





DOI: 10.13718/j.cnki.xdzk.2024.06.008
張慧斌,張翼.人類活動對河岸濕地植物群落的影響 [J].西南大學學報(自然科學版),2024,46(6):88-97.
收稿日期:20230719
基金項目:
國家社會科學基金項目(22BG118); 河南興文化工程文化研究專項項目(2023XWH059).
作者簡介:
張慧斌,碩士,講師,主要從事環境藝術設計研究.
摘要:
人類活動干擾是河岸帶外來植物侵入的主要原因之一.選取唐河縣鄉村段和城市段,對比研究河岸濕地外來植物群落特征,旨在探明不同類型人類活動對外來植物的影響程度.研究發現,6個處理中鄉村段河岸上鄉土植物的比例最高(65.38%).鄉村段的鄉土植物比城市段多,鄉村段的入侵植物明顯低于城市段.無論是鄉村段還是城市段,鄉土植物優勢度都最高,鄉村段河岸的鄉土植物優勢度高于城市段,而鄉村段河岸外來植物的優勢度明顯低于城市段,鄉村段河岸的入侵植物優勢度也顯著高于城市段.在鄉村段的外來植物中,多年生旱生草本植物的比例最高(38.29%),而在城市段的外來植物中,一年生中生草本植物的比例最高(29.45%).鄉村段與城市段的本土植物相似度最高(0.823),其次是鄉村段與城市段的外來植物(0.692).隨著人類活動干擾強度不斷增加,物種的更替變化導致不同區域的植物群落構成呈現出很大的差異,降低了區域之間植物物種的相似性.唐河縣段河岸帶外來植物種類的構成特點,反映出人類活動對河岸帶外來植物干擾逐漸擴大的趨勢,包括快速城市化和農業活動等.
關" 鍵" 詞:
河岸濕地; 鄉村與城市; 鄉土植物; 外來植物; 入侵植物
中圖分類號:
Q948
文獻標志碼:A
文章編號:16739868(2024)06008810
The Impact of Human Activities on Riparian
Wetland Plant Communities
ZHANG Huibin1, ZHANG Yi2
1. Faculty of Design,Zhoukou Normal University,Zhoukou Henan 466001,China;
2. Faculty of Fine Arts,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China
Abstract:
Studies on the impact of human activities on river wetland plant communities in different regions and plant species origins show that the proportion of native plants on rural riverbanks was the highest (65.38%) among 6 treatments.There were more native plants in rural sections compared to urban sections,and the invasive plants were significantly less in rural sections than in urban sections.Both in rural and urban sections,native plants were the dominant plants,and the dominance of native plants in rural sections was significantly higher that of urban sections.In addition,the dominance of exotic plants on rural riverbanks was significantly lower than that of urban sections,and the dominance of invasive plants on rural riverbanks was significantly higher than that of urban sections.Among the exotic plants in rural sections,the proportion of perennial xerophytic herbaceous species was the highest (38.29%),while in urban sections,the proportion of annual mesophytic herbaceous species was the highest (29.45%).The similarity of native plants between rural and urban sections was the highest (0.823),followed by the exotic plants (0.692).With the increasing disturbance intensity of human activity,the change of species alteration led to significant differences in the composition of plant communities in different regions,thereby reducing the similarity of plant species between regions.Introduction of new foreign invasive species have been seen in urban sections,with the number being about twice as high as in rural sections.The newly encountered species included iris,gladiolus,hydrangea,and oleander.The characteristics of exotic plant species composition in the riverbank zone of Tanghe County reflected the trend of increasing interference of human activities on exotic plants in the riverbank zone,including rapid urbanization and agricultural activities.
Key words:
riparian wetlands; rural and urban areas; native plants; alien plants; invasive plant
濕地是地球上最豐富的生態系統之一,提供了重要的生態服務,如水質凈化、洪水調節和棲息地供給等[1].然而,由于人類活動的干擾和外來物種的引入,濕地植物群落面臨著許多威脅[2-3].外來植物物種的引入可能是有意的,例如用于園藝等農業目的; 也可能是無意的,例如通過船只或風傳播的種子.無論是有意還是無意引入,外來植物物種都有可能對濕地植物群落造成不利影響[4].既可能對濕地植物群落的物種組成和多樣性產生影響,如競爭濕地鄉土植物的生存空間、養分和光線資源,導致鄉土植物數量減少或消失[5]; 也可能導致濕地植物群落的物種多樣性降低,從而降低濕地生態系統的穩定性,還可能破壞濕地的水質凈化和洪水調節功能,導致水質惡化和洪水風險增加[6].因此,研究人類引進外來植物物種對濕地植物群落的影響對濕地生態系統的保護和管理至關重要.
