湖北远安县湿地植物多样性及群落数量特征研究

欧文慧 汪爱玲 王建凯 许松 郦希墨 张晓伟 韩建萍 张卫华 李静 史梅容

摘 要： 采用野外濕地样方调查及结合文献资料，选择物种多样性指数，研究了湖北远安县湿地植物多样性、区系特征、主要群落类型及数量特征。结果表明：远安县湿地植物有108科264属360种，科级区系分布类型可划分为7类5种变型，以世界广布和热带分布型为主，温带分布类型较少，中国特有类型仅1科。县域范围内分布的典型湿地植物群落54种，群落物种多样性指数中，Patrick指数均值为18.80±5.19;Shannon-Wiener多样性指数均值为2.15±0.39;Simpson优势度指数均值为0.81±0.10;Pielou均匀度指数均值为0.75±0.10;Margalef指数均值为3.44±0.87。鬼针草群丛的Patrick指数与Margalef指数最低，竹叶眼子菜群丛的香农多样性指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数最低;芋群丛Patrick指数最高，乌桕群丛Pielou均匀度指数最高，加杨群丛香农多样性指数和Simpson优势度指数最高，白饭树群丛Margalef指数最高。该研究结果可为远安县及类似地区湿地生态系统保护修复及湿地资源管理提供了基础资料和科学依据。

关键词： 物种多样性;植物区系;湿地植物群落;远安县

中图分类号：Q948.1   文献标识码：A   文章编号：1004-3020（2021）05-0048-08

Flora and Community Diversity of Wetland Plant in Yuanan，Hubei Province

Ou Wenhui（1）  Wang Ailing（2）  Wang Jiankai（2） Xu Song（2）  Li Ximo（2）  Zhang Xiaowei（2）  Han Jianping（3）  Zhang Weihua（3） Li Jing（4） Shi Meirong（5）

（1.Faculty of Resources and Environment，Hubei University Wuhan 430062;

2.Hubei Yuanan Juhe National Wetland Park Administration Yichang 444299;

3.Jingmen Forest Science and Technology Extension Center Jingmen 448000;

4.Hubei Xisaiguo National Forest Park Administration Yichang 443100;

5.Wuhan Forestry Investigation，Planning and Design Institute Wuhan 430023）

Abstract： Wetlands with many important ecosystem service functions were considered to be the most biologically diverse ecosystems in nature.The health and function of wetland ecosystems were profoundly affected by plant diversity.The understanding of plant diversity and flora was considered an important prerequisite for the development of wetland ecosystem management.Based on literature data and survey results of wetland patch samples，the authors analyzed the wetland plant species，flora，typical communities and diversity characteristics of Yuanan.The results showed that there were 108 families，264 genera and 360 species of wetland plants in Yuanan.The family-level floristic distribution types could be divided into 7 types and 5 variants.The distribution types were mainly widespread and tropical in the world，while the temperate distribution types were few.There was only 1 family belong to endemic to China type.There were 54 typical wetland plant communities distributed within the county.The results of different species diversity index shown that，the average Patrick index，Shannon-Wiener diversity index，Simpson index，Pielou index and Margalef index was 18.80±5.19，2.15±0.39，0.81±0.10，0.75±0.10 and 3.44±0.87，respectively.The Patrick index and Margalef index of the Bidens pilosa form were the lowest，the Shannon-Wiener diversity index，the Simpson index，and the Pielou index of the Potamogeton malaianus form were the lowest;the Patrick index of the Colocasia esculenta form was the highest，and the Pielou of the Sapium sebiferum form was the highest.The Shannon-Wiener diversity index and Simpson index of the Populus canadensis form group were the highest，and the Margalef index of the Flueggea virosa form was the highest.The research results provide basic data and scientific basis for the protection and restoration of wetland ecosystems and management of wetland resources in Yuanan and similar areas.

Key words： species diversity;flora;wetland plant community;Yuanan Country

根据《湿地公约》的定义，湿地是指天然或人工、常年或季节性、蓄有静止或流动的淡水、半咸水或咸水沼泽地、泥炭地或水域，包括低潮时水深不超过6 m的海域[1]。湿地与人类的生存、繁衍、发展息息相关，是自然界最富生物多样性的生态系统和人类最重要的生存环境之一，在蓄洪防旱、调节气候、控制土壤侵蚀、促淤造陆、降解环境污染等方面体现出重要的生态功能[2，3]。湿地作为处于水域和陆地过渡形态的自然体，具有脆弱和不稳定的特征。随着社会和经济的高速发展，全球约80%的湿地资源丧失或退化[4]，严重影响了湿地区域生态、经济和社会的可持续发展。因此，了解湿地生态系统的结构与功能对湿地生态系统管理具有重要的意义。

