茅洲河流域濕地植被數(shù)量分類與排序

李慧 李斌 吳基昌 陳勇 楊美 楊東

摘要 應用雙向指示種分析法（TWINSPAN）和除趨勢對應分析法（DCA）對茅洲河流域濕地植被進行分類和排序研究。結果表明，茅洲河流域初步統(tǒng)計到濕地植物41科96屬126種，TWINSPAN分類將52個樣點分為6個群叢，論述了各群叢的群落學特征。DCA排序結果反映了植物群落類型與環(huán)境梯度之間的關系，表明影響群叢分布格局的主導生態(tài)因子為生境的水分條件。

關鍵詞 TWINSPAN分類;DCA排序;植被;數(shù)量分類;排序

中圖分類號 Q948文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2021）10-0062-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.10.017

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Quantitative Classification and Ordination of Wetland Vegetation in Maozhou River Basin

LI Hui，LI Bin，WU Ji-chang et al

（Powerchina Eco-environmental Group Co.，Ltd.， Shenzhen，Guangdong 518000）

Abstract The classification and ordination of wetland vegetation in Maozhou Rivers were studied using two-way indicator species analysis （TWINSPAN） and detrended correspondence analysis （DCA）.The results showed that there were 126 species of wetland plants in Maozhou Rivers， belonging to 41 families and 96 genera. A total of 52 samples were classified into 6 associations by TWINSPAN and the community characteristics of every association were described. The DCA ordination reflected the relationship between plant community type and the environmental gradient. The results showed that humidity and soil type were the main factors influencing the structure and distribution of wetland community.

Key words TWINSPAN classification;DCA ordination;Vegetation;Quantitative classification;Ordination

茅洲河是深圳市境內(nèi)最長、流域面積最大的河流，被譽為深圳第一大河，也是深莞兩市的界河，是典型的城市內(nèi)河[1]。近年來隨著城市規(guī)模和城市人口不斷擴張，加上工業(yè)發(fā)展迅猛且分布散亂，水體污染管理難度大，茅洲河流域的水環(huán)境和水生態(tài)問題日益突出，直接影響區(qū)域內(nèi)人民生活環(huán)境安全和旅游業(yè)發(fā)展[2]。為了解決茅洲河流域治污的這個“老大難”問題，深圳市和東莞市先后啟動了茅洲河流域水環(huán)境綜合整治系統(tǒng)工程[3-4]。然而目前我國濕地生態(tài)修復工作還主要集中于靜水水體如湖泊[5-6]、池塘[7-8]、濕地公園[9-11]等，而對于像茅洲河這樣的位于城市高密度建成區(qū)、強烈受到人類活動干擾的城市河流，如何在消除水體黑臭后，進行河流生態(tài)修復和重建尚缺乏實踐的先例，對生態(tài)恢復植物的選擇也缺少有效的參考依據(jù)。

植物群落數(shù)量分類和排序主要應用數(shù)學的方法完成植物群落的分類和排序過程，以揭示植物種、植物群落與環(huán)境間的生態(tài)關系[12-14]。該技術目前已廣泛應用于各種類型的植物群落分析[15-22]。該研究通過對茅洲河流域濕地植被進行雙向指示種分析（TWINSPAN）和除趨勢對應分析（DCA），摸清茅洲河流域濕地植物的結構特點及空間分布格局，為濕地植被的保護和生態(tài)恢復提供科學依據(jù)和技術支持。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

茅洲河流域位于113°42′～114°33′E、22°36′～22°57′N，屬于珠江口水系，橫跨深圳、東莞兩市，發(fā)源于深圳市境內(nèi)的羊臺山北麓，由南向北流經(jīng)寶安區(qū)的石巖

鎮(zhèn)、光明街道、公明鎮(zhèn)、松崗鎮(zhèn)、沙井鎮(zhèn)與東莞市長安鎮(zhèn)，在沙井民主村匯入伶仃洋。茅洲河干流全長41.6 km，總流域面積388.23 km2，主要干支流有55條，其中干流1條，一級支流24條，二三級支流30條。

茅洲河流域?qū)倌蟻啛釒ШＱ笮约撅L氣候，溫暖、濕潤、多雨，太陽總輻射量較多，夏季長，冬季不明顯，冷期短，全年無霜。年降雨隨時間分布極不均勻，每年4—9月為雨季，降水量約占全年降水量的85%～90%，10月—翌年3月為旱季，降水量約占全年的10%～15%，流域多年平均降雨量為1 667 mm。總的來說，流域河流的水環(huán)境容量隨時間變化極大，雨季暴雨多，強度大;旱季天然基流很小，多年平均徑流量為33 632.4萬m3。地表徑流主要是生活污水和工業(yè)污水[23]。

1.2 調(diào)查方法

2018年4月和8月分雨季和旱季2次對茅洲河流域的濕地植被進行調(diào)查，區(qū)分干流、支流和水庫等濕地類型，共設置52個樣點（圖1），通過對樣點詳細踏查，記錄物種名稱和分布狀況，標注優(yōu)勢種、常見種及偶見種[24]，并記錄位點GPS、兩岸生境情況等環(huán)境因子。

