長江馬鞍山段沿岸陸生植物分布及多樣性研究

陳書琴，夏建東，王志高，龍錦云

(1.安慶師范大學資源環(huán)境學院，安徽安慶246133；①2.中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京100085)

河岸是維護水陸生態(tài)平衡的重要界面[1]，結構合理、配置科學的陸生植物群落不僅能維護江河及水中洲的岸坡穩(wěn)定[2]、保護水土[3-5]、調節(jié)氣候，而且能為各種鳥類及其他野生動物提供棲息地、覓食場及庇護所。長江流域植物資源十分豐富，僅在安徽省境內就有陸生植物3 379種[6]，由于水陸交錯帶生物多樣性較高，近江岸植物物種數亦相當可觀。值得關注的是，近年來隨著長江治理力度加強，河岸工程頻繁，天然岸帶消退嚴重，與之同步的是近岸陸生植物也受到了不同程度的破壞。對長江近岸陸生植物開展研究是摸清資源家底、評估生態(tài)風險、完善環(huán)境管理的重要手段。馬鞍山段是長江安徽段的末端，也是長江流向由西東向變?yōu)槟媳毕虻闹虚g江段。因其主流擺動幅度大、汊道間過渡段短，所以該江段岸坡失穩(wěn)、洲頭崩塌，泥沙淤積，是長江下游地區(qū)重點治理河段之一[7-8]，先后經歷了多次整治。與之相呼應的是，近岸陸生植物受人工工程影響強烈，陸生生態(tài)系統(tǒng)亦已經或正在發(fā)生劇烈演變[9]，具體情況亟待查明。然而，當前有關長江馬鞍山段近岸陸生植物的研究極少見于報道，本文對長江馬鞍山段兩岸陸生植物進行了全面調查研究，以期為該江段生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀評價及生態(tài)問題整治提供基礎數據，為兩岸陸生植物群落優(yōu)化及植物保護提供科學依據。

1 材料及方法

1.1 研究區(qū)概況

馬鞍山市地處北亞熱帶季風氣候帶，地帶性植被為帶有常綠性質的落葉闊葉林[10]。長江馬鞍山河段承自蕪裕河段接南京新生洲汊道，為典型的兩端束窄順直分汊型河道，全長36 km(E118.3564°～118.4913°，N31.5150°～31.7718°)。河道內急彎眾多，水力流場復雜[11]。

1.2 研究方法

調查范圍：長江馬鞍山段兩側距主河道2 km內、江心洲水濱2 km內。

樣方設置：草本調查樣方大小為1 m×1 m，灌叢樣方大小為4 m×4 m，喬木樣方大小為10 m×10 m[12]。為研究不同區(qū)域陸生植物差異，在江東區(qū)、江西區(qū)、江心洲各設5個調查位點，每個調查點設3個喬木樣方，每個喬木樣方內設3個灌木和3個草本樣方(如圖1)。記錄樣方內植物物種種類、株(叢)數、高度、多度、蓋度等情況。

調查時間：2016年6月～11月。將采集的標本進行分類鑒定，確定科、屬、種名，并查閱其地理分布范圍[13-15]。

圖1 野外調查位點分布示意

1.3 數據分析方法

對長江馬鞍山河段陸生植物進行統(tǒng)計，形成該區(qū)域植物名錄，對該區(qū)域植物區(qū)系科和屬的分布區(qū)類型進行統(tǒng)計分析。物種多樣性參照文獻[16]的方法進行計算：

(1)α多樣性

其中pi為第i種的重要值，重要值=(相對頻度+相對蓋度+相對密度)/3，S為樣地內物種總數。

(2)β多樣性

相異性指數(CD):CD=1-2c/(a+b)，

Cody 指數(βT)：βT=(a+b-2c)/2，

其中a和b分別為兩群落的物種數，c為兩群落的共有物種數。

2 結果與分析

2.1 植物種類及空間分布

基于本次調查，可知該區(qū)兩岸人類活動十分頻繁，絕大部分空間被農用地和建設用地(含水利工程)占據，除個別江心洲有連片天然植被分布外，其他地區(qū)陸生植被群落被切割擠占情況嚴重。據統(tǒng)計，長江馬鞍山段兩岸2 km范圍內陸生維管植物有49科、140屬和190種，種類組成情況如表1所示。

