平原村莊區(qū)河岸帶植被特征研究

林立懷，夏繼紅，畢利東，伊紫函，曹偉杰(河海大學水利水電學院，南京 210098)

河岸帶是河流與陸地生態(tài)系統之間進行物質、能量、信息交換的重要生態(tài)過渡區(qū)，具有獨特的生態(tài)結構和服務功能[1]。河岸帶植被是河岸帶生態(tài)系統最主要的生產者，在維持整個生態(tài)系統的結構和功能方面都有著非常重要的作用[2]。河岸帶植被不僅發(fā)揮著穩(wěn)定岸坡、保持水土、凈化水體、生物廊道、豐富物種等一系列的自然保護功能，還具有一定的社會保護及休閑娛樂功能[3]。因此，了解河岸帶植被組成及其特點對河岸帶生態(tài)建設有著重要的意義。近年來，已有一些學者對河岸帶植被開展了調查研究，如，沈亞強等[4]通過對黃河干河岸帶植物的調查，研究了植物群落特征及其與環(huán)境的相互關系。Mendez-Toribio等[5]研究了杜羅河流域土地利用方式對河岸帶植被多樣性的影響。現有研究大多集中于骨干河道的河岸帶植被群落結構、數量特征、功能及其影響因素等。但針對村莊中小河流河岸帶植被分布的研究鮮見。本文以浙江省桐鄉(xiāng)市石門鎮(zhèn)白馬塘村為研究區(qū)，通過現場調查，深入探討平原村莊中小河流河岸帶植被分布特征及其物種多樣性，以期為中小河流河岸帶退化區(qū)域的生態(tài)修復或重建提供基礎信息與理論依據。

1 研究區(qū)概況

本研究以桐鄉(xiāng)市石門鎮(zhèn)白馬塘村(120°27′E，30°38′N，海拔6 m)為研究區(qū)(位置如圖1所示)。研究區(qū)區(qū)域面積為4 km2，區(qū)域內河道縱橫，水系發(fā)達，主要包括京杭運河、白馬塘河、油車橋、曹家筧港等多條河道，為典型的江南平原水網區(qū)。該區(qū)域自2009年以來開展了農村河道生態(tài)建設，重點對河岸帶實施了生態(tài)化防護，主要采用了生態(tài)混凝土球、生態(tài)混凝土砌塊、生態(tài)扇形磚、魚巢、生態(tài)袋、五豐砌塊、純植被等7種材料實施防護。

圖1 研究區(qū)域及區(qū)段設置示意圖Fig.1 Location and segments of study area

2 研究方法

2.1 區(qū)段選取與樣方設置

研究中，按照不同建設方式，分別選擇京杭運河、白馬塘河、曹家筧港、油車橋港、秀才橋港5條典型河道為研究區(qū)段(見表1)。每個區(qū)段設置3個典型斷面，每個斷面設置1個10 m×10 m的喬木樣方，1個5 m×5 m灌木樣方，3個1 m×1 m草本樣方，其中，草本樣方按照離坡腳距離大小并結合斷面結構特點選取，各樣方間隔距離為1～5 m。主要監(jiān)測記錄的指標包括：喬木層的種類、樹高、數量、胸徑和冠幅；灌木層與草本層的種類、蓋度、株高、數量。調查分別于2013年10月、2014年4月、2014年10月進行。

表1 各區(qū)段基本特征Tab.1 Characteristics of each segment

2.2 植被多樣性計算及分析方法

本文選擇了Patrick豐富度指數、Shannon-Wiener多樣性指數和Pielou均勻度指數來測度和分析農村區(qū)域河岸帶植物物種多樣性特征。具體的指數計算公式如下[6]：

(1)Patrick物種豐富度指數：

R=S

(1)

(2)Shannon-Wiener物種多樣性指數：

(2)

(3)Pielou均勻度指數：

J=H′/lnS

(3)

式中：S為某一樣方內出現的物種數；Pi=ni/N，ni為某一樣方內物種i的數量；N為該樣方內所有物種的總數量。

數據處理及統計分析在應用Origin9.0和SPSS19.0上進行。其中統計分析對單因素方差分析采用LSD法顯著性檢驗。

3 結果與分析

3.1 河岸帶植被物種組成

經調查統計，該區(qū)域河岸帶共有維管束植物43種，隸屬于27科，41屬。其中，單種屬、單屬科所占比例較高，分別為95.12%與70.37%，與已有河岸帶植被調查結果[7,8]類似。所有植物中，草本植物種類最為豐富，以禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)、玄參科(Scrophulariaceae)等為主，主要物種有馬唐[Digitaria sanguinalis (L.) Scop]、狗尾草[Setaria viridis (L.) Beauv]、狗牙根[Cynodon dactylon (Linn.) Pers]、牛筋草[Eleusine indica (L.) Gaertn]、馬蘭(Kalimeris indica)等，共計17科30屬31種，占河岸帶植被總數的72.09%；喬木主要有柳樹(Salix babylonica)、水杉(Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng)、欒樹(Koelreuteria paniculata Laxm)等物種，共計7科7屬7種，占總種數的16.80%；灌木包括紫薇(Lagerstroemia indica L)、紫葉李[Prunus Cerasifera Ehrhar f. atropurpurea (Jacq.) Rehd]、紅葉石楠(Photiniaxfraseri)以及小葉黃楊(Buxus sinica var. parvifolia M. Cheng)4種，占9.30%；調查區(qū)域內僅發(fā)現五葉地錦(Parthenocissus quinquefolia)一種藤本植物。由此可以看出，河岸帶具有豐富的物種組成，表現出明顯的過渡性與生態(tài)邊緣效應[9]。

