平原村庄区河岸带植被特征研究

林立怀，夏继红，毕利东，伊紫函，曹伟杰(河海大学水利水电学院，南京 210098)

河岸带是河流与陆地生态系统之间进行物质、能量、信息交换的重要生态过渡区，具有独特的生态结构和服务功能[1]。河岸带植被是河岸带生态系统最主要的生产者，在维持整个生态系统的结构和功能方面都有着非常重要的作用[2]。河岸带植被不仅发挥着稳定岸坡、保持水土、净化水体、生物廊道、丰富物种等一系列的自然保护功能，还具有一定的社会保护及休闲娱乐功能[3]。因此，了解河岸带植被组成及其特点对河岸带生态建设有着重要的意义。近年来，已有一些学者对河岸带植被开展了调查研究，如，沈亚强等[4]通过对黄河干河岸带植物的调查，研究了植物群落特征及其与环境的相互关系。Mendez-Toribio等[5]研究了杜罗河流域土地利用方式对河岸带植被多样性的影响。现有研究大多集中于骨干河道的河岸带植被群落结构、数量特征、功能及其影响因素等。但针对村庄中小河流河岸带植被分布的研究鲜见。本文以浙江省桐乡市石门镇白马塘村为研究区，通过现场调查，深入探讨平原村庄中小河流河岸带植被分布特征及其物种多样性，以期为中小河流河岸带退化区域的生态修复或重建提供基础信息与理论依据。

1 研究区概况

本研究以桐乡市石门镇白马塘村(120°27′E，30°38′N，海拔6 m)为研究区(位置如图1所示)。研究区区域面积为4 km2，区域内河道纵横，水系发达，主要包括京杭运河、白马塘河、油车桥、曹家笕港等多条河道，为典型的江南平原水网区。该区域自2009年以来开展了农村河道生态建设，重点对河岸带实施了生态化防护，主要采用了生态混凝土球、生态混凝土砌块、生态扇形砖、鱼巢、生态袋、五丰砌块、纯植被等7种材料实施防护。

图1 研究区域及区段设置示意图Fig.1 Location and segments of study area

2 研究方法

2.1 区段选取与样方设置

研究中，按照不同建设方式，分别选择京杭运河、白马塘河、曹家笕港、油车桥港、秀才桥港5条典型河道为研究区段(见表1)。每个区段设置3个典型断面，每个断面设置1个10 m×10 m的乔木样方，1个5 m×5 m灌木样方，3个1 m×1 m草本样方，其中，草本样方按照离坡脚距离大小并结合断面结构特点选取，各样方间隔距离为1～5 m。主要监测记录的指标包括：乔木层的种类、树高、数量、胸径和冠幅；灌木层与草本层的种类、盖度、株高、数量。调查分别于2013年10月、2014年4月、2014年10月进行。

表1 各区段基本特征Tab.1 Characteristics of each segment

2.2 植被多样性计算及分析方法

本文选择了Patrick丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数来测度和分析农村区域河岸带植物物种多样性特征。具体的指数计算公式如下[6]：

(1)Patrick物种丰富度指数：

R=S

(1)

(2)Shannon-Wiener物种多样性指数：

(2)

(3)Pielou均匀度指数：

J=H′/lnS

(3)

式中：S为某一样方内出现的物种数；Pi=ni/N，ni为某一样方内物种i的数量；N为该样方内所有物种的总数量。

数据处理及统计分析在应用Origin9.0和SPSS19.0上进行。其中统计分析对单因素方差分析采用LSD法显著性检验。

3 结果与分析

3.1 河岸带植被物种组成

经调查统计，该区域河岸带共有维管束植物43种，隶属于27科，41属。其中，单种属、单属科所占比例较高，分别为95.12%与70.37%，与已有河岸带植被调查结果[7,8]类似。所有植物中，草本植物种类最为丰富，以禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)、玄参科(Scrophulariaceae)等为主，主要物种有马唐[Digitaria sanguinalis (L.) Scop]、狗尾草[Setaria viridis (L.) Beauv]、狗牙根[Cynodon dactylon (Linn.) Pers]、牛筋草[Eleusine indica (L.) Gaertn]、马兰(Kalimeris indica)等，共计17科30属31种，占河岸带植被总数的72.09%；乔木主要有柳树(Salix babylonica)、水杉(Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng)、栾树(Koelreuteria paniculata Laxm)等物种，共计7科7属7种，占总种数的16.80%；灌木包括紫薇(Lagerstroemia indica L)、紫叶李[Prunus Cerasifera Ehrhar f. atropurpurea (Jacq.) Rehd]、红叶石楠(Photiniaxfraseri)以及小叶黄杨(Buxus sinica var. parvifolia M. Cheng)4种，占9.30%；调查区域内仅发现五叶地锦(Parthenocissus quinquefolia)一种藤本植物。由此可以看出，河岸带具有丰富的物种组成，表现出明显的过渡性与生态边缘效应[9]。

