蔡在峰，曲文馨，洪宇薇，劉雪梅

(天津城建大學(xué) 建筑學(xué)院，天津 300000)

城市濕地是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，其生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要通過生物多樣性體現(xiàn)。生物多樣性是一定區(qū)域內(nèi)多種多樣活的有機(jī)體(動物、植物和微生物)有規(guī)律地結(jié)合在一起的總稱[1]。植物多樣性是生物多樣性中以植物為主體，由植物、植物與環(huán)境之間所形成的復(fù)合體及與此相關(guān)的生態(tài)過程總和[2]。濕地植物多樣性影響著濕地質(zhì)量和野生動物的棲息地狀況，是生物多樣性研究的重要內(nèi)容，對維持濕地生態(tài)功能和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定有重要的理論和實踐意義[3-4]。

北大港濕地是天津市重要生態(tài)濕地之一，具有豐富的生物多樣性，也是東亞鳥類遷徙路線上的一個驛站[5]，每年都有大量水鳥遷徙時途徑此地。目前，對北大港濕地的研究主要有水生生物、水環(huán)境質(zhì)量和候鳥種類等，缺乏對濕地植物物種的相關(guān)研究。為進(jìn)一步了解北大港濕地生物多樣性，本研究對濕地植物種類、密度、頻度、生長狀況等進(jìn)行生態(tài)調(diào)查，并計算得出多項生物多樣性相關(guān)指數(shù)，其結(jié)果有助于加強(qiáng)對北大港濕地植物群落組成的認(rèn)識，有助于衡量北大港濕地植物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和群落功能的復(fù)雜性，同時也可以反映出當(dāng)?shù)貙竦厣鷳B(tài)環(huán)境的保護(hù)狀況，從而為今后濕地自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

天津市北大港濕地自然保護(hù)區(qū)地理坐標(biāo)位置為東經(jīng)117°11′～117°37′，北緯38°36′～38°57′，位于天津市大港區(qū)。保護(hù)區(qū)位于平原地帶，地勢無明顯起伏變化，土壤鹽堿度較高。保護(hù)區(qū)氣候四季變化分明，具有冬夏長、春秋短的特點，屬典型的暖溫帶半濕潤大陸型季風(fēng)氣候[6]。

北大港濕地是1999年，經(jīng)大港區(qū)政府批準(zhǔn)建立的區(qū)級自然保護(hù)區(qū)。2001年，市政府批準(zhǔn)該保護(hù)區(qū)升級為市級自然保護(hù)區(qū)，名稱改為北大港濕地自然保護(hù)區(qū)。保護(hù)區(qū)面積和功能區(qū)劃經(jīng)多次調(diào)整后，最終確立保護(hù)區(qū)總面積為34 886 hm2，其中核心區(qū)面積11 802 hm2，緩沖區(qū)面積9 205 hm2，實驗區(qū)面積13 879 hm2(圖1)。

2014 年1 月，天津市出臺《天津市生態(tài)用地保護(hù)紅線劃定方案》，在北大港濕地自然保護(hù)區(qū)區(qū)域，劃定生態(tài)用地保護(hù)紅線區(qū)面積約208 km2，包括保護(hù)區(qū)核心區(qū)與緩沖區(qū)范圍；劃定黃線區(qū)面積約163 km2，包括保護(hù)區(qū)實驗區(qū)及水庫周邊 200 m范圍。2014年9月，天津市施行《天津市永久性保護(hù)生態(tài)區(qū)域管理規(guī)定》，將北大港濕地劃入天津市“永久性保護(hù)生態(tài)區(qū)域”，禁止占地以及企業(yè)進(jìn)入實施項目開發(fā)[7]。目前，保護(hù)區(qū)內(nèi)已經(jīng)沒有原農(nóng)村居民點，除李二灣區(qū)域內(nèi)有幾處魚塘和分散小面積玉米地、獨流減河河灘上有幾處采油設(shè)施、北大港水庫北堤周邊有經(jīng)濟(jì)作物—棗樹林和桃樹林、管理工作人員住房外，未發(fā)現(xiàn)其他違規(guī)開發(fā)建設(shè)現(xiàn)象。