根據該區(qū)域河岸帶植被的優(yōu)勢種類組成、外貌特征和環(huán)境條件等，研究區(qū)域河岸帶植被可劃分為3個主要植物群落類型。第一種群落類型為馬唐+狗尾草群落，這兩個物種都為常見的旱地雜草。在調查的45個草本樣方中，二者共同出現的樣方數高達21個，且二者長勢相當，以T3區(qū)段最為突出。伴生種有水蘇、稗草、香附等；第二種類型為狗牙根+牛筋草群落，狗牙根多年生草本植物，具有根狀莖和匍匐枝，須根細而堅韌。牛筋草為一年生草本，其根系極發(fā)達。這兩種植物組成的群落廣泛分布于研究區(qū)河岸帶岸坡上，其中T1、T3、T5區(qū)段最多，伴生種有鱧腸、看麥娘等。第三種類型為空心蓮子草+馬唐群落，主要分布于T4區(qū)段，這兩種植物共同構成優(yōu)勢種。其中，空心蓮子草別名喜旱蓮子草、水花生等，為莧科蓮子草屬的一種多年生宿根性草本，屬于外來入侵物種。該群落伴生種有馬唐、牛筋草等。

3.2 物種豐富度空間變異性

各區(qū)段物種豐富度如圖2所示。由圖2可知，T5區(qū)段的物種豐富度最高，T4區(qū)段的物種豐富度最低，并明顯低于其他區(qū)段(p<0.05)。喬木及灌木層豐富度在各個區(qū)段間的變化不顯著(p>0.05)，且各區(qū)段內灌木種類均較少，T2、T3、T5區(qū)段均只有一種灌木，T4區(qū)段未發(fā)現任何灌木。除T4區(qū)段以外，其他4個區(qū)段的草本植物種類均在10種以上，T5區(qū)段草本植物種類最多，有17種，顯著高于T4區(qū)段(p<0.05)。

圖2 各區(qū)段物種豐富度Fig.2 Richness index in each segment

T4區(qū)段的物種豐富度之所以最低，主要是由于周邊農戶在該區(qū)域河岸岸坡上種植棉花，原岸坡上的大多數植被已被鏟除破壞，僅有少量如馬唐、空心蓮子草等繁殖力和再生力強的幾個物種存活，可見人為干擾對河岸帶植被的豐富度有著重要的影響。

3.3 物種多樣性空間變異性

不同區(qū)段河岸帶草本植被Shannon-Wiener多樣性指數(H′)及Pielou均勻度指數(J)的分析計算如表2所示?？梢钥闯?，距坡腳4 m以內區(qū)域的植被多樣性指數較大，這主要是由該區(qū)域內水流作用和水分含量的空間異質性所決定。該區(qū)域為濱水區(qū)，區(qū)域內土壤較為濕潤，既有水生植物，也有陸生植物，還有兩棲植物，植物種類豐富，長勢較好，因此擁有更高的多樣性。

表2 河岸帶植被多樣性指數變化特征Tab.2 Characteristics of species diversity of riparian vegetation

注：同一區(qū)段同列相同字母表示該指標差異不顯著(p<0.05)。

不同區(qū)段間的Shannon-Wiener多樣性指數之間存在一定差異，如T5區(qū)段的Shannon-Wiener指數相對高于其他4個區(qū)段，這除了建設模式不同的原因外，還與岸外土地的利用方式有關，T5區(qū)段的岸外土地利用方式為林地，種植欒樹林，為植物生長提供了良好的生境，而且距離人類活動范圍較遠，人為干擾較小，二者因素致使其物種多樣性較高。而T1、T3、T4區(qū)段岸外土地利用方式為農業(yè)用地，河岸帶植被在很大程度上會受到農田干擾，主要是農村大量使用化肥與農藥，在降雨的沖刷作用下，通過徑流向河岸帶擴散，造成面源污染，改變了河岸帶土壤的養(yǎng)分和化學成分，而這一變化會引起某些物種無法生長，另一些物種則出現瘋狂生長現象，最終導致該區(qū)域某些物種的優(yōu)勢度極高，而整體的多樣性則偏低。T2區(qū)段緊鄰居住區(qū)，由于長期的人類生活活動，對該區(qū)域的群落形成一定干擾，使其多樣性下降。各樣方的Pielou均勻度指數在0.37～0.82之間，其變化趨勢與Shannon-Wiener指數基本一致。T4區(qū)段的均勻度指數偏低，其植物群落為空心蓮子草和馬唐群落，空心蓮子草屬于外來入侵物種，具有競爭優(yōu)勢，排擠其他植物，使群落物種走向單一化，破壞了當地的河岸帶生態(tài)環(huán)境，使區(qū)段中的Pielou均勻度指數較低。

Shannon-Wiener多樣性指數也顯著低于采用純植被防護模式的T5區(qū)段(p<0.05)，而各區(qū)段間的平均Pielou均勻度指數差異不顯著(p>0.05)。但在同一區(qū)段內，隨著樣方與坡腳距離的增加，Shannon-Wiener多樣性指數與Pielou均勻度指數呈下降趨勢，特別是距坡腳1～2 m范圍內的Shannon-Wiener多樣性指數及Pielou均勻度指數都顯著高于岸頂以外區(qū)域(p<0.05)。

4 結 論

(1)研究區(qū)域河岸帶共有維管束植物27科41屬43種，群落物種組成較為豐富，說明河岸帶生態(tài)建設對保護物種多樣性有著重要的作用。

(2)在河岸橫向上，隨著離河岸坡腳距離的增加，植被的Shannon-Wiener多樣性指數及Pielou均勻度指數均呈下降趨勢。

(3)河岸帶生態(tài)修復應以當地植物物種為主，以避免外來入侵物種對河岸帶生態(tài)系統造成損害。

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