长沙城市湿地植物多样性研究

2012-10-17戴兴安胡曰利

草业科学 2012年4期

戴兴安，胡曰利

（1.中南林业科技大学环境艺术设计学院，湖南长沙410004；2.中南林业科技大学林学院，湖南长沙410004）

随着城市基础设施的扩建，城区为数不多的城市湿地（Urban Wetland）的生态学属性发生了变化，形成与自然湿地（Natural Wetland）截然不同的湿地系统；城市湿地具有与城市区域不同的气候特征，而且因城市功能区的不同而不同；城市湿地除了生态服务功能之外，还为市民提供休闲、娱乐和生态教育功能等很难预测的社会服务功能。城市湿地资源是开展城市生态旅游的重要目的地，也是保障城市生态安全的重要组成部分；而湿地植物是湿地景观资源的基础，也是湿地环境的灵敏指示者［1］，一方面湿地植物多样性为湿地景观多样性的构成提供了物质条件，另一方面湿地景观与湿地类型的复杂性又为湿地植物多样性提供了环境条件。现阶段国内外对湿地植物多样性的研究主要以河流、湖泊、沼泽和海岸带等人为影响相对较小的自然湿地为主，而对人类干扰相对频繁的城市湿地植物研究不多［2－6］。本研究以长沙市辖五区及周边郊区10 km范围内湿地为对象，对不同湿地类型湿地植物群落与物种多样性及其变化特征进行分析，旨在对长沙城市湿地生物多样性保护、湿地资源保护和恢复、湿地景观资源合理开发与利用提供基础数据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况长沙市位于湖南省东部偏北、湘江下游和长浏盆地的西缘，东西长约230 km，南北宽约88 km2。2006年，全市土地面积11 819.5 km2，其中市区面积556.3 km2，建成区面积173.19 km2。全市湿地面积38 226.80 hm2，其中永久性河流湿地面积有19 618.64 hm2，淡水湖泊1 441.58 hm2，草本沼泽898.03 hm2，水库、拦河坝、水电坝4 835.51 hm2，淡水养殖池塘9 967.08 hm2，城市景观水面和娱乐水面574.35 hm2。主要植物区系成分为东亚（中国－日本）成分，属亚热带常绿阔叶林区域内的东部（湿润）常绿阔叶林亚区域，中亚热带常绿阔叶林地带的中亚热带常绿阔叶林北部亚带。地带性的常绿阔叶林上层优势种多为青冈属（Cyclobalanopsis）、栲属（Castanopsis）和石栎属（Lithhocarpus）中较耐寒的种类，如青冈（Cyclobalanopsissclerophylla）、小叶青冈（C.gracilis）、细叶青冈（C.myrsinaefolia）、苦槠（Castanopsissclerophylla）、甜槠（C.eyrei）、石栎（Lithhocarpusglaber）、樟树（Cinnamomumcamphora）等。森林破坏后形成的次生灌木丛多为阔叶灌丛，常见的主要种类为白栎（Quercusalba）、映山红（Rhododendronsimsii）、黄檀（Dalbergiahupeana）等［7－8］。

1.2 样方调查采用样线法和常规样方法进行野外调查。选择长沙市辖五区及周边郊区10 km范围内湿地设置调查样带。根据植被类型的变化情况分别按湿地类型设置样方，湿地类型包括河流（Ⅰ）、湖泊（Ⅱ）、山塘水库（Ⅲ）、景观水面（Ⅳ）、沟渠（Ⅴ）5种类型。草本样方面积为1 m×1 m，灌木样方2 m×2 m，乔木样方10 m×10 m。分别在各湿地类型中测定其植物组成、盖度等指标。所有调查中出现的植物按其生活型与出现频率分为两大类来进行物种多样性分析，其中生活型分为一年生草本（ⅰ）、多年生草本（ⅱ）、灌木（ⅲ）、乔木（ⅳ）4种，按出现频率分为特有种（＃）、稀有种（＋）和共有种（＊）［9－10］。

