南京魚嘴濕地公園植物多樣性研究

曾云英, 顧嘉赟

南京魚嘴濕地公園植物多樣性研究

曾云英1, *, 顧嘉赟2

1. 江蘇開放大學(xué)環(huán)境生態(tài)學(xué)院, 南京 210036 2. 重慶三峽學(xué)院生物與食品工程學(xué)院, 萬州 404100

以南京市魚嘴濕地公園原生濕地為研究對象, 基于東西向濕地主岸線, 選取10個典型大樣方, 運(yùn)用典型樣方法對該區(qū)植物群落多樣性開展調(diào)查, 計算物種重要值、Pielou、Margalef和Shannon-Winner多樣性指數(shù)等指標(biāo)。結(jié)果表明: (1)本區(qū)共有植物24科45屬47種, 以禾本科、菊科、豆科為主; (2)蘆葦、蔞蒿、水芹、馬蘭、桑樹和泥胡菜等物種重要值較高; (3)Pielou均勻度指數(shù): 草本層>喬木層>灌木層, Margalef豐富度指數(shù): 草本層>喬木層>灌木層, Shannon-Winner多樣性指數(shù): 草本層>喬木層>灌木層; (4)草本層均勻度高、物種豐富, 灌木層和喬木層物種稀少且單一、均勻度低、數(shù)量偏少、種植集中, 建議未來豐富喬灌植物種類與數(shù)量, 優(yōu)化種植空間結(jié)構(gòu)以豐富四季景觀、增強(qiáng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

南京魚嘴濕地公園; 植物多樣性; 植物群落

0 前言

在快速城市化進(jìn)程中, 城市濕地公園對于維持區(qū)域生態(tài)安全屏障結(jié)構(gòu)與功能的地位日益重要,其生物多樣性對于維護(hù)城市生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定具有重要意義。南京魚嘴濕地公園位于江蘇省南京市建鄴區(qū)河西新城最南端, 南京魚嘴濕地公園內(nèi)氣候溫暖、光照充足、降雨充沛, 亞熱帶季風(fēng)氣候特征明顯, 適宜亞熱帶和暖溫帶植物生長, 植被豐富, 野生動植物類型多樣, 是一座具有江南地方特色與獨(dú)特野趣的城市濕地公園。近30余年來, 隨著南京城市化進(jìn)程不斷加快, 本區(qū)濕地資源被過度開發(fā)利用, 城市濕地生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴(yán)重破壞, 物種資源大幅度退化和流失, 物種多樣性不斷減少, 自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能發(fā)揮不足[1]。當(dāng)前保護(hù)和修復(fù)本區(qū)濕地物種資源尤為迫切。關(guān)于城市濕地公園生物多樣性的研究主要集中在調(diào)查與評價[1-2]、規(guī)劃設(shè)計與營建[3]、生態(tài)景觀[4]、擾動與生態(tài)風(fēng)險及其恢復(fù)[5-6]、保護(hù)對策[7]等領(lǐng)域。當(dāng)前針對南京魚嘴濕地公園生物多樣性的研究較少, 以濕地景觀規(guī)劃設(shè)計與營建[8-9]為主, 尤其缺乏對本區(qū)植物群落組成的調(diào)查和多樣性評估。為此, 本研究選擇2018年4月—2019年10月時段, 采用1次/季度的調(diào)查頻率, 調(diào)查南京魚嘴濕地公園植物群落組成, 分析和掌握多樣性特征, 以期提出保護(hù)與修復(fù)對策與建議, 緩解濕地區(qū)域生物多樣性產(chǎn)生與維持與快速城市化進(jìn)程的矛盾。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

南京魚嘴濕地公園區(qū)域范圍在北緯31°14″—32°37″和東經(jīng)118°22″—119°14″之間。年平均溫度15.4℃, 年極端最高氣溫39.7℃, 最低氣溫為-13.1℃。年平均降水量1106 mm, 相對濕度76%, 無霜期為237天。研究區(qū)為公園地勢低洼區(qū)域, 自然生長有旱柳、意大利楊樹、水杉等濕生耐水喬木和蘆葦、蘆竹、蔞蒿、馬蘭等水生植物, 因受一年一汛的水淹和人為干擾影響, 多數(shù)喬木生長不良, 長成小老樹, 或?yàn)l臨枯死。

