廣佛地區(qū)濕地植物資源分析與多樣性健康評(píng)價(jià)

龐興宸，黃 燕，陳景鋒，汪理慧，吳永彬*

（1.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；2.深圳市農(nóng)科集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000；3.梅州建鑫森之林投資發(fā)展有限公司，廣東 梅州 514000）

根據(jù)《全球濕地展望》（2019 年）報(bào)告，1970 年至2015 年期間，世界濕地面積減少了35%，從2000 年起，濕地面積縮減速度越來(lái)越快，這種現(xiàn)象在全球普遍存在［1］。改革開(kāi)放42 年來(lái)，城市發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾是城市建設(shè)的難點(diǎn)之一。在城市建設(shè)和發(fā)展中，需要掌握城市發(fā)展與資源環(huán)境承載力的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定［2］，城市濕地面臨生態(tài)退化的威脅，必須加強(qiáng)研究，才能促使城市向健康發(fā)展［3］。

廣佛地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，其地理位置優(yōu)越，水源充沛，濕地在城市中發(fā)揮著重要的生態(tài)服務(wù)功能。研究以廣佛地區(qū)濕地植物群落為調(diào)查對(duì)象，運(yùn)用樣線(xiàn)調(diào)查法和典型樣地調(diào)查法，基于數(shù)量生態(tài)學(xué)方法探討區(qū)域植物群落物種多樣性、群落組成與結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用主成分分析進(jìn)行濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)。旨在為濕地植物多樣性的修復(fù)和保護(hù)、城市濕地生態(tài)系統(tǒng)管理、特色城市濕地景觀營(yíng)造、城市濕地退化等環(huán)境問(wèn)題的解決提供有效的理論依據(jù)、基礎(chǔ)信息和技術(shù)支撐，并為城市濕地公園建設(shè)和管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣方調(diào)查

樣方調(diào)查采用法瑞學(xué)派樣地記錄法，選取廣州市9 個(gè)類(lèi)型濕地13 個(gè)樣地，另外在佛山市選取5 個(gè)樣地進(jìn)行調(diào)查，共計(jì)18 個(gè)樣地。每個(gè)樣地設(shè)置3 個(gè)20 m×20 m 取樣區(qū)域，每個(gè)取樣區(qū)域設(shè)置4 個(gè)10 m× 10 m 喬木樣方，4 個(gè)5 m × 5 m 的灌木樣方，4 個(gè)2 m×2 m 的草本樣方。對(duì)于沿河岸生長(zhǎng)的取樣區(qū)域采取樣線(xiàn)法，每條樣帶由12 個(gè)2 m×2 m 樣方組成。樣帶布設(shè)于水體邊緣兩側(cè)5 m 內(nèi)，并垂直于水陸交界線(xiàn)。記錄樣地內(nèi)的所有植物種類(lèi)，并利用GPS 確定樣方位置。鑒定并記錄樣方中的植物種類(lèi)、密度、蓋度、高度，對(duì)于在現(xiàn)場(chǎng)不能確定到種的植物，單獨(dú)標(biāo)記并采集標(biāo)本帶回后進(jìn)行鑒定。

同時(shí)對(duì)廣州與佛山的20 個(gè)濕地公園的濕地植物進(jìn)行普查，包括廣州海珠區(qū)的海珠國(guó)家濕地公園，花都區(qū)的花都湖濕地公園（試點(diǎn)），南沙區(qū)的黃山魯白水湖濕地公園、蕉門(mén)濕地公園，番禺區(qū)的海鷗島紅樹(shù)林濕地公園、貝崗濕地公園、赤坎濕地公園、草河濕地公園，荔灣區(qū)的大沙河濕地公園，天河區(qū)的大觀濕地公園，黃埔區(qū)的南崗河文教園區(qū)濕地公園、鳳凰湖濕地公園，白云區(qū)的白海面濕地公園、白云湖濕地公園，增城區(qū)的荔湖濕地公園、增江鶴之洲濕地公園，從化區(qū)的派潭石馬龍濕地公園、風(fēng)云嶺濕地公園、流溪溫泉濕地公園以及佛山市南海區(qū)的金沙島國(guó)家濕地公園。

1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)植物的重要值和多樣性指數(shù)，利用目前廣泛運(yùn)用的Patrick 指數(shù)S、Margalet 指數(shù)F、Simpson 指 數(shù)D、Shannon-Wiener 指 數(shù)H 及Pielou均勻度指數(shù)E 測(cè)定物種多樣性。運(yùn)用Microsoft Excel 統(tǒng)計(jì)植物名錄、植物多樣性指數(shù)及重要值。運(yùn)用SPSS 17.0 對(duì)進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)、主成分分析、相關(guān)分析。