納入標準：①在本院已被確診為壺腹周圍癌；②患者的PS評分≤2(若評分>2，則表示患者不能自由走動及生活不能完全自理)；③患者知情并同意參與本研究。

表1 馬鞍山江段陸生植物組成與長江安徽段及全國對比

雖然從比例上看，長江馬鞍山段植物種類約占長江安徽段物種總數的5.62%，相對于該段長江占安徽省境內長江長度的比例(8.65%)，其植物物種資源并不十分豐富，但從物種豐富度上看，長江馬鞍山段高達1.32 sp·km-2，遠超長江安徽省段的0.051 sp·km-2?？梢姡懮参锓N類在兩岸2 km范圍內匯聚較全。據本次調查，除農作物外，長江馬鞍山段兩岸喬木主要有馬尾松(Pinus massoniana Lamb.)、意楊(Populus nigra Linn.var.italica)、楓楊(Pterocarya stenoptera C.DC.)、楝樹(Melia azedarach L.)和旱柳(Salix matsudana Koidz.)，灌木主要為小構樹(Broussonetia kazinoki S.et Z.)，草本主要為蒼耳(Xanthium sibiricum Patrin ex Widder)、愉悅蓼(Polygonum jucundum Meisn.)、牛 鞭 草 (Hemarthria altissima(Poir.)Stapf et C.E.Hubb.)、雞 矢 藤 (Paederia scandens(Lour.)Merr.)、葎草(Humulus scandens(Lour.)Merr.)等，沼生植物主要是水蓼(Polygonum hydropiper Linn.)和蘆葦(Phragmites australis(Cav.)Trin.ex Steud.)。本次調查見天然保護物種野大豆(Glycine soja Sieb.Et Zucc.)于江西區(qū)柳樹林下(5號樣點)，小樣方內密度為0.32株/m2，其他地方很少見。由于野大豆在中國極為普遍，且適應能力強，又有較強的抗逆性和繁殖能力，所以利于保護。此外，調查中還見到水杉(Metasequoia glyptostroboides Hu et W.C.Cheng)和銀杏(Ginkgo biloba Linn.)等人工栽植的保護物種。

2.2 植物科的大小及分布區(qū)類型分析

科是植物分類學中最大的自然單位，該區(qū)域49科植物中既有進化水平較低的古老科，如毛茛科(Ranunculaceae)、楊柳科(Salicaceae)等，也有在植物進化中處于分化的關鍵類群的科，如大戟科(Euphorbiaceae)，也有高度進化的科如玄參科(Scrophulariaceae)、馬鞭草科(Verbenaceae)、菊科、禾本科等，如表2所示。

表2 馬鞍山江段兩岸陸生植物科分類情況

從科這一層次上看，長江馬鞍山兩側陸生植物分別占全國、長江安徽段總科數的16%和22%，體現(xiàn)出科級組成上“小而全”的特點。其中，含20種以上的禾本科和菊科的一些種是區(qū)域草本群落的優(yōu)勢種，體現(xiàn)了草本植物區(qū)系中優(yōu)勢科明顯的特征。另外，長江馬鞍山段兩岸陸生植物具有比較穩(wěn)定的分布區(qū)[17]，其區(qū)系主要為世界分布、熱帶-亞熱帶分布、北溫帶分布的科，即不同地理成分在該區(qū)復雜的生態(tài)環(huán)境中都可以繁衍自己的種系，如圖2所示。

圖2 馬鞍山江段陸生植物科的分布區(qū)類型

該區(qū)世界分布科占有的比例最高，說明該區(qū)植物區(qū)系具有很強烈的過渡性質。植物區(qū)系是自然長期發(fā)展衍化的結果，也是生態(tài)環(huán)境變遷的見證[18]。雖然人類活動難以從根本上改變植物區(qū)系分布[19]，但強烈過渡性質的植物區(qū)系特征卻反映了該區(qū)外來物種入侵風險劇增。

