子牙河水系濱岸帶植物群落結構及其與環境的關系

梁 雪, 何 萍, 任 穎, 錢金平, 戴 霞

(1.河北師范大學 資源與環境科學學院, 河北 石家莊 050024;2.中國環境科學研究院 國家環境保護區域生態過程與功能評估重點實驗室, 北京 100012)

子牙河水系濱岸帶植物群落結構及其與環境的關系

梁 雪1,2, 何 萍2, 任 穎2, 錢金平1, 戴 霞2

(1.河北師范大學 資源與環境科學學院, 河北 石家莊 050024;2.中國環境科學研究院 國家環境保護區域生態過程與功能評估重點實驗室, 北京 100012)

[目的] 以海河流域子牙河水系河流濱岸帶植物為對象，研究影響植物群落結構和分布格局的主要環境因子，為相關研究提供依據。[方法] 2013年6月，在子牙河水系干支流設置了94個濱岸帶樣地，調查植被結構和海拔、護岸類型、堤外土地利用類型等6個環境因子。[結果] 子牙河水系濱岸帶植物共249種，分屬于51科，166屬。山區河段濱岸帶有199種植物，分屬于43科，135屬，優勢物種有蘆葦(Phragmitesaustralis)、蒙古蒿(Artemisiamongolica)、荊條(Vitexnegundo)、黃花蒿(Artemisiaannua)等；平原河段濱岸帶有36種植物，分屬于22科35屬，優勢物種主要有蘆葦(P.australis)、反枝莧(Amaranthusretroflexus)等，山區植物豐富度明顯高于平原區。[結論] 海拔高度和堤外土地利用類型與植物群落結構顯著相關。水熱條件和人類活動壓力是影響植被構成的主要成因。

子牙河； 植物群落； 環境因素

文獻參數： 梁雪, 何萍, 任穎, 等.子牙河水系濱岸帶植物群落結構及其與環境的關系[J].水土保持通報，2017,37(1)：292-296.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.051; Liang Xue, He Ping, Ren Ying, et al. Relationship between plant communities and environment factors in riparian zone along Ziya river[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(1)：292-296.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.051

植被的構成與空間分布受水熱、土壤、人類活動等不同尺度環境因子的影響。環境條件的改變也直接或者間接的影響植物的群落結構[1]，植物與環境關系一直是生態學研究的重要內容[2]，對了解區域生態系統過程，指導生態環境治理和生態恢復重建有重要意義。河流濱岸帶范圍包括河流廊道的高低水位之間以及從河流高水位至被洪水影響的高地區域，是水陸間物質、能量和生物的通道[3]。目前研究多集中在湖泊、濕地、河流等范圍內水生植物與環境因子的關系，對平原河網地區濱岸帶植被與環境的關系研究較少[4-6]。

子牙河是海河流域5大支流之一，近年干旱少雨[7]，加之河流水系受到人類活動的影響和工農業生產需水的增加，相繼出現斷流[8]，水質污染嚴重。植被是河流生態系統的重要組成部分之一，植被結構的變化一定程度上反映出河流的退化程度，同時植被的修復也是河流生態系統修復的重要任務。對子牙河水系濱岸帶植物群落開展調查并研究其構成與環境因子的關系，對了解河流退化成因，指導河流植被修復意義重大。本文擬在2013年6月對子牙河植物群落和環境參數調查和測定的基礎上，采用相關分析和典范對應分析，探討牙河流域植物群落分布格局與環境因子的關系，以期為相關研究提供依據。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究區概況

子牙河位于海河流域的中南部，由發源于太行山東坡的滏陽河和源于五臺山北坡的滹沱河匯成，兩河于獻縣臧家橋匯合后，始名子牙河，跨越山西、河北、天津3省市，地理位置介于北緯36°03′—39°35′，東經112°20′—117°50′，河流全長375 km，流域面積4.69×104km2，其中山區面積3.10×104km2，平原面積1.56×104km2，是海河流域第二大水系。總體地勢西北高東南低，西北燕山太行山山地海拔500～1 000 m以上，部分地區超過1 500 m，東南部海拔標高低于50 m，沿海地區在4 m以下[9]。

1.2 研究方法

1.2.1 布點原則 在全流域內2～5級河流，干流和其重要支流上均布點。河系結構越復雜，樣地數越多；盡量與水文、水質站點重合；在城鎮和明確排污口的上游和下游分別布點，對于特點均一的河段減少樣地數。子牙河水系共設94個樣地。

1.2.2 植物調查 在預設的樣地，在具有植物代表性的約15 m長的河段范圍內，垂直于河流方向設3條樣帶。每條樣帶分坡腳、坡中、坡上，分別設置3個1 m×1 m小樣方，力圖包括濕生、中生和旱生植物類型。記錄樣方植物總蓋度、物種名稱及其分蓋度和平均高度。每個樣地的9個樣方結果進行綜合平均。對于現場無法確認種名的植物，采集樣本帶回實驗室，對照《中國植物志》和網絡數據庫[10-11]及相關文獻或請植物分類學專家進行鑒定。