1.3 数据处理选用物种重要值作为多样性指标［11－15］。根据乔木、灌木、草本的特点，计算其重要值。

测度指标选用应用最为广泛的丰富度指数（S）、Shannon－Wiener指数（H′）、Simpson指数（D）及Pielou均匀度指数（Jsw和Jsi）。

Shannon－Wiener多样性指数（H′）：

Simpson指数：

Pielou均匀度指数：

式中，Pi为第i种植物的重要值；N为种i所在样地的各个种的重要值之和；S为种i所在样地的物种总数，即丰富度指数。

2 结果

2.1 城市湿地植物群落多样性特征在长沙市市区及周边郊区10 km范围内的植物调查中发现并记录主要湿地植物群落20个（表1），其中被子植物有十字花科、蓼科、玄参科、唇形科、莎草科、禾本科等科的36个属种。长沙市湿地类型以湖泊、水库或山塘为主，城市湿地植物群落水平结构大都具有均匀分布特征，无明显的镶嵌现象；在人类干扰活动较为频繁的部分湿地，则具有一定的镶嵌现象，这是因为干扰后产生了更为丰富的异质性环境，为不同植物种的存在创造了生境。在垂直结构方面［16］，长沙湿地植被群落包括湿地边缘及周围耐阴、耐湿植物；水体中的挺水、浮叶和沉水植物等，受不同湿地类型的理化环境和其他因素影响，在不同的湿地类型环境中湿地植物群落表现出不同的垂直结构；湿地植被群落的垂直高度在0～3 m。但由于本次调查样地设置的局限性，在河流、湖泊等湿地中的沉水或浮叶水生植物记录较少，仅有荇菜、金鱼藻、菹草、荨菜等几个植物群落。包括挺水植物在内的其他湿地植物相对较多，主要有芦苇、菖蒲、菱、野艾蒿、问荆、苍耳、一年蓬、空心莲子群落等。

2.2 城市湿地植物物种多样性特征不同湿地类型植物物种丰富度差异不大，但景观湿地除外；植物种丰富度最高为23个种，其中特有种也不多，只有5个种；主要城市湿地植物中包括空心莲子草、野胡萝卜、紫云英等14种一年生草本植物，狗牙根、芦苇、马鞭草等24种二年生或多年生植物，乔灌木类植物2个种（构树、枫杨）（表2）。湿地植物丰富度是决定生物多样性的最重要因子，无论H′还是D值，从河流湿地到沟渠，物种多样性指数变化没有明显规律（表3）。河流、湖泊、山塘水库、景观水面、沟渠的 D 值依次为13.62、10.95、17.68、5.66和18.08，H′值依次为2.75、2.18、3.56、1.12和3.75；其中D和H′值最大的是沟渠，其次是山塘水库，其D与H′值与沟渠非常接近，一是可以说明沟渠和山塘水库湿地类型在长沙城市湿地中受到人类干扰较小，二是因为调查样地的选择上偏于山塘水库或沟渠湿地周边区域，水体中央选样较少，而且这2种湿地类型是介于水陆两种生态系统交叉状态，为植物资源多样性提供了更为丰富的栖息地；湖泊湿地多样性指数小于山塘水库，是因为该区域内湖泊多为营造景观效果为主要目的，加之水面污染相对较重；至于河流，其植物多样性与滩涂面积有关，往往随丰枯水期的差异，样地选择范围也有明显差异，而河水的流动性也为外来种的进入提供了可能，如河流湿地特有种垂序商陆就是典型入侵物种；D和H′值最小的是景观湿地，主要是因为景观湿地是典型的人工湿地，大多植物由人工选择进行配置，植物类型显得简单，但是也有菹草、狗牙根等非选择植物出现，说明尽管是人工湿地，但潮湿的环境为一些耐湿喜阴植物的进入创造了条件。Pielou均匀度指数表现出与多样性指数大体一致的状况，即沟渠＞山塘＞河流＞湖泊＞景观水面。

表1 长沙市湿地主要植物群落Table 1 Dominant plant communities of wetlands in Changsha

表2 不同湿地类型植被组成Table 2 Composition of vegetation in different types of wetlands

表3 不同湿地类型植物多样性指数Table 3 Plant diversity index of different types of wetlands

从特有种、稀有种与共有种在湿地类型中的物种多样性来看（表4），H′与D值的变化表明，景观湿地共有种的D与H′值为3.32和1.65，在5种湿地类型中最小，其他几种湿地类型共有种D与H′值非常接近，共有种在所有5种湿地类型中占主导地位；在湖泊、山塘水库和景观水面中特有种的D与H′值很小，样地调查出现频率为1个种；除了在湖泊、山塘水库两种湿地类型中出现少量稀有种外，其中湖泊的D与H′值为1.66和0.39，山塘水库的D与H′值为1.83和0.46；其他湿地类型中没有发现稀有种。