圖1 天津市北大港濕地自然保護(hù)區(qū)區(qū)域分類Fig.1 The territorial classification of Beidagang wetland nature reserve in Tianjin

依照國家《自然保護(hù)區(qū)類型與級別劃分原則》，北大港濕地自然保護(hù)區(qū)屬于自然生態(tài)系統(tǒng)類別中的海岸生態(tài)系統(tǒng)類型。保護(hù)區(qū)植被在分區(qū)上屬暖溫帶華北落葉闊葉林區(qū),但在植被分類上，它是一種非地帶性的濱海平原鹽生草甸植被[8]。植物群落的類型、生長和分布與土壤的鹽堿度有密切關(guān)系，主要有蘆葦群落、堿蓬群落、鹽地堿蓬群落、蘆葦—堿蓬群落、蘆葦—狗尾草群落、蘆葦—獐毛群落等。

1.2 評價方法

1.2.1 調(diào)查方法 在野外進(jìn)行群落調(diào)查時，由于受人力、物力和時間的限制，一般只能抽取其中的一部分作為樣本來獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，進(jìn)而推斷群落總體特征，這個過程稱為取樣[9]。本次調(diào)查采用典型取樣，即根據(jù)保護(hù)區(qū)植物群落特點和土壤特征，在有代表性的地段上設(shè)置樣地，共設(shè)置10 m×10 m的方形樣地405個，其中：調(diào)查喬木層物種的樣地35個，主要包括刺槐群落10個、山楊群落7個和榆樹群落5個，每個樣地中設(shè)置 10 m×10 m的方形樣方1個，記錄各物種種名、平均高度、胸徑和株數(shù)；調(diào)查灌木層物種的樣地83個，主要包括檉柳群落27個、紫穗槐群落23個、羅布麻群落13個和興安胡枝子群落8個，每個樣地設(shè)置5 m×5 m的方形樣方4個，共計樣方332個，記錄樣方中物種種名、平均冠幅、平均高度和株(叢)數(shù)；調(diào)查草本層物種的樣地287個，主要包括蘆葦群落75個、蘆葦—堿蓬群落40個、蘆葦—狗尾草群落39個、蘆葦—獐毛群落36個、堿蓬群落30個和蘆葦—鹽地堿蓬群落23個，在每個樣地四角及中心各設(shè)置1個1 m×1 m的方形樣方，共計1 435個，記錄所發(fā)現(xiàn)的物種種名、株(叢)數(shù)、高度、蓋度、優(yōu)勢種及物候期等。各植物層部分樣地分布見表1。以《天津植物志》(2004)和《中國植物志》(1998)為依據(jù)，對調(diào)查過程中所發(fā)現(xiàn)的物種進(jìn)行鑒定、分類和統(tǒng)計。

表1 調(diào)查樣地分布Table 1 Survey sample distribution table

1.2.2 評價指標(biāo) 植物種的重要值：重要值是評價某一種植物在濕地群落中作用的綜合性數(shù)量指標(biāo)[10]，計算方法為將各植物層所調(diào)查發(fā)現(xiàn)同一物種的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行合并后，分別按照如下公式進(jìn)行計算：

IV=RDE+RCO+RFE

式中，IV為重要值，RDE為相對密度(某個植物種的密度與全部植物種密度總和之比)，RCO為相對蓋度(某個植物種的蓋度與全部植物種蓋度總和之比)，RFE為相對頻度(某個植物種的頻度與全部植物種頻度總和之比)。

物種多樣性：文中所分析的物種多樣性指數(shù)是指α多樣性，即指示某個群落或生境內(nèi)部的多樣性[11]。計算方法為核心區(qū)、實驗區(qū)和緩沖區(qū)各區(qū)域中的同一物種的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并后，按照如下主要測度指標(biāo)及公式計算，然后將各區(qū)域、各植物層的計算結(jié)果進(jìn)行分類統(tǒng)計和比較分析。