1.2 樣方調(diào)查方法

基于東西向濕地主岸線, 采用典型樣方法布設(shè)10個大樣方(見圖1), 每個大樣方面積為10 m×10 m。大樣方中心位置布設(shè)1個5 m×5 m灌木小樣方, 大樣方四個角點(diǎn)布設(shè)4個1 m×1 m草本小樣方, 共計10個喬木小樣方、10個灌木小樣方和40個草本小樣方。采用1次/季度的頻率, 詳細(xì)記錄樣方內(nèi)喬木種類、數(shù)量、冠幅, 灌木種類、數(shù)量、叢幅, 草本的種類、名稱和蓋度[10]。

研究將樣地內(nèi)的植物分為喬木、灌木和草本三大類來進(jìn)行調(diào)查與分析。喬木為高度>6米且具有明顯主干的木本植株; 灌木為不具有明顯主干、高度在0.5—6米之間的木本植株; 草本為高度<0.5米的草本植株(蘆葦、蘆竹高度>0.5米)。

高度的測量: 使用CGQ-1測高儀;

喬木冠幅的測量使用30米鋼卷尺, 取植株冠幅的最大值與最小值之和的平均值作為冠幅的測量數(shù)據(jù);

灌木叢幅的測量使用10米鋼卷尺, 取植株叢幅的最大值與最小值之和的平均值作為叢幅的測量數(shù)據(jù);

草本的蓋度采用投影蓋度, 投影面積使用30米鋼卷尺進(jìn)行測量;

詳細(xì)記錄每一物種出現(xiàn)的小樣方數(shù)占總樣方數(shù)的百分?jǐn)?shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

物種多樣性可反映植物群落組成中物種的豐富程度以及群落的動態(tài)變化與穩(wěn)定性。物種多樣性指數(shù)可清晰而完整地呈現(xiàn)該植物群落的生態(tài)學(xué)習(xí)性, 反映植物群落功能和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性[11-12]。測定植物多樣性主要有α-多樣性、β-多樣性和γ-多樣性3個空間尺度, 一般測量群落時選取α-多樣性尺度, 主要關(guān)注局域均勻環(huán)境下的植物物種數(shù)目, 也被稱為生境內(nèi)的多樣性, 包含區(qū)域內(nèi)物種豐富度和物種分布均勻度2個方面[13-14]。本研究采用物種重要值[15]、相對密度、相對蓋度、相對頻度和多樣性指數(shù)等重要指標(biāo)計算和評估物種多樣性, 用綜合數(shù)值表示某個物種在群落中的相對地位和作用, 以確定其優(yōu)勢度和顯著度[16-17]。其中:

圖1 南京魚嘴濕地公園樣方布設(shè)空間分布

Figure 1 Sample distribution of Nanjing Yuzui Wetland Park

(1)相對密度(%)=某物種個體數(shù)/全部物種個體數(shù)×100;

(2)相對頻度(%)=某物種的頻度/全部物種的頻度之和×100;

(3)相對蓋度(%)=某物種的蓋度/全部物種的總蓋度×100;

(4)喬灌木的重要值=(相對密度+相對頻度+相對蓋度)/3;

(5)草本的重要值=(相對頻度+相對蓋度)/2;

(6)Shannon-winner多樣性指數(shù)=–∑ln;

(7)Margalef豐富度指數(shù)=(1)/ln;

(8)Pielou均勻度指數(shù)=/ln。

式中=/,為第個物種個體數(shù),為所有物種個體總數(shù),為樣地內(nèi)所有植物種類數(shù)目。

2 結(jié)果和分析

2.1 植物群落組成

表1表明: (1)10個大樣方發(fā)現(xiàn)本區(qū)共有物種24科45屬47種; (2)分布結(jié)構(gòu)為喬木3科6屬7種、草本植物19科24屬37種、灌木2科3屬3種; (3)落葉樹種占木本樹種總量的83.33%、鄉(xiāng)土物種占植物物種總量的76.60%。喬木以楊柳科最多, 其次是?？?。灌木多為薔薇科, 以野薔薇為主。草本以禾本科、菊科、莎草科、傘形科、蓼科和豆科為主。較高比例的落葉樹種和鄉(xiāng)土物種更好地呈現(xiàn)了植物的季相變化, 延續(xù)地方特色物種、體現(xiàn)特色景觀、降低養(yǎng)護(hù)成本, 可促進(jìn)濕地區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定, 有利于持續(xù)發(fā)揮濕地區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[18-20]。