圖1 調(diào)查點(diǎn)地圖示意圖Fig.1 Investigated places map

2 結(jié)果與分析

根據(jù)調(diào)查，共計(jì)錄濕地植物312 種，隸屬于90科198 屬，其中：裸子植物1 科2 屬3 種，雙子葉植物54科106屬150種，單子葉植物22科75屬139種，蕨類(lèi)植物13 科15 屬20 種。禾本科（Gramineae）與莎草科（Cyperaceae）的種數(shù)最為豐富，分別是34 種和31種。

2.1 濕地植物生活型分析

濕地植物312種中，按照植物生活型劃分，分為喬木、灌木、草本和藤本植物。其中，喬木分為常綠喬木、落葉喬木，灌木分為常綠灌木和落葉灌木，草本分為一二年生草本（包括一年生、二年生草本）、多年生草本，藤本分為草質(zhì)藤本和木質(zhì)藤本。根據(jù)調(diào)查，草本植物的種類(lèi)最為豐富，占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，共有247 種，占比79.17%，喬木40 種，灌木18 種，藤本7種（表2）。

表1 18個(gè)樣地所屬區(qū)域及經(jīng)緯度Tab.1 Region，latitude and longitude of 18 sample plots

表2 濕地植物資源生活型分析Tab.2 Life form analysis of wetland plant resources

2.2 濕地植物分類(lèi)分析

表3 濕地植物分類(lèi)分析Tab.3 Classification analysis of wetland plants

根據(jù)調(diào)查，記錄的312 種濕地植物中，喜濕、耐濕植物共有43 科70 屬82 種，濕生植物36 科76 屬124種，水生植物35科59屬93種，紅樹(shù)植物10科11屬13種。

93 種水生植物中，共有65 種挺水植物，6 種浮葉植物，9種漂浮植物，13種沉水植物（表4）。

表4 水生植物分析Tab.4 Analysis of aquatic plant types

2.3 濕地植物來(lái)源分析

歸化種指外來(lái)植物轉(zhuǎn)進(jìn)本地后能夠正常繁衍下一代，并大批生長(zhǎng)成野生狀態(tài)的植物［4］。外來(lái)入侵植物指的是通過(guò)有意或者無(wú)意的人為活動(dòng)被引進(jìn)到自然分布以外的區(qū)域并建立種群，對(duì)本地農(nóng)林牧漁的生產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)等產(chǎn)生危害的外來(lái)植物［5］。根據(jù)《中國(guó)植物志》、《中國(guó)自然標(biāo)本館》等資料對(duì)各植物產(chǎn)地及分布的描述，將濕地植物分成外來(lái)植物和鄉(xiāng)土植物［6-7］。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，外來(lái)植物共有68 種，隸屬于30 科49 屬，占比23.37%。其中，入侵種13 種，歸化種5 種，栽培種50 種；鄉(xiāng)土植物223 種，隸屬于76科151屬，占比76.63%（表5）。

表5 濕地植物來(lái)源分析Tab.5 Source analysis of wetland plants

表6 濕地入侵植物名錄Tab.6 Wetland invasive plants

2.4 濕地植被類(lèi)型群系分析

根據(jù)實(shí)地調(diào)查，參照《中國(guó)植被》關(guān)于植被類(lèi)型劃分的原則，結(jié)合調(diào)查的具體情況，將調(diào)查區(qū)濕地植被分為5 個(gè)植被型組，8 個(gè)植被型，50 個(gè)群系（落），13個(gè)栽培群系［8］。

主要群系蘆葦群系、鳳眼藍(lán)群系、落羽杉群系、榕樹(shù)群系、藨草群系、短葉茳芏群系、三白草群系、空心蓮子草群系、野芋群系、苦草群系等。

表7 濕地植物資源群系分析Tab.7 Wetland plant resource flora

續(xù)表

表8 18個(gè)樣地植物多樣性指標(biāo)基本統(tǒng)計(jì)值Tab.8 Statistics of plant diversity indexes in sample plots