物種豐富度指數(shù)：Margalef指數(shù)(dMa)(1958)dMa=(S-1)/lnN

Pielou均勻度指數(shù)(J)J=H/lnS

各式中，S為物種數(shù)目，Ni為某個種的個體總數(shù)，N為全部種的個體總數(shù)[11-12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物物種組成與數(shù)量特征分析

2.1.1 植物組成統(tǒng)計與分析 植物生長型是表征群落外貌特征和垂直結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)[13]。本文的研究對象為喬木、灌木和草本這3個最主要的類型，也是植物群落垂直結(jié)構(gòu)最主要的3個層次。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，在北大港濕地自然保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)并記錄植物43科113屬，共153種(除人工栽培外)。其中，喬木、灌木、草本分別占保護(hù)區(qū)植物總種數(shù)的5.23%、5.88%和88.89%(表2)。由此可知，草本植物是北大港濕地自然保護(hù)區(qū)植物物種的主要組成成分，對保護(hù)區(qū)內(nèi)植物物種多樣性具有重要影響。

以《中國植被》(1980)的分類系統(tǒng)為依據(jù)[14]，保護(hù)區(qū)草本植物按照生活周期分為1 a生草本、 2 a生草本和多年生草本，分別占草本植物總種數(shù)的52.21%、2.94%和44.85%(表3)?？梢?，保護(hù)區(qū)草本植物以1 a生草本為主，占草本植物總種數(shù)的一半以上；其次為多年生草本，與1 a生草本僅差10種，差距很微弱；2 a生草本最少，僅有4種，差距明顯。含5種植物及以上的科中， 1 a生草本植物有禾本科、旋花科、藜科、十字花科、菊科和蓼科，共6科，而多年生草本雖然僅有禾本科和菊科，但共含24種植物，占多年生草本植物總種數(shù)的1/3以上，是多年生草本植物的主要組成成分，所以1 a生草本植物所含科數(shù)雖然不及多年生草本，但其總種數(shù)卻多于多年生草本。

2.1.2 植物種重要值分析 在北大港濕地自然保護(hù)區(qū)中，重要值較高的草本植物種類見表4。數(shù)據(jù)顯示，保護(hù)區(qū)中蘆葦(Phragmitesaustralis)的重要值最高，是其他物種的十倍甚至百倍，說明蘆葦最能適應(yīng)保護(hù)區(qū)的生存環(huán)境，屬于保護(hù)區(qū)內(nèi)優(yōu)勢程度最高的物種，在保護(hù)濕地生態(tài)環(huán)境過程中發(fā)揮著無法替代的作用。其他物種，如狗尾草(Setariaviridis)、獐毛(Aeluropussinensis)、虎尾草(Chlorisvirgata)等重要值較高的物種，也具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在該生境下可以良好生長，但長勢、分布范圍及出現(xiàn)頻率遠(yuǎn)不及蘆葦。此外，在鹽堿度較高的區(qū)域，只有耐鹽堿的植物才可以良好生長，如鹽地堿蓬(Suaedasalsa)、鹽角草(Salicorniaeuropaea)等物種，這些植物亦具有較強(qiáng)的指示作用，用來指示區(qū)域鹽堿度的高低。

表2 北大港濕地自然保護(hù)區(qū)植物物種組成Table 2 Plant species composition of Beidagang wetland nature reserve

表3 北大港濕地自然保護(hù)區(qū)草本植物生活型統(tǒng)計Table 3 Statistics of herbaceous plant life form in Beidagang wetland nature reserve

表4 北大港濕地自然保護(hù)區(qū)主要草本植物重要值Table 4 The important values of major herbaceous plant in Beidagang wetland nature reserve

