溪多樣性指數(shù)(H)與均勻度指數(shù)(J)Table 1 The index of H and J in Jiushijiu River

從表1可以看出，九十九溪左右岸多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)與整條河流的相比相對較低.表明九十九溪河岸帶植被群落分布不均衡，這與城市化地區(qū)河岸植被自然連貫性被人為隔斷相關(guān).同時，從表1還可看出，草本植物的均勻度指數(shù)低于灌木植物，灌木植物的均勻度指數(shù)低于喬木植物.這反映出在人為干擾比較強的九十九溪，河岸植物群落的自然梯度變化與演替已不再是影響群落的構(gòu)成與結(jié)構(gòu)的主要因素.因此草本植物種間數(shù)量的分配更加廣泛與穩(wěn)定，而喬木植物與灌木植物的異質(zhì)性較低，植物多樣性可能更易隨著人為作用而發(fā)生變化.

3.2 不同河段植被特征變化趨勢

3.2.1 植被景觀風貌變化趨勢 從河段1到河段9，植被景觀總體風貌呈現(xiàn)出從較自然的撂荒濕地植被景觀向人工桉樹林、人工堤岸綠化、田野草灘、人工園林、濱海草甸的變化趨勢，其中植被景觀自然風光格調(diào)有3個變化拐點(圖2).從不同河段土地利用狀況分析可以看出:拐點1是從河段1到河段2，由于河岸帶職能向工、商、居轉(zhuǎn)變，植被景觀風貌變化:自然鄉(xiāng)村景觀逐步消失，被人工堤化綠化取代.拐點2是從河段4到河段5，對應的用地為鄉(xiāng)村、農(nóng)田化，植被景觀風貌:從局部自然草甸向田野蘆葦草灘變化，河岸帶的野趣與鄉(xiāng)村特色漸漸明顯.拐點3是從河段5到河段6，由河段6至入海，雖入?？诓莸檩^為自然，但總體來說，由于河岸帶周邊由城市建設用地主控，其植被景觀相應向人工園林綠化轉(zhuǎn)變，自然鄉(xiāng)村風貌逐步消失.

圖2 九十九溪不同河段的主體植被景觀圖Fig.2 Main plant landscape of variety segments in Jiushijiu River

對應于河岸植被來源，拐點2到拐點3與拐點3至入海的工業(yè)區(qū)、城區(qū)河段，外來植物出現(xiàn)頻率高;而拐點1之前與拐點2到拐點3的荒野濕地、鄉(xiāng)村、農(nóng)田河段相對比較自然，基本保持鄉(xiāng)村的自然植被景觀風貌，具有地帶特色的鄉(xiāng)愁景觀要素依然存在.

3.2.2 多樣性指數(shù)變化趨勢 將不同河段兩岸多樣性指數(shù)及不同河段兩岸各類主要用地(農(nóng)用地與建設用地為主要用地類型，二者占所有類型斑塊數(shù)量的92%，占所有面積的97.7%，其中，建設用地包括村莊、建制鎮(zhèn)、城市建設用地3種類型)特征指數(shù)的計算結(jié)果見圖3.從圖3可以看出河岸帶植被多樣性明顯的河段間差異以及多樣性與用地狀態(tài)變化的對應趨勢.

從圖3可以看出，九十九溪左岸從D1到D9，多樣性呈現(xiàn)下降(D1－D3)—上升(D3－D5)—下降(D5－D7)—上升(D7－D9)的變化趨勢;而右岸呈現(xiàn)出上升(D2－D5)—下降(D5－D7)—上升(D7－D9)的變化趨勢.兩岸多樣性指數(shù)總體變化趨勢基本類似;且兩岸多樣性指數(shù)為0的河段，左岸為D6、D7，右岸為D7;最高河段均出現(xiàn)在D5;特殊河段出現(xiàn)在D3段的左岸;相對于D2河段D3段有明顯的下降趨勢.總的來說，多樣性指數(shù)變化的關(guān)鍵河段為D3、D5、D7.

D3段左岸多樣性的下降、村莊建制鎮(zhèn)斑塊密度的上升、各類用地面積的上升、耕地村莊邊界密度的下降有關(guān).該段河岸出現(xiàn)更多村鎮(zhèn)居住地與規(guī)整形制的農(nóng)耕地，其分散分布造成植被帶破碎化.D5段多樣性增高與兩岸用地(除右岸村莊用地外)斑塊密度的下降、兩岸耕地面積的升高有關(guān).村莊邊界密度增大，該段建設用地趨于集中，退讓出更多的農(nóng)地，散布的村落也增多，河岸植被擁有了更多的生存空間與邊緣生境，多樣性指數(shù)達到最大值.D6左岸、D7左右岸新增城市用地面積，原生河岸植被消失較多，多樣性指數(shù)降至最低.

圖3 九十九溪河岸植物多樣性及用地斑塊特征指數(shù)Fig.3 Plant diversity and land use index of Jiushijiu River

3.2.3 濱河用地性質(zhì)對河岸植被的影響 分別統(tǒng)計左岸與右岸河段的植物多樣性指數(shù)，并對兩岸植物多樣性指數(shù)進行對比，以此為依據(jù)將9個河段劃分為兩岸均較高(超過均值)、兩岸均較低、左岸高右岸低(左右以順河流方向衡量)、右岸高左岸低(左右以順河流方向衡量)4種類型.其中，類型Ⅰ含河段D4、D5、D9，類型Ⅱ含河段D6、D7、D8，類型Ⅲ含河段D2，類型Ⅳ含河段D3.再按這4種類型整理與統(tǒng)計農(nóng)用地A、城市建設用地C、建制鎮(zhèn)建設用地T、村莊建設用地V的面積比例、斑塊密度PD、邊界密度ED的用地特征指標(表2)，以便進一步分析用地特征與植物多樣性變化趨勢間的關(guān)系.

