基于群落自维持理念的滹沱河草本植物群落修复研究

孙培

（中铁十二局集团第三工程有限公司，山西 太原 030024）

城市化及城市扩张是导致生境丧失最为持久的原因（王阔, 2014）。城市人口活动高频次、过度的干扰导致城市河流生境破碎，自然循环途径被切断，植物自我繁衍效率降低。河道的生境破碎表现为植物斑块数量增加、面积缩小、形状不规则且内部生境面积缩小，能量传输与交换廊道被截断，生物多样性也受到负面影响（陈春谛, 2020）。

植被对自然系统的修复具有重要意义，适应河流湿地生境特征的植物群落是修复工作的重要基础。20世纪70年代，自生植物（Spontaneous Vegetation）一词最早被国外生态学者所使用，泛指自然定居生长的植物群体（Woodward et al.,1972）。自生群落因无需过多养护管理、可自播繁衍,同时发挥着重要的生态功能，在构建可持续、低维护生态园林中的地位得到了肯定（李晓鹏等,2020）。在相似的生境中将原生草本植物按照生态学原理与美学功能的有机结合，以形成能够自我演替的拟自然景观（朱玲等, 2020），是实现人工群落可持续性与长效性的一种思路，其强调生境、本土植物以及混合栽植。自维持（Self-sustaining）群落是群落可持续发展的具体形式，其基础是群落的稳定性，它是一个生态系统，不过度消耗资源，具备演替的能力（Peter, 2007）。自维持群落应用于构建植物适合的生境系统、植被群落系统和植被物质循环系统的修复工作中（赵英等, 2017）。基于此，本文将针对滹沱河湿地的修复工作，以自维持理念建立群落的方法进行相关的研究与探索。

1 研究地概况

河北省石家庄境内的滹沱河段长约205 km，是该市最重要的河流湿地。滹沱河区域原生植被属于落叶阔叶林，区域内共有植物75科211种，其中，湿生及水生植物21科64种，所有植物中地被植物占比29.38% ，植被总覆盖率28%～30%。滹沱河岸带以沙性土为主，近年来，由于河流水量不足，河道缺水，植被长期受到干旱影响。河岸带以芦苇（Phragmites australis）、菊科、蓼科植物为主的优势群落面积缩小甚至消失。由于河岸带的原生植被大幅减少，裸露的滩岸面积逐年变大，河道内水生环境、旱生环境分界明显。

2 自维持群落构建方法

自维持群落构建的核心是植物选择，根据河流湿地生境的特点选择合适的栽植方式。通过植物特性与生境匹配度的评估对植物的生境适应性进行评分，选择最适合的植物构建自维持群落（图1）。

图1 自维持植物群落的构建流程图Fig.1 Flow chart of the assembly of self-sustaining plant community

2.1 植物适应性与生境匹配评估方法

自维持群落的植物选择需要遵循以下3个原则：1）选择具有相似生态特性的植物，可协同生存，方便修复后管理；2)选择在生长发育的不同阶段、可利用不同资源或可有效避开冲突的植物；3)备选植物可保持适当的竞争关系，淘汰不兼容、不适合的植物，从而形成和谐平衡的群落。

本文采用植物区系质量评估法，简称FQA（Floristic Quality Assessment）来反映生境质量。此方法是一种基于物种保守性的植物区系生境质量评价方法，以物种保守系数为核心指标（保守性为植物物种固守在未受干扰生境中的能力）。首先为每种植物的保守性赋值，分数0～10（Swink et al., 1994; Andreas et al., 1995）。植物对某一环境毫无依赖,意味其可适应不同环境，保守系数为0；如果某种植物只适应这种生境，意味着保守性高，最高为10分。

根据公式（1）计算保守系数，代表平均保守系数，N代表本地物种数,Ci代表物种保守系数，i为物种对应的保守系数评分。其中，物种保守系数（Ci）的赋值采用专家打分法，由至少3位专家结合植物生活史、繁殖性状、分布范围和适宜生境特征等指标对每个植物i独立赋值，进行分数平均取整，作为每个物种i的保守系数（曹丽娟等, 2018）。

根据标准公式（2）计算得到植物区系质量指数（FQI）数值，将作为本地物种丰富度（Nn）的权重进行计算。

式中：FQI值由物种丰富度和保守系数共同决定，物种丰富度高，植物保守系数高，则FQI也高，该地区的生境质量高；物种丰富度低，植物保守系数低，FQI也低（曹丽娟等，2018）。