由表5可知，雖然灌木和喬木物種數(shù)少于草本植物，但其在維護(hù)保護(hù)區(qū)生態(tài)平衡過程中是不可或缺的。灌木層植物物種中，檉柳(Tamarixchinensis)和紫穗槐(Amorphafruticosa)的重要值高于其他灌木物種，主要分散分布于道路兩側(cè)，群落內(nèi)伴生有少量草本植物；羅布麻(Apocynumvenetum)、興安胡枝子(Lespedezadaurica)等其他物種主要與草本植物混生，鮮有某一物種大面積叢生，主要分散分布于保護(hù)區(qū)土壤肥沃的區(qū)域。喬木層植物物種中，刺槐(Robiniapseudoacacia)的重要值要高于其他喬木，既形成單獨的刺槐林，也會混生于其他喬木群落中，頻度較高；其他喬木物種主要為多種混生，共同組成群落，林下空間大量分布蘆葦(Phragmitesaustralis)、狗尾草(Setariaviridis)、牽牛(Iipomoeanil)、鵝絨藤(Cynanchumchinense)等草本植物，偶有灌木伴生，群落中層次明顯，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

表5 北大港濕地自然保護(hù)區(qū)灌木和喬木物種重要值Table 5 Important values of shrub and arbor species in Beidagang wetland nature reserve

2.2 物種多樣性特征分析

2.2.1 物種豐富度分析 物種豐富度是指一個群落或生境中物種數(shù)目的多寡[15]。在同一生境或群落內(nèi)，所觀察記錄到的個體總數(shù)是一定的，物種數(shù)目越多，則豐富度指數(shù)越高。同理，Marglef指數(shù)的數(shù)值越大，反映出該群落或生境的物種豐富度越高，物種數(shù)目越多。通過計算保護(hù)區(qū)各區(qū)域的Marglef指數(shù)發(fā)現(xiàn)，實驗區(qū)的物種數(shù)目最多，物種豐富度最高，核心區(qū)次之，緩沖區(qū)最低，呈現(xiàn)實驗區(qū)>核心區(qū)>緩沖區(qū)的規(guī)律(圖2)。

2.2.2 物種多樣性指數(shù)分析 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)是用來描述物種個體出現(xiàn)的紊亂和不確定性的，指數(shù)的值越大，不確定性越大，多樣性也就越高，其影響因素有兩個：物種的數(shù)目和物種中個體分配的均勻性[12]。其中的不確定性主要體現(xiàn)在物種個體分配的平均程度上，物種分配越平均，不確定性越大。通過計算保護(hù)區(qū)各區(qū)域的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)發(fā)現(xiàn)，核心區(qū)的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)值最大，緩沖區(qū)和實驗區(qū)相近，呈現(xiàn)核心區(qū)>緩沖區(qū)≈實驗區(qū)的規(guī)律(圖2)，說明核心區(qū)植物群落的不確定性最大，物種分配的平均程度最高，物種多樣性最高，而緩沖區(qū)和核心區(qū)的物種多樣性差距甚微。

Simpson指數(shù)又稱優(yōu)勢度指數(shù)，表示在群落中進(jìn)行隨機(jī)取樣，抽中的兩個個體屬于不同種概率的大小。指數(shù)的計算值越大，表示屬不同種的概率越高，說明群落中物種種類較多，各物種的分布也較均勻，并沒有哪一種屬于優(yōu)勢種；反之，指數(shù)的計算值越小，說明群落中物種種類較單一，且某一物種大量集中分布，優(yōu)勢度明顯。通過計算保護(hù)區(qū)各區(qū)域的Simpson指數(shù)，呈現(xiàn)核心區(qū)>緩沖區(qū)>實驗區(qū)的規(guī)律(圖2)，說明核心區(qū)的植物群落內(nèi)物種分布的均勻程度最高，而實驗區(qū)的植物群落內(nèi)優(yōu)勢種明顯，優(yōu)勢種的分布集中。

