城市化地区河岸带植物多样性特征及其与滨河用地性质的关系——以晋江市九十九溪为例

张 昶，王 成，孙睿霖，郄光发，包红光，唐赛男

(1.中国林业科学研究院林业研究所，北京100091;2.国家林业局城市森林研究中心，北京100091)

河岸带是指河水与陆地交界处的两侧至河水影响消失的地带，其生态系统具有明显的边缘效应，其中河岸带植被是其重要的主体部分之一[1－4]，具有重要的生态学意义[5].城市化地区河流与城市的关系更加密切，河岸带的特征和功能对于河流沿岸地区的生态以及景观风貌具有更为直接的影响与控制力，同时城市化地区河岸带受人为因素的调控较多，情况更为复杂[6－8].河岸带植被表现出与自然河岸带植被不同的特征，但目前对以自然河流为主的河岸带植被的研究多是从群落生态学角度展开对植被的调查与特征分析[9－15].对城市化地区河岸带的植被特征及其变化规律的研究较少.晋江市是我国经济最为发达的市县之一，是通过乡镇企业全面发展来推进城镇化的进程，在此过程中河流及其沿线景观也受到了极大的影响.本文以晋江市境内贯穿城乡的最大河流——九十九溪为研究对象，分析河流两岸的植物多样性特征及不同河段多样性的变化趋势，旨在为相关研究提供参考.

1 晋江市九十九溪概况

晋江市属南亚热带湿润气候区，九十九溪发源于福建省南安市大旗尾山，总流域面积354 km2，在晋江市境内有137 km2，是晋江市内最长的河流.其流量、水位季节变化明显，腹地为晋江市主要水稻种植区.本研究选定晋江市范围内彭溪支流(磁灶彭溪)和双溪支流的交汇点(加沙桥双沟)，以及浦沟的分支点(六原水闸入海点)作为研究对象，包含了晋江市九十九溪流域所涉及的全部用地类型及河流形态，调查河道总长21 km(图1).

图1 九十九溪研究范围、河段划分图Fig.1 Research range and segments of Jiushijiu River

2 研究方法

2.1 河岸带宽度范围与河段划分

2.1.1 河岸带宽度 在受人为影响的城市化地区的河流，河流典型的河岸带自然地貌特征已经基本消失，依据河岸地形、植被等自然特征来确定河岸带宽度是难以实现的.本研究基于九十九溪滨河现有的地貌特征，参考文献[16－21]和未来九十九溪河岸植被建设的可行范围，将研究范围定于10倍河宽，并经过实地踏查确认该范围完全能够包含从河滩开始向两岸延展的连续性植被群落的最远边界，也是与河流景观关联度最高的地带.

2.1.2 河段划分 在实地踏查与分析河流卫星影像的基础上，直观地对研究范围内河流形态及沿线景观风貌、土地利用等情况进行差异分辨，将存在较小直观差异的河流区段划为一个河段.河段是后续调查和分析的基本单位.本文将九十九溪划分为9个河段，各河段的河宽表示如下:D1=165 m，D2=102 m，D3=200 m，D4=187.5 m，D5=612.5 m，D6=600 m，D7=300 m，D8=433 m，D9=300 m(图 1).

2.2 生物多样性研究

2.2.1 样地调查 根据环境和植被代表性原则选取样地(顺水流方向).D1:湿地荒野景观段设2个样地(湿地草甸、河岸桉树林带).D2:陶瓷工业商用地段设5个样地(厂区、仓储、交叉路桥、荒地、岸渠).D3:工商居混杂段设4个样地(城区桥、河岸工地、山丘、拦水坝).D4:城市居住用地段设4个样地(乡村原野、乡堤、山体、河道湿地).D5:田园村镇景观段设4个样地(古桥、江心洲、农田、棚户区).D6:城市湖段设2个样地(江心洲、工地).D7:在建城市居住区段设样地1个(江心洲).D8:城市渠筑水岸(湿地水田、农田).D9:入海口滩涂段设1个样地(入海草滩).调查样地共计24个.

