衡水湖濕地公園植物多樣性調查與分析

馮雪 馮蕾 歐陽汝欣 石宗琳 高群英

(衡水學院生命科學學院，河北 衡水 053000)

衡水湖濕地公園南至冀衡農場，北至滏東排河大趙橋，東至東湖大道(106國道)，西至湖邊，綠化面積約20.27hm2。園內含湖區行政和科研中心以及消防主題公園，又連接大、小船登船區，是來賓和游客最為集中的區域；荷花園又與濕地公園相鄰，入口處雕塑與銀杏樹池整齊排列，園內則是以荷花為主題的植物景觀。豐富的植物配置彰顯出了植物的多樣性，不同種植物間的搭配營造出濕地公園特有的生態環境[1]。濕地公園被稱作城市之肺，因其豐富的植物資源使其有著恢復城市環境、改善水體、調節氣候的作用，而當前城市污染、生態穩定性差的狀況愈演愈烈，濕地公園在其中扮演著重要角色，能夠使污染與生態破壞的問題逐漸改善直至解決[2]。本文以衡水湖濕地公園、消防主題公園、荷花園為研究對象，采用樣方法對各區域植物種類進行統計，計算各區域內的植物多樣性與群落多樣性指數，根據數據結果分析各園不同區域的植物多樣性對生態環境穩定性的影響，以期為濕地公園的保護和改善提供理論依據[3]。

1 研究方法

1.1 樣地框選

使用樣方法，在衡水湖濕地公園、消防主題公園、荷花園3個園區內框選40個樣方。選取樣方的原則包括樣方內沒有園路鋪裝；植物群落分布和結構單一的區域則選擇較少的樣方，而植物分布不規則時則增加取樣數量，保證樣方內的植物種類在90%以上。因植物群落具有季相性，為保證樣方內植物調查全面性和準確性，采取多次定點調查，并且延長調查的周期[4]。設置樣方和植物調查統計的時間安排在2022年3—6月、9—11月進行。

1.2 指標的提取與測量

調查3個園區內各樣方內植物種類組成，并對植物科、屬、種進行記錄，依據各植物所屬的層次水平由高層到低層分類，具體為喬木層、灌木層、草本層。

1.2.1 各層指標測定

1.2.1.1 喬木層

高度超過4m，有明顯主干的木本植物，包括大、中、小型喬木。

1.2.1.2 灌木層

高度在0.6～4m，無明顯主干或主干低矮，叢生類木本植物。

1.2.1.3 草本層

高度不超過0.6m，一年生及多年生草本植物。

1.2.2 每層提取與測量指標

1.2.2.1 喬木層樣方

記測株數、樹高、胸徑。

1.2.2.2 灌木層樣方

記測株數、高度、蓋度，由于灌木層多以叢簇生長，則對蓋度進行估算，采用面積估算法，計算大致面積以1m2來記錄數值，估算出總數量。

1.2.2.3 草本層樣方

記測株數、高度、蓋度。

1.3 植物多樣性分析

按照設置的樣方和指標測量的數目依據，計算其樣方多樣性數據，分別為Shannon-Wiener(H)指數，Simpson(D)指數及Pielou(J)指數，計算公式：

H=-∑[(Pi)×ln(Pi)]