Pielou指數(shù)是物種均勻度的指標(biāo)，一般用來表征群落中物種空間分布的均勻程度，指數(shù)的計算值越大，說明植物分布越均勻[16]。通過計算保護(hù)區(qū)各區(qū)域的物種均勻度指數(shù)，發(fā)現(xiàn)Pielou指數(shù)的數(shù)值呈現(xiàn)核心區(qū)>緩沖區(qū)>實驗區(qū)的規(guī)律(圖2)，說明核心區(qū)植物群落中的各物種在空間分布上的均勻程度最高，緩沖區(qū)次之，實驗區(qū)最低。

圖2 北大港濕地自然保護(hù)區(qū)各區(qū)域植物多樣性指數(shù)Fig.2 Theplant diversity index of each region in Beidagang wetland nature reserve

2.3 不同區(qū)域物種多樣性比較

2.3.1 物種豐富度比較 分別計算各結(jié)構(gòu)層植物群落在各區(qū)域的物種豐富度，結(jié)果表明(圖3)：草本層植物群落的Marglef指數(shù)值呈現(xiàn)核心區(qū)≈實驗區(qū)>緩沖區(qū)的規(guī)律，灌木層和喬木層植物群落的Marglef指數(shù)值呈現(xiàn)實驗區(qū)>核心區(qū)>緩沖區(qū)的規(guī)律。說明核心區(qū)和實驗區(qū)的草本植物物種豐富度均較高，且相差甚少，擁有的物種數(shù)目較多，而實驗區(qū)灌木和喬木的物種豐富度最高，核心區(qū)次之，緩沖區(qū)最低。

2.3.2 物種多樣性指數(shù)比較 分別計算各結(jié)構(gòu)層植物群落在各區(qū)域的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，結(jié)果表明(圖3)：草本層植物群落的Shannon-Wiener指數(shù)值呈現(xiàn)核心區(qū)>緩沖區(qū)>實驗區(qū)的規(guī)律，灌木層和喬木層植物群落的Shannon-Wiener指數(shù)值呈現(xiàn)實驗區(qū)>核心區(qū)>緩沖區(qū)的規(guī)律。說明核心區(qū)草本植物群落的不確定性要高于緩沖區(qū)和實驗區(qū)，物種個體分配的均勻程度要高，物種多樣性高；而實驗區(qū)灌木層和喬木層植物群落的物種多樣性高于核心區(qū)和緩沖區(qū)。

分別計算各結(jié)構(gòu)層植物群落在各區(qū)域的Simpson指數(shù)，結(jié)果表明(圖3)：草本層植物群落的Simpson指數(shù)值呈現(xiàn)核心區(qū)>緩沖區(qū)>實驗區(qū)的規(guī)律，灌木層和喬木層植物群落的Simpson指數(shù)值呈現(xiàn)核心區(qū)>實驗區(qū)>緩沖區(qū)的規(guī)律。說明核心區(qū)各結(jié)構(gòu)層植物群落中物種的分布較均勻，沒有明顯的優(yōu)勢種存在，緩沖區(qū)草本層植物群落物種的優(yōu)勢程度低于實驗區(qū)，而灌木層和喬木層植物群落物種的優(yōu)勢程度卻高于實驗區(qū)。

分別計算各結(jié)構(gòu)層植物群落在各區(qū)域的物種均勻度，結(jié)果表明(圖3)：草本層植物群落的Pielou指數(shù)值呈現(xiàn)核心區(qū)>緩沖區(qū)>實驗區(qū)的規(guī)律，灌木層和喬木層植物群落的Pielou指數(shù)值呈現(xiàn)核心區(qū)>實驗區(qū)>緩沖區(qū)的規(guī)律。說明核心區(qū)各結(jié)構(gòu)層植物群落在空間分布的均勻程度均高于緩沖區(qū)和實驗區(qū)，緩沖區(qū)草本層植物群落在空間分布的均勻程度高于實驗區(qū)，而灌木層和喬木層植物群落在空間分布的均勻程度低于實驗區(qū)。

