大清河流域河岸带类型划分与植被特征1)

李锐锋 杨建英 张艳 李秋梅 毕洋涛 刘洋 赵泽镐 毕彪

(北京林业大学，北京，100083)(岭南师范学院)(北京林业大学)

河岸带是指高低水位之间的河床以及被抬高的水位、极端洪水和土壤持水能力对植物影响完全消失的区域[1-2]，具有植被、土壤、地形、地貌和水文特性，以及明显的边缘效应[3]，在河、溪的“边缘”，河岸带往往拥有明显的过渡特征、显著的动态涨落以及频繁的超承载现象[4]。河岸带是水生生态系统和陆地生态系统的交错过渡带[5]，具有独特的生态功能，是进行物质、能量和信息交换的重要生态区域，在发挥廊道功能、防治水环境污染、植物护岸功能和社会经济功能方面发挥重要作用[6-8]。作为河岸带生态系统的重要组成部分，植被与土壤是关系河岸带稳定性、生物多样性、富集和过滤各种营养元素等方面的重要因素[9-11]。物种多样性能有效地表明植物群落组成和结构异质性以及植物群落与自然环境因素的关系[12-13]，能够代表河岸带的自然程度，是生物群落多样性研究的核心内容之一[14-15]。河岸带岸坡坡度、坡长、海拔高度、土壤状况以及人为干扰程度等因子是河岸带植物的生长及分布的关键因子[16-19]。

近年来，人类耕作、污水排放、河流开发等人为活动对河流河岸带资源的过渡或不适当开发利用，使河岸带高度硬化和破碎化，破坏了生物栖息地，使得乡土物种减少，植物多样性降低，严重影响了河流河岸带功能的发挥[9，20-21]。河岸带具有横向空间的过渡性，从横向结构来看，河岸带可分为近水区域、河滨区域、近岸区域3部分结构[4]。目前国内许多学者针对河岸带的植被类型以及河岸带结构的某一特征进行类型划分并进行植被特征研究[5，22-24]。结合大清河流域内河岸带破碎化严重、乔木种类较少、乔木种类受人为干扰的影响以及进一步导致林下植被生长状况存在较大差异的情况，对存在乔木的河岸带进行研究显得尤为重要。鉴于此，本研究以大清河流域南拒马河、界河-龙泉河-清水河为研究对象，通过野外调查与室内试验，对2条河道内存在乔木的河岸带进行类型划分，并研究不同类型的河岸带植被数量特征、多样性差异，提出河岸带的植被优化建议，以期为大清河流域河岸带的生态修复提供基础信息和理论依据。

1 研究区概况

大清河流域(38°10′～40°N，113°40′～117°E)位于海河流域中部、太行山东麓，流域总面积为43 060 km2，其中山区面积22 822 km2，占53%；平原面积20 238 km2，占47%，地势由西北向东南倾斜，西部属太行山脉，由中山区、低山区和丘陵3部分组成，东部属华北平原。流域属温带大陆性季风气候，四季分明。多年平均气温11.6 ℃，山区多年降水量为582.2～618.6 mm，平原为501.5～547.3 mm。

选取大清河流域内南拒马河、界河-龙泉河-清水河进行研究。南拒马河位于大清河流域东北部，是大清河北支的主要行洪通道，承接上游拒马河分流洪水和北易水、中易水等支流洪水，为流域内唯一一条未断流的河道，全长83 km。界河-龙泉河-清水河位于流域中部，起源于易县甘河净乡栾木厂村，最终汇入府河，长127 km。界河经河北省保定市满城区流至下游龙泉河，至北辛店保衡(水)公路以东称清水河，2条河道在行洪功能、地域位置上具备一定代表性。

本研究所选的河岸带断面在平原区、低山区均有分布(海拔9.48～363.65 m)，样地土壤质地以壤土为主，土壤类型主要有普通褐土、黄土、棕壤土等类型。河岸带内植被类型以草地、林地为主。在本研究选取的2条河的两侧，乔木植被带破碎化严重，人为干扰较为强烈，自然型树种已少有存在，主要以经济林树种桃树(Amygdaluspersica)、柿树(Diospyroskaki)以及防护林树种杨树(Populusspp.)为主，更有河段乔木植被带被农耕地所取代。因此，调查主要针对南拒马河、界河-龙泉河-清水河两侧的乔木植被带进行。

