林立懷，夏繼紅，畢利東，伊紫函，曹偉杰(河海大學(xué)水利水電學(xué)院，南京 210098)

河岸帶是河流與陸地生態(tài)系統(tǒng)之間進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息交換的重要生態(tài)過(guò)渡區(qū)，具有獨(dú)特的生態(tài)結(jié)構(gòu)和服務(wù)功能[1]。河岸帶植被是河岸帶生態(tài)系統(tǒng)最主要的生產(chǎn)者，在維持整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能方面都有著非常重要的作用[2]。河岸帶植被不僅發(fā)揮著穩(wěn)定岸坡、保持水土、凈化水體、生物廊道、豐富物種等一系列的自然保護(hù)功能，還具有一定的社會(huì)保護(hù)及休閑娛樂(lè)功能[3]。因此，了解河岸帶植被組成及其特點(diǎn)對(duì)河岸帶生態(tài)建設(shè)有著重要的意義。近年來(lái)，已有一些學(xué)者對(duì)河岸帶植被開(kāi)展了調(diào)查研究，如，沈亞強(qiáng)等[4]通過(guò)對(duì)黃河干河岸帶植物的調(diào)查，研究了植物群落特征及其與環(huán)境的相互關(guān)系。Mendez-Toribio等[5]研究了杜羅河流域土地利用方式對(duì)河岸帶植被多樣性的影響。現(xiàn)有研究大多集中于骨干河道的河岸帶植被群落結(jié)構(gòu)、數(shù)量特征、功能及其影響因素等。但針對(duì)村莊中小河流河岸帶植被分布的研究鮮見(jiàn)。本文以浙江省桐鄉(xiāng)市石門(mén)鎮(zhèn)白馬塘村為研究區(qū)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，深入探討平原村莊中小河流河岸帶植被分布特征及其物種多樣性，以期為中小河流河岸帶退化區(qū)域的生態(tài)修復(fù)或重建提供基礎(chǔ)信息與理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本研究以桐鄉(xiāng)市石門(mén)鎮(zhèn)白馬塘村(120°27′E，30°38′N(xiāo)，海拔6 m)為研究區(qū)(位置如圖1所示)。研究區(qū)區(qū)域面積為4 km2，區(qū)域內(nèi)河道縱橫，水系發(fā)達(dá)，主要包括京杭運(yùn)河、白馬塘河、油車(chē)橋、曹家筧港等多條河道，為典型的江南平原水網(wǎng)區(qū)。該區(qū)域自2009年以來(lái)開(kāi)展了農(nóng)村河道生態(tài)建設(shè)，重點(diǎn)對(duì)河岸帶實(shí)施了生態(tài)化防護(hù)，主要采用了生態(tài)混凝土球、生態(tài)混凝土砌塊、生態(tài)扇形磚、魚(yú)巢、生態(tài)袋、五豐砌塊、純植被等7種材料實(shí)施防護(hù)。

圖1 研究區(qū)域及區(qū)段設(shè)置示意圖Fig.1 Location and segments of study area

2 研究方法

2.1 區(qū)段選取與樣方設(shè)置

研究中，按照不同建設(shè)方式，分別選擇京杭運(yùn)河、白馬塘河、曹家筧港、油車(chē)橋港、秀才橋港5條典型河道為研究區(qū)段(見(jiàn)表1)。每個(gè)區(qū)段設(shè)置3個(gè)典型斷面，每個(gè)斷面設(shè)置1個(gè)10 m×10 m的喬木樣方，1個(gè)5 m×5 m灌木樣方，3個(gè)1 m×1 m草本樣方，其中，草本樣方按照離坡腳距離大小并結(jié)合斷面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選取，各樣方間隔距離為1～5 m。主要監(jiān)測(cè)記錄的指標(biāo)包括：?jiǎn)棠緦拥姆N類(lèi)、樹(shù)高、數(shù)量、胸徑和冠幅；灌木層與草本層的種類(lèi)、蓋度、株高、數(shù)量。調(diào)查分別于2013年10月、2014年4月、2014年10月進(jìn)行。

表1 各區(qū)段基本特征Tab.1 Characteristics of each segment

2.2 植被多樣性計(jì)算及分析方法

本文選擇了Patrick豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)來(lái)測(cè)度和分析農(nóng)村區(qū)域河岸帶植物物種多樣性特征。具體的指數(shù)計(jì)算公式如下[6]：

(1)Patrick物種豐富度指數(shù)：

R=S

(1)