圖3 各區(qū)域植物物種多樣性指數(shù)比較Fig.3 Comparison of plant species diversity indices by region

3 討論與建議

保護(hù)區(qū)現(xiàn)狀為：組成實驗區(qū)的4個部分間的關(guān)聯(lián)性較低，既有大面積的水域，也有大面積的鹽堿地，大部分區(qū)域受人為干擾程度高，導(dǎo)致各部分間的生境條件也存在不同程度的差異，且布局分散，所涉及的區(qū)域廣泛，面積大，植物群落內(nèi)物種的分布極不均勻，適應(yīng)性強(qiáng)的物種會大面積集中分布，優(yōu)勢程度明顯，如具有耐鹽堿特性的堿蓬(Suaedaglauca)和鹽地堿蓬(Suaedasalsa)等物種會在大面積的鹽堿地中集中生長，而沒有其他物種的存在，從而導(dǎo)致實驗區(qū)植物群落復(fù)雜程度較低；核心區(qū)受保護(hù)程度高，人類干擾少，各物種均能在區(qū)域內(nèi)良好生長，雖也有鹽堿地存在，但其面積較小，鹽堿度也較低，除耐鹽堿的物種外偶有適應(yīng)性強(qiáng)的其他物種生長，群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜；緩沖區(qū)有大面積的魚塘分布，生境條件較為惡劣，因此只有適應(yīng)性強(qiáng)的物種才能生長，導(dǎo)致其物種種類明顯少于核心區(qū)和實驗區(qū)，整個緩沖區(qū)的生境條件沒有明顯差異，各物種出現(xiàn)在某一區(qū)域的概率相近，并沒有明顯的優(yōu)勢種存在。這與對調(diào)查數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論基本吻合，可見，此次研究具有較高的可靠性，所以基于本研究，對保護(hù)區(qū)今后的建設(shè)發(fā)展提出如下建議：

要加強(qiáng)對緩沖區(qū)和實驗區(qū)的保護(hù)，其管理模式可以參考核心區(qū)，即劃定嚴(yán)格的保護(hù)區(qū)界限，在非對外開放區(qū)域設(shè)置防護(hù)圍欄，在主要出入口出設(shè)置管理處，嚴(yán)格禁止非工作人員的出入。

建立生物多樣檢測機(jī)制，加強(qiáng)保護(hù)區(qū)生物多樣性檢測。要重點關(guān)注對生態(tài)環(huán)境變化有指示作用的動植物，通過動物的行為變化和植物的生長狀況來預(yù)測和推斷生態(tài)環(huán)境的變化，及時采取相關(guān)措施，避免生態(tài)惡化現(xiàn)象的發(fā)生。

相關(guān)政府部門要明確分工，加大監(jiān)管力度。禁止經(jīng)濟(jì)作物林和農(nóng)田使用農(nóng)藥化肥；除防火要求進(jìn)行必要蘆葦砍伐外，禁止任何人員在保護(hù)區(qū)從事砍伐活動；除必要工程建設(shè)外，禁止任何大型機(jī)械進(jìn)入保護(hù)區(qū)非道路部分；嚴(yán)格控制外來人員隨意出入保護(hù)區(qū)。

加強(qiáng)對保護(hù)區(qū)內(nèi)相關(guān)工作人員和相關(guān)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)負(fù)責(zé)人的培訓(xùn)教育，尤其是防火教育和生態(tài)保護(hù)意識，除必要工作外，禁止人員在保護(hù)區(qū)內(nèi)隨意活動。

通多豐富的多媒體手段，普及生態(tài)保護(hù)知識，增強(qiáng)民眾生態(tài)意識，培養(yǎng)保護(hù)生態(tài)的自覺性和主動性，在保護(hù)區(qū)對外開放的區(qū)域內(nèi)活動時嚴(yán)格自律，不做出任何破壞生態(tài)環(huán)境的行為。