2 研究方法

2.1 调查样地的选择及调查内容

利用BIGEMAP地图下载器，观察2019年6月南拒马河、界河-龙泉河-清水河的卫星地图(级别为18)，分析2条河道河岸带岸坡的人为干扰情况、河岸带土地利用情况、植被分布状况等，基于此，在南拒马河、界河-龙泉河-清水河共选取了25个典型河段(见图1)。

2019年8月，对典型河段进行野外调查。河槽调查包括海拔、经纬度、河槽宽度、入河岸坡坡度、坡长以及坡面的人为干扰情况；河岸带调查包括土地利用类型、河岸植被带宽度，考虑到部分河段的河岸带植被宽度较窄，因此设置面积为10 m×10 m的乔木样方，(每个样方内沿对角线共计设置5个1 m×1 m草本小样方)。各样方内观测植物群落特征和种类组成，记录每个样方的乔木层、灌木层和草本层的总盖度、植物物种名、群落盖度、株数和平均高度。同时，在调查样方内，重复性挖取3个土壤剖面并观察记录土壤质地，按0～20 cm和20 cm以下分层进行环刀、自封袋的土样收集，带回实验室测定土壤密度、含水量、毛管孔隙度等指标。

2.2 数据处理

物种多样性指数选取Margalef丰富度指数(R)、Shannon-Wiener多样性指数(H)、Pielou均匀度指数(JSW)，对研究区不同类型河岸带的草本层物种多样性进行分析和比较，计算公式如下：

物种重要值=(相对多度+相对盖度+相对高度+

相对频度)/4。

(1)

R=(S-1)/lnN。

(2)

H=-∑PilnPi。

(3)

JSW=H/lnS。

(4)

式中：S为物种数目；N为所有物种的个体数之和；Pi为第i种的相对重要值。

采用单因素方差分析比较不同类型河岸带间的植物多样性的差异。统计分析过程均在软件SPSS 26.0上进行，采用最小显著差异法比较均值之间的差异程度，显著性水平全部设置为P<0.05。

3 结果与分析

3.1 大清河流域河岸带类型划分

对南拒马河、界河-龙泉河-清水河2条河道的河岸带进行了沿线调查，共计细致调查乔木样地25处。调查的乔木样地在平原、低山地区均有分布，且植被带宽度分为0～20、>20～50、>50 m共3种，河岸带周边的土地利用类型主要有林地、建设用地、耕地(见表1)。其中，在平原靠近城镇的河段，供人类休憩、娱乐的景观河岸带样地2个；处于平原地区且种有经济树种的河岸带样地4个；处于低山地区种有经济树种的河岸带样地4个；处于平原地区存在人工护岸林，且后期基本没有受人为干预，保留为近自然状态的河岸带样地11个，以及在低山部分的此类河岸带样地4个。根据地形以及河岸带内的乔木类型对上述河岸带命名为：平原景观型河岸带、平原经济林型河岸带、平原人工护岸林型河岸带、低山经济林型河岸带和低山人工护岸林型河岸带。

图1 大清河流域河岸带研究区样点分布示意图

表1 大清河流域河岸带类型调查样地信息

3.2 大清河流域河岸带植物种组成

经调查统计，大清河流域南拒马河、界河-龙泉河-清水河2条河道河岸带共出现植物70种，隶属34科，59属(见表2)。其中，菊科(Compositae)分布最多，有9属13种，其次为禾本科(Gramineae)有7属7种，豆科(Leguminosae)有5属6种、蔷薇科(Rosaceae)有3属5种，四大科共计有24个植物属，占调查总植物属的41.38%，植物种31种，占调查总植物种数的44.93%。仅包含一个植物属，且仅有一个植物种的有24科，占总科数的70.59%。在调查到的所有植物中，乔木共有11科12属15种、灌木共有3科3属3种、草本共有24科44属52种，可见大清河流域一定范围内的河岸带植被群落组成中草本种类最多，物种最为丰富(占总物种数的74.29%)，乔木、灌木种类较少。

