東莞燕嶺濕地公園6種植物群落持水特性研究*

劉烈旺 張 苗 古佳瑋 區(qū)卓賢朱鏵楠 陳紅躍

(1.東莞市城市管理和綜合執(zhí)法局松山湖分局，廣東 東莞 523808；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州510642)

植物群落是指在特定時(shí)間內(nèi)一定的地段中共同生活在一起的植物長期彼此作用而形成的一種有規(guī)律的多種植物集合。植物群落基本特征有物種組成、物種數(shù)量及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，其中物種組成是區(qū)別不同群落、研究群落與環(huán)境相互關(guān)系的首要特征[1]。作為濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，濕地植物群落能反映濕地的凈化功能和生態(tài)效益[2]。已有的一些研究，從不同角度分析了濕地的植物群落特征[2-3]。濕地植物群落的水源涵養(yǎng)功能主要由植被層、枯落物層、土壤層等對(duì)水分的調(diào)蓄和再分配上，以土壤和枯落物起主導(dǎo)作用。土壤作為一個(gè)重要的生態(tài)環(huán)境因子，是支持植物生長的重要自然資源。土壤物理性質(zhì)通過其溫度、通氣、內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的作用，影響植物的生長，決定植物群落結(jié)構(gòu)的組成[4-5]。枯落物層具有降低土壤容重、維持土壤水分平衡、截持降雨的功能[6]。

本文選擇東莞燕嶺濕地公園6 種植物群落為研究對(duì)象，從植物種類和數(shù)量、生長、枯落物量以及土壤持水特性等方面進(jìn)行研究，比較該濕地公園不同群落的特征，為該濕地公園的植物景觀營造提供指導(dǎo)，同時(shí)為濕地公園植物群落研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

東莞燕嶺濕地公園位于廣東省東莞市東莞國家城市濕地公園的西北端，地理坐標(biāo)范圍為113°89’～113°91’E，23°08’～23°09’ N， 由 三 個(gè) 水質(zhì)生態(tài)凈化功能區(qū)、生態(tài)眼與中線的一條排渠構(gòu)成三塊、一點(diǎn)、一軸的空間格局，總占地面積62.7 hm2。東莞燕嶺濕地公園屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，日照充足，雨量充沛，氣候溫和，年平均氣溫23.3 ℃，年均濕度77.9%，年均降水量2 042.6 mm；土壤類型為赤紅壤、山地紅壤、山地黃壤；植被類型是季風(fēng)常綠闊葉林[7]。東莞燕嶺濕地公園主要采用生態(tài)氧化、高效垂直流人工濕地和自然濕地的組合工藝，生態(tài)氧化池出水通過高位自流進(jìn)入燕嶺濕地處理工藝的核心部分——人工濕地。人工濕地能夠利用基質(zhì)—植物—微生物復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物三重協(xié)調(diào)作用實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的高效凈化，促進(jìn)綠色植物生長、增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化與無害化。末端修建塘床交替的自然濕地系統(tǒng)進(jìn)一步凈化水質(zhì)、實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)和調(diào)節(jié)城市小氣候、增加生物多樣性。植物作為復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)成分之一，發(fā)揮著重要的生態(tài)價(jià)值。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇 通過踏查，在燕嶺濕地公園人工濕地水質(zhì)凈化區(qū)和自然濕地一區(qū)選擇具有代表性的6 種植物群落，各設(shè)置面積為20 m×20 m 的樣地，樣地的基本情況見表1。

表1 樣地概況Table 1 Basic information of sample plot

1.2.2 樣地調(diào)查 在各樣地內(nèi)隨機(jī)選取9 個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)采集31.7 cm×31.7 cm 的枯落物并稱重，采用室內(nèi)浸水法和烘干法進(jìn)行內(nèi)業(yè)實(shí)驗(yàn)，并按照《森林土壤定位研究法》[8]測定和計(jì)算枯落物蓄積量、含水率以及持水量等指標(biāo)。在上述各點(diǎn)同時(shí)采集0～20 cm 層的1 個(gè)環(huán)刀和小鋁盒，帶回室內(nèi)，按照《土壤物理性質(zhì)測定法》，測定土壤物理特性和持水性指標(biāo)[9-10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 各群落植物種類