表1 南京魚嘴濕地公園植物群落組成

本區(qū)植物構(gòu)成基本特征詳見表2和表3, 以禾本科、菊科以及單型科植物為主。(1)擁有種數(shù)10種及以上植物為禾本科和菊科, 占總科數(shù)的8.30%, 占總屬數(shù)的22.20%, 占總種數(shù)的23.4%。(2)擁有種數(shù)4種的科有豆科和桑科, 占總科數(shù)的8.3%, 占總屬數(shù)的17.8%, 占總種數(shù)的17%。(3)擁有種數(shù)3種的科有薔薇科、傘形科和十字花科, 占總科數(shù)的12.5%, 占總屬的數(shù)20%, 占總種數(shù)的21.3%。(4)擁有種數(shù)2種的科有6科, 占總科數(shù)的25%, 占總屬數(shù)的17.8%, 占總種數(shù)的19.1%。(5)有11科為單型科, 占總科數(shù)的45.8%, 占總屬數(shù)的24.4%, 占總種數(shù)的23.4%。

2.2 植物重要值

2.2.1 喬木層重要值

喬木層重要值統(tǒng)計結(jié)果見表4, 前3位依次是旱柳、意大利楊樹和桑樹。旱柳相對密度、相對頻度、相對蓋度均最大, 相對其它喬木更適應(yīng)濕地氣候環(huán)境, 生長良好、冠幅大、種植也比較密集, 是本區(qū)主要大型喬木。意大利楊樹冠幅排第2, 但密度和頻度位居第3, 種植不密集, 僅在局部形成一定規(guī)模的單一植物景觀。桑樹相對密度居第2, 但相對頻度和相對蓋度位居第3, 分布較密集, 僅出現(xiàn)在部分區(qū)域且生長狀況不佳。

表2 南京魚嘴濕地公園濕地區(qū)域植物優(yōu)勢科排序

表3 南京魚嘴濕地公園濕地區(qū)植物科屬種統(tǒng)計

2.2.2 灌木層重要值

灌木層重要值計算結(jié)果見表5, 依次是薔薇、茅莓和石楠3種。薔薇數(shù)量最多, 分布最廣, 生長狀況比較好, 是灌木層優(yōu)勢種。

2.2.3 草本層重要值

草本層重要值統(tǒng)計結(jié)果見表6, 位居前5位的分別是蘆葦、蔞蒿、水芹、馬蘭及芒草, 均為鄉(xiāng)土物種。蘆葦?shù)南鄬︻l度和相對密度最高, 蔞蒿的相對蓋度最高, 二者是本區(qū)最常見的鄉(xiāng)土植物, 環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。馬蘭和水芹的相對密度、相對蓋度均低于蔞蒿和蘆葦, 分布廣, 但每處分布的數(shù)量不多, 呈現(xiàn)“星點(diǎn)狀”。芒草相對密度高于馬蘭和水芹, 但相對頻度低于馬蘭和水芹, 成塊狀種植, 塊狀數(shù)量少。

2.3 植物多樣性

2.3.1 Margalef豐富度

喬木層、灌木層和草本層的Margalef豐富度指數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見圖2～圖4, 分別為0.3555、0.1886和1.217。草本植物種類豐富, 喬木種類較少, 灌木種類最少。Margalef豐富度指數(shù)反映出濕地區(qū)域內(nèi)物種組成結(jié)構(gòu)不合理。適當(dāng)增加一定數(shù)量的原生生態(tài)系統(tǒng)既有的濕生喬灌木, 在一定程度上促進(jìn)整個群落的穩(wěn)定。

2.3.2 Pielou均勻度指數(shù)

喬木層、灌木層和草本層的Pielou均勻度指數(shù)計算結(jié)果見圖2—圖4, 分別為0.17、0.13和0.63。Pielou均勻度指數(shù)呈現(xiàn)明顯的空間異質(zhì)特征: (1)灌木層Pielou均勻度指數(shù)樣方4(0.42)>樣方8(0.397)>樣方2(0.3048)>樣方7(0.18); (2)喬木層Pielou均勻度指數(shù)樣方5(0.48)>樣方2(0.42)>樣方9(0.3432)>樣方4(0.248)>樣方3(0.2406); (3)草本層Pielou均勻度指數(shù)樣方9(0.843)>樣方8(0.791)>樣方3(0.766)>樣方2 (0.678)>樣方4(0.661)>樣方1(0.644)>樣方5 (0.592)>樣方10(0.551)>樣方7(0.469)>樣方6 (0.321)。

