南京入江河道口草本植物群落特征及多樣性

嚴(yán)靈君，王歡利，王仲偉，湯詩杰

(江蘇省中國科學(xué)院植物研究所、江蘇省植物資源研究與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210014)

河岸帶位于河流與陸地交界處陸生生態(tài)系統(tǒng)與水生生態(tài)系統(tǒng)之間的交錯帶，具有生物棲息地、維護(hù)河流完整性和生物多樣性、攔截和降解地表徑流污染、增強(qiáng)河岸穩(wěn)定性和景觀美學(xué)等多重功能[1-3]。南京位于長三角地區(qū)，區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，近年來南京市濱江、河區(qū)域植物景觀及生態(tài)長廊建設(shè)已成為眾多專家及政府部門關(guān)注的重要議題[4]。因此，積極開展岸帶植物資源調(diào)查及群落特征分析，不僅有利于了解區(qū)域內(nèi)植物群落及環(huán)境保護(hù)的狀態(tài)，而且有利于合理開發(fā)利用本土植物資源，開展河岸生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，逐步優(yōu)化河岸植物護(hù)坡種類，提升物種多樣性。

南京市位于長江三角洲沖擊平原上的河谷盆地，區(qū)域內(nèi)地表水資源豐富，水網(wǎng)密布，地勢低洼，河流比降小，河面寬闊，流速緩慢，泥沙淤積強(qiáng)度大。長江南京段全長97 km，支流30條，承擔(dān)著區(qū)域內(nèi)90%以上的工、農(nóng)業(yè)及生活用水。南京長江干支流交匯處水流湍急，岸帶受水流的沖刷嚴(yán)重，同時水位受潮汐和汛期影響，存在顯著的季節(jié)和朝夕變化，水域?qū)χ参锶郝溆绊懙膹?fù)雜性最為突出。因此，可以通過對植物群落物種多樣性的調(diào)查研究來更好地認(rèn)識植物群落的組成、變化、發(fā)展、以及環(huán)境保護(hù)的狀況。其中草本植物的分布與環(huán)境有著密切關(guān)系，研究草本植物群落特征及植物物種多樣性，對了解和保護(hù)草本植物資源，保護(hù)干支流沿岸生態(tài)環(huán)境等都具有重要意義[5]。

1 研究區(qū)域

南京市是華東地區(qū)中心城市，位于長江下游中部寧鎮(zhèn)揚(yáng)丘陵地區(qū)，地理坐標(biāo)為118°22′—119°14′E、31°14′—32°37′N，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均降雨117 d，年均降水量1106.5 mm。長江南京段為感潮江段，水位呈現(xiàn)明顯的汛枯期，其中汛期水位為7～8 m(6—8月)，枯期水位為2～3 m(12—3月)。受水位變化的影響，河岸帶土壤水分條件、理化性質(zhì)、重金屬等污染物及氮、磷等營養(yǎng)元素呈現(xiàn)明顯時空變化。

長江(南京段)岸帶植被類型相對單一，本研究選取硬質(zhì)化程度較低的南京長江段5個支流的入江河流道口作為調(diào)查樣區(qū)，開展草本植物的調(diào)研。5個樣區(qū)分別為三江河、劃子口河、高旺河、秦淮新河、江寧河，具體地理信息見表1。

表1 長江南京段5個典型支流入江河道口地理信息

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)與調(diào)查

于2017年10月，采用沿河流線路調(diào)查方法，每個樣區(qū)選取具有代表性的區(qū)域設(shè)置6個1 m×1 m的草本植物樣方，調(diào)查記錄草本植物種類、株數(shù)、蓋度、高度及物候等指標(biāo)[6]。

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

重要值IV=相對多度+相對頻度+相對蓋度。式中：相對多度=(某種的多度/所有種的多度)×100%，多度=某種的個體數(shù)/所有種的個體數(shù)之和；相對頻度=(某種的頻度/所有種的頻度之和)×100%，頻度=某種出現(xiàn)的樣方數(shù)/樣方總數(shù)；相對蓋度=(某種的蓋度/所有種的蓋度之和)×100%[7]。