調(diào)查表明（表2），6 個(gè)樣地的植物物種數(shù)共有72 種，隸屬于45 科64 屬。其中喬木層16 科26 屬33 種，占植物種類總數(shù)的47.1%，喬木層樹種常綠植物與落葉植物種數(shù)比為1:3.2；灌木層16 科19 屬20 種，占總種數(shù)的28.6%；草本層13 科19 屬19 種，占27.1%。喬木層植株數(shù)量最多的為落羽杉群落，灌木層面積最大的為黃槐決明+紅花羊蹄甲群落，其次為落羽杉群落，草本層面積最大的為落羽杉群落，其次為蒲葵+垂柳群落。喬木層植物共記錄有258 株。其中，落羽杉種植的數(shù)量最多，達(dá)101 株；其次為黃槐決明、銀合歡、水黃皮、秋楓Bischofia javanica、垂柳、蒲葵等。灌木層面積排前三的植物依次是長隔木Hamelia patens、萼距花Cuphea hookeriana和翅莢決明Cassia alata，草本層面積排前三的植物則是海芋Alocasia macrorrhiza、鳶尾Iris tectorum和文殊蘭Crinum asiaticum。從植物配置上看，不同群落各層混交的植物基本上都為3 種。樹種組成上，外來樹種略多。

表2 樣地各層次主要植物Table 2 Main plants at all levels in the sample plot

2.2 各群落喬木樹種生長狀況

各樣地植物群落之間喬木層植物生長在不同指標(biāo)上各有差異，見表3。6 個(gè)樣地的平均胸徑在11.70～29.31 cm 之間。其中，蒲葵群落（樣地1）植物平均胸徑最大，且與其他群落有顯著性差異。而水黃皮群落（樣地3）植物平均胸徑最小。在各樣地植物樹高方面，喬木層樹木平均樹高在6.11～9.22 m 之間。其中，蒲葵群落（樣地1）植物平均樹高最大，其次為落羽杉群落（樣地5），平均樹高9.13 m，黃槐決明+木棉群落（樣地4）植物平均樹高最小，僅6.11 m。6 個(gè)樣地植物冠幅方面，喬木層樹木平均冠幅在2.36～4.96 m 之間。其中，蒲葵群落（樣地1）植物平均冠幅最大，落羽杉群落（樣地5）最小。

表3 樣地喬木層植物生長情況Table 3 Growth of arbor layer plants in the sample plot

2.3 各群落林地枯落物量及其持水能力

從表4 的各指標(biāo)大小比較，持水率最大的為黃槐決明+紅花羊蹄甲群落（515.47%），最小的為蒲葵群落（277.43%）；持水量最大的為黃槐決明+紅花羊蹄甲群落（6.54 t·hm-2），最小的為蒲葵群落（3.85 t·hm-2）?？萋湮锏淖畲髷r蓄量和最大攔蓄率在不同群落的變化不同。攔蓄量最大的為銀合歡群落（6.16 t·hm-2），最小的為蒲葵群落（3.54 t·hm-2）；攔蓄率最大的為黃槐決明+紅花羊蹄甲群落（477.13%），最小的為蒲葵群落（254.53%）。由于枯落物最大持水率對(duì)枯落物層的攔蓄能力估算結(jié)果偏高，一般采用有效攔蓄量估算枯落物對(duì)降雨的實(shí)際攔蓄量。各樣地枯落物有效攔蓄量和有效攔蓄率的群落間變化分別與最大攔蓄量和最大攔蓄率一致。其中，銀合歡群落（樣地2）枯落物的有效攔蓄量最大，達(dá)5.19 t·hm-2；黃槐決明+紅花羊蹄甲群落（樣地6）枯落物的有效攔蓄率最大，達(dá)399.81%，其枯落物保持水土能力最強(qiáng)。蒲葵群落（樣地1）枯落物的有效攔蓄量和有效攔蓄率都最小，分別為2.96 t·hm-2和212.92%。綜合表明，銀合歡群落（樣地2）和黃槐決明+紅花羊蹄甲群落（樣地6）枯落物對(duì)降水的攔蓄能力最好。