2.5 濕地植物多樣性主成分分析

對(duì)18 個(gè)樣地的植物多樣性健康評(píng)價(jià)，選取Simspon 指數(shù)、Shannon-Wiener 指數(shù)、Pielou 指數(shù)進(jìn)行主成分分析，并將三個(gè)指標(biāo)健康程度指標(biāo)數(shù)值納入分析（表9），以特征值≥1 作為提取主成分的標(biāo)準(zhǔn)。由表可知及主成分1、主成分2 的特征值均大于1，同時(shí)累計(jì)方差貢獻(xiàn)值達(dá)84.226%（表10），表明這兩個(gè)主成分已經(jīng)代表原始變量的絕大部分信息［9］。因此選擇前三個(gè)主成分代替原來(lái)14個(gè)多樣性指標(biāo)，起到降維的作用。

表9 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康程度評(píng)價(jià)Tab.9 wetland ecosystem health assessment

根據(jù)表10，前2 個(gè)主成分的的特征值＞1，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到84.226%，說(shuō)明前2個(gè)主成分可以反映大部分信息，因此用前兩個(gè)主成分進(jìn)行分析。

表10 特征值及方差分析表Tab.10 Eigenvalue and analysis of variance

由表11 可知，主成分1 主要代表灌木層、喬木層植物多樣性，為正相關(guān)關(guān)系。主成分2 主要與草本層植物多樣性有關(guān)，呈正相關(guān)。

由表11可得兩個(gè)主成分表達(dá)式分別為：

表11 旋轉(zhuǎn)后主成分荷載矩陣和得分系數(shù)矩陣Tab.11 Principal component load matrix and score coefficient matrix after rotation

F1=0.194FDT+0.2FHT+0.177FET+0.19FDS+0.203FHS+0.178FES-0.089FDH+0.025FHH-0.113FEH

F2=-0.035FD-0.056FHT-0.006FET-0.049FDS-0.059FHS-0.042FES+0.416FDH+0.28FHH+0.422FEH

將兩個(gè)主成分得分與其對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率的比例相乘后的綜合，則為總得分（F），建立植物多樣性健康評(píng)價(jià)函數(shù)：

F=0.54994F1+0.25324F2

由表12 可知，濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的為1、6 和5三個(gè)樣地，分別屬于河流濕地、人工復(fù)合濕地和庫(kù)塘，健康程度最差的南沙涌下游、前航道和龍穴島，屬于永久性河流、河口水域和水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)濕地。

表12 不同樣地的濕地植物多樣性主成分得分Tab.12 Principal component scores of wetland plant diversity in different places

由表13 與圖3 可知，50%的樣地生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)不健康狀態(tài)，33%的樣地屬于亞健康狀態(tài)，僅有17%個(gè)樣地屬于健康狀態(tài)。

圖3 植物多樣性的綜合得分健康等級(jí)示意圖Fig.3 Comprehensive score and health grade of plant diversity

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）研究區(qū)濕地植物物種較為豐富，經(jīng)過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)共有濕地植物312種，隸屬于90科198屬，以禾本科、莎草科、菊科、蓼科（Polygonaceae）、天南星科為主，莎草屬（Cyperus）、蓼屬（Persicaria）、美人蕉屬（Canna）的種類(lèi)也較為豐富。草本植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。水生植物93 種，濕生植物124 種，半濕生植物共有82 種、紅樹(shù)類(lèi)植物13 種。鄉(xiāng)土植物241 種，占比77.24%，外來(lái)植物71 種，占比22.76%，入侵植物13 種。濕地植物群落分為5 個(gè)植被型組，8 個(gè)植被型，50個(gè)群系（落），13個(gè)栽培群系。

（2）濕地植物多樣性表現(xiàn)為草本層＞灌木層＞喬木層。Patrick 指數(shù)（S）在0～25 之間，Simpson 多樣性指數(shù)（D）在0～0.92，Shannon-Wiener多樣性（H）在0～2.79，Pielou均勻度（E）在0～0.94。

（3）50%的樣地生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)不健康狀態(tài)，33%的樣地屬于亞健康狀態(tài)，僅有17%個(gè)樣地屬于健康狀態(tài)。

3.2 討論

3.2.1 濕地植物資源的保護(hù)與利用

隨著廣佛地區(qū)城市化進(jìn)程的加劇，水資源的開(kāi)發(fā)利用迅速增加。開(kāi)墾、采砂、排污等活動(dòng)是濕地資源變化的主要原因，例如顏素珠在廣州龍洞發(fā)現(xiàn)的水篩群落已經(jīng)消失［10-11］。