1.2.3 環境因子調查 在環境因子調查中，共設6個環境因子，分別是海拔、降水量、斷面平均水深、堤外土地類型、護岸類型和河岸形態。獲取方法如下：① 海拔數據，用GPS現場測取。② 降水量，通過海河流域降水監測站點的多年降水量平均值，應用ArcGIS 9.3軟件插值形成降水量等值線，根據樣地位置得取數值。③ 斷面平均水深，現場測量。④ 護岸類型，根據自然和透水特性分為4類賦值[12](如表1所示)。⑤ 河岸形態，根據人工改造程度分為3類賦值(表2)。⑥ 堤外土地利用類型土地利用類型共有7類。根據人為干擾梯度賦值(表3)。

表1 護岸類型

表2 河岸形態

表3 堤外土地利用類型

1.3 數據處理方法

(1) 物種重要值。

重要值=(相對高度+相對蓋度+相對頻率)/3

(2) 典范對應分析(canonical correspondence analysis， CCA)。樣地與環境因子的相關性、植物物種與環境因子的相關性利用國際通用標準軟件Canoco 4.5進行分析。CCA分析是一種非線性多元直接梯度分析方法，可將研究對象排序和環境因子排序表示在一個圖上，結果直觀明顯[13]。以群落中各物種的重要值作為CCA分析中植物數據的變量。分析之前剔除了頻度小于5%的植物[14]，減少偶見種對排序的影響，使結果更為準確直觀。

(3) 環境因子的相關性分析。由PASW Statistics 18統計軟件實現。

2 數據結果

2.1 植物群落的種類組成及優勢種

子牙河水系94個樣地共記錄249種植物(表4)，分別屬51科、166屬。屬的數量較多的有，菊科(Compositae)42屬，禾本科(Gramineae)41屬，藜科(Chenopodiaceae)25屬，豆科(Leguminosae)15屬，毛茛科(Ranunculaceae)8屬，莎草科(Cyperaceae)13屬，唇形科(Labiatae)7屬；有24科僅包含1屬。山區河段濱岸帶主要有199種植物，分屬于43科135屬，平原河段濱岸帶主要有36種植物，分屬于22科35屬。

每個樣地選取重要值最大的植物作為優勢種。25個山區樣地中，蘆葦在7個樣地中表現為優勢種，蒙古蒿、荊條、黃花蒿分別在2個樣地中表現為優勢種。在平原區69個樣地中，蘆葦在22個樣地中表現為優勢種，反枝莧在8個樣地中表現為優勢種，葎草在5個樣地中表現為優勢種，狗尾草、苘麻在3個樣地中表現為優勢種。

2.2 環境因子相關性

通過PASW Statistics18軟件將環境因子6個變量進行相關分析。斷面平均水深與河岸形態負相關(-0.273)。降水量與護岸類型呈負相關(-0.721)。海拔、斷面平均水深、降水量3個環境因子與其他環境因子相關性較小，堤外土地類型、護岸類型和河岸形態3種環境因子相關性明顯。

表4 環境因子的Pearson相關性分析

注:**為在0.01水平(雙側)上顯著相關； *為在0.05水平(雙側)上顯著相關。

2.3 樣地F與環境因子CCA分析結果

DCA分析，長度梯度與第一軸的值為3.567，介于3～4之間，選擇CCA或者RDA排序均可[15]。圖1是子牙河流域94個樣地和6個環境因子為原始數據作的CCA排序圖。樣組的分布受海拔因子的影響最大，樣組Ⅰ與樣組Ⅳ處于海拔較高的山區，受人類活動的干擾較少，樣組Ⅱ，Ⅲ處在海拔較低的平原區，護岸類型和堤外土地類型均偏向人工形態。

2.4 物種與環境因子相關性

剔除頻度小于5%的物種，共有96種植物。CCA排序圖(圖2)上明顯反映出96種植物對環境因子不同的適應特點，可將96種植物分成4個組(表5)。種組Ⅰ受海拔梯度的影響顯著；種組Ⅱ護岸形態多為人工修筑且堤外土地類型以工廠、城區為主；種組Ⅲ分布在降雨量較多的平原低海拔地區，河岸形態以人工與自然混合為主。種組Ⅳ分布區的堤外土地類型以林草地、農用地為主，河岸形態偏向于自然。

圖1 子牙河水系濱岸帶樣地與環境因子CCA二維排序圖

圖2 子牙河水系濱岸帶植物物種與環境因子CCA二維排序圖

2.5 物種的環境適應性

應用PASW Statistics 18軟件針對全部249種植物所屬海拔和堤外土地利用類型進一步開展相關

性分析，58個物種與海拔高度顯著正相關，8個物種與海拔顯著負相關(表6)。8個物種與堤外土地類型顯著正相關，3個物種與堤外土地類型顯著負相關(表7)。

3 討 論

3.1 物種特征

從調查記錄物種的科別類型來看，表現出物種向菊科、禾本科和這樣的世界性大科集中，同時又向少種科和區域性單種科分散的特點[16]。

在優勢種類型上，高海拔區域優勢種為蘆葦、蒙古蒿、荊條、黃花蒿，蒙古蒿+黃花蒿群落具有生境適應性強耐瘠薄的特點[17-18]，荊條是太行山區常見的小灌木。低海拔區域優勢種為蘆葦、反枝莧、葎草。反枝莧+葎草群落具有適應性極強，既喜濕潤又喜干旱，抗干擾性強的特點，為常見田間雜草[19-20]。優勢種在一定程度上反映了山區和平原的物種和環境差異特征。