選擇常用的Bray-curtis距離，計算樣本間的距離矩陣；層次聚類方法采用完全連接聚合聚類(全聯(lián)動)；上述數(shù)據(jù)處理采用Excel和R 3.3.3，通過Vegan程序包計算生物多樣性指數(shù)及Bray-curtis距離，并采用gclus程序包進(jìn)行層次聚類[7]。

3 結(jié)果與分析

3.1 南京段入江河道群落種類組成與數(shù)量特征分析

由表2可知，南京段入江河道口草本植物共有68種，隸屬于23科62屬。該區(qū)域草本植物以禾本科(Gramineae)為優(yōu)勢種，菊科(Compositae)、莎草科(Cyperaceae)、蓼科(Polygonaceae)為亞優(yōu)勢種，其余19科為伴生種。其中禾本科包括白茅(Imperatacylindrica)、鵝觀草(Roegneriakamoji)、柳葉箬(Isachneglobosa)、蘆葦(Phragmitesaustralis)、短芒稗(Echinochloacrusgallivar.breviseta)、狗尾草(Setariaviridis)、畫眉草(Eragrostispilosa)、馬唐(Digitariasanguinalis)、千金子(Leptochloachinensis)、柔枝莠竹(Microstegiumvimineum)、無芒稗，(Echinochloacrusgallivar.mitis)、早熟禾(Poaannua)，占總種數(shù)的17.65%；菊科包括蔞蒿(Artemisiaselengensis)、馬蘭(Kalimerisindica)、野艾蒿(Artemisialavandulaefolia)、艾(Artemisiaargyi)、蒼耳(Xanthiumsibiricum)、泥胡菜(Hemisteptalyrata)、苦苣菜(Sonchusoleraceus)、一年蓬(Erigeronannuus)，占總種數(shù)的11.76%；莎草科包括藨草(Scirpustriqueter)、阿齊薹草(Carexargyi)、水莎草(Juncellusserotinus)、大披針薹草(Carexlanceolata)、香附子(Cyperusrotundus)、頭穗狀莎草(Cyperusglomeratus)，占總種數(shù)的8.82%；蓼科包括羊蹄(Rumexjaponicus)、萹蓄(Polygonumaviculare)、蓼子草(Polygonumcriopolitanum)、綿毛酸模葉蓼(Polygonumlaqathifoliumvar.salicifolium)、酸模葉蓼(Polygonumlapathifolium)，占總種數(shù)的7.35%。

表2 南京段入江河道口草本植被科屬種統(tǒng)計

由表3可以看出，區(qū)域內(nèi)的68種植物中，草質(zhì)藤本4種，占總種數(shù)的5.88%；多年生草本24種，占總種數(shù)的35.28%；2年生草本2種，占總種數(shù)的2.94%；1～2年生草本12種，占總數(shù)的17.65%；1年生草本26種，占總數(shù)的38.24%。

依據(jù)各樣區(qū)草本植物調(diào)查結(jié)果(表4)顯示：三江河口共有草本植物29種，分屬于16科28屬，以菊科、禾本科和唇形科植物為優(yōu)勢種。其中，菊科植物5種，占總種數(shù)的17.24%；禾本科3種，占種總種數(shù)的10.34%；唇形科3種，占總種數(shù)的10.34%。劃子河口共有草本植物37種，分屬于17科32屬，以禾本科、菊科、蓼科植物為優(yōu)勢種。其中，禾本科7種，占總種數(shù)的18.92%；菊科植物4種，占總種數(shù)的10.81%；蓼科3種，占總種數(shù)的10.81%。高旺河口共有草本植物17種，分屬于10科17屬，以禾本科植物為優(yōu)勢種，共4種，占總種數(shù)的23.53%。秦淮新河口共有草本植物12種，分屬于11科12屬，以禾本科植物為優(yōu)勢種，共2種，占總種數(shù)的16.67%。江寧河口共有草本植物27種，分屬于14科24屬，以蓼科、禾本科、菊科植物為優(yōu)勢種。其中，蓼科5種，占總種數(shù)的18.52%；禾本科3種，占總種數(shù)的11.11%；菊科3種，占總種數(shù)的11.11%。