表4 南京魚嘴濕地公園濕地區(qū)喬木層重要值排序

表5 南京魚嘴濕地公園濕地區(qū)灌木層重要值排序

表6 南京魚嘴濕地公園濕地區(qū)草本層重要值排序

圖2 南京魚嘴濕地公園濕地區(qū)喬木植物多樣性

Figure 2 trends of arbor plant diversity of Nanjing Yuzui Wetland Park

圖3 南京魚嘴濕地公園濕地區(qū)灌木植物多樣性趨勢

Figure 3 trends of shrub plant diversity in Nanjing Yuzui Wetland Park

圖4 魚嘴濕地公園濕地區(qū)草本植物多樣性趨勢

Figure 4 trends of herb plant diversity in Nanjing Yuzui Wetland Park

2.3.3 Shannon-winner多樣性指數(shù)

喬木層、灌木層和草本層的Shannon-winner多樣性指數(shù)計算結(jié)果見圖2—圖4, Shannon-winner多樣性指數(shù)草本層(1.24)>喬木層(0.25)>灌木層(0.22)。Shannon-winner多樣性指數(shù)呈現(xiàn)明顯的空間異質(zhì)特征: (1)喬木層樣方2>樣方9>樣方5>樣方3>樣方4, 樣方1、樣方6、樣方7、樣方8和樣方10僅有1種喬木; (2)灌木層樣方7>樣方4>樣方2>樣方8, 種類和數(shù)量均不多, 以薔薇為主, 其它6個樣方無灌木生長; (3)草本層樣方1>樣方9>樣方8>樣方3>樣方2>樣方5>樣方10>樣方4 >樣方6>樣方7。

3 討論

植物重要值是指植物群落中每一物種的相對重要程度, 通過多度、頻度和優(yōu)勢度計算獲得[21]。本研究中重要值總體特征為: 喬、灌、草三層的頻度與重要值呈現(xiàn)正相關(guān)的變化趨勢, 頻度較高的物種往往具有較高的重要值。公園里喬木中旱柳具有較高的重要值, 主要是由于建群初期旱柳即為先鋒樹種[22]。灌木層中薔薇的重要值較高, 而草本層中蘆葦、蔞蒿、水芹、馬蘭的重要值較高。重要值較高的物種多為鄉(xiāng)土物種, 公園后期可在繼續(xù)加大鄉(xiāng)土植物應(yīng)用的同時, 適當(dāng)增加色葉和常綠植物等觀賞價值較高的樹種, 以豐富公園生態(tài)群落, 發(fā)揮植物四季之美。

植物多樣性對維持濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性和生態(tài)過程的連續(xù)性有重要意義。本研究從植物多樣性的總體特征可以看出: (1)本區(qū)域植物多樣性總體特征為草本層>喬木層>灌木層, 喬、灌、草植物多樣性在空間上存在明顯的樣方差異; (2)喬木和灌木相對單調(diào), 種類少且呈現(xiàn)單一化趨勢, 中層灌木這一特征尤其明顯。從各個樣方特征差異, 可以發(fā)現(xiàn): (1)位于濕地區(qū)域最西部深處位置的樣方2和樣方4人跡罕至, 植物種類較多, 植物多樣性相對豐富; (2)地處江邊灘涂區(qū)域的樣方6以及處于濕地區(qū)域與廣場區(qū)域邊界處的樣方10游人易于進(jìn)入, 植物種類少, 植物多樣性指數(shù)相對較低。綜合分析人類活動干擾和濕地公園植被管理水平的空間差異, 可以看出: (1)草本植物多在濕地公園植被管理粗放區(qū)域分布且種類繁多, 尤其是無人為干預(yù)的公園水系附近以及游人不能趨入?yún)^(qū)域, 而在管理精細(xì)的公園東部區(qū)域卻分布較少且種類較少[5]; (2)喬木和灌木在游人活動強(qiáng)度較大和足跡較多、植被管理精細(xì)的濕地公園西部區(qū)域, 相對空間分布較廣和種類較多。該區(qū)植物多樣性出現(xiàn)空間異質(zhì)特征的可能原因除上述受游人干擾外, 還可能有以下二個: 一是本區(qū)原生態(tài)系統(tǒng)中樹種較單一, 受一年一汛的影響一些樹種生長不良甚至枯死, 而多年生宿根草本生長良好; 二是公園管理較為粗放。

南京魚嘴濕地公園濕地區(qū)域面積28萬平方米, 是南京市城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 被譽(yù)為南京城西之腎。通過查詢資料和走訪得知本區(qū)原生態(tài)系統(tǒng)是以喬灌木為主的濕地生態(tài)系統(tǒng), 演化呈現(xiàn)出喬灌木相對單調(diào)、種類少且呈現(xiàn)單一化的趨勢十分顯著, 這一趨勢勢必影響本區(qū)植物群落的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性, 較大幅度降低植被景觀效果和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能效益。該區(qū)域濕地以及周邊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的正常發(fā)揮對于筑牢南京市城市生態(tài)安全屏障具有重要意義, 在未來城鎮(zhèn)化進(jìn)程中需要進(jìn)一步加強(qiáng)公園濕地區(qū)域的生態(tài)保護(hù)與建設(shè), 促進(jìn)區(qū)域濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與生物多樣性的產(chǎn)生與維持, 充分發(fā)揮城市之腎的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

