基于群落自維持理念的滹沱河草本植物群落修復研究

孫培

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原 030024）

城市化及城市擴張是導致生境喪失最為持久的原因（王闊, 2014）。城市人口活動高頻次、過度的干擾導致城市河流生境破碎，自然循環途徑被切斷，植物自我繁衍效率降低。河道的生境破碎表現為植物斑塊數量增加、面積縮小、形狀不規則且內部生境面積縮小，能量傳輸與交換廊道被截斷，生物多樣性也受到負面影響（陳春諦, 2020）。

植被對自然系統的修復具有重要意義，適應河流濕地生境特征的植物群落是修復工作的重要基礎。20世紀70年代，自生植物（Spontaneous Vegetation）一詞最早被國外生態學者所使用，泛指自然定居生長的植物群體（Woodward et al.,1972）。自生群落因無需過多養護管理、可自播繁衍,同時發揮著重要的生態功能，在構建可持續、低維護生態園林中的地位得到了肯定（李曉鵬等,2020）。在相似的生境中將原生草本植物按照生態學原理與美學功能的有機結合，以形成能夠自我演替的擬自然景觀（朱玲等, 2020），是實現人工群落可持續性與長效性的一種思路，其強調生境、本土植物以及混合栽植。自維持（Self-sustaining）群落是群落可持續發展的具體形式，其基礎是群落的穩定性，它是一個生態系統，不過度消耗資源，具備演替的能力（Peter, 2007）。自維持群落應用于構建植物適合的生境系統、植被群落系統和植被物質循環系統的修復工作中（趙英等, 2017）。基于此，本文將針對滹沱河濕地的修復工作，以自維持理念建立群落的方法進行相關的研究與探索。

1 研究地概況

河北省石家莊境內的滹沱河段長約205 km，是該市最重要的河流濕地。滹沱河區域原生植被屬于落葉闊葉林，區域內共有植物75科211種，其中，濕生及水生植物21科64種，所有植物中地被植物占比29.38% ，植被總覆蓋率28%～30%。滹沱河岸帶以沙性土為主，近年來，由于河流水量不足，河道缺水，植被長期受到干旱影響。河岸帶以蘆葦（Phragmites australis）、菊科、蓼科植物為主的優勢群落面積縮小甚至消失。由于河岸帶的原生植被大幅減少，裸露的灘岸面積逐年變大，河道內水生環境、旱生環境分界明顯。

2 自維持群落構建方法

自維持群落構建的核心是植物選擇，根據河流濕地生境的特點選擇合適的栽植方式。通過植物特性與生境匹配度的評估對植物的生境適應性進行評分，選擇最適合的植物構建自維持群落（圖1）。

圖1 自維持植物群落的構建流程圖Fig.1 Flow chart of the assembly of self-sustaining plant community

2.1 植物適應性與生境匹配評估方法

自維持群落的植物選擇需要遵循以下3個原則：1）選擇具有相似生態特性的植物，可協同生存，方便修復后管理；2)選擇在生長發育的不同階段、可利用不同資源或可有效避開沖突的植物；3)備選植物可保持適當的競爭關系，淘汰不兼容、不適合的植物，從而形成和諧平衡的群落。

本文采用植物區系質量評估法，簡稱FQA（Floristic Quality Assessment）來反映生境質量。此方法是一種基于物種保守性的植物區系生境質量評價方法，以物種保守系數為核心指標（保守性為植物物種固守在未受干擾生境中的能力）。首先為每種植物的保守性賦值，分數0～10（Swink et al., 1994; Andreas et al., 1995）。植物對某一環境毫無依賴,意味其可適應不同環境，保守系數為0；如果某種植物只適應這種生境，意味著保守性高，最高為10分。

根據公式（1）計算保守系數，代表平均保守系數，N代表本地物種數,Ci代表物種保守系數，i為物種對應的保守系數評分。其中，物種保守系數（Ci）的賦值采用專家打分法，由至少3位專家結合植物生活史、繁殖性狀、分布范圍和適宜生境特征等指標對每個植物i獨立賦值，進行分數平均取整，作為每個物種i的保守系數（曹麗娟等, 2018）。

根據標準公式（2）計算得到植物區系質量指數（FQI）數值，將作為本地物種豐富度（Nn）的權重進行計算。

式中：FQI值由物種豐富度和保守系數共同決定，物種豐富度高，植物保守系數高，則FQI也高，該地區的生境質量高；物種豐富度低，植物保守系數低，FQI也低（曹麗娟等，2018）。

