平原村莊區河岸帶植被特征研究

林立懷，夏繼紅，畢利東，伊紫函，曹偉杰(河海大學水利水電學院，南京 210098)

河岸帶是河流與陸地生態系統之間進行物質、能量、信息交換的重要生態過渡區，具有獨特的生態結構和服務功能[1]。河岸帶植被是河岸帶生態系統最主要的生產者，在維持整個生態系統的結構和功能方面都有著非常重要的作用[2]。河岸帶植被不僅發揮著穩定岸坡、保持水土、凈化水體、生物廊道、豐富物種等一系列的自然保護功能，還具有一定的社會保護及休閑娛樂功能[3]。因此，了解河岸帶植被組成及其特點對河岸帶生態建設有著重要的意義。近年來，已有一些學者對河岸帶植被開展了調查研究，如，沈亞強等[4]通過對黃河干河岸帶植物的調查，研究了植物群落特征及其與環境的相互關系。Mendez-Toribio等[5]研究了杜羅河流域土地利用方式對河岸帶植被多樣性的影響。現有研究大多集中于骨干河道的河岸帶植被群落結構、數量特征、功能及其影響因素等。但針對村莊中小河流河岸帶植被分布的研究鮮見。本文以浙江省桐鄉市石門鎮白馬塘村為研究區，通過現場調查，深入探討平原村莊中小河流河岸帶植被分布特征及其物種多樣性，以期為中小河流河岸帶退化區域的生態修復或重建提供基礎信息與理論依據。

1 研究區概況

本研究以桐鄉市石門鎮白馬塘村(120°27′E，30°38′N，海拔6 m)為研究區(位置如圖1所示)。研究區區域面積為4 km2，區域內河道縱橫，水系發達，主要包括京杭運河、白馬塘河、油車橋、曹家筧港等多條河道，為典型的江南平原水網區。該區域自2009年以來開展了農村河道生態建設，重點對河岸帶實施了生態化防護，主要采用了生態混凝土球、生態混凝土砌塊、生態扇形磚、魚巢、生態袋、五豐砌塊、純植被等7種材料實施防護。

圖1 研究區域及區段設置示意圖Fig.1 Location and segments of study area

2 研究方法

2.1 區段選取與樣方設置

研究中，按照不同建設方式，分別選擇京杭運河、白馬塘河、曹家筧港、油車橋港、秀才橋港5條典型河道為研究區段(見表1)。每個區段設置3個典型斷面，每個斷面設置1個10 m×10 m的喬木樣方，1個5 m×5 m灌木樣方，3個1 m×1 m草本樣方，其中，草本樣方按照離坡腳距離大小并結合斷面結構特點選取，各樣方間隔距離為1～5 m。主要監測記錄的指標包括：喬木層的種類、樹高、數量、胸徑和冠幅；灌木層與草本層的種類、蓋度、株高、數量。調查分別于2013年10月、2014年4月、2014年10月進行。

表1 各區段基本特征Tab.1 Characteristics of each segment

2.2 植被多樣性計算及分析方法

本文選擇了Patrick豐富度指數、Shannon-Wiener多樣性指數和Pielou均勻度指數來測度和分析農村區域河岸帶植物物種多樣性特征。具體的指數計算公式如下[6]：

(1)Patrick物種豐富度指數：

R=S

(1)

(2)Shannon-Wiener物種多樣性指數：

(2)

(3)Pielou均勻度指數：

J=H′/lnS

(3)

式中：S為某一樣方內出現的物種數；Pi=ni/N，ni為某一樣方內物種i的數量；N為該樣方內所有物種的總數量。

數據處理及統計分析在應用Origin9.0和SPSS19.0上進行。其中統計分析對單因素方差分析采用LSD法顯著性檢驗。

3 結果與分析

3.1 河岸帶植被物種組成

經調查統計，該區域河岸帶共有維管束植物43種，隸屬于27科，41屬。其中，單種屬、單屬科所占比例較高，分別為95.12%與70.37%，與已有河岸帶植被調查結果[7,8]類似。所有植物中，草本植物種類最為豐富，以禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)、玄參科(Scrophulariaceae)等為主，主要物種有馬唐[Digitaria sanguinalis (L.) Scop]、狗尾草[Setaria viridis (L.) Beauv]、狗牙根[Cynodon dactylon (Linn.) Pers]、牛筋草[Eleusine indica (L.) Gaertn]、馬蘭(Kalimeris indica)等，共計17科30屬31種，占河岸帶植被總數的72.09%；喬木主要有柳樹(Salix babylonica)、水杉(Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng)、欒樹(Koelreuteria paniculata Laxm)等物種，共計7科7屬7種，占總種數的16.80%；灌木包括紫薇(Lagerstroemia indica L)、紫葉李[Prunus Cerasifera Ehrhar f. atropurpurea (Jacq.) Rehd]、紅葉石楠(Photiniaxfraseri)以及小葉黃楊(Buxus sinica var. parvifolia M. Cheng)4種，占9.30%；調查區域內僅發現五葉地錦(Parthenocissus quinquefolia)一種藤本植物。由此可以看出，河岸帶具有豐富的物種組成，表現出明顯的過渡性與生態邊緣效應[9]。