生物多样性是指一定时空范围内不同种类有机体所构成稳定的生态综合。它是维系生态系统能量流动、物质循环、信息传递的重要环节，也是人类赖以生存的物质基础。其中物种多样性则是生物多样性最主要和结构和功能单位[5]。植物是湿地生态系统的重要组成部分，同时也是湿地生态系统中主要的初级生产者。除了能量供给外，植物还具有环境指示、生物栖息、改善土壤等生态功能，对湿地生态系统结构的维持和生态服务功能的发挥具有重要的支撑作用[6-8]。湿地植物物种多样性与湿地生态系统服务之间存在复杂的交互作用关系，也是研究生态系统服务的关键基础。了解湿地植被物种多样性有助于揭示湿地生态系统对气候变化和人类活动的响应，是开展湿地生态系统管理的关键前提。

远安县是长江中游湿地带的重要组成部分[8]，其境内地形地貌条件复杂，雨热条件充足，具有多样的局部小气候，河流、库塘等类型湿地分布广泛，湿地生物多样性丰富。但目前相关研究较少，湿地植被多样性仍不明确。李晓玮对远安县植物多样性的研究结果侧重于对物种组成与区系類型的分析，而对于群落物种多样性情况并未深入分析[9]。本研究拟结合文献资料和湿地样方调查，对远安县湿地植物物种、区系、典型群落和多样性特征进行研究，以期为远安县及类似地区湿地生态系统保护修复及湿地资源管理提供基础资料和科学依据。

1 研究方法

1.1 研究区概况

远安县位于长江中游，湖北省中部偏西、鄂西山地向江汉平原过渡地带，宜昌市东北部，素有“西蜀门户、荆襄要冲”之称。地跨东经111°14′～111°52′，北纬30°53′～3l°22′。县域东、东南与荆门市、当阳市毗连，西与宜昌市夷陵区为邻，北同保康县、南漳县接壤。县境东西横距61.3 km，南北纵距54.0 km，国土面积1 752 km2，湿地面积2 989.14 hm2，湿地率1.71%。县城鸣凤镇东距省会武汉市355 km，西南距宜昌市117 km。亚热带大陆季风气候，雨量充沛、雨热同期，光照充足、四季分明。近30年气候资料分析表明，远安县年均气温15～17 ℃，年极端最高气温39.6 ℃;年极端最低气温-8.9 ℃。年均无霜期255 d。年均降雨量1 000～1 100 mm，但分配不均匀，多集中于6、7、8三个月。年均日照时数在1 496.8～2 051.2 h之间，日照率为41.6%。全年多西北风和偏北风，夏季盛行东南风[10，11]。

1.2 调查方法

本研究以远安县全国第二次湿地资源调查结果为基础，采用样方调查法对远安县境内湿地斑块的植物群落进行了较为全面的调查。按照《植物群落清查的主要内容、方法和技术规范》[12]，在各湿地斑块中随机选择典型植物群落，分别设置乔木5 m×5 m、灌木2 m×2 m、草本和水生1 m×1 m标准样方，共设置样方87个，记录样方所在湿地类型、地理位置、海拔、样方植物群落全部物种及株数、盖度。

1.3 数据分析方法

1.3.1 湿地植物物种与区系分布类型

通过对远安县湿地斑块植物群落的实地调查，现场识别鉴定，调查并记录植物物种名称，对存疑种拍照记录并采样带回实验室进行鉴定。结合以往研究资料，汇总远安县湿地植物名录，并对植物科属情况及区系分布类型进行统计分析[13]。植物科、属、种统计及物种区系地理成分分类参考《中国植物志》分类体系[14，15]。

1.3.2 重要值

用重要值代表湿地植物群落中各物种的优势程度[16]，其计算公式为：

物种重要值IV=相对盖度+相对密度2

相对盖度=某个种的盖度所有种盖度之和

相对密度=某个种的个体数所有种的个体总数

1.3.3 物种多样性指标

选取Patrick指数（R）、Margalef指数（M）、Simpson指数（D）、Shannon-Wiener指数（H）、Pielou均匀度指数（E）5个常用多样性指数用以测度湿地植物物种多样性与均匀度[5，16]，各指标计算公式如下：

Patrick指数以物种种数代表物种多样性程度，侧重于样方内现存的不同物种总数;

R=S

Margalef指数是一种物种丰富度指数，以样方物种数与个体总数的比值为基础;

M=S-1lnN

Simpson优势度指数为各物种个体数与个体总数的比值之和，综合反映了样方群落的物种丰富程度;