(2)Shannon-Wiener物種多樣性指數(shù)：

(2)

(3)Pielou均勻度指數(shù)：

J=H′/lnS

(3)

式中：S為某一樣方內(nèi)出現(xiàn)的物種數(shù)；Pi=ni/N，ni為某一樣方內(nèi)物種i的數(shù)量；N為該樣方內(nèi)所有物種的總數(shù)量。

數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析在應(yīng)用Origin9.0和SPSS19.0上進(jìn)行。其中統(tǒng)計(jì)分析對(duì)單因素方差分析采用LSD法顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 河岸帶植被物種組成

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，該區(qū)域河岸帶共有維管束植物43種，隸屬于27科，41屬。其中，單種屬、單屬科所占比例較高，分別為95.12%與70.37%，與已有河岸帶植被調(diào)查結(jié)果[7,8]類(lèi)似。所有植物中，草本植物種類(lèi)最為豐富，以禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)、玄參科(Scrophulariaceae)等為主，主要物種有馬唐[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]、馬蘭(Kalimeris indica)等，共計(jì)17科30屬31種，占河岸帶植被總數(shù)的72.09%；喬木主要有柳樹(shù)(Salix babylonica)、水杉(Metasequoia glyptostroboides Hu et Cheng)、欒樹(shù)(Koelreuteria paniculata Laxm)等物種，共計(jì)7科7屬7種，占總種數(shù)的16.80%；灌木包括紫薇(Lagerstroemia indica L)、紫葉李[Prunus Cerasifera Ehrhar f. atropurpurea (Jacq.) Rehd]、紅葉石楠(Photiniaxfraseri)以及小葉黃楊(Buxus sinica var. parvifolia M. Cheng)4種，占9.30%；調(diào)查區(qū)域內(nèi)僅發(fā)現(xiàn)五葉地錦(Parthenocissus quinquefolia)一種藤本植物。由此可以看出，河岸帶具有豐富的物種組成，表現(xiàn)出明顯的過(guò)渡性與生態(tài)邊緣效應(yīng)[9]。

根據(jù)該區(qū)域河岸帶植被的優(yōu)勢(shì)種類(lèi)組成、外貌特征和環(huán)境條件等，研究區(qū)域河岸帶植被可劃分為3個(gè)主要植物群落類(lèi)型。第一種群落類(lèi)型為馬唐+狗尾草群落，這兩個(gè)物種都為常見(jiàn)的旱地雜草。在調(diào)查的45個(gè)草本樣方中，二者共同出現(xiàn)的樣方數(shù)高達(dá)21個(gè)，且二者長(zhǎng)勢(shì)相當(dāng)，以T3區(qū)段最為突出。伴生種有水蘇、稗草、香附等；第二種類(lèi)型為狗牙根+牛筋草群落，狗牙根多年生草本植物，具有根狀莖和匍匐枝，須根細(xì)而堅(jiān)韌。牛筋草為一年生草本，其根系極發(fā)達(dá)。這兩種植物組成的群落廣泛分布于研究區(qū)河岸帶岸坡上，其中T1、T3、T5區(qū)段最多，伴生種有鱧腸、看麥娘等。第三種類(lèi)型為空心蓮子草+馬唐群落，主要分布于T4區(qū)段，這兩種植物共同構(gòu)成優(yōu)勢(shì)種。其中，空心蓮子草別名喜旱蓮子草、水花生等，為莧科蓮子草屬的一種多年生宿根性草本，屬于外來(lái)入侵物種。該群落伴生種有馬唐、牛筋草等。

3.2 物種豐富度空間變異性

各區(qū)段物種豐富度如圖2所示。由圖2可知，T5區(qū)段的物種豐富度最高，T4區(qū)段的物種豐富度最低，并明顯低于其他區(qū)段(p<0.05)。喬木及灌木層豐富度在各個(gè)區(qū)段間的變化不顯著(p>0.05)，且各區(qū)段內(nèi)灌木種類(lèi)均較少，T2、T3、T5區(qū)段均只有一種灌木，T4區(qū)段未發(fā)現(xiàn)任何灌木。除T4區(qū)段以外，其他4個(gè)區(qū)段的草本植物種類(lèi)均在10種以上，T5區(qū)段草本植物種類(lèi)最多，有17種，顯著高于T4區(qū)段(p<0.05)。