人類引進外來植物物種使植物群落產生了廣泛而復雜的變化,這些外來物種可以改變當地物種的組成、結構和功能,對生態系統產生重要的影響,且外來植物在河岸帶的引入、傳播和影響被廣泛認為對生態系統起到了重要的推動作用[7].外來植物的引入主要是由人類活動所致,例如引進外來植物作為觀賞植物、農作物或園藝植物,或者是通過人類活動擴張和改變自然生境,使外來植物有機會進入并傳播到河岸帶.這些外來植物的傳播能力和適應力強,往往能夠迅速占領河岸帶的生境,對原有植被群落產生重要的影響.人類活動對自然生境的干擾導致河岸帶植被的物種組成發生明顯的變化[8].由于人類活動的干擾,河岸帶原始植被群落逐漸被破壞,鄉土植物種類減少,而外來植物種類增多.這種物種組成的變化降低了河岸帶植被群落的多樣性和功能,影響了水陸生態系統的物質能量交換等生態系統功能.因此,研究在不同人為干擾下河岸帶外來植物群落的特征,對揭示快速城市化背景下河岸帶植被結構的變化具有重要意義.
雖然有學者已經對河岸帶植被的分布格局、物種多樣性、功能群劃分和生態服務功能等方面進行了研究[9],但對河道附近濕地外來植物的研究卻較少.特別是在不同人類活動干擾類型下,對外來植物群落特征和影響程度的相關研究還未見報道.本研究選擇漢江流域的一個主要支流,即河南省南陽市唐河縣段的唐河濕地外來植物群落作為研究對象,通過對濕地植被進行系統調查,分析不同人類活動干擾類型下的濕地外來草本植物群落特征,以期反映社會經濟不斷發展背景下河道濕地外來植物群落的變化規律,為濕地生態恢復提供科學依據.
1" 研究地區
唐河為長江流域漢水水系的支流.唐河經由河南的社旗、唐河、新野以及湖北襄陽市,在兩河口與白河匯合后更名為唐白河,終南至張家灣,為漢水提供補給.唐河全程230 km,流域總面積為8 685 km2,擁有眾多支流.左岸分布有毗河、泌陽河、三家河、清水河、蓼陽河、礓石河等,右岸則有桐河、綿延河、澗河等,其中流域面積超過100 km2的支流有26條.
本研究區域在唐河流域的唐河縣段.唐河縣位于豫西南南陽盆地東部,與桐柏、泌陽相連,西通新野、南陽,北側與社旗接壤,南部與湖北的棗陽相鄰.地理位置處于北亞熱帶與暖溫帶的過渡區,具有北亞熱帶季風型大陸氣候特征.年平均日照總時數約為2 187.8 h,年平均太陽總輻射量為116.56 kcal/cm2.年平均氣溫為15.2 ℃,月平均氣溫在1.4~28.0 ℃范圍內變化.該地無霜期長達233 d,年平均降雨量為910.11 mm,主要降雨期集中在4-9月,降水量達689.2 mm,約占全年降水量的75.7%.
2" 研究方法
2.1" 試驗設計
本研究以河南省唐河縣的唐河河段為研究區域,采用完全隨機試驗設計開展不同區域與植物物種來源2個因素試驗.
其中不同區域(C)設置2個水平,分別為鄉村段唐河濕地(C1)、城市段唐河濕地(C2); 植物物種來源(P)設置3個水平,分別為鄉土植物(P1)、外來植物(P2)、入侵植物(P3).試驗設計見表1.
2.2" 植被調查
2023年1-6月,對河南唐河縣唐河河段進行草本植物群落土壤生態考察.首先,河岸全部區域進行物種調研,標定出每塊地帶的特殊植被.隨后,根據每種植物群落的特殊類型,在每個樣地設定一條樣線.這條樣線遵循垂直于河流方向的設計原則,起始于河灘,每隔20 m劃定一個樣地,一直延伸到河岸的邊界.通過眾多樣品的獲取,本研究得以揭示植物群落的基本屬性.在唐河縣段的河岸區域,我們總共設立了8個考察點,獲取了80個樣本,包括4個農村段的樣地(共40個樣地)和4個城區段的樣地(共40個樣地).