在样地内按照样带法，从河滩处开始每隔3 m设置1个样方，至河岸带边缘.其中，草本样方为1 m×1 m，灌木样方为5 m×5 m，乔木样方为5 m×5 m.调查主要指标包含乔木的名称、株数、胸径，灌木的名称、株数/丛数、覆盖度，草本的名称、株数(丛生型或莲座型分开计算株数;大片分布的则调查代表性的25 cm×25 cm面积中的株数，再按面积推算样方株数)、高度、覆盖度.

2.2.2 数据处理 重要值计算[22]:乔木重要值=(相对密度+相对优势度+相对频度)/3;草本重要值=(相对高度+相对盖度+相对频度)/3;灌木重要值=(相对密度+相对盖度+相对频度)/3.

多样性衡量指标:Patrick丰富度指数(R):R=S，其中S表示群落物种数.

Shannon-Wiener指数(H):H=－∑si=1NilnNi，其中Ni表示第i种个体的重要值.

Pielou均匀度指数(J):J=H'/lnS，其中S表示群落物种数.

2.3 河岸带土地利用的调查方法

采用土地利用图、卫星影像分析与现场徒步调查相结合的方法，分别对每个河段河岸带的土地利用方式进行计算分析，统计河段内土地利用斑块的类型、数量、面积、周长，选取类型斑块面积比重、类型斑块边界密度指标衡量该类型的面积比例与破碎化程度.

斑块面积比例=类型斑块总面积/景观总面积

斑块密度PD=类型斑块数目/景观总面积

类型斑块边界密度ED=类型周长/类型面积

3 结果与分析

3.1 河流植被总体特征

3.1.1 物种构成 本调查共记录到九十九溪河岸带植被43科94属94种.按生活型来分，乔木植物17科23属23种，灌木12科13属13种，草本18科58属58种.草本植物种类较多，符合河岸植被带普遍的植被构成规律.当天然河岸带用地变更为大比例的耕地与城乡工矿建设用地时，乔木与灌木植物种类的丰富性与异质性比草本植物更易受到威胁，因此九十九溪河岸带的植被呈现出草本居主的状态.

3.1.2 优势物种 九十九溪草本植物以桑科Moraceae、禾本科Gramineae、苋科Amarathaceae植物为主，灌木以大戟科Euphorbiaceae、马鞭草科Verbenaceae、芸香科Rutaceae植物为主，乔木以桃金娘科Myrtaceae、桑科Moraceae、杨柳科Salicaceae等为主.草本、灌木、乔本重要值最高的分别为芦苇Phragmites australis(Cav.)Trin.ex Steud、蓖麻 Ricinus communis L.、小叶榕 Ficus benjamina L.从九十九溪优势种植物可以看出，芦苇、蓖麻属于对环境忍受度较高的植物，而小叶榕属于人工栽植为主的观赏乔木，是城镇渠化河道沿线种植数量最多的树种，说明九十九溪无论是河岸形态还是河岸植物景观都受人为活动影响较多.

3.1.3 植物多样性与均匀度 九十九溪整条河流以及左右岸的多样性指数H、均匀度指数J的计算结果见表1.

表1 九十九溪多样性指数(H)与均匀度指数(J)Table 1 The index of H and J in Jiushijiu River

从表1可以看出，九十九溪左右岸多样性指数、均匀度指数与整条河流的相比相对较低.表明九十九溪河岸带植被群落分布不均衡，这与城市化地区河岸植被自然连贯性被人为隔断相关.同时，从表1还可看出，草本植物的均匀度指数低于灌木植物，灌木植物的均匀度指数低于乔木植物.这反映出在人为干扰比较强的九十九溪，河岸植物群落的自然梯度变化与演替已不再是影响群落的构成与结构的主要因素.因此草本植物种间数量的分配更加广泛与稳定，而乔木植物与灌木植物的异质性较低，植物多样性可能更易随着人为作用而发生变化.