2.1.1 目标生境评估对特定区域的光照、温度、水文、土壤和河流等条件给予相关描述，作为生境评估指标测算的主要依据。根据相关条件找到影响生境的主导因子，使评析更加明确。

2.1.2 评价指标选取将植物与环境的匹配程度作为保守系数（Ci）赋值计算的标准，完全依赖环境特点的植物得10分，完全不依赖得0分。通常Ci值大于7的植物被认为具有较高的保守性,Ci值小于3的被认为保守性较低。

已知环境的某一具体条件，便可用待评价植物对此条件的需求进行比对，得到此植物对这种因子的适应评价值。在河流生境修复中，以水文作为关键因子，可明确区分并分别筛选适合水生环境、湿生环境和陆生环境的植物。在植物适宜性评价时考虑特殊情况，加入权重k，使结果更加准确。

2.1.3 植物FQI分值的分级FQI值越高，表明植物保守性越高，相应的生境原真度越高，质量越好。通过分析多个文献对FQI的质量数值划分结果（Ren,2015; Buchanan et al., 2015; Dong et al.,2016）（表1）。依据分数分级表，以排名靠前的植物作为备选。实际应用时，根据待修复地的修复目标，灵活组合值域中的植物。比如生境条件较差，需迅速恢复植物的地区，可在一般的域值中选择植物。由于这些植物保守性比较低，可迅速适应各种生境特征，达到复绿的目标，其他域值对应的修复目标可依此类推。

表1 FQI评价等级及对应等级下的生境与植被特征Table 1 FQI evaluation levels and habitat and vegetation characteristics

2.2 群落中植物种类确定

从FQA的生境质量判断标准来看，以“较为优秀”作为平均水平反推：高质量生境的群落应具有大约10～25种保守性高的植物。因此，修复工作可参考该数量范围，以这类保守性评分高的植物作为构建群落的核心植物。除了核心植物以外，还需根据不同的修复目标，加入一般性植物。一般性植物在群落构建中起到丰富树种种类和提升观赏效果的重要作用。

2.3 栽植方式选择

在调查中发现某些草本群落中多种植物交错生长在一起，植物间呈斑块混合的分布形式。模拟这类群落种间交错生长的栽植方式叫混合栽植，其易促进植物形成可自我维持的群落，是当今最常见且被行业认同的一种形式（Zha et al., 2022）。因此，修复方案中采取混合栽植形式,混合的斑块大小与目标场地条件关联，也与群落的核心种和一般性植物相关。

3 滹沱河湿地植物群落修复案例

3.1 滹沱河生境分析

近10年来，滹沱河石家庄段年平均降水量呈缓慢下降趋势，而降水极值的变化却在加剧。事实上，滹沱河在黄壁庄水库以东的河段较平坦，泥沙沉积以及河道内长期农作，加剧了雨量变化。另外，滹沱河土壤类型变化大，在正定段以卵砾石与沙为主，而无极与深泽表层以沙性黏土为主，土壤保水能力弱。环境变化导致各类生境维持原生植被的能力减弱，不少原生植物消失，而大量广布及入侵性植物增加。通过调查，河流城区段分布的野生草本植物仅30种，分属点地梅属（Androsace）、夏至草属（Lagopsis）、荬菜属（Ixeris）、飞蓬属（Erigeron）、泥胡菜属（Hemistepta）、苦苣菜属（Sonchus）、旋覆花属（Inula）、婆婆纳属（Veronica）、草木犀属（Osmanthus）、黄芪属（Astragalus）、黧豆属（Mucuna）、鹅绒藤属（Cynanchum）、蒺藜属（Tribulus）、通泉草属（Mazus）、附地菜属（Trigonotis）、斑种草属（Bothriospermum）、角茴香属（Hypecoum）、白屈菜属（Chelidonium）、角蒿属（Incarvillea）、葎草属（Humulus）、牵牛属（Pharbitis）和鸭跖草属（Commelina），广布及入侵植物高达8种。除此之外，环境条件的退化导致原有鸟类栖息地遭受破坏，鸟类种类和数量明显降低。河流城区段观测到的鸟类共计39科178种，近年来，鸟类活动频度随河流修复工作日渐提高。滹沱河修复目标区域的整体生境为陆生生境、湿生—半湿生生境和水生生境。由于河道仍需保持行洪能力，因此，可修复栽植的生境面积约73%为干旱陆生生境、15%为湿生—半湿生生境、12为%水生生境（水岸边栽植宽度5～8 m），所用植物全部为草本植物（图2）。