表4 樣地枯落物特征Table 4 Characteristics of litter in the sample plot

2.4 各群落土壤物理特性和持水能力

6 個(gè) 樣 地0～20 cm 土 層 土 壤 物 理 性 質(zhì) 如表5。可以看出，各樣地土壤容重的變化范圍在1.27～1.75 g·cm-3之間，其中最大的為黃槐決明+木棉群落（1.27 g·cm-3），最小的是蒲葵群落（1.75 g·cm-3）；總孔隙度最大的是黃槐決明+紅花羊蹄甲群落（52.14%），最小的是蒲葵群落（34.02%）。

表5 樣地0～20 cm 土壤物理性質(zhì)Table 5 Physical properties of 0～20 cm soil in the sample plot

土壤非毛管貯水一般被視為該土壤有效貯水能力，土壤的通氣性和透水性取決于土壤的總孔隙度和非毛管孔隙度，當(dāng)它們的值分在50%和20%～40%左右時(shí)，土壤的通氣性和透水性較強(qiáng)。由此可見，黃槐決明+木棉群落（樣地4）和黃槐決明+紅花羊蹄甲群落（樣地6）土壤的貯水能力較強(qiáng)，而水黃皮群落（樣地3）土壤吸收、貯存降水的能力較強(qiáng)。

土壤貯水特性反映了土壤涵蓄調(diào)配水分的能力。土壤貯水量由各種孔隙度與土層厚度表征，毛管孔隙度表征吸持貯水量，非毛管孔隙度表征滯留貯水量，兩者之和為飽和貯水量。各樣地的土壤貯水特性如表6 所示。由表6 可知，各樣地土壤0～20 cm 層飽和貯水量最大的是黃槐決明+木棉群落（1 042.74 t·hm-2），最小的是蒲葵群落（680.40 t·hm-2）；吸持貯水量最大的為水黃皮群落（519.47 t·hm-2），最小的為蒲葵群落（146.53 t·hm-2）；滯留貯水量最大的為黃槐決明+木棉群落（684.34 t·hm-2），最小的是銀合歡群落（315.35 t·hm-2）。由此推斷，黃槐決明+木棉群落（樣地4）土壤具有較強(qiáng)的持水能力和涵養(yǎng)水源的效果。

表6 樣地0～20 cm 土壤貯水特性 t·hm-2 Table 6 Characteristics of 0～20 cm soil water storage in sample plots

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，該濕地公園的6 種植物群落的樣地植物種類共有72 種，隸屬于45 科64屬，其中喬木層16 科26 屬33 種，占植物種類總數(shù)的47.1%，喬灌草植物種類比為1:0.61:0.58。不同群落各層混交的植物基本上都為3 種。樹種組成上，外來樹種略多。喬木層植物生長指標(biāo)中，蒲葵群落（樣地1）植物的平均胸徑、樹高和冠幅均為最大，且與其他群落有顯著差異。

整體上看，6 種植物群落中，蒲葵群落的枯落物各項(xiàng)指標(biāo)顯著低于其它5 種群落。黃槐決明+紅花羊蹄甲群落（樣地6）的蓄積量、最大攔蓄率和有效攔蓄率值均最大，銀合歡群落（樣地2）的最大攔蓄量和有效攔蓄量的值最大。這可能與黃槐決明+紅花羊蹄甲群落（樣地6）和銀合歡群落（樣地2）中的紅花羊蹄甲的落花及黃槐決明、銀合歡的落果有關(guān)。與王忠禹等的研究均相近[11]。6 種植物群落的土壤容重的變化范圍在1.27～1.75 g·cm-3之間，其中最大的為黃槐決明+木棉群落（1.27 g·cm-3），其飽和貯水量也最大，最小的是蒲葵群落（1.75 g·cm-3），其飽和貯水量也最小。黃槐決明+木棉群落（樣地4）土壤具有較強(qiáng)的持水能力和涵養(yǎng)水源的效果。

總體上看，土壤層持水能力強(qiáng)于枯落物層；土壤總孔隙度變化與土壤容重變化成反比例關(guān)系，與胡靜霞、楊玥等研究相似[12-13]。黃槐決明+木棉群落（樣地4）土壤持水能力最強(qiáng)，涵養(yǎng)水源效果最好。其原因可能是土壤非毛管孔隙度較大，通透性好，降水下滲較快，減少地表徑流，從而起到更好地涵養(yǎng)水源的作用。