3.2 不同河段植被特征变化趋势

3.2.1 植被景观风貌变化趋势 从河段1到河段9，植被景观总体风貌呈现出从较自然的撂荒湿地植被景观向人工桉树林、人工堤岸绿化、田野草滩、人工园林、滨海草甸的变化趋势，其中植被景观自然风光格调有3个变化拐点(图2).从不同河段土地利用状况分析可以看出:拐点1是从河段1到河段2，由于河岸带职能向工、商、居转变，植被景观风貌变化:自然乡村景观逐步消失，被人工堤化绿化取代.拐点2是从河段4到河段5，对应的用地为乡村、农田化，植被景观风貌:从局部自然草甸向田野芦苇草滩变化，河岸带的野趣与乡村特色渐渐明显.拐点3是从河段5到河段6，由河段6至入海，虽入海口草甸较为自然，但总体来说，由于河岸带周边由城市建设用地主控，其植被景观相应向人工园林绿化转变，自然乡村风貌逐步消失.

图2 九十九溪不同河段的主体植被景观图Fig.2 Main plant landscape of variety segments in Jiushijiu River

对应于河岸植被来源，拐点2到拐点3与拐点3至入海的工业区、城区河段，外来植物出现频率高;而拐点1之前与拐点2到拐点3的荒野湿地、乡村、农田河段相对比较自然，基本保持乡村的自然植被景观风貌，具有地带特色的乡愁景观要素依然存在.

3.2.2 多样性指数变化趋势 将不同河段两岸多样性指数及不同河段两岸各类主要用地(农用地与建设用地为主要用地类型，二者占所有类型斑块数量的92%，占所有面积的97.7%，其中，建设用地包括村庄、建制镇、城市建设用地3种类型)特征指数的计算结果见图3.从图3可以看出河岸带植被多样性明显的河段间差异以及多样性与用地状态变化的对应趋势.

从图3可以看出，九十九溪左岸从D1到D9，多样性呈现下降(D1－D3)—上升(D3－D5)—下降(D5－D7)—上升(D7－D9)的变化趋势;而右岸呈现出上升(D2－D5)—下降(D5－D7)—上升(D7－D9)的变化趋势.两岸多样性指数总体变化趋势基本类似;且两岸多样性指数为0的河段，左岸为D6、D7，右岸为D7;最高河段均出现在D5;特殊河段出现在D3段的左岸;相对于D2河段D3段有明显的下降趋势.总的来说，多样性指数变化的关键河段为D3、D5、D7.

D3段左岸多样性的下降、村庄建制镇斑块密度的上升、各类用地面积的上升、耕地村庄边界密度的下降有关.该段河岸出现更多村镇居住地与规整形制的农耕地，其分散分布造成植被带破碎化.D5段多样性增高与两岸用地(除右岸村庄用地外)斑块密度的下降、两岸耕地面积的升高有关.村庄边界密度增大，该段建设用地趋于集中，退让出更多的农地，散布的村落也增多，河岸植被拥有了更多的生存空间与边缘生境，多样性指数达到最大值.D6左岸、D7左右岸新增城市用地面积，原生河岸植被消失较多，多样性指数降至最低.

图3 九十九溪河岸植物多样性及用地斑块特征指数Fig.3 Plant diversity and land use index of Jiushijiu River

3.2.3 滨河用地性质对河岸植被的影响 分别统计左岸与右岸河段的植物多样性指数，并对两岸植物多样性指数进行对比，以此为依据将9个河段划分为两岸均较高(超过均值)、两岸均较低、左岸高右岸低(左右以顺河流方向衡量)、右岸高左岸低(左右以顺河流方向衡量)4种类型.其中，类型Ⅰ含河段D4、D5、D9，类型Ⅱ含河段D6、D7、D8，类型Ⅲ含河段D2，类型Ⅳ含河段D3.再按这4种类型整理与统计农用地A、城市建设用地C、建制镇建设用地T、村庄建设用地V的面积比例、斑块密度PD、边界密度ED的用地特征指标(表2)，以便进一步分析用地特征与植物多样性变化趋势间的关系.