2.3 植物屬的大小及分布區(qū)類型分析

據調查，該區(qū)陸生植物每屬中包含的物種數都比較少，其中5種以上的僅有3屬，分別為苔草屬(Carex Linn.)、蒿屬(Artemisia L.)及蓼屬(Polygonum L.)；區(qū)域寡種屬19個，分別為狗尾草屬(S etaria Beauv.)，畫眉草屬(Eragrostis Beauv.)，燕麥屬(Avena L.)，荸薺屬(Heleocharis R.Br.)，飄拂草屬(Fimbristylis Vahl)，委陵菜屬(Potentilla L.)，莎草屬(Cyperus L.)，苜蓿屬(Medicago L.)，翅果菊屬(Pterocypsela Shin)，飛蓬屬(Erigeron L.)，鬼針草 屬 (Bidens L.)，松 屬 (Pinus L.)，泥 胡 菜 屬(Hemistepta Bunge)，藜屬(Chenopodium L.)，酸模屬(Rumex L.)，毛茛屬(Ranunculus L.)，胡蘿卜屬(Daucus L.)，天胡荽屬(Hydrocotyle L.)，大戟屬(Euphorbia L.)；單種屬118個，代表性屬有白茅屬(Imperata Cyr.)，穇屬(Eleusine Gaertn.)，荻屬(Triarrhena Nakai)，狗牙根屬(Cynodon Rich.)，假稻屬(Leersia Soland ex Swartz)等。

由表2可知，單種屬及寡種屬即占全區(qū)總屬的97.9%。而這兩類屬不是代表新屬剛剛形成，就是代表老屬殘留[20]，不管所代表的意義如何，都說明該區(qū)陸生植物具有一定的脆弱性。

該區(qū)植物區(qū)系屬于北亞熱帶性質，世界分布屬為27個，泛熱帶分布及其變形屬為20個，北溫帶分布及其變形屬為24個，說明本區(qū)植物區(qū)系具有一定過渡性且與熱帶區(qū)系存在聯(lián)系。另外，本區(qū)中國特有屬僅有銀杏屬(Ginkgo L.)、水杉屬(Metasequoia Mikiex Huet Cheng)兩種(皆為人工種植)，說明本區(qū)植被特有性程度較低，陸生植物受人類干擾嚴重。

2.4 陸生植被類型及群系

根據陸生植物的生活習性和環(huán)境，可分為針葉林、闊葉林、灌叢、草甸、沼澤等5個植被型組以及8個群系組和16個群系（表3）。

表3 馬鞍山江段兩岸植被分類系統(tǒng)

根據調查可知，意楊人工群落是本次調查中發(fā)現(xiàn)最多的植被類型，多分布于江灘和沙洲上，生長速度較快，郁閉度在80%以上。區(qū)域以純林為主，缺乏針、闊葉樹種組成的混交森林類型；屬于落葉闊葉林的人工意楊群落取代了原先分布于該區(qū)域的蘆葦和荻(Triarrhena sacchariflora(Maxim.)Nakai)群落，成為水源涵養(yǎng)林和用材林；原本該區(qū)域混交林由于長期的農業(yè)生產活動和工礦業(yè)的發(fā)展，被人為砍伐和破壞；灌木層也因受人為的砍伐，顯得稀少而零亂。

2.5 長江馬鞍山段陸生植物多樣性

長江馬鞍山段江東區(qū)江西區(qū)江心洲陸生植物物種組成。物種豐富度指江東區(qū)、江西區(qū)、江心洲各自樣地內出現(xiàn)的科、屬、種總數[21]。從科層次看，從多到少依次為江心洲(46科)、江東區(qū)(42科)和江西區(qū)(37科)；從屬層次看，從多到少依次為江心洲(132屬)、江東區(qū)(122屬)和江西區(qū)(113屬)；從種層次看，江心洲與江東區(qū)皆為163種，皆大于江西區(qū)的117種。江心洲與江東區(qū)物種數較之江西區(qū)均略高，但造成這種現(xiàn)象的原因可能并不相同[22-23]：江心洲生境相對孤立，人類活動強度較低；而江東區(qū)丘陵山地眾多，地形復雜，環(huán)境異質性較大。