J=H/lnS

D=1-∑(Ni/N)2

式中，Pi為第i個物種的相對重要值；S為樣方內的物種數目；Ni為種i的個體數；N為所取樣方中全部物種的個體數[5]。

1.4 群落多樣性分析

按照設置的樣方和指標測量的數目依據，計算其群落多樣性數據(相對多度、相對顯著度、相對頻率、應用頻率、重要值)[6]。

1.4.1 相對覆蓋面積

喬木、灌木樹冠的垂直投影面積與地被的覆蓋面積，計算公式：

相對覆蓋面積=所有樣方中某種的覆蓋面積/所

有樣方中植物覆蓋面積×100%

1.4.2 應用頻率

反映某物種應用的廣度，計算公式：

f=某物種出現的樣方數/樣方總數×100%

1.4.3 重要值的計算

喬木的重要值=0.8×相對冠幅×相對株數+0.05×

相對胸徑+0.15×相對高度

灌木的重要值=0.8×相對覆蓋面積+0.2×相對高度

草本層重要值=0.8×相對覆蓋面積+0.05×相對高

度+0.15×應用頻率

1.5 數據模型的建立

根據樣方內植物種類統計、植物多樣性指數、群落各層組分分析繪制數據模型。

2 結果與分析

2.1 植物物種調查統計結果

根據實地調查與統計，對衡水湖3個園內的植物按照克朗奎斯特分類系統進行科屬種的歸類。3個園區有植物51科91屬102種，其中，優勢科為菊科，共有15屬15種，其次是禾本科7屬7種，豆科6屬8種。優勢科中菊科、禾本科、豆科、薔薇科占屬總數的37.35%，占種總數的37.25%，次優勢科柏科、木犀科、楊柳科、木蘭科、錦葵科、鼠李科、梧桐科占屬總數的19.8%，占種總數的20.58%。

在濕地公園中，喬木以刺槐、懸鈴木、旱柳、國槐等為主，灌木以紫葉李、衛矛、女貞、紫荊、薔薇、杜鵑、紫穗槐、忍冬等為主，草本多以金雞菊、天人菊、大麗花、白車軸草、費菜等為主，近水陸地植物以蘆葦、紅瑞木、狼尾草、菖蒲、白茅等為主。荷花園喬木以銀杏、垂柳、臭椿、法桐、懸鈴木等為主，灌木以薔薇、忍冬、金葉女貞、石榴等為主，草本層主栽多年生草本，以五葉地錦、車前草、牛筋草、香附子、白茅、茜草、小蓬草、沿階草、泥胡菜、鳶尾等為主。消防主題公園植物種類偏少，喬木以側柏、國槐為主，灌木以劍麻、絲蘭為主，草本以狗牙根、五葉地錦、沿階草、鳶尾為主。

由表1可知，單種科植物在衡水湖濕地公園內所占種比最高，達到68.62%，其中繡球科、忍冬科百合科、懸鈴木科、十字花科、莎草科在樣地中最為常見，10種以上的菊科占科總數最低僅1.96%。根據調查表中對比單種科植物在總科占比優勢更大于多種科植物，所以單種科植物在濕地公園不同區域的環境當中適應能力相較之更強。

表1 科的統計與比較

2.2 植物多樣性指數分析

2.2.1 α多樣性指數分析

根據調查數據可知，3個園區樣方的H指數、J指數和D指數的浮動范圍在1.769～2.253、0.265～0.385和0.7455～0.7885。H指數平均值是2.042，其中47.5%的調查樣地是高于平均值的；J指數平均值是0.310，其中50%的調查樣地是高于平均值的；D指數的平均值是0.7703，其中52.5%的調查樣地是高于平均值的，如圖1所示。

根據3個公園樣地調查的平均數值可列出表2，并得出植物多樣性、物種均勻度與所屬公園的關系柱形圖，由此可知，荷花園在H指數、D指數上都高于濕地公園與消防主題公園，展現了荷花園高豐富度的植物多樣性，同時也說明植物多樣性愈加豐富，其植物所屬的濕地生態環境更加穩定。從消防主題公園與濕地公園多樣性平均值對比來看，消防主題公園略高于濕地公園，其生態穩定性也高于濕地公園。

圖1 各區域樣地植物多樣性指數分析

表2 各取樣區域的多樣性平均值

荷花園的高穩定性源于其豐富的植物層次，根據取樣統計結果發現喬木層物種豐富，多以刺槐、白蠟、垂絲海棠、懸鈴木等為優勢種達到了高占比，灌木層與草本層的種類同樣豐富，但是荷花園的J指數偏低，在荷花園局部區域的調查樣方較其他區域的樣方會有大的植物種類差異，這也是荷花公園樣地均勻度偏低的原因。在實地調查取樣時，導致該植物種類差異的原因極可能是地勢問題(近水遠水、遮蔭曝光等)，不同環境條件造成了部分樣地植物種類構成簡單，部分樣地豐富，較差的環境因素會長期影響樣地中植物的生長狀況，抑制植物層次變得豐富，反之良好的環境因素會對植物層次具有提升的效果，形成這2種極端的情況會慢慢地將植物差異性擴大，植物的均勻度和穩定性也隨之降低[7]。