圖2 各區(qū)段物種豐富度Fig.2 Richness index in each segment

T4區(qū)段的物種豐富度之所以最低，主要是由于周邊農(nóng)戶(hù)在該區(qū)域河岸岸坡上種植棉花，原岸坡上的大多數(shù)植被已被鏟除破壞，僅有少量如馬唐、空心蓮子草等繁殖力和再生力強(qiáng)的幾個(gè)物種存活，可見(jiàn)人為干擾對(duì)河岸帶植被的豐富度有著重要的影響。

3.3 物種多樣性空間變異性

不同區(qū)段河岸帶草本植被Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)及Pielou均勻度指數(shù)(J)的分析計(jì)算如表2所示?？梢钥闯觯嗥履_4 m以?xún)?nèi)區(qū)域的植被多樣性指數(shù)較大，這主要是由該區(qū)域內(nèi)水流作用和水分含量的空間異質(zhì)性所決定。該區(qū)域?yàn)闉I水區(qū)，區(qū)域內(nèi)土壤較為濕潤(rùn)，既有水生植物，也有陸生植物，還有兩棲植物，植物種類(lèi)豐富，長(zhǎng)勢(shì)較好，因此擁有更高的多樣性。

表2 河岸帶植被多樣性指數(shù)變化特征Tab.2 Characteristics of species diversity of riparian vegetation

注：同一區(qū)段同列相同字母表示該指標(biāo)差異不顯著(p<0.05)。

不同區(qū)段間的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)之間存在一定差異，如T5區(qū)段的Shannon-Wiener指數(shù)相對(duì)高于其他4個(gè)區(qū)段，這除了建設(shè)模式不同的原因外，還與岸外土地的利用方式有關(guān)，T5區(qū)段的岸外土地利用方式為林地，種植欒樹(shù)林，為植物生長(zhǎng)提供了良好的生境，而且距離人類(lèi)活動(dòng)范圍較遠(yuǎn)，人為干擾較小，二者因素致使其物種多樣性較高。而T1、T3、T4區(qū)段岸外土地利用方式為農(nóng)業(yè)用地，河岸帶植被在很大程度上會(huì)受到農(nóng)田干擾，主要是農(nóng)村大量使用化肥與農(nóng)藥，在降雨的沖刷作用下，通過(guò)徑流向河岸帶擴(kuò)散，造成面源污染，改變了河岸帶土壤的養(yǎng)分和化學(xué)成分，而這一變化會(huì)引起某些物種無(wú)法生長(zhǎng)，另一些物種則出現(xiàn)瘋狂生長(zhǎng)現(xiàn)象，最終導(dǎo)致該區(qū)域某些物種的優(yōu)勢(shì)度極高，而整體的多樣性則偏低。T2區(qū)段緊鄰居住區(qū)，由于長(zhǎng)期的人類(lèi)生活活動(dòng)，對(duì)該區(qū)域的群落形成一定干擾，使其多樣性下降。各樣方的Pielou均勻度指數(shù)在0.37～0.82之間，其變化趨勢(shì)與Shannon-Wiener指數(shù)基本一致。T4區(qū)段的均勻度指數(shù)偏低，其植物群落為空心蓮子草和馬唐群落，空心蓮子草屬于外來(lái)入侵物種，具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，排擠其他植物，使群落物種走向單一化，破壞了當(dāng)?shù)氐暮影稁鷳B(tài)環(huán)境，使區(qū)段中的Pielou均勻度指數(shù)較低。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)也顯著低于采用純植被防護(hù)模式的T5區(qū)段(p<0.05)，而各區(qū)段間的平均Pielou均勻度指數(shù)差異不顯著(p>0.05)。但在同一區(qū)段內(nèi)，隨著樣方與坡腳距離的增加，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)與Pielou均勻度指數(shù)呈下降趨勢(shì)，特別是距坡腳1～2 m范圍內(nèi)的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)及Pielou均勻度指數(shù)都顯著高于岸頂以外區(qū)域(p<0.05)。

4 結(jié) 論

(1)研究區(qū)域河岸帶共有維管束植物27科41屬43種，群落物種組成較為豐富，說(shuō)明河岸帶生態(tài)建設(shè)對(duì)保護(hù)物種多樣性有著重要的作用。

(2)在河岸橫向上，隨著離河岸坡腳距離的增加，植被的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)及Pielou均勻度指數(shù)均呈下降趨勢(shì)。

(3)河岸帶生態(tài)修復(fù)應(yīng)以當(dāng)?shù)刂参镂锓N為主，以避免外來(lái)入侵物種對(duì)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)造成損害。

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