表2 九十九溪不同河段河岸植物多样性及用地特征统计Table 2 The plant diversity and land use index of different segments in Jiushijiu River

由表2可知，从河岸带所含用地类型的数量来看，类型Ⅱ比类型Ⅰ所含用地类型丰富，类型Ⅳ中H值较低的左岸比H值较高的右岸所含用地类型丰富.这表明河岸带用地类型越丰富，河岸带生物多样性越低.同时，类型Ⅲ中，H值较高的左岸与H值较低的右岸在用地类型数量不存在差异时，H的差异性则反映出同类用地具体特征对植物多样性的影响，类型Ⅲ两岸农用地与村庄用地相比，二者的斑块密度均表现为右岸均高于左岸，反映出右岸斑块分布较左岸更分散，用地格局更破碎，说明用地的破碎化对植物多样性造成负面影响.农用地与村庄用地均受较强的人为干扰，前者植被类型受农耕地需求影响而趋于单一，后者在人为破坏造成植被丰富度下降的同时，亦存在诸多人工栽植的植物(如庭院树木、围村水岸林等)，能缓和植被的绝对均质性.

进一步比较两岸植物多样性指数均较高类型(类型Ⅰ)与两岸植物多样性指数均较低类型(类型2)的用地特征指标值，结果见图4.

图4 类型1与类型2的多样性指数及用地特征指标的差值Fig.4 The difference of diversity and land use index between type 1 and type 2

从图4可以看出:类型Ⅱ的用地类型比类型Ⅰ的丰富，多含城市建设用地;而类型Ⅱ的相对较低的植物多样性值反映出城市建设用地的出现导致植物多样性降低;比较类型Ⅰ与类型Ⅱ的用地特征指标差值，与多样性差值同方向变化(类型Ⅰ的多样性值大于类型Ⅱ，二者差值为正)的用地特征指标有PD(T)、ED(V)、ED(T)、面积比(A)、面积比(T)，说明分布较分散的建制镇建设用地、面积较大的农田用地与建设用地、斑块形状较为复杂的村庄建设用地与建制镇建设用地，对于维持植物多样性具有积极作用.农地具有相对自然的用地属性，具备承载较多植物生境的潜力.而建制镇建设用地与村庄建设用地内，依据人们喜好与生产生活需求维护植被或引入植物的行为，会提高河岸植被的物种丰富度.因此，其斑块形状越复杂，与河岸带的接触越多，这种积极作用就越明显.上述河段类型的用地特征指标PD(A)、PD(V)、PD(C)、面积比(V)、面积比(C)、ED(A)、ED(C)与多样性差值的变化趋势是相反的，说明分布较为集中的农用地、村庄建设用地、城市建设用地，面积较大的村庄建设用地、城市建设用地，形状较为复杂的农用地、城市建设用地均会降低生物多样性.表明农用地虽总体具备较自然的属性，但其连片集中且斑块形状复杂，会降低河岸带植被多样性.而村庄用地内无序自发的河岸土地使用、城市建设用地对河道的渠化硬化造成河岸带的破坏，均直接降低植物多样性.

4 小结

(1)本研究共记录到九十九溪河岸带植被43科94属94种，其中乔木植物17科23属23种，灌木12科13属13种，草本18科58属58种，草本植物占主导地位.

(2)九十九溪草本植物的均匀度低于灌木植物，灌木低的均匀度于乔木植物，反映出在人为干扰比较强的城市化地区，河岸植物群落的自然梯度变化与演替已不再是影响群落的构成与结构的主要因素.而人为干扰的主要是乔木与灌木，对草本的“筛选”较为放任和粗放，因此草本植物种间数量的分配更加广泛与稳定，而乔木植物与灌木植物的异质性较低，更易随着人为干扰而发生变化.

(3)不同河段的植被景观风貌表征出不同的特征.自然格调消失较多的工业区、城区河段外来植物出现频率高;而乡村、农田河段相对比较自然，基本保持乡村的自然植被景观风貌，具有地带特色的乡愁景观要素依然存在.

(4)从总体土地格局层面上看，城镇化地区河流空间异质性对植物多样性存在胁迫，建设用地类型越多，对生物多样性胁迫越大，特别是城市建设用地的出现致使生物多样性大幅下降.

致谢:本研究得到梁冰晶、金佳莉、李喆靓、李淑涵、史尙睿等同学，以及晋江市林业局施荣达、吴良荣等的鼎力帮助，在此深表感谢!

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