图2 滹沱河生境分析Fig.2 Habitat analysis of the Hutuo River

3.2 滹沱河修复草本植物选择

通过查阅《河北植物志》(贺士元等, 1985)，从中筛选出研究区适合旱生生境的植物32种，湿生植物26种，水生植物18种。使用FQA评价法，请5名专家进行评分，将所有的值 取平均值后得到各种植物的值 ，并通过计算FQI值（表2）。

表2 各种植物的FQI值Table 2 FQI values of each plant

按照FQI值排序筛选出组成群落的核心植物种类：陆生群落核心种类13种，符合构建自维持群落的种类数量要求；湿生及水生生境修复面积有限制，植物种类分别选择了4种和6种。在此基础上加入部分丰富季相景观的一般种，由此形成以本地植物为核心的河流湿地自维持草本植物群落组合（表3）。

表3 自维持修复草本群落组合模式Table 3 Self-sustaining restoration herbaceous community assemblage pattern

3.3 草本群落的配置方式

以某一种或以少数植物种类为优势的群落中，单一植物种类斑块面积大，可呈现连续的景观效果，但整体观赏期相对较短；若植物斑块面积小，则斑块混合程度高，在同一空间植物多样性高，但过于密集的斑块会使植物间竞争加强，景观效果一般。二者各有利弊，可根据修复面积与景观需求来决定草本植物的修复方式。

自维持群落混合栽植的尺度可用“混合密度”来表达。混合密度ρ=特定面积内所有斑块数/面积，单位为个/m2（蒋榕等, 2020）。按照郊野类、草本修复类、生态河道类3大类型，对国内外共12个项目，168个样地的草本群落斑块密度进行测定，研究其分布域值。样地混合密度计算表明：在各植物斑块边界可见的前提下，种植混合密度最高可达0.80～1.12个/m2；常见的城市郊野类混合密度约0.10～0.51个/m2，草本修复类项目最低可低于0.1个/m2，生态河道类约0.20～0.54个/m2（图3）。经过比对，栽植斑块混合密度为0.05～0.21个/m2更适合滹沱河陆地、湿生生境修复的尺度。而水生生境由于受到宽度限制，混合密度为0.2～0.8个/m2能呈现更自然的草本群落效果。

图3 不同类型项目的植物种植混合密度分析Fig.3 Analysis of plant planting mix density for different types of projects

根据场地特征，以混合栽植的方式进行斑块修复。经过跟踪观察发现修复群落的表现力整体达到河流湿地的阶段性恢复水平：春季复绿效果明显，复绿面积可达95%以上；植物群落对环境的适应性良好，植物景观效果整体表现明显较好。

4 讨论

自维持草本群落在城市生境中是一种低能耗、低维护、高效能的群落形式，有利于自然资源的集约与有效利用。在滹沱河河流湿地植物修复工作中，以植物适应性与生境关系作为评估手段，完成了修复植物的选择工作；以多种植物的混合斑块栽植作为基本的栽植方式，根据生境条件均匀或破碎来设定斑块尺度，结合调整植物的观赏效果，实现既符合场地特征，也更容易形成植物自维持群落的植被。通过构建植物与植物、植物与环境间的友好关系，以群落自维持的方式控制群落变化并改善植物对生态因子的利用关系，探寻了自维持群落的构建方法。其中，草本群落对环境变化较为敏感，后续研究将继续对自维持群落进行观测，收集群落种类变化以及湿地栖息地恢复情况数据，并进行效益的数量化评估。

5 结论

1）将滹沱河修复目标区域的生境分成陆生生境、湿生—半湿生生境以及水生生境3类，并按照FQI值排序筛选出组成对应生境植物群落的核心植物，分别为13种、4种、6种，在核心种的基础上增加一般种及增强景观效果的植物；2）滹沱河陆地、湿生生境的植物种植混合密度为0.05～0.21个/m2，水生生境植物种植混合密度为0.2～0.8个/m2，可促进城市河道生境的健康修复；3）混合栽植的自维持群落经验证可形成稳定的群落类型，在滹沱河河流湿地修复中取得良好成效。