2.2.2 豐富度指數分析

3個園區物種豐富度分布的平均值分別是濕地公園0.7619、消防主題公園0.7787、荷花園0.7788，除了濕地公園較低外，消防主題公園與荷花園的物種豐富度指數相對相似。經分析發現，濕地公園面積在3個園中最廣，各區域之間的植物種類因地勢生態條件不同而差別較大，如高坡與低洼、近水與遠水、曝光與庇蔭等差異導致其所屬的植物種類分布變得極為分散；消防主題公園在濕地公園與荷花園當中起到過渡的作用，園內面積不大但植物種類豐富，各區域間因園內生態地勢水平基本相同，所以植物種類差異不大；而荷花園作為主要觀景園區，為提升游客觀賞質量，硬件設施設置較少，植物種類更加多樣化，植物層次豐富，物種豐富度也相對較高。

2.2.3 均勻度指數分析

3個園區中物種J指數分布的平均值分別是濕地公園0.3368、消防主題公園0.3160、荷花園0.2749，濕地公園與消防主題公園J指數相近，而荷花園在里面均勻度指數最低，究其原因是其作為主要游園入口，有眾多道路鋪裝和水泥雕塑，鋼筋混凝土路面較多，植物種植空間減少，植物種群相對密度也因此降低。

2.3 群落各層重要值與應用頻率分析

40個樣方由高層到低層進行統計，植物共計66種，喬木層有24種，所占樣方調查總物種比為36%；灌木層有12種，所占樣方總物種比為18%；草本層有30種，所占的樣方總物種比為45%。

2.3.1 喬木層群落分析

由圖2可知，在喬木層應用頻率占比偏高的有刺槐(0.1)、白蠟(0.1)、臭椿(0.075)和懸鈴木(0.075)。其中，刺槐和白蠟應用頻率占比在群落樣方中最高，說明刺槐與白蠟在衡水湖濕地公園當中有著極強的適應性，也可能是濕地公園的生態環境與其生長習性更加貼近。

圖2 喬木層應用頻率與重要值分析圖

在喬木層組成統計中重要值在0.3～0.4的有金葉榆、核桃、楊樹、側柏、龍柏、旱柳；0.2～0.29的有皂角樹、欒樹、卷柏、紫葉李、白蠟、刺槐、懸鈴木；0.1～0.19的有金枝槐、櫸樹、碧桃、臭椿、垂絲海棠、白皮松、白杜、杏樹；0.1以下的有龍爪槐、七葉樹、黃楊。在喬木層中重要值占比偏高的是旱柳(0.36)、龍柏(0.35)、側柏(0.34)、楊樹(0.34)，其次是核桃(0.31)、金葉榆(0.3)。對比可知，旱柳與龍柏在植物群落中占據主要地位，旱柳樹形高大，適生于濕潤排水通氣良好的沙壤土中，而龍柏喜歡肥沃、深厚、較濕潤的沙質壤土，恰巧衡水湖濕地的生態環境滿足以上條件，讓兩者在濕地公園植物群落中有著極大的優勢度，很大程度決定了衡水湖濕地公園植物群落的分布格局和基本結構。

由喬木層群落應用頻率與重要值分析可知，濕地公園中喬木應用以適應性強、生長快、壽命長的樹種為主，刺槐、白蠟、懸鈴木、臭椿等與濕地生態環境更加接近，能在各游園區域彰顯茂綠的景觀效果；金枝槐、碧桃、臭椿、垂絲海棠、白皮松、白杜、杏樹等樹種在園區作局部效果，經廣泛應用的刺槐、白蠟等樹木過渡后，再由垂絲海棠、碧桃、白皮松等觀賞樹種點綴，目的是提升游覽路線上各群落的豐富度，讓游客參觀體驗具有不同階段的層次感，增加衡水湖濕地公園的景觀實際效益。

2.3.2 灌木層群落分析

由圖3可知，應用頻率占比較高的有忍冬(0.075)、薔薇(0.075)、金葉女貞(0.075)、絲蘭(0.050)，其它灌木在植物群落當中的應用頻率比較平均，同為0.025。忍冬、薔薇和金葉女貞應用頻率最高且相同，在濕地公園灌木層當中應用最為廣泛，忍冬因其生長快、習性喜好沙質土壤、根系發達、生命力強，能提高土壤滲透速度，以及蓄水保土能力，所以在濕地公園當中應用的頻率最高；薔薇、金葉女貞大致相同，都具有易成活、適應能力強、與濕地公園生態環境相契合的特點，在濕地公園當中應用頻率也最高。絲蘭與其它灌木次之，主要在濕地公園中起到景觀修飾的作用，因此在灌木層群落中為輔，應用頻率偏低。