從物種多樣性上，山區條件受人為干擾較小，有199種植物；平原區受人類干擾程度較大，植物物種趨于單一化，僅36種。雖然山區河流物種數量較多，但是多數物種出現頻度低于5%，可見生境受威脅程度較高。

表5 子牙河水系濱岸帶植物(剔除低頻物種)與環境因子CCA排序分組結果

3.2 植物對環境因子的適應性

根據植物對海拔高度的適應性分析，平車前、鼬瓣花、金蓮花、三裂繡線菊、無芒雀麥、草地風毛菊、多裂委陵菜、穿龍薯蕷、角盤蘭、瓣蕊唐松草、歪頭菜、蒔蘿蒿、小龍膽、茴茴蒜、蕨麻僅出現在高海拔地區，其中低頻出現在高海拔山區的物種有虎尾草、毛馬唐、鼬瓣花、歪頭菜、賴草、披堿草，與海拔顯著負相關的物種只分布在平原地區的物種有馬唐、牛筋草、苘麻、虎尾草、反枝莧、馬齒莧、鱧腸。

與土地利用顯著相關的物種有紅蓼、節節草、蒺藜、藨草、蘆葦、荊三稜、早開堇菜、薄荷、藎草、旋覆花、水苦荬，節節草、藨草、蘆葦、荊三稜、薄荷、藎草、水苦荬適應較自然的環境，而紅蓼、蒺藜、早開堇菜、旋覆花更適應人工環境。

與降水量的關系并不顯著，主要是因為降水量與海拔梯度的變化在空間上并不一致。子牙河平原降水量平均為550 mm，在山區以五臺山為中心形成了650 mm的降水量高值點而山區越向西，降水量越低，樣點降水量最低的為350 mm。而海拔梯度與人類活動強度顯著相關。另外，河岸帶植物與局地尺度上受河水補給的土壤水分關聯性更大。

水深對岸上的植物影響也不顯著，但是從水深與河岸形態負相關的結果來看，自然狀態的河流往往比較寬淺，而人為改造后的河流水較深。

表6 子牙河水系濱岸帶植物與海拔因子的相關性

表7 牙河水系濱岸帶植物與堤外土地類型因子的相關性

4 結 論

通過對子牙河水系濱岸帶植物群落構成與環境因子之間的相互關系研究發現，海拔高度與堤外土地類型對群落結構的影響最顯著。山區物種遠較平原區豐富，且在樣地中低頻出現的物種較多，表現出這類物種在該水系的瀕危狀態。平原區物種以各類抗干擾的雜草居多，建議在參照研究結果的基礎上對子牙河水系濱岸帶進行科學規劃，注重植被多樣性配置，構建合理、近自然的植物群落。

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Relationship Between Plant Communities and Environment Factors in Riparian Zone Along Ziya River

LIANG Xue1,2, HE Ping2, REN Ying2, QIAN Jinping1, DAI Xia2

(1.CollegeofResourceandEnvironmentalScience,HebeiNormalUniversity,Shijiazhuang,Hebei050024,China; 2.StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofRegionalEcologicalProcessesandFunctionsAssessment,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China)

[Objective] The study aims to find out factors that influence the plant community structure and distribution pattern in the riparian zone along Ziya river, and provide references for related research. [Methods] In June, 2013, we investigated plant community structure and six environmental factors in 94 plots including altitude, levee type and land use type outside the levee in the Ziya river system. [Results] Totally, we found 249 species, which covers 51 families and 166 genera， of which, 199 species covering 43 families and 135 genera were found in the mountain regions in the mountainous region and 36 species covering 22 families and 35 genera were found in the plain.Phragmitesaustralis,Artemisiamongolica,Vitexnegundo,Artemisiaannuawere the dominant species in the mountain rivers andP.australis,Amaranthusretroflexus in the plain rivers. The species richness in mountain was significantly higher than that in the plain areas. [Conclusion] The altitude and the land use type outside levee significantly associated with the plant community structure. Hydrothermal conditions and human activities are the main factors affecting the vegetation composition and spatial distribution.

Ziya river; plant community; environmental factor

2015-04-07

2015-05-26

國家水體污染控制與治理科技重大專項“海河流域河流生態完整性影響機制與恢復途徑研究”(2012ZX07203-006)

梁雪(1988—),女(漢族),山西省太原市人,碩士研究生,研究方向為環境影響評價與規劃。E-mail:liangxue176@163.com。

何萍(1968—),女(漢族),遼寧省凌海市人,博士,研究員,主要從事流域生態研究。E-mail:heping@craes.org.cn。

A

1000-288X(2017)01-0292-05

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