表2 九十九溪不同河段河岸植物多樣性及用地特征統(tǒng)計Table 2 The plant diversity and land use index of different segments in Jiushijiu River

由表2可知，從河岸帶所含用地類型的數(shù)量來看，類型Ⅱ比類型Ⅰ所含用地類型豐富，類型Ⅳ中H值較低的左岸比H值較高的右岸所含用地類型豐富.這表明河岸帶用地類型越豐富，河岸帶生物多樣性越低.同時，類型Ⅲ中，H值較高的左岸與H值較低的右岸在用地類型數(shù)量不存在差異時，H的差異性則反映出同類用地具體特征對植物多樣性的影響，類型Ⅲ兩岸農(nóng)用地與村莊用地相比，二者的斑塊密度均表現(xiàn)為右岸均高于左岸，反映出右岸斑塊分布較左岸更分散，用地格局更破碎，說明用地的破碎化對植物多樣性造成負面影響.農(nóng)用地與村莊用地均受較強的人為干擾，前者植被類型受農(nóng)耕地需求影響而趨于單一，后者在人為破壞造成植被豐富度下降的同時，亦存在諸多人工栽植的植物(如庭院樹木、圍村水岸林等)，能緩和植被的絕對均質(zhì)性.

進一步比較兩岸植物多樣性指數(shù)均較高類型(類型Ⅰ)與兩岸植物多樣性指數(shù)均較低類型(類型2)的用地特征指標值，結(jié)果見圖4.

圖4 類型1與類型2的多樣性指數(shù)及用地特征指標的差值Fig.4 The difference of diversity and land use index between type 1 and type 2

從圖4可以看出:類型Ⅱ的用地類型比類型Ⅰ的豐富，多含城市建設用地;而類型Ⅱ的相對較低的植物多樣性值反映出城市建設用地的出現(xiàn)導致植物多樣性降低;比較類型Ⅰ與類型Ⅱ的用地特征指標差值，與多樣性差值同方向變化(類型Ⅰ的多樣性值大于類型Ⅱ，二者差值為正)的用地特征指標有PD(T)、ED(V)、ED(T)、面積比(A)、面積比(T)，說明分布較分散的建制鎮(zhèn)建設用地、面積較大的農(nóng)田用地與建設用地、斑塊形狀較為復雜的村莊建設用地與建制鎮(zhèn)建設用地，對于維持植物多樣性具有積極作用.農(nóng)地具有相對自然的用地屬性，具備承載較多植物生境的潛力.而建制鎮(zhèn)建設用地與村莊建設用地內(nèi)，依據(jù)人們喜好與生產(chǎn)生活需求維護植被或引入植物的行為，會提高河岸植被的物種豐富度.因此，其斑塊形狀越復雜，與河岸帶的接觸越多，這種積極作用就越明顯.上述河段類型的用地特征指標PD(A)、PD(V)、PD(C)、面積比(V)、面積比(C)、ED(A)、ED(C)與多樣性差值的變化趨勢是相反的，說明分布較為集中的農(nóng)用地、村莊建設用地、城市建設用地，面積較大的村莊建設用地、城市建設用地，形狀較為復雜的農(nóng)用地、城市建設用地均會降低生物多樣性.表明農(nóng)用地雖總體具備較自然的屬性，但其連片集中且斑塊形狀復雜，會降低河岸帶植被多樣性.而村莊用地內(nèi)無序自發(fā)的河岸土地使用、城市建設用地對河道的渠化硬化造成河岸帶的破壞，均直接降低植物多樣性.

4 小結(jié)

(1)本研究共記錄到九十九溪河岸帶植被43科94屬94種，其中喬木植物17科23屬23種，灌木12科13屬13種，草本18科58屬58種，草本植物占主導地位.

(2)九十九溪草本植物的均勻度低于灌木植物，灌木低的均勻度于喬木植物，反映出在人為干擾比較強的城市化地區(qū)，河岸植物群落的自然梯度變化與演替已不再是影響群落的構(gòu)成與結(jié)構(gòu)的主要因素.而人為干擾的主要是喬木與灌木，對草本的“篩選”較為放任和粗放，因此草本植物種間數(shù)量的分配更加廣泛與穩(wěn)定，而喬木植物與灌木植物的異質(zhì)性較低，更易隨著人為干擾而發(fā)生變化.

(3)不同河段的植被景觀風貌表征出不同的特征.自然格調(diào)消失較多的工業(yè)區(qū)、城區(qū)河段外來植物出現(xiàn)頻率高;而鄉(xiāng)村、農(nóng)田河段相對比較自然，基本保持鄉(xiāng)村的自然植被景觀風貌，具有地帶特色的鄉(xiāng)愁景觀要素依然存在.

(4)從總體土地格局層面上看，城鎮(zhèn)化地區(qū)河流空間異質(zhì)性對植物多樣性存在脅迫，建設用地類型越多，對生物多樣性脅迫越大，特別是城市建設用地的出現(xiàn)致使生物多樣性大幅下降.

致謝:本研究得到梁冰晶、金佳莉、李喆靚、李淑涵、史尙睿等同學，以及晉江市林業(yè)局施榮達、吳良榮等的鼎力幫助，在此深表感謝!

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