根据该区域河岸带植被的优势种类组成、外貌特征和环境条件等，研究区域河岸带植被可划分为3个主要植物群落类型。第一种群落类型为马唐+狗尾草群落，这两个物种都为常见的旱地杂草。在调查的45个草本样方中，二者共同出现的样方数高达21个，且二者长势相当，以T3区段最为突出。伴生种有水苏、稗草、香附等；第二种类型为狗牙根+牛筋草群落，狗牙根多年生草本植物，具有根状茎和匍匐枝，须根细而坚韧。牛筋草为一年生草本，其根系极发达。这两种植物组成的群落广泛分布于研究区河岸带岸坡上，其中T1、T3、T5区段最多，伴生种有鳢肠、看麦娘等。第三种类型为空心莲子草+马唐群落，主要分布于T4区段，这两种植物共同构成优势种。其中，空心莲子草别名喜旱莲子草、水花生等，为苋科莲子草属的一种多年生宿根性草本，属于外来入侵物种。该群落伴生种有马唐、牛筋草等。

3.2 物种丰富度空间变异性

各区段物种丰富度如图2所示。由图2可知，T5区段的物种丰富度最高，T4区段的物种丰富度最低，并明显低于其他区段(p<0.05)。乔木及灌木层丰富度在各个区段间的变化不显著(p>0.05)，且各区段内灌木种类均较少，T2、T3、T5区段均只有一种灌木，T4区段未发现任何灌木。除T4区段以外，其他4个区段的草本植物种类均在10种以上，T5区段草本植物种类最多，有17种，显著高于T4区段(p<0.05)。

图2 各区段物种丰富度Fig.2 Richness index in each segment

T4区段的物种丰富度之所以最低，主要是由于周边农户在该区域河岸岸坡上种植棉花，原岸坡上的大多数植被已被铲除破坏，仅有少量如马唐、空心莲子草等繁殖力和再生力强的几个物种存活，可见人为干扰对河岸带植被的丰富度有着重要的影响。

3.3 物种多样性空间变异性

不同区段河岸带草本植被Shannon-Wiener多样性指数(H′)及Pielou均匀度指数(J)的分析计算如表2所示。可以看出，距坡脚4 m以内区域的植被多样性指数较大，这主要是由该区域内水流作用和水分含量的空间异质性所决定。该区域为滨水区，区域内土壤较为湿润，既有水生植物，也有陆生植物，还有两栖植物，植物种类丰富，长势较好，因此拥有更高的多样性。

表2 河岸带植被多样性指数变化特征Tab.2 Characteristics of species diversity of riparian vegetation

注：同一区段同列相同字母表示该指标差异不显著(p<0.05)。

不同区段间的Shannon-Wiener多样性指数之间存在一定差异，如T5区段的Shannon-Wiener指数相对高于其他4个区段，这除了建设模式不同的原因外，还与岸外土地的利用方式有关，T5区段的岸外土地利用方式为林地，种植栾树林，为植物生长提供了良好的生境，而且距离人类活动范围较远，人为干扰较小，二者因素致使其物种多样性较高。而T1、T3、T4区段岸外土地利用方式为农业用地，河岸带植被在很大程度上会受到农田干扰，主要是农村大量使用化肥与农药，在降雨的冲刷作用下，通过径流向河岸带扩散，造成面源污染，改变了河岸带土壤的养分和化学成分，而这一变化会引起某些物种无法生长，另一些物种则出现疯狂生长现象，最终导致该区域某些物种的优势度极高，而整体的多样性则偏低。T2区段紧邻居住区，由于长期的人类生活活动，对该区域的群落形成一定干扰，使其多样性下降。各样方的Pielou均匀度指数在0.37～0.82之间，其变化趋势与Shannon-Wiener指数基本一致。T4区段的均匀度指数偏低，其植物群落为空心莲子草和马唐群落，空心莲子草属于外来入侵物种，具有竞争优势，排挤其他植物，使群落物种走向单一化，破坏了当地的河岸带生态环境，使区段中的Pielou均匀度指数较低。

Shannon-Wiener多样性指数也显著低于采用纯植被防护模式的T5区段(p<0.05)，而各区段间的平均Pielou均匀度指数差异不显著(p>0.05)。但在同一区段内，随着样方与坡脚距离的增加，Shannon-Wiener多样性指数与Pielou均匀度指数呈下降趋势，特别是距坡脚1～2 m范围内的Shannon-Wiener多样性指数及Pielou均匀度指数都显著高于岸顶以外区域(p<0.05)。

4 结 论

(1)研究区域河岸带共有维管束植物27科41属43种，群落物种组成较为丰富，说明河岸带生态建设对保护物种多样性有着重要的作用。

(2)在河岸横向上，随着离河岸坡脚距离的增加，植被的Shannon-Wiener多样性指数及Pielou均匀度指数均呈下降趋势。

(3)河岸带生态修复应以当地植物物种为主，以避免外来入侵物种对河岸带生态系统造成损害。

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