表3 南京段入江河道口草本植被生活型統(tǒng)計

表4 南京地區(qū)入江河道口各樣區(qū)植物群落種類與組成

3.2 南京段入江河道植物群落類型與結(jié)構(gòu)特征

依據(jù)5個調(diào)查樣區(qū)的調(diào)查結(jié)果，可以計算得到各物種的重要值(表5)。重要值的數(shù)值大小可作為群落優(yōu)勢度的一個量度標(biāo)志，也可體現(xiàn)群落中每種植物的相對重要性及適宜生境，依據(jù)各植物種重要值的大小確定出南京段入江河道口的優(yōu)勢種為蘆葦(32.48)、喜旱蓮子草(27.01)、救荒野豌豆(23.70)、艾(19.60)、益母草(17.26)、馬蘭(10.75)、南苜蓿(10.48)，其共同特點(diǎn)為蔓生能力或繁殖能力強(qiáng)，植株對土壤水分的適應(yīng)范圍寬泛，能很好地適應(yīng)環(huán)境的變化，生長快速。

依據(jù)各樣區(qū)樣方調(diào)查結(jié)果匯總，分析5個調(diào)查樣區(qū)草本植物群落種類組成及其優(yōu)勢種。其中三江河口草本群落主要以救荒野豌豆(39.50)、野艾蒿(30.11)、蘆葦(25.80)、喜旱蓮子草(23.15)為主；劃子河口草本群落主要以喜旱蓮子草(76.09)、南苜蓿(23.74)、馬唐(16.28)、野胡蘿卜(13.00)為主；高旺河口草本群落主要以艾(77.34)、馬蘭(36.63)、蘆葦(35.39)、救荒野豌豆(27.05)為主；秦淮新河口草本群落以蘆葦(82.90)、畫眉草(60.16)、救荒野豌豆(57.24)、艾(47.64)為主，江寧河口草本群落主要以益母草(42.65)、蘆葦(38.67)、蓼子草(32.77)、蔊菜(27.60)為主。

依據(jù)5個調(diào)查樣區(qū)草本群落調(diào)查結(jié)果(表5)可知，在5個調(diào)查樣區(qū)均有分布的植物僅有蘆葦1種，其重要值為32.48；在4個調(diào)查樣區(qū)有分布的植物共有5種，物種名及重要值分別為雞矢藤(3.02)、救荒野豌豆(23.70)、荔枝草(7.24)、羊蹄(4.27)、益母草(17.26)；在3個調(diào)查樣區(qū)有分布的植物共有9種，物種名及重要值分別為藨草(7.30)、畫眉草(9.13)、喜旱蓮子草(27.01)、南苜蓿(10.48)、水芹(2.52)、酸模葉蓼(3.00)、艾(19.60)、野胡蘿卜(5.25)、野老鸛草(2.56)。

表5 南京段入江河道口草本植物群落統(tǒng)計

表5(續(xù))

表5(續(xù))

3.3 南京段入江河道草本植物群落多樣性

物種多樣性能夠表征生物群落和生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，體現(xiàn)群落的結(jié)構(gòu)類型、組織水平、發(fā)展階段、穩(wěn)定程度和生境差異，具有重要的生物學(xué)意義。群落的物種多樣性具有2種涵義：其一是種的豐富度；其二是種的均勻度。

由表6可以看出，各入江河道口草本群落的豐富度由高到低為：劃子河>三江河>江寧河>高旺河>秦淮新河，其中，劃子河口、三江河口植物種類較多，分別為37、29種；而高旺河口、秦淮新河口、江寧河口植物種類較少，分別為17、12、27種。三江河口及劃子河口均有工程護(hù)坡，護(hù)坡植物中均有深根系的喬灌木，工程護(hù)坡結(jié)構(gòu)有利于減小河流對護(hù)坡土層的沖刷，有利于維持草本結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而其它3個樣區(qū)沒有工程護(hù)坡，土壤流失嚴(yán)重，植物種類明顯減少，其中秦淮新河口周邊受人為擾動最大，周邊是木器廠，部分區(qū)域內(nèi)已經(jīng)被開墾，植物種類最少。

表6 入江河道口草本植物群落物種多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)