按植物物种生活型计算的多样性结果表明（表5），植物种多样性情况是不一致的，依据生活型所计算的H′与D值可以发现，物种多样性以多年生草本植物类最高，其次是一年生草本，而乔木与灌木类植物最低。

表4 不同湿地类型植物种出现频率特点Table 4 Plant frequencies of different types of wetlands

表5 不同湿地类型植物种类生活型组成特点Table 5 Life characteristics of plant species of different wetlands

3 讨论与结论

本研究区域整体范围内，植物种类多样性指数和生活型分布的规律性变化说明长沙市城市湿地的植物在植物区系组成上具有一定的复杂性与特殊性，体现了较高的多样性。在植被类型上以草本群落为主，并且主要为多年生草本，其次是一年生草本，而灌木与乔木等木本植物分布较少［17］。不同湿地类型中的共有种较多，稀有种和特有种较少，说明长沙市湿地植被缺乏独特性。湿地类型不同对湿地植物物种多样性的生活型、物种分布状况有显著影响；说明湿地类型是湿地植物空间格局形成的重要影响因素。

从植物多样性指数、均匀度指数及丰富度指数看，不同湿地类型植物种丰富度差异不大，植物种丰富度最高，为23个种，最少的是景观湿地，为7个；无论Shannon－Wiener还是Simpson指数，从河流湿地到沟渠，种多样性指数变化没有明显规律。河流湿地出现外来入侵物种，而其他湿地类型暂未发现入侵物种。说明河流湿地生态系统开放性程度更高。

调查过程中发现，长沙城市湿地资源受到一定的破坏，由于城市化进程的推进，湿地面积不断减少，自然湿地比重降低，景观水面等人工湿地比重加大；而这些人工湿地物种不多，并且外来物种往往更容易侵入，物种多样性遭到很大的破坏。不少城市湿地受到不同程度的污染，水量减少，严重影响了湿地的整体功能，通过调查，摸清了长沙市湿地植物的基本规律，可以为充分开发湿地植物的生态潜能，维持城市湿地生态系统稳定与健康提供参考资料。其次是湿地植物群落所受干扰与至城市核心区的距离有关［18］，主要原因在于城市化过程中大量外来物种的入侵。城市化对湿地植物种类组成也有很大影响，优势种因城市化区域不同而异；城区湿地植物组成以人工栽培的景观植物为主，市郊区除农作物外即以自然分布的草本植物为主。城市化几乎包括了所有导致湿地植物多样性丧失的因素，如生境破坏、外来物种入侵、环境污染等；因此，必须加强在城市化过程中的湿地植物多样性保护。

总之，湿地生物多样性研究是目前学术界关注与研究的热点问题［19］。通过调查与分析可知，湿地类型不同直接影响特有种和稀有种。所以从保护生物多样性的角度出发，在长沙城市湿地制定管理与保护措施时，要注意考虑：

1）必须强调湿地类型的管理与保护，在不同类型生境中包括不同的植物特有种与稀有种，一般经历干扰后的生态系统不能恢复到干扰前的状况。特别是一些根茎型的多年生草本植物与灌木类植物，如狗牙根、空心莲子草等。事实上，湿地类型最显著的影响是对各种植物种（灌木、一年生及多年生草本）生活型的影响。由于人为干扰而引起湿地景观破碎、异质化，从而使湿地环境多样化，这一过程无疑会导致部分湿地生物多样性衰减，但在大尺度上也会有新的植物物种产生，如湿地类型中的特有种等。

2）就长沙城市湿地的合理利用与保护问题而言，首先要有一定的具体保护范围，作为生物多样性种源的“大陆岛”严格保护。其次，要科学管理与合理利用湿地资源，包括划区轮牧、保护地放牧、限制植物采集等活动。但是适当干扰可增加景观的异质性，进而增加长沙城市湿地的植物物种丰富度。

3）长沙市及其周边的湿地由于开垦、养殖和放牧等人为破坏的现象比较严重，使湿地植被受到威胁。由于城市湿地距离人类生活区较近，缺少缓冲区，生活和生产污水大量排放到湿地水源，污染现象也比较严重，这也是造成湿地植被破坏的一个重要原因［20］。说明人类活动干扰、城市人口分布、土地利用模式、湿地至城市核心建成区的距离等因素对湿地植物多样性有一定影响，但其间的相关关系还有待于后续研究。

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