長江馬鞍山段江東區(qū)、江西區(qū)、江心洲陸生植物α多樣性變化。長江馬鞍山段陸生植物Simpson指數和Shannon-weiner指數變化格局均與物種豐富度相似，Pielou均勻度指數則顯示江東區(qū)最高(表4)。江東區(qū)、江西區(qū)陸生植物主要屬禾本科、菊科、莎草科、蓼科，兩岸共有的分布密度較高的物種主要是亂子草(Muhlenbergia hugelii Trin.)、飄拂草(Fimbristylis dichotoma(L)Vahl)、藎草(Arthraxon hispidus(Trin.)Makino)、大狗尾草(Setaria faberi Herrm.)和愉悅蓼。另外，江東區(qū)還有尖嘴薹草(Carex leiorhyncha C.A.Mey.)、狗牙根(Cynodon dactylon(Linn.)Pers.)、畫眉草(Eragrostis pilosa(Linn.)Beauv.)、白茅(Imperata cylindrical(Linn.)Beauv.)和早熟禾(Poa annua Linn.)分布密度較高。而江西區(qū)則還有垂穗苔草(Cyperus dimorpholepis Steud.-Carex cernud Boott)、蔞 蒿 (Artemisia selengensis Turcz.ex Bess.)、狼尾草(Pennisetum alopecuroides(Linn.)Spreng.)和金色狗尾草(Setaria glauca(Linn.)Beauv.)分布密度較高。相對于江東區(qū)江西區(qū)，江心洲密度較高陸生植物除與江東區(qū)江西區(qū)相似的禾本科、莎草科、菊科、蓼科外，還多了一種十字花科植物水田碎米薺(Cardamine lyrate Bunge)。另外，狗牙根在江心洲、江東區(qū)有較高密度的分布，而該種植物具有較高的適口性，利于放牧[24]，與上游其他地區(qū)相比[21]，長江馬鞍山段江心洲和江東區(qū)的牧業(yè)壓力并不大。僅從Shannon-weiner指數看，相對于上游新安江平均2.5的高值[21]，本江段陸生植物α多樣性極低。該江段處于經濟相對發(fā)達地區(qū)，沿江工業(yè)、運輸業(yè)、防洪工程可能是導致區(qū)域生物多樣性降低的主要原因。

表4 馬鞍山江段不同區(qū)域陸生植物α多樣性變化

長江馬鞍山段江東區(qū)、江西區(qū)、江心洲陸生植物β多樣性空間分布。雖然空間隔離能影響植物的β多樣性[25]，但當空間距離小于10 km時，種子植物能順利擴散，從而降低不同生境陸生植物β多樣性的差異[26]。長江馬鞍山段江心洲離大陸遠小于10 km，故其陸生植物相異性指數與江東區(qū)、江西區(qū)幾近相同(保留兩位小數的前提下，三區(qū)相異性指數皆為0.22)，江東區(qū)、江西區(qū)及江心洲Cody指數分別為18.52、18.44和18.50，亦基本相當。

該段長江由南向北，江東、江西、江心洲處于同一緯度帶上，氣候差異較小。從調查實際看，該段長江整體上受人類干擾十分強烈。β多樣性相近及α多樣性較低共同表明，人類干擾導致的生物多樣性退化在一定程度上掩蓋了江東區(qū)、江西區(qū)、江心洲生境原本就并不明顯的天然差異[27]。

3 結 論

綜上所述，長江馬鞍山段沿岸及江心洲共有陸生植物49科140屬190種，物種絕對數量僅占長江安徽段的5.62%。但其平均物種豐富度高達1.32 sp·km-2，是長江安徽段平均豐富度的2.5倍。表明陸生植物在長江沿岸2 km范圍內有聚集態(tài)勢，研究該范圍內陸生植物具有一定的代表性。

由區(qū)系分布可知，長江馬鞍山段陸生植物主要為世界廣布、熱帶-亞熱帶分布、北溫帶分布的科區(qū)系分布。陸生植物區(qū)系分布具有過渡性質，受人類干擾嚴重，天然植被破壞較多，物種多樣性低，外來物種入侵風險較大。本地種及中國特有種較少，天然保護植物僅見野大豆，銀杏、水杉等保護植物系人工種植，其他天然植被多為常見種和廣布種，保護價值不大。該段長江應從優(yōu)化群落配置的角度，主要依靠人類力量改善和保護陸生植物資源。

長江馬鞍山段兩岸土地主要為撂荒地、草叢和灌叢，陸生植物組成單一，其Shannon-weiner指數不到新安江流域的十分之一，陸生植物破壞十分嚴重。

本段長江呈南北流向，江東區(qū)、江西區(qū)及江心洲分布在同一緯度帶上，人類干擾掩蓋了本就不大的生境差異。從整體上看，三區(qū)β多樣性指數相近，但α生物多樣性指數和物種豐富度空間分布特征相似，均呈江心洲和江東區(qū)略高于江西區(qū)的態(tài)勢，江心洲與江東區(qū)物種豐富度較高的具體原因并不相同，值得深入探究。