比較各樣區(qū)草本群落多樣性發(fā)現(xiàn)：Shannon-Wiener指數(shù)由高到低的順序?yàn)椋喝?劃子河>江寧河>高旺河>秦淮新河，Simpson指數(shù)由高到低的順序?yàn)椋焊咄?三江河>秦淮新河>江寧河>劃子河，由此可見，三江河口草本群落具有較高的物種多樣性。同時從Pielou指數(shù)來看，由高到低的順序依次為：三江河>高旺河>江寧河>劃子河>秦淮新河，表明三江河和高旺河物種分布相對均勻，劃子河和秦淮新河物種分布較隨機(jī)，導(dǎo)致均勻度指數(shù)偏低。Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)是對群落物種組成的豐富度和均勻度的綜合評價[8-10]。其中，Simpson指數(shù)比Shannon-Wiener指數(shù)對物種均勻度更為敏感，而Shannon-Wiener指數(shù)對物種豐富度更敏感，多樣性指數(shù)存在一定的“稀釋效應(yīng)”，當(dāng)群體中新加入的物種相對多度小于0.72時，群落物種多樣性指數(shù)不但不會增加，反而會有所下降，劃子河口及秦淮河口雖然植物豐富度較高，但伴生種和偶見種的加入，導(dǎo)致多樣性指數(shù)的降低。

3.4 南京段入江河道草本植物群落聚類分析

1為三江河口；2為劃子河口；3為高旺河口；4為秦淮新河口；5為江寧河口圖1 南京段入江河道5樣區(qū)草本植物群落聚類分析

采用完全連接聚合聚類法得到5個樣區(qū)的聚類樹狀圖(圖1)，三江河口、秦淮新河口及高旺河口植物群落較為相似，劃子河口與江寧河口植物群落更為相似；聚類分析未能很好地反映各樣區(qū)的地理位置之間的關(guān)系，原因可能是由于河岸植被護(hù)岸結(jié)構(gòu)及人為擾動影響了植物的組成和分布。

4 結(jié)論與討論

比較5個樣區(qū)植物群落種類及數(shù)量可以發(fā)現(xiàn)：5個樣區(qū)植物種類排序結(jié)果為劃子河口>三江河口>江寧河口>高旺河口>秦淮新河口。禾本科在以上5個樣區(qū)中為優(yōu)勢科，菊科在3個樣區(qū)中為優(yōu)勢科，蓼科在2個樣區(qū)中為優(yōu)勢科。依據(jù)植物群落結(jié)構(gòu)分析結(jié)果可知：南京地區(qū)入江河道口中共有植物68種，其中優(yōu)勢種為蘆葦、喜旱蓮子草、救荒野豌豆、艾、益母草等，各樣區(qū)共有植物種類較少，僅15個物種在3個以上樣區(qū)均有分布，5個樣區(qū)植物群落中均有分布的僅蘆葦1種。因此在后期長江河道口植物的配置與選擇中應(yīng)可適當(dāng)選取上述3個優(yōu)勢科植物，同時參考在各樣區(qū)共有分布的15種植物。各樣區(qū)草本植物群落多樣性分析結(jié)果表明，三江河口草本植物多樣性最高，且分布較平均；秦淮新河口草本植物多樣性較低，且分布較隨機(jī)。5個樣區(qū)草本植物群落聚類分析表明，三江河口、秦淮新河口及高旺河口植物群落較為相似，劃子河口與江寧河口植物群落更為相似。

依據(jù)上述研究可知：南京市入江河道口5個樣區(qū)植物種類、群落結(jié)構(gòu)、物種多樣性及群落聚類分析結(jié)構(gòu)均未呈現(xiàn)明顯的地理分布相關(guān)性，可能與周邊環(huán)境和人為擾動有關(guān)，其中植被種類最少的秦淮河口附近為一家木器廠，河口部分區(qū)域被開墾為菜地，造成植物種類及豐富度的下降；江寧河口及高旺河口由于汛期水流湍急，加之沒有工程化的護(hù)坡結(jié)構(gòu)，同時缺乏深根系的木本植物，造成區(qū)域內(nèi)水土流失嚴(yán)重，植物種類及數(shù)量較少[11-12]。