根據該區域河岸帶植被的優勢種類組成、外貌特征和環境條件等，研究區域河岸帶植被可劃分為3個主要植物群落類型。第一種群落類型為馬唐+狗尾草群落，這兩個物種都為常見的旱地雜草。在調查的45個草本樣方中，二者共同出現的樣方數高達21個，且二者長勢相當，以T3區段最為突出。伴生種有水蘇、稗草、香附等；第二種類型為狗牙根+牛筋草群落，狗牙根多年生草本植物，具有根狀莖和匍匐枝，須根細而堅韌。牛筋草為一年生草本，其根系極發達。這兩種植物組成的群落廣泛分布于研究區河岸帶岸坡上，其中T1、T3、T5區段最多，伴生種有鱧腸、看麥娘等。第三種類型為空心蓮子草+馬唐群落，主要分布于T4區段，這兩種植物共同構成優勢種。其中，空心蓮子草別名喜旱蓮子草、水花生等，為莧科蓮子草屬的一種多年生宿根性草本，屬于外來入侵物種。該群落伴生種有馬唐、牛筋草等。

3.2 物種豐富度空間變異性

各區段物種豐富度如圖2所示。由圖2可知，T5區段的物種豐富度最高，T4區段的物種豐富度最低，并明顯低于其他區段(p<0.05)。喬木及灌木層豐富度在各個區段間的變化不顯著(p>0.05)，且各區段內灌木種類均較少，T2、T3、T5區段均只有一種灌木，T4區段未發現任何灌木。除T4區段以外，其他4個區段的草本植物種類均在10種以上，T5區段草本植物種類最多，有17種，顯著高于T4區段(p<0.05)。

圖2 各區段物種豐富度Fig.2 Richness index in each segment

T4區段的物種豐富度之所以最低，主要是由于周邊農戶在該區域河岸岸坡上種植棉花，原岸坡上的大多數植被已被鏟除破壞，僅有少量如馬唐、空心蓮子草等繁殖力和再生力強的幾個物種存活，可見人為干擾對河岸帶植被的豐富度有著重要的影響。

3.3 物種多樣性空間變異性

不同區段河岸帶草本植被Shannon-Wiener多樣性指數(H′)及Pielou均勻度指數(J)的分析計算如表2所示。可以看出，距坡腳4 m以內區域的植被多樣性指數較大，這主要是由該區域內水流作用和水分含量的空間異質性所決定。該區域為濱水區，區域內土壤較為濕潤，既有水生植物，也有陸生植物，還有兩棲植物，植物種類豐富，長勢較好，因此擁有更高的多樣性。

表2 河岸帶植被多樣性指數變化特征Tab.2 Characteristics of species diversity of riparian vegetation

注：同一區段同列相同字母表示該指標差異不顯著(p<0.05)。

不同區段間的Shannon-Wiener多樣性指數之間存在一定差異，如T5區段的Shannon-Wiener指數相對高于其他4個區段，這除了建設模式不同的原因外，還與岸外土地的利用方式有關，T5區段的岸外土地利用方式為林地，種植欒樹林，為植物生長提供了良好的生境，而且距離人類活動范圍較遠，人為干擾較小，二者因素致使其物種多樣性較高。而T1、T3、T4區段岸外土地利用方式為農業用地，河岸帶植被在很大程度上會受到農田干擾，主要是農村大量使用化肥與農藥，在降雨的沖刷作用下，通過徑流向河岸帶擴散，造成面源污染，改變了河岸帶土壤的養分和化學成分，而這一變化會引起某些物種無法生長，另一些物種則出現瘋狂生長現象，最終導致該區域某些物種的優勢度極高，而整體的多樣性則偏低。T2區段緊鄰居住區，由于長期的人類生活活動，對該區域的群落形成一定干擾，使其多樣性下降。各樣方的Pielou均勻度指數在0.37～0.82之間，其變化趨勢與Shannon-Wiener指數基本一致。T4區段的均勻度指數偏低，其植物群落為空心蓮子草和馬唐群落，空心蓮子草屬于外來入侵物種，具有競爭優勢，排擠其他植物，使群落物種走向單一化，破壞了當地的河岸帶生態環境，使區段中的Pielou均勻度指數較低。

Shannon-Wiener多樣性指數也顯著低于采用純植被防護模式的T5區段(p<0.05)，而各區段間的平均Pielou均勻度指數差異不顯著(p>0.05)。但在同一區段內，隨著樣方與坡腳距離的增加，Shannon-Wiener多樣性指數與Pielou均勻度指數呈下降趨勢，特別是距坡腳1～2 m范圍內的Shannon-Wiener多樣性指數及Pielou均勻度指數都顯著高于岸頂以外區域(p<0.05)。

4 結 論

(1)研究區域河岸帶共有維管束植物27科41屬43種，群落物種組成較為豐富，說明河岸帶生態建設對保護物種多樣性有著重要的作用。

(2)在河岸橫向上，隨著離河岸坡腳距離的增加，植被的Shannon-Wiener多樣性指數及Pielou均勻度指數均呈下降趨勢。

(3)河岸帶生態修復應以當地植物物種為主，以避免外來入侵物種對河岸帶生態系統造成損害。

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