东莞燕岭湿地公园6种植物群落持水特性研究*

刘烈旺 张 苗 古佳玮 区卓贤朱铧楠 陈红跃

(1.东莞市城市管理和综合执法局松山湖分局，广东 东莞 523808；2.华南农业大学 林学与风景园林学院，广东 广州510642)

植物群落是指在特定时间内一定的地段中共同生活在一起的植物长期彼此作用而形成的一种有规律的多种植物集合。植物群落基本特征有物种组成、物种数量及相应的结构，其中物种组成是区别不同群落、研究群落与环境相互关系的首要特征[1]。作为湿地生态系统的重要组成部分，湿地植物群落能反映湿地的净化功能和生态效益[2]。已有的一些研究，从不同角度分析了湿地的植物群落特征[2-3]。湿地植物群落的水源涵养功能主要由植被层、枯落物层、土壤层等对水分的调蓄和再分配上，以土壤和枯落物起主导作用。土壤作为一个重要的生态环境因子，是支持植物生长的重要自然资源。土壤物理性质通过其温度、通气、内部化学反应的作用，影响植物的生长，决定植物群落结构的组成[4-5]。枯落物层具有降低土壤容重、维持土壤水分平衡、截持降雨的功能[6]。

本文选择东莞燕岭湿地公园6 种植物群落为研究对象，从植物种类和数量、生长、枯落物量以及土壤持水特性等方面进行研究，比较该湿地公园不同群落的特征，为该湿地公园的植物景观营造提供指导，同时为湿地公园植物群落研究提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

东莞燕岭湿地公园位于广东省东莞市东莞国家城市湿地公园的西北端，地理坐标范围为113°89’～113°91’E，23°08’～23°09’ N， 由 三 个 水质生态净化功能区、生态眼与中线的一条排渠构成三块、一点、一轴的空间格局，总占地面积62.7 hm2。东莞燕岭湿地公园属南亚热带季风气候，日照充足，雨量充沛，气候温和，年平均气温23.3 ℃，年均湿度77.9%，年均降水量2 042.6 mm；土壤类型为赤红壤、山地红壤、山地黄壤；植被类型是季风常绿阔叶林[7]。东莞燕岭湿地公园主要采用生态氧化、高效垂直流人工湿地和自然湿地的组合工艺，生态氧化池出水通过高位自流进入燕岭湿地处理工艺的核心部分——人工湿地。人工湿地能够利用基质—植物—微生物复合生态系统的物理、化学和生物三重协调作用实现对废水的高效净化，促进绿色植物生长、增产，实现废水的资源化与无害化。末端修建塘床交替的自然湿地系统进一步净化水质、实现生态修复和调节城市小气候、增加生物多样性。植物作为复合生态系统中的基础成分之一，发挥着重要的生态价值。

1.2 研究方法

1.2.1 样地选择 通过踏查，在燕岭湿地公园人工湿地水质净化区和自然湿地一区选择具有代表性的6 种植物群落，各设置面积为20 m×20 m 的样地，样地的基本情况见表1。

表1 样地概况Table 1 Basic information of sample plot

1.2.2 样地调查 在各样地内随机选取9 个点，每点采集31.7 cm×31.7 cm 的枯落物并称重，采用室内浸水法和烘干法进行内业实验，并按照《森林土壤定位研究法》[8]测定和计算枯落物蓄积量、含水率以及持水量等指标。在上述各点同时采集0～20 cm 层的1 个环刀和小铝盒，带回室内，按照《土壤物理性质测定法》，测定土壤物理特性和持水性指标[9-10]。

2 结果与分析

2.1 各群落植物种类

调查表明（表2），6 个样地的植物物种数共有72 种，隶属于45 科64 属。其中乔木层16 科26 属33 种，占植物种类总数的47.1%，乔木层树种常绿植物与落叶植物种数比为1:3.2；灌木层16 科19 属20 种，占总种数的28.6%；草本层13 科19 属19 种，占27.1%。乔木层植株数量最多的为落羽杉群落，灌木层面积最大的为黄槐决明+红花羊蹄甲群落，其次为落羽杉群落，草本层面积最大的为落羽杉群落，其次为蒲葵+垂柳群落。乔木层植物共记录有258 株。其中，落羽杉种植的数量最多，达101 株；其次为黄槐决明、银合欢、水黄皮、秋枫Bischofia javanica、垂柳、蒲葵等。灌木层面积排前三的植物依次是长隔木Hamelia patens、萼距花Cuphea hookeriana和翅荚决明Cassia alata，草本层面积排前三的植物则是海芋Alocasia macrorrhiza、鸢尾Iris tectorum和文殊兰Crinum asiaticum。从植物配置上看，不同群落各层混交的植物基本上都为3 种。树种组成上，外来树种略多。

表2 样地各层次主要植物Table 2 Main plants at all levels in the sample plot

2.2 各群落乔木树种生长状况

各样地植物群落之间乔木层植物生长在不同指标上各有差异，见表3。6 个样地的平均胸径在11.70～29.31 cm 之间。其中，蒲葵群落（样地1）植物平均胸径最大，且与其他群落有显著性差异。而水黄皮群落（样地3）植物平均胸径最小。在各样地植物树高方面，乔木层树木平均树高在6.11～9.22 m 之间。其中，蒲葵群落（样地1）植物平均树高最大，其次为落羽杉群落（样地5），平均树高9.13 m，黄槐决明+木棉群落（样地4）植物平均树高最小，仅6.11 m。6 个样地植物冠幅方面，乔木层树木平均冠幅在2.36～4.96 m 之间。其中，蒲葵群落（样地1）植物平均冠幅最大，落羽杉群落（样地5）最小。

