小浪底庫區河岸帶植物物種多樣性與土壤因子的關系

摘 要：以黃河中游末端地段小浪底庫區河岸帶為研究對象，采用典型對應分析法（CCA），對物種分布和多樣性與土壤因子的關系進行研究。結果表明，小浪底庫區河岸帶共發現植物31種，17科28屬，其中禾本科、菊科、蓼科和錦葵科植物最多，蒼耳和狗牙根為優勢種。隨著河流流向小浪底庫區南北兩岸的有效磷和有機質呈下降趨勢；速效鉀、含水量和全氮無顯著變化。從變異系數看，土壤含水量、有機質、速效鉀、全氮及有效磷均屬于中等變異程度（0.1≤C≤1），表明土壤養分分布總體上呈現中度不均勻的特征。在6個土壤環境因子中，含水量、pH與有機質含量對小浪底庫區河岸帶物種多樣性的影響較大，土壤速效鉀、有效磷及全氮對各種多樣性指數影響均不明顯。其中，香農-維納指數與含水量和有機質具有顯著相關性（P＜0.05）；均勻度指數和含水量之間具有顯著的相關性；豐富度指數與pH之間具有顯著的相關性（P＜0.05）。CCA排序顯示土壤全氮、pH、有機質和含水量是影響群落分布的主要因子。香附子、牽牛花和荔枝草的分布主要受到全氮的影響；春蓼、野菊等主要受到pH的影響；柳樹、牛筋草、大狼杷草主要在含水量和全氮高的環境下分布較多；椿樹、榆樹等主要在有機質和pH相對較高的區域分布。蒼耳、狗牙根、狗尾草等物種廣泛分布在樣地內，受土壤因子影響較小，對范圍的適應較強。

關鍵詞：小浪底庫區；河岸帶；植物群落；物種多樣性；土壤因子

中圖分類號：Q948.113 文獻標志碼：A 文章編號：2096-9902（2024）18-0039-05

Abstract： The study focused on the riparian zone of the Xiaolangdi Reservoir area located at the terminal section of the middle reaches of the Yellow River. The Canonical Correspondence Analysis （CCA） was employed to investigate the relationship between species distribution and diversity with soil factors. The results indicated the following： A total of 31 plant species were found in the riparian zone of the Xiaolangdi Reservoir area， belonging to 28 genera across 17 families. The most abundant plants were from the families Poaceae， Asteraceae， Polygonaceae， and Malvaceae， with Xanthium sibiricum and Cynodon dactylon being the dominant species. Along the flow direction of the river towards the south and north banks of the Xiaolangdi Reservoir area， there was a decline in available phosphorus and organic matter; however， there were no significant changes observed in available potassium， water content， or total nitrogen. Variation coefficients indicated that soil water content， organic matter， available potassium， total nitrogen， and available phosphorus all exhibited moderate variability （0.1≤C≤1）， suggesting an overall moderately uneven distribution of soil nutrients. Among the six soil environmental factors， water content， pH， and organic matter content had a greater impact on the species diversity in the riparian zone of the Xiaolangdi Reservoir area. Soil available potassium， available phosphorus， and total nitrogen did not significantly influence various diversity indices. Notably， the Shannon-Wiener index showed a significant correlation with water content and organic matter （P＜0.05）; the evenness index was significantly correlated with water content; and the richness index was significantly correlated with pH（P＜0.05）. CCA ordination revealed that total nitrogen， pH， organic matter， and water content were the main factors affecting community distribution. The distribution of Cyperus rotundus L.， Pharbitis nil （L.） Choisy， and Saluia plebeia R. Br. was mainly influenced by total nitrogen; Polygonum persicaria L.， Chrysanthemum indicum L.， Humulus scandens （Lour.） Merr.， and Lindernia angustifolia（Benth.） were primarily affected by pH; Salix babylonica L.， Eleusine indica （L.） Gaertn， Bidens frondosa Linn. were more abundant in environments with high water content and total nitrogen and others were mainly distributed in areas with relatively higher organic matter and pH. Xanthium sibiricum L. and other species were widely distributed within the sample plots， less affected by soil factors， demonstrating strong adaptability to their range.