該地區主要植被為針葉、闊葉混交林,典型的種類包括常綠闊葉林、落葉闊葉林、針闊混交林、常綠落葉闊葉林及常綠針葉林.本次考察積累了每個樣地草本植物群落的重要數據.這些數據包括樣地中草本植物的名稱、生活習性、水源類型、個體數量、平均高度和地表生物量.在測算個體數量時,如果存在簇生或簇狀植物,每種都獨立計算.若樣地只包含一類植物且分布均勻,那么將在50×50 cm2的試驗區域考察樣地的總體數量.若植物種群分布不均,則會取150×150 cm2樣本的地表生物量進行收集并烘干測量.
2.3" 數據分析
2.3.1" 判斷植物來源的方式
1) 鄉土植物: 本研究中鄉土植物不包括本地與外來植物雜交形成的種類,而是根據植物種類在流域內自然分布及人為引入和種植的歷史來確定.
2) 外來植物: 進一步將外來植物分為國內外來物種和國外外來物種,通過考察其本地寄生地、人為引入的記錄以及在全國范圍內的主要分布地來進行判斷.
3) 入侵植物: 通常在其天然生長環境以外產生大量個體,并具備廣泛擴散的可能性.
2.3.2" 確定優勢度和相似性分析
為了評估河灘帶草本植物群落中各物種的優勢程度,本研究使用了合成優勢度指標進行計算,并使用了Sorensen相似性指數表征植物群落的相似性.優勢度和相似性分析具體計算見文獻[10].
2.4" 數據處理
采用Excel 2010 和SPSS 22.0軟件對本文中所用到的數據進行統計分析.
3" 結果與分析
3.1" 不同區域段濕地植物物種的構成及來源
本研究選擇唐河縣的唐河河段作為調查對象,發現該地區植物群落非常豐富,共包括93科維管植物,意味著在該地區存在多樣性的植物群落,涵蓋了不同的科屬植物.在這93科維管植物中,共有294個屬和386個種類.這種多樣性在生態系統中起著重要作用,維持著植物間的相互作用和生態平衡.在唐河河段的植物群落中,有一部分是外來植物,占所有植物的31.28%.在外來植物中,來自國內的有18科、22屬和14種,這些植物可能是由于人類活動引入或者自然擴散到了該地區.來自國外的有27種,分布在3個科、13個屬中.這些外來物種主要來自美洲、歐洲和亞洲.進一步分析外來物種的比例,發現這些外來植物中美洲物種占24.54%,歐洲物種占23.02%,亞洲物種占52.44%,說明唐河河段外來植物主要來自這3個地理區域,其中亞洲物種的占比最高.在所有的外來植物中,有一些科的外來物種比例較高,例如菊科、禾本科、豆科和莧科是其中比較典型的科,特別是菊科占外來物種的比例最大.
3.2" 不同區域段濕地植物物種比例和優勢度
3.2.1" 外來物種比例
由圖1可知,各區域河岸植物群體的種類構成存在顯著變化(p<0.05).鄉村段鄉土植物的比例最大,占總種類構成的65.38%,意味著鄉村地區的河岸植物群落主要由本地的鄉土植物組成,這些植物可能具有在該地區長期生存和繁衍的優勢.其次是入侵植物,占總種類構成的比例較大,表明鄉村地區的河岸植物群落中也存在一定數量的入侵植物物種,這些植物可能是由于人類活動引入或者隨著環境變化進入了該地區.入侵植物的存在可能對鄉土植物群落造成競爭和生態影響.相比之下,城市河段的入侵植物比例明顯少于外來植物的比例,表明城市地區的河岸植物群落中外來植物的種類更多,而入侵植物相對較少,這可能是由于城市地區人為干擾和管理措施對入侵植物的管控和抑制起到了一定的作用.在鄉土植物方面,鄉村地區的數量優于城市地區,說明鄉村地區相對保留了更多鄉土植物的物種多樣性,也保護了本地生態系統的特色和穩定性.對于入侵植物而言,鄉村地區的數量明顯低于城市地區,表明隨著人為干擾增加,外來植物進入鄉村地區的數量明顯增加,在城市地區卻更容易受到管理和控制.鄉村地區和城市地區各自獨有的鄉土植物和外來植物種類存在差異.鄉村地區的鄉土植物種類較多,有15種,而城市地區只有3種.在外來植物方面,鄉村地區有7種獨有外來植物,城市地區有13種獨有外來植物,說明鄉村地區和城市地區在物種構成和物種多樣性方面具有差異.這些差異可能與人為干擾、管理措施、環境變化等因素密切相關,因此對植物群落的結構和生態影響值得進一步研究.