我國(guó)濕地植物資源豐富，超過(guò)2000 多種濕地植物，但是已被應(yīng)用于人工濕地且產(chǎn)生效果的只有幾十種［12］。在調(diào)查的廣州市19 個(gè)濕地公園應(yīng)用種類(lèi)較少，主要是蓮（Nelumbo nucifera）、睡蓮（Nymphaea tetragona）、澤瀉慈姑（Sagittaria platyphylla）、美人蕉（Canna indica）、再力花（Thalia dealbata）、梭魚(yú)草（Pontederia cordata）、垂花水竹芋（Thalia geniculata）等，其中美人蕉、再力花、梭魚(yú)草、垂花水竹芋均為外來(lái)栽培物種，許多原生濕地植物尚未被利用，這與廣東省豐富的濕地植物資源很不匹配［10］。

本次研究結(jié)果得出濕地植物以被子植物為主，單子葉植物以禾本科和莎草科的種類(lèi)居多，莎草科以莎草屬種類(lèi)居多，雙子葉植物以蓼科、天南星科和菊科為主，蓼科中的蓼屬種類(lèi)也比較多，這與廣州地區(qū)和廣東省濕地植物的調(diào)研結(jié)果基本一致［10，13］。這些科屬植物具有應(yīng)用于濕地公園的潛力。

曾作為豬飼料引進(jìn)的外來(lái)植物空心蓮子草、鳳眼藍(lán)、大薸，入侵大面積的水域，這些植物種類(lèi)通常形成單優(yōu)群落，嚴(yán)重占據(jù)了本土植物的生長(zhǎng)空間［10］。本次調(diào)查中，濕地入侵植物有13種，在樣地調(diào)查中優(yōu)勢(shì)種就有空心蓮子草、三裂葉蟛蜞菊等入侵植物，霸占其它鄉(xiāng)土植物生長(zhǎng)空間，對(duì)濕地植物多樣性影響很大，對(duì)豐富的濕地植物資源產(chǎn)生危害。

圖2 濕地植物多樣性健康程度占比Fig.2 Proportion of wetland plant diversity and health

3.2.2 濕地植物多樣性與健康狀況

本次對(duì)研究區(qū)的濕地進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)濕地植物種類(lèi)雖較多，但通過(guò)典型樣地調(diào)查法調(diào)查各類(lèi)濕地，發(fā)現(xiàn)喬木層和灌木層的植物多樣性變化大，喬木層Patrick 指數(shù)在0～11 之間，灌木層在0～14 之間，草本層在4～25之間，各調(diào)查樣地物種多樣性基本呈現(xiàn)草本層＞灌木層＞喬木層，不少濕地缺乏喬木層和灌木層，總體上物種數(shù)量不高，多樣性水平低，健康程度差，植物群落呈現(xiàn)面積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等情況。

根據(jù)主成分分析，植物多樣性前四的為流溪河良口段、海珠濕地、華農(nóng)樹(shù)木園和南沙濕地，這四個(gè)調(diào)查樣地植物種類(lèi)豐富，植被結(jié)構(gòu)完整。究其原因，可能為流溪河良口段為流溪河靠近源頭部分，為水源保護(hù)區(qū)，人口較少，人為干擾活動(dòng)小，主要人為干擾為附近居民在河岸種植香蕉、花生、荔枝等植物。海珠濕地則通過(guò)生境恢復(fù)、生物恢復(fù)等手段，清除入侵植物、人工引入鄉(xiāng)土物種等方式優(yōu)化區(qū)域群落結(jié)構(gòu)，從而提高植物物種多樣性［14］。華農(nóng)樹(shù)木園即為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)樹(shù)木園，其為植物種質(zhì)資源保存基地，分為引種試驗(yàn)區(qū)、水生植物區(qū)等6個(gè)功能區(qū)，植物資源豐富，生態(tài)良好［15］。南沙濕地通過(guò)封閉育林和對(duì)外開(kāi)放相結(jié)合的方式，以鄉(xiāng)土紅樹(shù)植物為主、適度引進(jìn)外來(lái)植物和清理入侵植物等恢復(fù)紅樹(shù)林，豐富植物多樣性［16］。這些都符合中度干擾理論，根據(jù)中度干擾理論，在中度干擾的生境中，群落物種多樣性最高，即中度干擾可以保持較高的物種多樣性，人為干擾可以改變生境異質(zhì)性和物種之間的競(jìng)爭(zhēng)方式，創(chuàng)造新的棲息地，同時(shí)改善物種多樣性［17］。而排名最后的三個(gè)樣地分別是8、11 和18三個(gè)樣地，分別是前航道、龍穴島水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)和南沙涌下游，原因可能是前航道以及南沙涌由于硬質(zhì)駁岸，濕地面積小，生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，從而導(dǎo)致濕地植物多樣性不高。而龍穴島水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)為人工濕地，僅種植荷花，物種單一，這也說(shuō)明濕地生境類(lèi)型可能是影響植物多樣性的關(guān)鍵因素，而生境類(lèi)型又受到多個(gè)因素的共同作用。