D=∑Si=1NiN2

Shannon-Wiener多样性指数套用信息论中熵的计算公式，其结果反映了种的个体出现的不确定程度;

H=-∑Si=1（PilnPi）

Pielou均匀度指数为Shannon-Wiener多样性指数与物种总数的比值，反映样方内物种分布数量的均匀程度。

E=HlnS

上述式中，S为样方内植物物种总数;N为样方内植物个体总数;Ni为样方内第i个物种的个体数;Pi为样方内第i个物种重要值与样方物种重要值之和的比值。

2 结果分析

2.1 植物物种组成特征

结果表明远安县湿地植物共360种，隶属于108科264属，其中轮藻门1科1属1种，蕨类植物10科11属12种，裸子植物3科3属3种，被子植物94科251属344种。维管束植物科数、属数和种数分别占中国维管束植物总科数的30.31%、总属数的8.29%和总种数的1.20%。其中包括国家重点保护植物5种，分别为Ⅰ级重点保护野生植物1种，为银杏Ginkgo biloba，系栽培种;Ⅱ级重点保护野生植物4种，分别为樟Cinnamomum camphora、莲Nelumbo nucifera、野大豆Glycine soja和胡桃Juglans regia。

图2表明，远安县湿地维管束植物107个科中，包含8个属及以上的科数量为6个，共包含属数88个，占全部物种属数的33.46%。包含8个以下属的科数为101个，占全部物种属数的66.54%。包含8属以上的科依次为菊科Asteraceae 24属、禾本科Poaceae 24属、豆科Fabaceae 13属、蔷薇科Rosaceae 10属、唇形科Lamiaceae 9属和大戟科Euphorbiaceae 8属。

图3表明，远安县湿地维管束植物科中含10种及以上物种的科数量为8个，包含物种数147种，占全部物种数的40.95%;含10种以下物种的科数量为99个，包含物种数212种，占全部物种数的59.05%;仅含1个物种的科数量为60个，占全部物种数的16.71%。菊科、禾本科、蔷薇科、大戟科、豆科、唇形科和蓼科Polygonaceae为依次为包含10个物种以上的科。

远安县湿地维管束植物属总数为263个，仅包含1个物种的属共207个，占总属数的78.41%，物种数占物种总数的57.50%;包含1个物种以上的属共56个，占总属数的21.21%，物种数占物种总数的41.67%。其中图4依次表示包含物种数最多的前8个属，分别为萹蓄属Polygonum、蒿属Artemisia、悬钩子属Rubus、大戟属Euphorbia、眼子菜属Potamogeton、莎草属Cyperus、景天属Sedum、珍珠菜属Lysimachia。

2.2 植物区系组成

根据《中国植物志》，远安县湿地维管束植物107个科，可分为7个分布类型和5个变型（表1）。其中，世界广布类型共43科，占总科数的40.19%;共包含164属，占总属数的62.36%。其中包含物种数较多的科有菊科、禾本科、蔷薇科、豆科、唇形科、蓼科、苋科、莎草科、毛茛科、十字花科、茜草科、伞形科、景天科、报春花科、旋花科、眼子菜科、桑科、石竹科、茄科。

热带分布类型植物共27科，占总科数的25.23%;共包含55属，占总属数的20.91%。其中包含物种数较多的科有大戟科、荨麻科、天南星科、葡萄科、夹竹桃科、凤尾蕨科、鸭跖草科、葫芦科、叶下珠科、漆树科、无患子科、锦葵科。此外还包括2种热带分布型变型，分别为热带亚洲-热带非洲-热带美洲分布类型和以南半球为主的泛热带分布。前者包括鸢尾科，后者包括石蒜科、商陆科、粟米草科。

旧世界热带分布类型和中国特有分布类型的植物均仅包含1科1属，前者包括芭蕉科，后者包括银杏科，占总科数和总属数的比例均为0.93%和0.38%。

北温带分布类型科数为8个，占总科数的7.48%;包含9属，占总属数的3.42%。分别为忍冬科、松科、百部科、百合科、天门冬科、大麻科、金丝桃科、五福花科。此外还存在3种北温带分布类型的变型，分别为北温带和南温带间断分布类型9科14属，占总科数和总属数的8.41%和5.32%;欧亚和南美温带间断分布类型1科1属，占总科数和总属数的0.93%和0.38%;地中海、东亚、新西兰和墨西哥-智利间断分布类型1科1属，占总科数和总属数的0.93%和0.38%。