3.2.2" 優勢度與優勢種
由圖2可知,隨著人為干擾強度逐步提升,不同河段帶植物種類的主導地位也呈現出明顯的差異(p<0.05).在本研究中農村段入侵植物形成主導地位,城市段次之.無論農村段還是城市段,鄉土植物的主導地位始終最高,其中農村段鄉土植物的主導地位超過了城市段.農村段外來植物的主導地位明顯低于城市段.同時,不同河段外來植物中的優勢種出現了變化.例如農村段的月季和城市段的白玉蘭、紫荊等,都是引進的外來種.
3.2.3" 生活型結構
通過圖3分析可知,不同河段植物群落生活型構造存在顯著差異性.鄉村地區的鄉土植物群落主要由多年生中生草本植物組成,占總生活型的20.52%,意味著鄉村地區的鄉土植物傾向于較長生命周期的中生型草本植物,可能具有適應當地環境長期生存的特點.在外來植物中,多年生的旱生草本植物是最常見的生活型(占38.29%),表明在鄉村地區外來植物主要是適應干旱環境的多年生草本植物,可能是由于鄉村地區的氣候和土壤條件更適合這類植物的生存與繁殖.入侵植物種類最豐富的生活型仍為多年生中生草本植物(占28.97%),說明在鄉村地區的入侵植物更傾向于多年生中生型草本植物,這些植物可能具有較強的競爭能力和適應性,從而占據了較多的生境.但是,城市河段的情況有所不同.本土植物傾向于多年生中生草本植物,占總生活型的34.56%.入侵植物傾向于一年生濕生草本植物(占31.21%),表明城市地區的本土和入侵植物在生活型上與鄉村地區的本土和入侵植物相似,都是具有較長生命周期的中生型草本植物.在城市河段中外來植物主要以一年生中生草本植物為主(占29.45%),表明城市環境對于一年生中生型草本植物的生存和繁殖更為有利,可能是由于城市的頻繁擾動和人為活動,導致了這類植物更易于快速繁殖和適應環境.通過對不同河段植物群落生活型構造的描述,可以了解到鄉村地區和城市地區植物群落的生活型組成存在顯著差異.這種差異可能受到環境條件、人為干擾和競爭方式等因素的影響,進一步說明了不同區域植物群落的適應能力和生態特征各不相同.
3.3" 不同區域段濕地植物物種相似性分析
由表2可知,鄉村和城市河段的鄉土植物群落具有最高的相似度,為0.823,意味著鄉村和城市河段的鄉土植物之間有較高的物種共享性和相似性.鄉土植物的相似度高可能與它們存在共同的生態環境和種群適應性有關.在鄉村和城市河段中外來植物的相似度稍低,為0.692,表明在不同區域中外來植物的種群組成存在差異,可能受到不同環境條件和人為干擾的影響.外來植物的相似度較高,說明其在鄉村和城市環境下的適應能力相對較強.本文研究結果進一步揭示了隨著人類干擾活動增多,植物種類替換引發了群落組成的大幅度變化,從而降低了不同區域植物種類的相似度,表明人類活動對植物群落的影響顯著,包括生境破壞、引入外來物種和改變生態過程等.這些干擾因素導致群落物種組成變動,進而降低了植物種類的相似度.根據相似度的高低排序,可以看出鄉土植物在鄉村和城市河段的相似性最高,其次是入侵植物,最低是外來植物.這進一步驗證了在不同區域中,植物群落的組成存在較大差異.鄉土植物和入侵植物在鄉村和城市河段的相似度較高,可能是由于它們對當地環境的適應性較強所致.外來植物種群的相似度較低,說明它們在不同區域的適應能力較弱,更容易受到人類活動的影響而發生變化.