Keywords： Xiaolangdi Reservoir Area; riparian zone; plant community; species diversity; soil factors

植物群落多樣性受各種生境因子的影響[1]，土壤因子是植物群落發生、發展的主要因子，是河岸帶實現功能作用的基礎[2]。河岸帶土壤的性狀與植物群落分布格局和物種多樣之間的關系一直是群落生態學研究的熱點問題。小浪底庫區位于河南省西北部淺山丘陵區的黃河中游末端，這是黃河上重要的水利樞紐工程，它對黃河中下游區域發展具有關鍵性的作用。隨著小浪底大壩20年的運行，庫區河岸帶物理和生物過程的變化，庫區河岸帶生態問題凸顯[3]。目前，針對小浪底庫區研究主要是一些庫區調沙對下游生態影響[3-4]以及庫區堤岸安全[5]，對小浪底庫區河岸帶物種多樣性與土壤因子的關系研究還未見報道。

1 材料與方法

1.1 研究區域

小浪底庫區位于豫晉兩省交界的黃河中游末端，地理位置為東經111°20′～112°22′，北緯34°48′～35°9′，庫區涉及河南省的澠池、新安、吉利、孟津、濟源和山西省的垣曲縣、平陸縣和夏縣的部分地區，全長175 km，寬14 km，水庫水面總面積272 km2。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地采集與測定

在小浪底區主區域跨越黃河南、北兩岸選擇4條樣帶設置8個樣點，從西向東分別是垣曲縣古城鎮濕地公園的NA和河南岸的澠池縣南村鄉的河岸SA；濟源市的泉坡NB新安縣石井鎮的SB；濟源市下冶鎮的三峽驛站NC和新安縣正村鎮的白云渡口SC；濟源市的南嶺ND和新安縣倉頭鎮的鷹嘴山SD。在每一個樣點上垂直于河岸，從濱水區域到岸上，每300～500 m設置一處樣地，每個樣地隨機設置3個樣方，每個草本樣方1m×1m，灌喬木樣方5m×5m，調查并記錄每個樣地的經緯度、海拔，每個樣方的植物名稱及數量、高度、蓋度及頻度。并采集樣方內的新鮮土，放入密封袋中保存，利用鋁盒采集土樣測含水量，帶回實驗室檢測。

1.2.2 數據分析

采用重要值作為評價樣方群落內物種相對重要性的數量指標[6-7]。采用灌草地調查樣方內物種相對密度、相對高度和相對蓋度3個指標計算物種重要值。

由于研究區地處丘陵地區，海拔差異不大，樣地氣候類型相似，因此本文分析了土壤因素引起的多樣性指數的變化。利用統計軟件（Canoco5.0）對物種多樣性與環境數據進行排序分析；用SPSS軟件分析4個物種多樣性與土壤因子的簡單相關系數。

2 結果與分析

2.1 小浪底庫區河岸帶植物物種組成

小浪底庫區河岸帶共發現和確認植被群落共有17科28屬31種（表1），其中：禾本科（Gramineae）5種5屬；菊科（Compositae）7種5屬；蓼科（Polygonaceae）2種1屬；莎草科（Cyperaceae）3種3屬；楊柳科（Salicaceae）2種2屬；其他科均為1種1屬。禾木科植物最豐富，其次是菊科植物，蓼科和錦葵科植物，是此區域的主要優勢科。其他科單種、屬現象明顯。在24個調查樣點中，菊科蒼耳（Xanthium sibiricum Patrin ex Widder）植物和禾本科狗牙根（Cynodon dactylon （L.） Pers.）普遍出現于小浪底庫區的各個領域，占樣點數達79%，且樣點數多的物種（樣點數大于等于2）多以一年生草本為主，占比為35.5%。

2.2 小浪底庫區河岸帶植物物種多樣性

庫區河岸帶植物群落物種豐富度變化范圍較大，豐富度較高的主要出現在SA3、NB2和SC3地，較低的出現在SB2和SD3，最大值為13，且各樣地之間豐富度差異呈上下波動。多樣性指數愈大，表明植被多樣性越高。小浪底庫區香農-維納（Shannon-Wiener）多樣性指數介于0.124～2.235之間，Simpson優勢度指數的變化范圍為0.249～0.880，NB2地的多樣性和優勢度指數值最大，表明該地群落多樣性較高。均勻度指數在0.120～0.622范圍內，整體波動相對較大。說明河岸帶群落的物種組成較豐富，優勢種相對明顯，植物分布相對不均勻。具體如圖1所示。

2.3 小浪底庫區河岸帶植物多樣性與土壤因子關系

2.3.1 小浪底庫區河岸帶土壤性質

從表2中可以看出8個群落沿河流流向土壤指標有所差異，pH均大于7，土壤均為堿性；含水量和全氮NC地區出現高值區，表明該地區營養物質相對肥沃；隨著河流向下游的推進，有效磷和有機質總體呈下降趨勢；速效鉀的變化范圍不大。根據變異系數可知，pH屬于弱變異程度，含水量、有機質、速效鉀、全氮及有效磷均屬于中等變異程度。表明小浪底庫區沿岸帶土壤養分分布總體上呈現中度不均勻的特征。

2.3.2 物種多樣性指數與土壤因子的相關分析

從相關程度結果中顯示（表3），小浪底河岸帶植物群落物種多樣性與土壤含水量、有機質、pH有不同程度的相關性，其中，優勢度指數與土壤環境因子均沒有達到顯著相關性（P＜0.05），相關系數小于0.5；香農-維納指數與有機質具有顯著相關性（P＜0.05），相關系數大于0.5；均勻度指數和含水量之間具有顯著的相關性，相關系數達0.648；豐富度指數與pH之間的相關達到顯著水平（P＜0.05），相關系數為0.531。