表2 大清河流域河岸带植物科属分配情况

2条河道河岸带乔木大多为后期人为种植，除景观型河岸带外，各植被样地内多为单一树种。研究区内乔木主要以杨树为主，界河-龙泉河-清水河部分河段在进入山区后，河道两侧存在人为种植的果树，以柿树和桃树居多。在调查样地内，灌木相对较少，以大叶黄杨(Buxusmegistophylla)、胡枝子(Lespedezabicolor)和荆条(Vitexnegundovar.heterophylla)为主。草本以1年生草本为主，出现频率较高的有狗尾草(Setariaviridis)、藜(Chenopodiumalbum)、猪毛菜(Salsolacollina)，3种草本植物在25个调查样地内的出现频度分别为72%、56%、56%。

对比不同类型河岸带的植被群落组成占该总物种数的比例(见表3)可知，各类型河岸带植被结构分布各不相同，以重要值较高的植物种作为优势种。在乔木种方面，平原景观型河岸带靠近城镇，在树种的搭配上也应尽可能的符合景观需求，包含了国槐(Sophorajaponica)、紫叶李(Prunuscerasiferaf.atropurpurea)等植物种，与其他类型河岸带相比，乔木种类丰富，占所有调查乔木种类数的40%。平原人工护岸林型河岸带的乔木树种数量位居第2，包含5种乔木，主要为杨树、榆树(Ulmuspumila)、元宝枫(Acertruncatum)等，而平原经济林型河岸带包含的乔木种类较少，主要以杨树、栾树(Koelreuteriapaniculata)、梧桐(Firmianaplatanifolia)为主；在低山地区，低山经济林型河岸带、低山人工护岸林型河岸带的乔木种类相对较少，均只包含2种，均以桃、柿、李子(Prunuscerasifera)等果树为主。

在灌木种方面，调查样地内出现的种类较少，仅有荆条、胡枝子和大叶黄杨(Buxusmegistophylla)，对比不同类型河岸带灌木种的差异可知，有4种河岸带均包含1种灌木，而低山经济林型河岸带样地内没有出现灌木。

在草本方面，平原人工护岸林型河岸带存在的种类最多，占调查的总草本种类的65.38%，其次为低山人工护岸林型河岸带(38.46%)。对比可知，不同类型的河岸带的草本优势种不同，在平原景观型河岸带内，苜蓿(Medicagosativa)和鸢尾(Iristectorum)的优势度较高，并且这2种草本植物在其他4类河岸带内没有出现。在平原地区的河岸带内，草本主要以虎尾草(Chlorisvirgata)、铁苋菜(Acalyphaaustralis)、猪毛菜和狗尾草为主，而在低山地区，河岸带内草本以鸭跖草(Commelinacommunis)、龙葵(Solanumnigrum)和马唐(Digitariasanguinalis)为主。

表3 大清河流域不同河岸类型植被优势种组成

3.3 不同类型河岸带的植被特征和多样性差异

在调查的25块样地中，平原景观型、平原经济林型、平原人工护岸林型、低山经济林型、低山人工护岸林型河岸带占比分别为8%、16%、44%、16%和16%，包含经济林以及人工护岸林的河岸带数量居多，经过人为修建的景观型的河岸带最少。不同程度的人为干扰，对河岸带植被空间分布和特征变化具有重要影响。由表3可知，不同类型河岸带之间的植被特征变化明显，且多样性指数、丰富度指数、均匀度指数存在显著性差异(P<0.05)。

单因素方差分析结果表明，不同类型河岸带的乔木郁闭度、林下植被盖度均无显著差异(P<0.05)，低山经济林型河岸带的乔木郁闭度最大，林下植被盖度最小；而平原人工护岸林型河岸带的乔木郁闭度最小，林下植被盖度最高。在植被多样性、丰富度、均匀度指数方面，5种河岸带均表现为：平原景观型、平原人工护岸林型河岸带显著高于平原经济林型河岸带(P<0.05)，且除平原经济林型外的4种河岸带之间的植被指数无显著性差异(P<0.05)，可以说明人为对河岸带的占用、干扰在平原段尤为明显。

表4 大清河流域不同河岸带植被数量特征与多样性

4 结论与讨论

景观型河岸带大多处于海拔相对高度低于100 m的地区，岸坡上缘地形平坦，周边土地利用主要为建设用地，该类型河岸带的功能主要为供人类休憩、娱乐[25]，植被带宽度均匀，植被搭配较为丰富，但该类型仅在平原地区存在2处，这可能是由于在河道上游山区存在的城镇较少，人们对河岸带所起到的景观生态功能需求较低，同时，界河-龙泉河-清水河的上游常年河道无水，也为构造景观型河岸带增加了难度。经济林型河岸带在不同海拔区间均有分布，在低海拔地区，乔木主要以景观树种的幼苗为主，而在海拔400 m以上的区域，乔木树种主要以果树为主。人工护岸林型河岸带内的植被往往存在于30°左右的岸坡或岸坡上缘、坡度较小的平坦地带，周边土地利用类型以耕地为主，该类型河岸带的样地数最多，且大多集中在平原地区，这可能是由于在平原地区的河道常年无水，河岸带也因此没有得到较好的管护，林分则以早期种植的人工林为主，使得河岸带呈近自然状态，植被带破碎化严重。