本文利用Sorensen相似性指數對不同區域河段的植物群落構成進行對比分析,研究結果揭示了不同區域之間植物種類相似度存在差異.隨著人類活動干擾強度增加,導致了植物種類的替換和群落組成的變化,并降低了不同區域植物種類的相似度.
3.4" 不同區域段濕地外來入侵植物物種
根據表3的結果可知,不同區域段濕地外來入侵植物物種存在差異.其中,各河段獨有的外來植物數量相差不大,意味著不同濕地區域之間在外來植物入侵物種的種類數上沒有明顯的差異.然而,盡管數量上相近,但具體的外來植物組成存在差異.隨著人類干擾活動增加,不同區域段的濕地植物組成發生了明顯的變化.特別是在城市段,國外外來物種數量比鄉村段增長了大約2倍,表明城市段濕地更加容易引入國外外來物種,可能因為其受到了更多的人類活動干擾和外來物種傳播途徑的影響.具體而言,城市段濕地中新出現的國外外來物種包括鳶尾、鳳尾蘭、繡球和夾竹桃,這些物種的引入與城市環境的特點緊密相關.鳶尾和鳳尾蘭是受歡迎的觀賞植物,很可能通過園藝市場進入城市段的濕地.繡球和夾竹桃等物種可能通過人類帶入的種子或苗木傳播.在城市環境下,人類活動和交通流動的頻繁性為這些植物的傳播提供了更多的機會.相比之下,鄉村段濕地的外來物種數量相對較少,這可能是由于鄉村段受到的人類活動干擾較少,包括園藝、貿易和旅游等活動的影響較小所致.因此,鄉村段濕地的物種組成變化較小,外來物種數量較少.城市段由于頻繁的人類活動和交通流動,以及外來物種的傳播途徑更多,導致國外外來物種數量顯著增長; 而鄉村段受人類活動干擾較少,外來物種的數量相對較少.對于濕地生態系統的管理和保護,需要針對不同區域段的特點制定相應的措施.
4" 討論
人類活動對河岸濕地植物群落的影響是一個復雜的研究領域,涉及不同區域和植物物種來源的差異[11-12].本研究發現鄉村段河岸上的植物以鄉土植物為主,可能是因為鄉村段河岸受到農業活動的較大影響[13]所致.農業活動包括種植作物、養殖畜禽等,這些活動會導致土壤變化、水質污染和生物多樣性減少.鄉村地區的農業活動通常以傳統農業為主,種植的作物多為鄉土植物,如稻谷、玉米等,這些植物適應當地氣候和土壤條件,并且生長狀況較好,因此在鄉村段河岸上的植物群落中占比較高[14].同時,鄉村段河岸上的植物群落受到人類活動的保護和管理[15].另外,鄉村地區通常人口密度較低,人類對河岸濕地的干擾相對較小,鄉村居民對當地自然環境有較高的認識和保護意識,通常采取措施來保護河岸濕地的植物群落,如禁止亂砍濫伐、限制過度放牧等,這些保護和管理措施有助于維持鄉村段河岸上鄉土植物的較高比例[16].鄉村段河岸上的植物群落還受到土地利用方式的影響,鄉村地區的土地利用方式主要以農業為主,農田通常占據河岸帶的一部分,種植的作物多為鄉土植物.而城市地區的土地利用方式主要以工業和居住為主,河岸帶通常被開發為城市公園或居民區,種植的植物多為觀賞植物和外來植物.