东亚和北美间断分布类型科数为7个，占总科数的6.54%;包含7属，占总属数的2.66%。分别为球子蕨科、五味子科、三白草科、木兰科、菖蒲科、莲科、扯根菜科。

2.3 典型植被类型物种多样性

远安县54个典型湿地植物群落的物种多样性指数结果显示，包括Patrick指数（R）、Shannon-Wiener多样性指数（H）、Simpson指数（D）、Pielou均匀度指数（E）和Margalef指數（M）。Patrick指数在9～30之间，均值为18.80±5.19;Shannon-Wiener多样性指数在0.62～2.82之间，均值为2.15±0.39;Simpson指数在0.22±0.92之间，均值为0.81±0.10;Pielou均匀度指数在0.27～0.88之间，均值为0.75±0.10;Margalef指数在1.72～5.06之间，均值为3.44±0.87（表2）。

Patrick指数中，鬼针草群丛多样性最低，为9，芋群丛最高，为30;竹叶眼子菜群丛的Shannon-Wiener多样性指数、Simpson指数、Pielou均匀度指数最低，分别为0.616、0.218、0.267，加杨群落香农指数和Simpson指数最高，分别为2.817和0.925;乌桕群丛Pielou均匀度指数最高，为0.882;Margalef指数中，白饭树群丛最高，为5.059，鬼针草群丛最低，为1.719。不同的湿地植物群落多样性指数经标准化后，在不同群落类型的变化趋势上具有相似性。

3 结论与讨论

远安县湿地斑块共调查到植物108科264属360种，其中轮藻门植物1科1属1种，蕨类植物10科11属12种，裸子植物3科3属3种，被子植物94科251属344种。维管束植物科数、属数和种数分别占中国维管束植物总科数的30.31%、总属数的8.29%和总种数的1.20%。包含10个物种以上的科有8个，包含物种总数147个，占远安县全部湿地物种数的40.95%。与同样位于长江中游湿地带的洪湖湿地、益阳市湿地相比，远安县湿地植物丰富度在科属种层面均高于洪湖[17]，但低于益阳市[18]。可能是由于洪湖湿地以湖泊湿地为主，湿地类型较单一，且湿地总面积较小，因而该区域内能够维持生存的物种总数较少。益阳市湿地总面积较远安县更大，湿地类型更为丰富，能够维持较多的物种生存。相较于2012年对远安沮河湿地维管束植物的研究结果，湿地植物物种丰富度有较大幅度的增加[10]。

远安县湿地维管束植物107科可划分为7个分布区类型及其5个变型，其中世界广布型科占总科数的40.19%，占比最高。其次为热带分布科及其变型，占总科数的34.28%。其中又以泛热带分布型科为主，占总科数的25.23%。温带分布类型和中国特有分布类型科相对较少，温带分布类型科及其变型共26科，占总科数的24.30%;中国特有分布仅银杏科1科1属1种，占总科数的0.93%。结果表明本区植物区系具有显著的热带特征，同时兼具一定的温带特征。远安县位于北亚热带地区，以亚热带大陆季风气候为主要气候类型。本区域分布的湿地植物在科层面上特征与地域气候环境相符[19]。

远安县54个典型湿地植物群落类型中，Patrick指数均值为18.80±5.19;Shannon-Wiener多样性指数均值为2.15±0.39;Simpson优势度指数均值为0.81±0.10;Pielou均匀度指数均值为0.75±0.10;Margalef指数均值为3.44±0.87。鬼针草群丛的Patrick指数与Margalef指数最低，竹叶眼子菜群丛的香农多样性指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数最低;芋群丛Patrick指数最高，乌桕群丛Pielou均匀度指数最高，加杨群丛香农多样性指数和Simpson优势度指数最高，白饭树群丛Margalef指数最高。结果表明水生植物群落或湿生草本群落的物种多样性通常较低，而湿生的灌木群落或乔木群落通常具有较高的物种多样性。其原因可能是因为在水生环境或水位变化较大的湿生环境中，水淹条件对植物的定植起到了较大的限制和筛选作用，生命周期较短的草本植物占据了大部分生态位，其中又以少数适应性强的物种在群落中形成明显的优势，群落层次结构相对简单，物种多样性较低[20]。而在湿生的灌木群落或乔木群落中，植物所需的水分条件充足，但又较少受到水淹影响，群落环境能够支持更多物种的定植与生存，湿地植物群落能够演替至较高的阶段，从而形成了更为丰富的群落层次和物种多样性[21]。

从对远安县湿地植物物种、区系、典型群落和多样性特征进行的研究结果可知，远安县湿地分布广泛，具有较多的湿地植物物种。湿地植物区系中除世界广布型外，热带分布型占据了最大的部分，与本区域的主要气候类型相符。湿地植物群落类型丰富，其中以水生或湿生的草本植物群落为主，乔木或灌木植物群落较少。但乔木或灌木群落相对于草本群落，物种组成更为多样，通常具有较高的物种多样性指数。对比相关文献[9-11]与本研究结果，表明近年来远安县实施的湿地保护与修复工作成效显现，但依然存在一些问题，例如喜旱莲子草、凤眼蓝等外来物种入侵;农业或工矿业生产导致的水污染和水土流失问题等，需要在今后的湿地保护与修复工作中重点关注。

参 考 文 献

[1]国家林业局《湿地公约》履约办公室.湿地公约履约指南[M].北京：中国林业出版社，2001.