2.1.1 目標生境評估對特定區域的光照、溫度、水文、土壤和河流等條件給予相關描述，作為生境評估指標測算的主要依據。根據相關條件找到影響生境的主導因子，使評析更加明確。

2.1.2 評價指標選取將植物與環境的匹配程度作為保守系數（Ci）賦值計算的標準，完全依賴環境特點的植物得10分，完全不依賴得0分。通常Ci值大于7的植物被認為具有較高的保守性,Ci值小于3的被認為保守性較低。

已知環境的某一具體條件，便可用待評價植物對此條件的需求進行比對，得到此植物對這種因子的適應評價值。在河流生境修復中，以水文作為關鍵因子，可明確區分并分別篩選適合水生環境、濕生環境和陸生環境的植物。在植物適宜性評價時考慮特殊情況，加入權重k，使結果更加準確。

2.1.3 植物FQI分值的分級FQI值越高，表明植物保守性越高，相應的生境原真度越高，質量越好。通過分析多個文獻對FQI的質量數值劃分結果（Ren,2015; Buchanan et al., 2015; Dong et al.,2016）（表1）。依據分數分級表，以排名靠前的植物作為備選。實際應用時，根據待修復地的修復目標，靈活組合值域中的植物。比如生境條件較差，需迅速恢復植物的地區，可在一般的域值中選擇植物。由于這些植物保守性比較低，可迅速適應各種生境特征，達到復綠的目標，其他域值對應的修復目標可依此類推。

表1 FQI評價等級及對應等級下的生境與植被特征Table 1 FQI evaluation levels and habitat and vegetation characteristics

2.2 群落中植物種類確定

從FQA的生境質量判斷標準來看，以“較為優秀”作為平均水平反推：高質量生境的群落應具有大約10～25種保守性高的植物。因此，修復工作可參考該數量范圍，以這類保守性評分高的植物作為構建群落的核心植物。除了核心植物以外，還需根據不同的修復目標，加入一般性植物。一般性植物在群落構建中起到豐富樹種種類和提升觀賞效果的重要作用。

2.3 栽植方式選擇

在調查中發現某些草本群落中多種植物交錯生長在一起，植物間呈斑塊混合的分布形式。模擬這類群落種間交錯生長的栽植方式叫混合栽植，其易促進植物形成可自我維持的群落，是當今最常見且被行業認同的一種形式（Zha et al., 2022）。因此，修復方案中采取混合栽植形式,混合的斑塊大小與目標場地條件關聯，也與群落的核心種和一般性植物相關。

3 滹沱河濕地植物群落修復案例

3.1 滹沱河生境分析

近10年來，滹沱河石家莊段年平均降水量呈緩慢下降趨勢，而降水極值的變化卻在加劇。事實上，滹沱河在黃壁莊水庫以東的河段較平坦，泥沙沉積以及河道內長期農作，加劇了雨量變化。另外，滹沱河土壤類型變化大，在正定段以卵礫石與沙為主，而無極與深澤表層以沙性黏土為主，土壤保水能力弱。環境變化導致各類生境維持原生植被的能力減弱，不少原生植物消失，而大量廣布及入侵性植物增加。通過調查，河流城區段分布的野生草本植物僅30種，分屬點地梅屬（Androsace）、夏至草屬（Lagopsis）、荬菜屬（Ixeris）、飛蓬屬（Erigeron）、泥胡菜屬（Hemistepta）、苦苣菜屬（Sonchus）、旋覆花屬（Inula）、婆婆納屬（Veronica）、草木犀屬（Osmanthus）、黃芪屬（Astragalus）、黧豆屬（Mucuna）、鵝絨藤屬（Cynanchum）、蒺藜屬（Tribulus）、通泉草屬（Mazus）、附地菜屬（Trigonotis）、斑種草屬（Bothriospermum）、角茴香屬（Hypecoum）、白屈菜屬（Chelidonium）、角蒿屬（Incarvillea）、葎草屬（Humulus）、牽牛屬（Pharbitis）和鴨跖草屬（Commelina），廣布及入侵植物高達8種。除此之外，環境條件的退化導致原有鳥類棲息地遭受破壞，鳥類種類和數量明顯降低。河流城區段觀測到的鳥類共計39科178種，近年來，鳥類活動頻度隨河流修復工作日漸提高。滹沱河修復目標區域的整體生境為陸生生境、濕生—半濕生生境和水生生境。由于河道仍需保持行洪能力，因此，可修復栽植的生境面積約73%為干旱陸生生境、15%為濕生—半濕生生境、12為%水生生境（水岸邊栽植寬度5～8 m），所用植物全部為草本植物（圖2）。