综合分析大清河流域内的物种组成可知，研究区内草本种类较多，乔木、灌木种类较少。不同的植被结构类型起到的作用不同，河岸带中的草本植被带可以拦截径流中的泥沙、过滤沉淀物质上附着的营养物质，从而起到净化水质，减少水体污染的效果；河岸带的乔木林带、灌木林带可以起到保护堤岸、防止水体富营养化的作用，同时在景观中起到重要作用[26-27]。乔-灌-草的搭配方式可以使河岸带在稳固河岸、保护地下水和饮用水供给等方面效果更为出色[26]。大清河流域内的护岸树种较为单一，多为杨树、榆树，且基本为纯林，在垂直方向上，植被多为乔木单层、草本单层或者乔-草的双层结构，林分中乔木层、灌木层物种多样性较差，使得河岸带的稳固河岸、视觉景观美感、提供水生栖息地等生态服务功能得不到充分发挥[28-29]。

研究区内平原经济林型、低山经济林型河岸带内的乔木树种以经济林树种为主，应在保证乔木林带宽度的同时[30]，在林下应增种胡枝子、荆条等乡土灌木种以及苜蓿、鸢尾等具备景观功能的草本种，使植被群落层次更为丰富和多样化，可以起到更好地自我恢复效果，同时还可保证河岸带的观赏性[31]；平原、低山人工护岸林型河岸带的乔木种类较为单一，后期应综合考虑河岸带周边社会因素以及海拔等立地因子，引用乡土树种营造混交林，保证乔木种的多样性，提高河岸带的生态稳定性、抗灾害能力[32]，更好地发挥河岸带过滤沉淀物质和吸收径流中的污染物质的功能。

河岸带作为人类活动聚集的场所，不合理的土地利用方式广泛存在，这显著地改变了河岸带植被的生长环境(如使光照条件改变)，从而导致不同类型河岸带之间的植被特征、多样性指数存在差异[33-34]。在平原、低山人工护岸型河岸带样地内，乔木郁闭度要明显低于景观型河岸带及经济林型河岸带，而林下植被盖度要明显高于其余3种类型，这可能是由于在乔木郁闭度较小的样地内，草本接受的阳光较为充足，加之草本植物植株较小，可充分利用微环境斑块进行生长[35]。

植物多样性指数可客观反映河岸带内各植物种类多少以及各植物种分布的均匀程度[36]。研究区内各类型河岸带的多样性、丰富度、均匀度指数由高到低为平原景观型、平原人工护岸林型、低山人工护岸林型河岸带、低山经济林型、平原经济林型，且存在显著差异(P<0.05)。由此可见，植物多样性的差异与人类根据自身需求对河岸带进行干扰和改造紧密相连，平原景观型河岸带内的植物多为当地后期修建河岸带时所种植，其内的草本受人为绿化影响，具有生长优势，因此物种较为丰富，分布较为均匀[37]；平原、低山地区的人工护岸型河岸带内，植被受人为干预较少，其生长状况主要受自然条件和其所在位置与水域的距离影响[22]，在平原、低山地区的经济林型河岸带内，人为活动较多，尤其在园地、苗圃环境下，林下植被的生长受抑制严重，致使河岸带内多样性指数均表现为较低水平。

综上所述，在对大清河流域河岸带进行植被修复时，应结合土地利用情况、立地条件等因素分析恢复的可行性；根据不同河段河岸带应具备的功能，规划最适的植被带宽度，并在宽度范围内进行不同植被种类的筛选及布设，从而最大效率地利用有限空间，使其起到景观生态、控制面源污染、拦截泥沙以及枯枝落叶等作用，同时应加强对河岸带内药物除草等行为的监管力度，增强人类河岸带保护意识，保证河岸带内的植物种多样性，共同维护河岸带健康。