2.3.3 物種群落與土壤因子的CCA排序

對小浪底庫區河岸帶植物群落重要值與6個土壤因子分別建立物種數據和環境數據矩陣，進行CCA排序分析。排序結果表明（表4），CCA排序中第一、第二排序軸特征值為0.452和0.439，植物組成和土壤因子與前2個排序軸的相關系數為0.894和0.900，二者的方差累計貢獻率為53.48%。此排序結果可基本反映小浪庫區河岸帶植物空間的分布特征[9]。

在排序圖中（圖2）沿第一排序軸從左到右，有機質、pH、速效鉀及有效磷逐漸增加，相反全氮和含水量則逐漸減少。有效磷、速效鉀及pH沿第二排序軸由下到上呈減少趨勢，含水量、全氮和有機質由下到上逐漸增大。位于第一軸的左上方的物種，如香附子、牽牛花和荔枝草的分布主要受到全氮的影響，且在全氮含量較高的區域分布；春蓼、野菊等的分布主要受到pH的影響，在pH高的區域分布較多；柳樹、牛筋草、大狼杷草分布在第一軸的左上端，主要在含水量和全氮高的環境下分布較多；椿樹、榆樹等主要在有機質和pH相對較高的區域分布。而蒼耳、狗牙根、狗尾草等物種廣泛分布在樣地內，受土壤因子影響較小，對范圍的適應較強，因而位于排序圖中的中心位置。

3 討論與結論

物種多樣性是衡量一定地區生物資源豐富程度的一個客觀指標[10]，李雨晗[11]、王婷[12]、張奇奇等[13]研究認為河岸帶植物多樣性受人為活動和水庫影響有關，Joseph等[14]認為中等程度人為干擾促使高的生物多樣性。人為干擾下對植物群落物種多樣性的這種影響主要來自干擾對原有生境尤其是土壤環境的影響導致的結果，研究植物群落多樣性與土壤環境因子的關系，不僅可以探究干擾強度對生物多樣性的有利影響，而且可以發現人為干擾對群落結構的變化的過程。

1）小浪底庫區河岸帶共發現植物31種，17科28屬，其中禾本科、菊科、蓼科和錦葵科植物最多，蒼耳和狗牙根普遍出現于小浪底庫區河岸帶各個地區，占樣點數達79%；小浪底庫區河岸帶植物種類以蒼耳、狗尾草、苘麻、鱧腸和春蓼草等一年生草本植物為主，灌木和喬本植物相對較少。河岸帶群落的物種組成較豐富，優勢種相對明顯，植物分布相對不均勻。

2）小浪底庫區河岸帶土壤pH均大于7，土壤均為弱堿性；隨著河流流向南北兩岸的有效磷和有機質總體呈下降趨勢；速效鉀只有SA較高，其他樣點變化不大；含水量和全氮NC地最高。根據變異系數可知含水量、有機質、速效鉀、全氮及有效磷均屬于中等變異程度，表明小浪底庫區沿岸帶土壤養分分布總體上呈現中度不均勻的特征。

3）含水量、pH與有機質含量對小浪底庫區河岸帶物種多樣性的影響較大，也相對穩定，土壤速效鉀、有效磷及全氮對各種多樣性指數影響均不明顯。其中，香農-維納指數與有機質具有顯著相關性（P＜0.05）；均勻度指數和含水量之間具有顯著的相關性；豐富度指數與pH之間具有顯著的相關性（P＜0.05）。

4）CCA排序中土壤全氮、pH、有機質和含水量是影響群落分布的主要因子。香附子、牽牛花和荔枝草的分布主要受到全氮的影響，全氮高的區域分布多；春蓼、野菊、葎草和羊角草的分布主要受到pH的影響，pH高的區域分布較多；柳樹、牛筋草、大狼杷草主要在含水量和全氮高的環境下分布較多；椿樹、榆樹等主要在有機質和pH相對較高的區域分布。蒼耳、狗牙根、狗尾草等受土壤因子影響較小，對范圍的適應較強。

總體來看，小浪底庫區河岸帶物種多樣性的變化受來自自然環境與人為因素的綜合影響的結果[15]。小浪底庫區河岸帶植物群落多樣性水平較低，蒼耳、狗牙根成為該地區的絕對優勢種。在土壤因子方面，土壤鹽堿度、營養結構對地區的物種產生間接影響，造成植物多樣性差異較大。為做到嚴格保護，控制季節性耕作、嚴控生活垃圾等，從而提高水土保持的能力，防止河岸帶水土流失，更好地發揮生態系統自我保護的作用。

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