表3 样地乔木层植物生长情况Table 3 Growth of arbor layer plants in the sample plot

2.3 各群落林地枯落物量及其持水能力

从表4 的各指标大小比较，持水率最大的为黄槐决明+红花羊蹄甲群落（515.47%），最小的为蒲葵群落（277.43%）；持水量最大的为黄槐决明+红花羊蹄甲群落（6.54 t·hm-2），最小的为蒲葵群落（3.85 t·hm-2）。枯落物的最大拦蓄量和最大拦蓄率在不同群落的变化不同。拦蓄量最大的为银合欢群落（6.16 t·hm-2），最小的为蒲葵群落（3.54 t·hm-2）；拦蓄率最大的为黄槐决明+红花羊蹄甲群落（477.13%），最小的为蒲葵群落（254.53%）。由于枯落物最大持水率对枯落物层的拦蓄能力估算结果偏高，一般采用有效拦蓄量估算枯落物对降雨的实际拦蓄量。各样地枯落物有效拦蓄量和有效拦蓄率的群落间变化分别与最大拦蓄量和最大拦蓄率一致。其中，银合欢群落（样地2）枯落物的有效拦蓄量最大，达5.19 t·hm-2；黄槐决明+红花羊蹄甲群落（样地6）枯落物的有效拦蓄率最大，达399.81%，其枯落物保持水土能力最强。蒲葵群落（样地1）枯落物的有效拦蓄量和有效拦蓄率都最小，分别为2.96 t·hm-2和212.92%。综合表明，银合欢群落（样地2）和黄槐决明+红花羊蹄甲群落（样地6）枯落物对降水的拦蓄能力最好。

表4 样地枯落物特征Table 4 Characteristics of litter in the sample plot

2.4 各群落土壤物理特性和持水能力

6 个 样 地0～20 cm 土 层 土 壤 物 理 性 质 如表5。可以看出，各样地土壤容重的变化范围在1.27～1.75 g·cm-3之间，其中最大的为黄槐决明+木棉群落（1.27 g·cm-3），最小的是蒲葵群落（1.75 g·cm-3）；总孔隙度最大的是黄槐决明+红花羊蹄甲群落（52.14%），最小的是蒲葵群落（34.02%）。

表5 样地0～20 cm 土壤物理性质Table 5 Physical properties of 0～20 cm soil in the sample plot

土壤非毛管贮水一般被视为该土壤有效贮水能力，土壤的通气性和透水性取决于土壤的总孔隙度和非毛管孔隙度，当它们的值分在50%和20%～40%左右时，土壤的通气性和透水性较强。由此可见，黄槐决明+木棉群落（样地4）和黄槐决明+红花羊蹄甲群落（样地6）土壤的贮水能力较强，而水黄皮群落（样地3）土壤吸收、贮存降水的能力较强。

土壤贮水特性反映了土壤涵蓄调配水分的能力。土壤贮水量由各种孔隙度与土层厚度表征，毛管孔隙度表征吸持贮水量，非毛管孔隙度表征滞留贮水量，两者之和为饱和贮水量。各样地的土壤贮水特性如表6 所示。由表6 可知，各样地土壤0～20 cm 层饱和贮水量最大的是黄槐决明+木棉群落（1 042.74 t·hm-2），最小的是蒲葵群落（680.40 t·hm-2）；吸持贮水量最大的为水黄皮群落（519.47 t·hm-2），最小的为蒲葵群落（146.53 t·hm-2）；滞留贮水量最大的为黄槐决明+木棉群落（684.34 t·hm-2），最小的是银合欢群落（315.35 t·hm-2）。由此推断，黄槐决明+木棉群落（样地4）土壤具有较强的持水能力和涵养水源的效果。

表6 样地0～20 cm 土壤贮水特性 t·hm-2 Table 6 Characteristics of 0～20 cm soil water storage in sample plots

3 结论与讨论

本研究结果表明，该湿地公园的6 种植物群落的样地植物种类共有72 种，隶属于45 科64属，其中乔木层16 科26 属33 种，占植物种类总数的47.1%，乔灌草植物种类比为1:0.61:0.58。不同群落各层混交的植物基本上都为3 种。树种组成上，外来树种略多。乔木层植物生长指标中，蒲葵群落（样地1）植物的平均胸径、树高和冠幅均为最大，且与其他群落有显著差异。

整体上看，6 种植物群落中，蒲葵群落的枯落物各项指标显著低于其它5 种群落。黄槐决明+红花羊蹄甲群落（样地6）的蓄积量、最大拦蓄率和有效拦蓄率值均最大，银合欢群落（样地2）的最大拦蓄量和有效拦蓄量的值最大。这可能与黄槐决明+红花羊蹄甲群落（样地6）和银合欢群落（样地2）中的红花羊蹄甲的落花及黄槐决明、银合欢的落果有关。与王忠禹等的研究均相近[11]。6 种植物群落的土壤容重的变化范围在1.27～1.75 g·cm-3之间，其中最大的为黄槐决明+木棉群落（1.27 g·cm-3），其饱和贮水量也最大，最小的是蒲葵群落（1.75 g·cm-3），其饱和贮水量也最小。黄槐决明+木棉群落（样地4）土壤具有较强的持水能力和涵养水源的效果。

总体上看，土壤层持水能力强于枯落物层；土壤总孔隙度变化与土壤容重变化成反比例关系，与胡静霞、杨玥等研究相似[12-13]。黄槐决明+木棉群落（样地4）土壤持水能力最强，涵养水源效果最好。其原因可能是土壤非毛管孔隙度较大，通透性好，降水下渗较快，减少地表径流，从而起到更好地涵养水源的作用。