本研究發現,鄉村段河岸上的外來植物優勢度顯著低于城市段,這可能是因為鄉村段的土地利用方式更多樣化,包括農田、草地和林地,而城市段主要是城市建設用地所致[17].城市建設用地的人為干擾程度較高,土壤質量可能較差,限制了外來植物物種的生存和繁殖[18].相比之下,鄉村段的土壤質量可能更適合鄉土植物物種的生長,因此外來植物的優勢度較低.城市段的建設活動導致生境破壞和退化,如水體和土壤污染,這些環境污染對鄉土植物物種的生長和繁殖造成了不利影響,但對適應能力較強的外來植物物種可能并不致命.因此,在城市段的河岸上外來植物物種更容易適應并占據生境,形成優勢[19].城市段的河岸受到更頻繁和強烈的人為干擾,如園林綠化和道路建設,這些干擾可能導致鄉土植物物種減少,而一些適應能力較強的外來植物物種卻會受益于這些干擾[20].相比之下,鄉村段的河岸受到人為干擾較少,鄉土植物物種更容易維持其優勢地位.在城市環境中,由于人類活動的干擾和環境條件的改變,外來植物更容易適應和繁殖.一年生中生草本植物具有快速生長和繁殖的特點,適應能力強,能夠迅速占領空閑土地和受干擾的生境.因此,在城市段中以一年生中生草本植物為主的外來植物比例較高.這種現象可能是由于城市環境中土地利用變化、人為干擾和氣候條件等多種因素所致[21-22].城市地區常常存在大量的空地和裸露土壤,為一年生中生草本植物提供了適宜的生長空間.城市環境中的人為干擾,如建筑工地和道路施工會打亂土壤和植被的穩定性,進一步提供了一年生中生草本植物生長的機會[23].
本研究還發現鄉村段與城市段本土植物的相似性最高,其鄉村段與城市段的外來植物次之,這可能是由于地理距離和環境相似所致.鄉村段與城市段通常地理位置相近,意味著它們可能共享相似的自然環境,如土壤類型、氣候特征和水源等,這些相似的環境條件為本土植物提供了類似的生存和繁殖條件,因此鄉村段與城市段的本土植物種類相似性較高.還可能是由于人類活動和人為引入所致,城市作為人類活動集中的地區,通常會引入許多外來植物種類,這些外來植物可能通過人類活動(如農業、園藝、貿易等)或自然傳播進入城市段.鄉村段與城市段地理位置相近,可能存在相似的人類活動和自然傳播途徑,因此鄉村段與城市段的外來植物種類也可能相似.城市段頻繁的人類活動,更有可能引入更多的外來植物種類.
隨著人類活動增加,對自然環境的干擾不斷加大.這種干擾包括土地利用變化、森林砍伐、生物入侵和污染物排放等,對植物群落的物種組成和結構產生了深遠的影響[24].這種影響導致了物種的更替變化,進而使不同區域的植物群落構成呈現出差異,降低了區域之間植物物種的相似性.生物入侵是植物群落的重要干擾因素之一[25].通過外來物種侵入到原有生態系統中,并對原有物種和生態系統造成負面影響.這些外來物種通常具有較強的適應能力和繁殖能力,容易在新環境中形成大規模的種群[26],它們與原有物種競爭資源,導致原有物種減少或滅絕.在生物入侵過程中,植物群落的物種組成和結構發生了較大變化,新的物種取代了原有物種,導致植物群落的物種更替并產生差異[27].因此,生物入侵也是導致區域間植物物種相似性降低的重要原因,這種現象對生態系統的穩定性有著重要的影響,需要引起我們的重視和關注.
5" 結論
針對不同區域與不同植物物種來源條件下,人類活動對河岸濕地植物群落的影響研究表明,6個處理中鄉村段河岸上鄉土植物的比例最高(65.38%).鄉村段的鄉土植物比城市段多,鄉村段的入侵植物明顯低于城市段.無論鄉村段還是城市段,鄉土植物的優勢度都最高,鄉村段河岸的鄉土植物的優勢度高于城市段,而鄉村段河岸外來植物的優勢度明顯低于城市段,鄉村段河岸的入侵植物的優勢度也顯著高于城市段.在鄉村段的外來植物中,多年生旱生草本植物的比例最高(38.29%),而城市段的外來植物中一年生中生草本植物的比例最高(29.45%).鄉村段與城市段本土植物相似度最高(0.823),其次是鄉村段與城市段的外來植物(0.692).隨著人類活動干擾強度增加,物種的更替變化導致不同區域植物群落構成呈現出很大的差異,降低了區域之間植物物種的相似性.城市段出現了新的國外外來種,數量比鄉村段增長了大約兩倍,新出現的物種包括鳶尾、鳳尾蘭、繡球、夾竹桃等.河南省唐河縣段河岸帶的外來植物種類構成特點,反映出人類活動對河岸帶外來植物干擾逐漸擴大的趨勢,包括快速城市化和農業活動等.
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責任編輯" 夏娟