1.3 數(shù)據(jù)處理

濕地植物種類鑒定以《中國植物志》和《深圳植物志》在線版為基礎。植物種的數(shù)據(jù)采用頻度，形成52×126（樣方×種類）的矩陣，刪除頻度小于10%的偶見種后，得到52×22的數(shù)據(jù)矩陣參與最后運算。多元統(tǒng)計分析方法采用TWINSPAN和DCA進行植被的數(shù)量分類和排序，全部分析通過軟件PC-ORD完成[25]。

2 結果與分析

2.1 濕地植物種類組成

經(jīng)調(diào)查鑒定，在茅洲河流域初步統(tǒng)計到濕地維管束植物41科96屬126種，其中單子葉植物11科46屬63種，雙子葉植物30科50屬63種。單子葉、雙子葉植物共同構成了茅洲河流域濕地維管束植物的主體。

在這41科中，禾本科含屬最多，有24屬，其次是莎草科，有15屬;有23個科僅含1屬，占全部科數(shù)的56.1%，但僅占總屬數(shù)的24%。在這些科中，含5種以上的科有禾本科（31種）、莎草科（15種）、菊科（10種）、莧科（6種）、蓼科（5種），僅占總科數(shù)的12.2%，但種數(shù)占總種數(shù)的53.2%。21個科僅含1種，占總科數(shù)的51.2%，占總種數(shù)的16.7%。在這96屬中，絕大多數(shù)屬（77屬）僅含1種，只有莎草屬（6種）和眼子菜屬（4種）所含種類較多。在126種中，水生植物37種，濕生植物46種，陸生植物43種。

2.2 TWINSPAN分類

TWINSPAN 將52個樣地分為6組（圖2），依據(jù)《中國植被》的分類系統(tǒng)[26]并結合野外調(diào)查結果和群落的特征，將茅洲河流域濕地植被劃分為如下群叢。

（1）無植被。含上寮河下游、上寮河上游、潭頭河、潭頭渠、七支渠、松崗河下游、西支渠、羅田水下游、馬田排洪渠、蓮塘水、木墩河下游、東坑水、鵝頸河下游、石巖河中游、石巖河上游共15個位點，所占比例最大。由于長期的水污染或者兩岸護坡已固化，上述位點已基本無濕地植被覆蓋。

（2）零星植物。含新橋河中游、松崗河中游、塘下涌、老虎坑水渠、羅田水上游、白沙坑、樓村排洪渠、南邊坑、大函水、水田、羊臺山滯水、老虎坑水庫、龜嶺東水共13個位點。這些位點靠近居民區(qū)，水污染比較嚴重，兩岸基本已經(jīng)固化，在旱季有零星植物分布，主要為節(jié)節(jié)草（Commelina diffusa）、水蓼（Polygonum hydropiper）、喜旱蓮子草等植物，種類較少，零散分布在岸邊或者渠道內(nèi)裸露的土壤上。

（3）蕹菜+薇甘菊群叢。僅含松崗河上游位點。該位點部分河道被蕹菜（又名空心菜，Ipomoea aquatic）全部爬滿河道，岸邊未硬化區(qū)域被薇甘菊（Mikania micrantha）覆蓋。

（4）節(jié)節(jié)草+鋪地黍+水蓼+水莎草+喜旱蓮子草+毛草龍+鬼針草群叢。含茅洲河下游、茅洲河中游、茅洲河上游、洋涌河下游、洋涌河中游、新橋河下游、沙井河下游、沙井河上游、下村排洪渠、樓村水庫、鵝頸河中游、鵝頸河上游、玉田水上游共13個位點。該分類所含植被蓋度最高，覆蓋度最好。一般從水邊到護坡形成帶狀分布，具體為河邊淺水位置分布節(jié)節(jié)草（Commelina diffusa）、喜旱蓮子草（Alternanthera philoxeroides）、毛軸莎草（Cyperus pilosus）、水蓼（Polygonum hydropiper）和水龍（Ludwigia adscendens）等濕地植物;河道護坡近水位置分布盒子草（Actinostemma tenerum）、鋪地黍（Panicum repens）和五節(jié)芒（Miscanthus floridulus）等植物;再遠離河道位置分布鬼針草（Bidens pilosa）和薇甘菊等植物。沙井河上游水中無植物，河道近水邊雙穗雀稗（Paspalum paspaloides）和節(jié)節(jié)草群落覆蓋分布。鵝頸河中游、茅洲河中游位點和沙井河下游植被覆蓋度較好，高于水面的土地均被覆蓋。下村排洪渠和新橋河下游植被僅在護坡分布，蓋度較高。