3.3 對(duì)廣佛地區(qū)濕地存在問(wèn)題的建議

3.3.1 減小人為干擾，加強(qiáng)保護(hù)宣傳力度

政府有關(guān)部門(mén)要加大宣傳力度，增強(qiáng)人民群眾保護(hù)濕地的意識(shí)，合理開(kāi)發(fā)濕地資源，禁止采沙、復(fù)墾等過(guò)度開(kāi)發(fā)活動(dòng)，加強(qiáng)執(zhí)法監(jiān)督，加強(qiáng)破壞濕地行為的執(zhí)法力度。將一些濕地植被資源豐富的區(qū)域列為重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，采取設(shè)置標(biāo)識(shí)牌、木樁、圍網(wǎng)等措施，恢復(fù)和保護(hù)自然濕地，為濕地動(dòng)植物提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)空間。

3.3.2 保持濕地生態(tài)系統(tǒng)的連貫性和完整性

廣佛地區(qū)濕地植物資源豐富，許多水岸及洲灘存在裸露的荒地以及植物生境被餐飲、工業(yè)建設(shè)等隔斷，濕地生物生境面積小，導(dǎo)致多樣性減小。在濕地公園的規(guī)劃和濕地的修復(fù)中，應(yīng)避免大規(guī)模的人工設(shè)施覆蓋，以保證濕地生態(tài)廊道的暢通和濕地與周?chē)匀画h(huán)境的連貫性。維持濕地水域環(huán)境與陸地環(huán)境的完整，避免因過(guò)度的環(huán)境污染而造成退化；保護(hù)濕地生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)和緩沖區(qū)，避免城市建設(shè)發(fā)展對(duì)濕地環(huán)境的過(guò)度干擾。

3.3.3 合理開(kāi)發(fā)本土物種資源，加強(qiáng)外來(lái)物種的防治

廣佛地區(qū)濕地植物種類(lèi)雖較多，但在20個(gè)濕地公園當(dāng)中應(yīng)用的濕地種類(lèi)大部分為外來(lái)種。鄉(xiāng)土濕地植物同樣在園林、生態(tài)以及藥用等方面應(yīng)用潛力巨大，而目前對(duì)這些植物的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用力度不夠，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)有潛力的濕地植物的開(kāi)發(fā)利用。引種馴化當(dāng)?shù)赜^賞價(jià)值高的野生植物，展現(xiàn)本土的自然風(fēng)光和濕地景觀，如三白草、水蕨、莎草科、蓼科蓼屬等植物。在引進(jìn)外來(lái)濕地植物時(shí)，要嚴(yán)格檢疫并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，評(píng)估其入侵風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)造成不良影響的入侵植物，要采取人工打撈、增加天敵等方法進(jìn)行控制，防止其進(jìn)一步蔓延。

3.3.4 加強(qiáng)濕地保護(hù)并與水力及建設(shè)工程相協(xié)調(diào)

河流及庫(kù)塘濕地中，均以硬質(zhì)駁岸為主，這大大減少了濕地植物的生長(zhǎng)面積，降低濕地生態(tài)系統(tǒng)的連貫性。水庫(kù)、堤壩等水利工程可考慮建設(shè)生態(tài)型石質(zhì)駁岸，這種形式的駁岸成本低、景觀效果好，既有利于濕地植物生長(zhǎng)，也可發(fā)揮植物凈化水質(zhì)的功能。

3.3.5 加強(qiáng)對(duì)濕地公園的管理

建立并不斷完善公園管理制度，完善濕地公園設(shè)施，建立與濕地公園保護(hù)管理工作相適應(yīng)的管理機(jī)構(gòu)，配齊熟悉濕地公園管理、掌握濕地保護(hù)技術(shù)的人員。定期進(jìn)行垃圾清理，及時(shí)清除河中的野草，加強(qiáng)對(duì)濕地植物的管理，對(duì)植物精心照料，保證植物長(zhǎng)期長(zhǎng)勢(shì)良好。