[2]雷昆，张明祥.中国的湿地资源及其保护建议[J].湿地科学，2005（2）：81-86.

[3]Hugjiltu Minggagud，Jie Yang.Wetland plant species diversity in sandy land of a semi-arid inland region of China[J].Plant Biosystems - An International Journal Dealing with all Aspects of Plant Biology，2013，147（1）：25-32.

[4]王学雷，吴宜进.江汉平原湿地系统的退化与生态恢复重建[J].华中农业大学学报，2004（4）：467-471.

[5]吴昊.不同类型群落物种多样性指数的比较研究[J].中南林业科技大学学报，2015，35（5）：84-89.

[6]毛鸿志，路宽，田玉宇，等.湖北长阳清江国家湿地公园植物群落及其多样性研究[J].湖北林业科技，2020，49（5）：31-36.

[7]Brandt Erika C，Petersen John E，Grossman Jake J，Allen George A，Benzing David H.Relationships between Spatial Metrics and Plant Diversity in Constructed Freshwater Wetlands.[J].PloS one，2015，10（8）：14.

[8]張惠琴，伍遇普，张成刚，等.宜昌市湿地资源现状及保护对策[J].湿地科学与管理，2015，11（4）：36-38.

[9]李晓玮.基于生境分析的远安县生物（植物）多样性保护规划研究[D].武汉：华中农业大学，2013.

[10]杨凤，杨国祥，张田国，等.湖北省远安县沮河湿地调查初报[J].湖北林业科技，2012（3）：52-54.

[11]肖正利，陈玉萍，敬顺华，等.湖北远安县阔叶混交林乔木树种生态位特征分析[J].南方林业科学，2020，48（3）：12-19，37.

[12]方精云，王襄平，沈泽昊，等.植物群落清查的主要内容、方法和技术规范[J].生物多样性，2009，17（6）：533-548.

[13]臧得奎.中国蕨类植物区系的初步研究[J].西北植物学报，1998（3）：148-154.

[14]吴征镒，彭华，李德铢，等.中国植物志（第一卷）[M].北京：科学出版社，2004.

[15]吴征镒，周浙昆，李德铢，等.世界种子植物科的分布区类型系统[J].云南植物研究，2003（3）：245-257.

[16]张金屯.数量生态学 第3版[M].北京：科学出版社，2018.

[17]厉恩华，杨超，蔡晓斌，等.洪湖湿地植物多样性与保护对策[J].长江流域资源与环境，2021，30（3）：623-635.

[18]韦宝婧，杜心宇，胡希军，等.湖南益阳市湿地维管束植物多样性分析[J].中国野生植物资源，2020，39（12）：25-32，41.

[19]张辛阳，杨陈虎，张诗意，等.沉湖湿地自然保护区种子植物区系及群落多样性分析[J].昆明理工大学学报（自然科学版），2020，45（5）：87-96.

[20]Xin Jin，Xiaoxin Sun，Haixing Li，Danhui Zhao，Dong Li，Lei Wang，Xiuling Man.Changes of plant species diversity and biomass with reclaimed marshes restoration[J].Journal of Forestry Research，2021，32（1）：133-142.

[21]张丽霞.基于功能性状的水生植物及邻近陆生植物的生态策略[D].兰州：西北大学，2017.

[22]唐丽丽，杨彤，刘鸿雁，等.华北地区荆条灌丛分布及物种多样性空间分异规律[J].植物生态学报，2019，43（9）：825-833.

[23]龙婷，王健铭，李景文，等.青藏高原北部戈壁区植物多样性及其环境解释[J].北京林业大学学报，2017，39（12）：17-24.

[24]陈文业，张继强，赵明，等.甘肃敦煌西湖荒漠-湿地植物群落物种多样性特征研究[J].中国沙漠，2012，32（6）：1639-1646.

[25]王雪宏，栗云召，孟焕，等.黄河三角洲新生湿地植物群落分布格局[J].地理科学，2015，35（8）：1021-1026.

（责任编辑：唐 岚）