圖3 灌木層應用頻率與重要值分析圖

重要值由高到低進行分析，0.4以上的有紅瑞木(0.51)，0.3～0.4的有忍冬(0.36)、金葉女貞(0.33)、女貞(0.34)、紫薇(0.36)，0.3以下的有平枝栒子(0.14)、劍麻(0.21)、絲蘭(0.13)、鳶尾(0.11)、石榴(0.24)。重要值占比較高灌木的主要有紅瑞木(0.51)、忍冬(0.36)、紫薇(0.36)、金葉女貞(0.33)、女貞(0.34)，經對比可知，在灌木層群落中紅瑞木占主導地位，具有最高的優勢度，因此決定了灌木層群落的基本骨架。忍冬、紫薇、金葉女貞、女貞等灌木在不同區域中互相搭配，形成多樣的植物群落，提高了濕地公園的植物豐富度水平。

由灌木層群落應用頻率與重要值分析可知，忍冬、薔薇、金葉女貞、絲蘭在園區中最常見，其中忍冬、金葉女貞的分布較廣泛，作為常綠灌木為濕地公園的四季保證著可觀的綠量，不會在植物凋謝的季節讓總園區景觀變得蕭條；薔薇與絲蘭分布比較集中，在特定區域作景觀修飾，平衡灌木層群落植物種類和景觀搭配。從重要值分析來看，紅瑞木、忍冬、金葉女貞、女貞、紫薇等灌木在總園中優勢度較高，這些灌木豐富了濕地公園的植物多樣性，使灌木層有了更強的層次感與秩序感[8]。

2.3.3 草本層群落分析

由圖4可知，在草本層組成統計中牛筋草(0.175)、沿階草(0.175)應用最高，在濕地公園中分布最為廣泛，其次是五葉地錦(0.150)、狗牙根(0.075)、天人菊(0.075)，其中應用頻率偏高的草本植物基本屬于濕地的原生植物，在濕地公園生長普遍，也是草本層群落的主要組成部分。

圖4 草本層應用頻率與重要值分析圖

覆蓋面積最廣的是牛筋草、沿階草、五葉地錦、泥胡菜、狗牙根。濕地公園近水陸地相對覆蓋面積中較高的是蘆葦、菖蒲、狼尾草。沿階草的覆蓋面積最高，其次是牛筋草，二者占據了草本層群落的主要地位，是草本層的優勢種。其它草本植物如泥胡菜、狗牙根、五葉地錦、大麗花、萬壽菊等相對覆蓋面積也較高，共同構成濕地公園草本層綠地的基調植物。

重要值較高有沿階草(0.20)、牛筋草(0.19)、泥胡菜(0.15)、五葉地錦(0.13)、車前草(0.13)、白茅(0.12)。近水陸地重要值較高的有蘆葦(0.15)、狼尾草(0.10)、菖蒲(0.10)。經分析知，草本層各植物種的重要值與其相對覆蓋面積的分布基本一致，這是由于草本層中相對覆蓋面積對于重要值的影響占主導地位。

根據草本層群落應用頻率與重要值分析可知，濕地原生草本牛筋草、五葉地錦、沿階草占據主要地位，說明原生草本對濕地的適生性更加顯著；在原生草本高優勢度競爭的影響下，其它草本優勢度普遍偏低，導致草本層的層次感參差不齊。近水陸地端的植物以蘆葦、菖蒲、狼尾草為優勢種，覆蓋面積廣而密集，組成單一，與遠水陸地端的草本群落種類相比差別很大。

3 結論與討論

通過對衡水湖濕地公園3個園區進行了40個樣方調查，分析了其植物多樣性和群落多樣性的特點，研究表明，3個園區內H指數、J指數和D指數的浮動范圍在1.769～2.253、0.265～0.385和0.7455～0.7885，超過50%的樣地是高于平均值的，說明濕地公園園內大部分區域的植物多樣性是足夠豐富的，而少部分區域仍有植物多樣性低的不足，還需對其后續進行改進和研究關注。

在群落多樣性各層之間的分析中，共計植物物種66種，喬木層24種，其所占樣方調查總物種比為36%；灌木層有12種，所占樣方總物種比為18%；草本層有30種，其所占的樣方總物種比為45%，灌木層占比較低，可能灌木層植物受季節性影響較大，造成灌木層與喬木層、草本層之間的差距，在后續研究中應適當增加調查的周期，完善不同周期各植物群落的調查情況，使調查結果更加全面細致。