4 結(jié)論

本研究在2018年4月—2019年10月期間布設(shè)10個大樣方展開南京魚嘴濕地公園植物群落組成和多樣性特征的調(diào)查和分析。結(jié)果表明: 植物種類僅有24科45屬47種, 其中草本居多有19科24屬37種, 以常見的禾本科、菊科、莎草科、傘形科為主; 喬木僅有7種, 以楊柳科的意大利楊樹、柳樹為主, 成帶狀種植, 形成小種群; 灌木種類和數(shù)量均少, 以野薔薇為主; Margalef豐富度、Pielou均勻度指數(shù)和Shannon-Winner多樣性指數(shù)分析結(jié)果同樣顯示草本層>喬木層>灌木層, 灌木層的豐富度和均勻度較低。從側(cè)面可以反映出當(dāng)前濕地區(qū)域生物多樣性的產(chǎn)生與維持與城市化進(jìn)程的矛盾加劇。濕地區(qū)域喬木和灌木種類過少, 且均為落葉植物, 導(dǎo)致冬季景觀過于單調(diào), 該季節(jié)的景觀、文化和欣賞價值不足。草木層種類較多且分布較廣, 需要注重加強(qiáng)公園水系附近和游人無趨入可能等自然生態(tài)空間的保護(hù)。薔薇作為灌木層優(yōu)勢種且為鄉(xiāng)土樹種, 花和葉具有較高的觀賞價值, 可加大推廣種植, 同時注重適當(dāng)增加濕生或半濕生灌木的種類和數(shù)量, 以豐富灌木層物種多樣性, 增強(qiáng)景觀整體效果。喬木層種類不多, 僅有旱柳、意大利楊樹、桑樹、水杉等少量種, 受每年汛期淹沒和經(jīng)營管理過于粗放的影響, 大多數(shù)生長不良、瀕臨枯死, 需要及時換掉部分生長不良及瀕臨死亡的喬木樹種, 適當(dāng)增加濕生喬木種類。在空間上需要注重優(yōu)化群落中喬、灌和草空間結(jié)構(gòu), 促進(jìn)群落穩(wěn)定, 提升景觀、文化和欣賞價值。

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Study on plant diversity of Yuzui wetland park in Nanjing

ZENG Yunying1,*, GU Jiayun2

1. College of Environmental Ecology, Jiangsu Open University, Nanjing 210036, China 2. College of Biological and Food Engineering, Chongqing Three Gorges University, Wanzhou 404100, China

Taking the original wetland of Yuzui Wetland Park in Nanjing as the research object, theplant community diversitywas investigated by sample method. In this study, 10 typical large samples were selected along the main shoreline from east to west, and the plants in the samples were recorded. The important value, evenness index, richness index and diversity index of the species were calculated to reflect the plant diversity in the park. The results showed that: (1) there were 24 families including45 genera and 47 species and the dominant families were Gramineae, Asteraceae and Fabaceae. (2) The important values of,,,,were relative higher. (3)Pielou evenness index was herbaceous layer > tree layer > shrub layer; Margalef richness index was herb layer > tree layer > shrub layer; Shannon-Winner diversity index was herb layer > tree layer > shrub layer. (4) Herb layer was with highevenness and richness, but shrub and arbor layers with single species. The species richness and quantity should be enriched to optimize the spatial structure of plant communities and seasonal landscape, as well as to enhance the regional ecosystem service function.

Yuzui Wetland Park in Nanjing; plant diversity; plant communities

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.06.025

S731.2

A

1008-8873(2021)06-207-06

曾云英, 顧嘉赟. 南京魚嘴濕地公園植物多樣性研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(6): 207–212.

ZENG Yunying, GU Jiayun. Study on plant diversity of Yuzui wetland park in Nanjing[J]. Ecological Science, 2021, 40(6): 207–212.

2020-11-16;

2020-12-02

江蘇省高校自然科學(xué)基金資助項目(17KJB220001); 江蘇開放大學(xué)“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)課題(18SSW-ZR-Z-15); 江蘇開放大學(xué)2018年校級科研平臺“城鄉(xiāng)生態(tài)景觀保護(hù)與利用創(chuàng)新團(tuán)隊”資助項目

曾云英(1976—), 女, 重慶長壽人, 副教授, 碩士, 主要從事園林植物與觀賞園藝、生態(tài)修復(fù)方面的研究, E-mail:312103478@qq.com

通信作者:曾云英