圖2 滹沱河生境分析Fig.2 Habitat analysis of the Hutuo River

3.2 滹沱河修復草本植物選擇

通過查閱《河北植物志》(賀士元等, 1985)，從中篩選出研究區適合旱生生境的植物32種，濕生植物26種，水生植物18種。使用FQA評價法，請5名專家進行評分，將所有的值 取平均值后得到各種植物的值 ，并通過計算FQI值（表2）。

表2 各種植物的FQI值Table 2 FQI values of each plant

按照FQI值排序篩選出組成群落的核心植物種類：陸生群落核心種類13種，符合構建自維持群落的種類數量要求；濕生及水生生境修復面積有限制，植物種類分別選擇了4種和6種。在此基礎上加入部分豐富季相景觀的一般種，由此形成以本地植物為核心的河流濕地自維持草本植物群落組合（表3）。

表3 自維持修復草本群落組合模式Table 3 Self-sustaining restoration herbaceous community assemblage pattern

3.3 草本群落的配置方式

以某一種或以少數植物種類為優勢的群落中，單一植物種類斑塊面積大，可呈現連續的景觀效果，但整體觀賞期相對較短；若植物斑塊面積小，則斑塊混合程度高，在同一空間植物多樣性高，但過于密集的斑塊會使植物間競爭加強，景觀效果一般。二者各有利弊，可根據修復面積與景觀需求來決定草本植物的修復方式。

自維持群落混合栽植的尺度可用“混合密度”來表達。混合密度ρ=特定面積內所有斑塊數/面積，單位為個/m2（蔣榕等, 2020）。按照郊野類、草本修復類、生態河道類3大類型，對國內外共12個項目，168個樣地的草本群落斑塊密度進行測定，研究其分布域值。樣地混合密度計算表明：在各植物斑塊邊界可見的前提下，種植混合密度最高可達0.80～1.12個/m2；常見的城市郊野類混合密度約0.10～0.51個/m2，草本修復類項目最低可低于0.1個/m2，生態河道類約0.20～0.54個/m2（圖3）。經過比對，栽植斑塊混合密度為0.05～0.21個/m2更適合滹沱河陸地、濕生生境修復的尺度。而水生生境由于受到寬度限制，混合密度為0.2～0.8個/m2能呈現更自然的草本群落效果。

圖3 不同類型項目的植物種植混合密度分析Fig.3 Analysis of plant planting mix density for different types of projects

根據場地特征，以混合栽植的方式進行斑塊修復。經過跟蹤觀察發現修復群落的表現力整體達到河流濕地的階段性恢復水平：春季復綠效果明顯，復綠面積可達95%以上；植物群落對環境的適應性良好，植物景觀效果整體表現明顯較好。

4 討論

自維持草本群落在城市生境中是一種低能耗、低維護、高效能的群落形式，有利于自然資源的集約與有效利用。在滹沱河河流濕地植物修復工作中，以植物適應性與生境關系作為評估手段，完成了修復植物的選擇工作；以多種植物的混合斑塊栽植作為基本的栽植方式，根據生境條件均勻或破碎來設定斑塊尺度，結合調整植物的觀賞效果，實現既符合場地特征，也更容易形成植物自維持群落的植被。通過構建植物與植物、植物與環境間的友好關系，以群落自維持的方式控制群落變化并改善植物對生態因子的利用關系，探尋了自維持群落的構建方法。其中，草本群落對環境變化較為敏感，后續研究將繼續對自維持群落進行觀測，收集群落種類變化以及濕地棲息地恢復情況數據，并進行效益的數量化評估。

5 結論

1）將滹沱河修復目標區域的生境分成陸生生境、濕生—半濕生生境以及水生生境3類，并按照FQI值排序篩選出組成對應生境植物群落的核心植物，分別為13種、4種、6種，在核心種的基礎上增加一般種及增強景觀效果的植物；2）滹沱河陸地、濕生生境的植物種植混合密度為0.05～0.21個/m2，水生生境植物種植混合密度為0.2～0.8個/m2，可促進城市河道生境的健康修復；3）混合栽植的自維持群落經驗證可形成穩定的群落類型，在滹沱河河流濕地修復中取得良好成效。