（5）喜旱蓮子草+鋪地黍+節(jié)節(jié)草+水蓼+光頭稗群叢。含茅洲河入江口、洋涌河上游、新橋河上游、木墩河上游、石巖河下游、水田支流、樓村水庫、五指耙水庫共8個位點。茅洲河入江口附近濕地公園調(diào)研時正在施工，河道岸邊栽植有紅樹（Rhizophora apiculata）、碩大藨草（Scirpus grossus）、水生美人蕉（Canna glauca）、蘆葦（Phragmites australis）、花葉蘆竹（Arundo donax）等濕地植物。樓村水庫和五指耙水庫周邊保護較好，一年生濕生植物形成片狀分布。

（6）蘆葦群叢。含牛牯頭水庫和羅田水庫2個位點。牛牯頭水庫為水源地，水質(zhì)較好，水庫周邊有護欄保護，植被保護較好，岸邊有大面積蘆葦分布。沉水植物在茅洲河流域鮮有分布，記錄的8種沉水植物僅出現(xiàn)在羅田水庫及其出水河道，經(jīng)觀察是有規(guī)律的片狀和叢狀分布，詢問養(yǎng)護的工人得知為人工栽植。該區(qū)域大部分沉水植物生長情況良好，在水庫的出水口淺水河道也有零星的苦草（Vallisneria natans）、伊樂藻（Elodea nuttallii）和竹葉眼子菜（Potamogeton malaianus）分布，說明其已經(jīng)初步適應當?shù)丨h(huán)境。在羅田水河道中游有大量的伊樂藻分布，說明伊樂藻耐污性比較強，可以作為河道水體凈化的先鋒沉水植物。

2.3 DCA排序

茅洲河流域濕地植被樣點DCA二維排序結果見圖3。52個樣地在排序圖上的分布反映了樣地間的親疏關系。DCA排序結果較好地反映了植物群落之間以及植物群落與環(huán)境之間的相互關系，TWINSPAN所分的6個植被類型在圖上各有自己的分布中心和范圍，對應的DCA排序圖中把52個樣地劃分為 A、B、C、D、E共5個生態(tài)區(qū)。A區(qū)主要為無植物和零星植物分布位點，B區(qū)為蕹菜覆蓋的河道，C區(qū)為植被覆蓋度最大的位點，D區(qū)為優(yōu)勢種變化差異明顯的位點，E區(qū)為2個水庫位點。DCA 的第1軸和第2軸分別顯示了不同的生態(tài)意義，不同群落類型在排序軸的位置基本反映了群落分布與環(huán)境梯度的關系。排序第1軸反映了部分濕地植被所在生境的水分條件，排序第2軸反映了部分濕地植被所在地的土壤類型。由于茅洲河流域水系大部分遭受過比較嚴重的污染，河道內(nèi)基本無水生植物分布，所以植物與水體理化性質(zhì)的關系有待進一步驗證。

3 結論與討論

通過植被調(diào)查，在茅洲河流域初步統(tǒng)計到濕地植物41科96屬126種，以禾本科和莎草科為主，其中水生植物37種，濕生植物46種，陸生植物43種。運用TWINSPAN和DCA方法對茅洲河流域濕地植被進行數(shù)量分類和排序，從數(shù)量分類結果來看，TWINSPAN將52個樣地分為6個群叢，把不同類型的濕地植物群落分開，第一級劃分首先把濕地植被分為兩組，第1組的樣地基本都是無植被覆蓋和零星植物分布的河道位點;第2組主要分布在茅洲河流域干支流植被覆蓋度較高的河道位點。從結果可以看出茅洲河流域干流和上游支流的濕地植物種類和蓋度高于下游支流。在樣地的DCA排序中，不同群落類型在排序軸的位置基本反映了群落分布與環(huán)境梯度的關系，與TWINSPAN的結果相對應。

茅洲河流域研究多注重河流水質(zhì)的提升[27-28]，對流域內(nèi)的植物幾乎沒有關注。植物對濕地的生態(tài)修復起著關鍵的作用[29-31]。該研究中茅洲河干流濕地植物的物種數(shù)和蓋度顯著高于支流，且由下游向上游逐漸增加。主要是流域內(nèi)大部分市內(nèi)支流河段出于防洪或安全考慮，河岸堤化、固化現(xiàn)象突出，有些河段還選擇石塊或者水泥固化河床，導致近岸和水中濕生植物無法生長，多樣化的生境被破壞。與之形成鮮明對比的是茅洲河入江口附近通過綜合治理，植被多樣化程度高，觀賞性較強的水生美人蕉、再力花、水蔥、花葉蘆竹等均已定植成活;調(diào)查中唯一出現(xiàn)的木本植物紅樹已有2 m多高，枝繁葉茂，構成了獨有的紅樹林景觀;本土植物節(jié)節(jié)草、蓮子草等也逐步開始蔓延生長。研究表明，河岸帶是攔截陸源性污染物入河的重要場所（特別是雨季），還能為水生生物提供多樣化的生境，修建生態(tài)堤岸，不僅可以為植物生長提供基質(zhì)，同時還可以攔截和凈化部分污染物[32-33]。建議在以后的工程中盡量修建近自然河岸帶、河床，并保持泥質(zhì)河底，為水生植物的生長提供良好的生態(tài)條件。

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