李銳鋒 楊建英 張艷 李秋梅 畢洋濤 劉洋 趙澤鎬 畢彪

(北京林業(yè)大學(xué)，北京，100083)(嶺南師范學(xué)院)(北京林業(yè)大學(xué))

河岸帶是指高低水位之間的河床以及被抬高的水位、極端洪水和土壤持水能力對(duì)植物影響完全消失的區(qū)域[1-2]，具有植被、土壤、地形、地貌和水文特性，以及明顯的邊緣效應(yīng)[3]，在河、溪的“邊緣”，河岸帶往往擁有明顯的過(guò)渡特征、顯著的動(dòng)態(tài)漲落以及頻繁的超承載現(xiàn)象[4]。河岸帶是水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)的交錯(cuò)過(guò)渡帶[5]，具有獨(dú)特的生態(tài)功能，是進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換的重要生態(tài)區(qū)域，在發(fā)揮廊道功能、防治水環(huán)境污染、植物護(hù)岸功能和社會(huì)經(jīng)濟(jì)功能方面發(fā)揮重要作用[6-8]。作為河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，植被與土壤是關(guān)系河岸帶穩(wěn)定性、生物多樣性、富集和過(guò)濾各種營(yíng)養(yǎng)元素等方面的重要因素[9-11]。物種多樣性能有效地表明植物群落組成和結(jié)構(gòu)異質(zhì)性以及植物群落與自然環(huán)境因素的關(guān)系[12-13]，能夠代表河岸帶的自然程度，是生物群落多樣性研究的核心內(nèi)容之一[14-15]。河岸帶岸坡坡度、坡長(zhǎng)、海拔高度、土壤狀況以及人為干擾程度等因子是河岸帶植物的生長(zhǎng)及分布的關(guān)鍵因子[16-19]。

近年來(lái)，人類耕作、污水排放、河流開(kāi)發(fā)等人為活動(dòng)對(duì)河流河岸帶資源的過(guò)渡或不適當(dāng)開(kāi)發(fā)利用，使河岸帶高度硬化和破碎化，破壞了生物棲息地，使得鄉(xiāng)土物種減少，植物多樣性降低，嚴(yán)重影響了河流河岸帶功能的發(fā)揮[9，20-21]。河岸帶具有橫向空間的過(guò)渡性，從橫向結(jié)構(gòu)來(lái)看，河岸帶可分為近水區(qū)域、河濱區(qū)域、近岸區(qū)域3部分結(jié)構(gòu)[4]。目前國(guó)內(nèi)許多學(xué)者針對(duì)河岸帶的植被類型以及河岸帶結(jié)構(gòu)的某一特征進(jìn)行類型劃分并進(jìn)行植被特征研究[5，22-24]。結(jié)合大清河流域內(nèi)河岸帶破碎化嚴(yán)重、喬木種類較少、喬木種類受人為干擾的影響以及進(jìn)一步導(dǎo)致林下植被生長(zhǎng)狀況存在較大差異的情況，對(duì)存在喬木的河岸帶進(jìn)行研究顯得尤為重要。鑒于此，本研究以大清河流域南拒馬河、界河-龍泉河-清水河為研究對(duì)象，通過(guò)野外調(diào)查與室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)2條河道內(nèi)存在喬木的河岸帶進(jìn)行類型劃分，并研究不同類型的河岸帶植被數(shù)量特征、多樣性差異，提出河岸帶的植被優(yōu)化建議，以期為大清河流域河岸帶的生態(tài)修復(fù)提供基礎(chǔ)信息和理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

大清河流域(38°10′～40°N，113°40′～117°E)位于海河流域中部、太行山東麓，流域總面積為43 060 km2，其中山區(qū)面積22 822 km2，占53%；平原面積20 238 km2，占47%，地勢(shì)由西北向東南傾斜，西部屬太行山脈，由中山區(qū)、低山區(qū)和丘陵3部分組成，東部屬華北平原。流域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明。多年平均氣溫11.6 ℃，山區(qū)多年降水量為582.2～618.6 mm，平原為501.5～547.3 mm。

選取大清河流域內(nèi)南拒馬河、界河-龍泉河-清水河進(jìn)行研究。南拒馬河位于大清河流域東北部，是大清河北支的主要行洪通道，承接上游拒馬河分流洪水和北易水、中易水等支流洪水，為流域內(nèi)唯一一條未斷流的河道，全長(zhǎng)83 km。界河-龍泉河-清水河位于流域中部，起源于易縣甘河凈鄉(xiāng)欒木廠村，最終匯入府河，長(zhǎng)127 km。界河經(jīng)河北省保定市滿城區(qū)流至下游龍泉河，至北辛店保衡(水)公路以東稱清水河，2條河道在行洪功能、地域位置上具備一定代表性。

本研究所選的河岸帶斷面在平原區(qū)、低山區(qū)均有分布(海拔9.48～363.65 m)，樣地土壤質(zhì)地以壤土為主，土壤類型主要有普通褐土、黃土、棕壤土等類型。河岸帶內(nèi)植被類型以草地、林地為主。在本研究選取的2條河的兩側(cè)，喬木植被帶破碎化嚴(yán)重，人為干擾較為強(qiáng)烈，自然型樹(shù)種已少有存在，主要以經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種桃樹(shù)(Amygdaluspersica)、柿樹(shù)(Diospyroskaki)以及防護(hù)林樹(shù)種楊樹(shù)(Populusspp.)為主，更有河段喬木植被帶被農(nóng)耕地所取代。因此，調(diào)查主要針對(duì)南拒馬河、界河-龍泉河-清水河兩側(cè)的喬木植被帶進(jìn)行。

2 研究方法

2.1 調(diào)查樣地的選擇及調(diào)查內(nèi)容

利用BIGEMAP地圖下載器，觀察2019年6月南拒馬河、界河-龍泉河-清水河的衛(wèi)星地圖(級(jí)別為18)，分析2條河道河岸帶岸坡的人為干擾情況、河岸帶土地利用情況、植被分布狀況等，基于此，在南拒馬河、界河-龍泉河-清水河共選取了25個(gè)典型河段(見(jiàn)圖1)。

2019年8月，對(duì)典型河段進(jìn)行野外調(diào)查。河槽調(diào)查包括海拔、經(jīng)緯度、河槽寬度、入河岸坡坡度、坡長(zhǎng)以及坡面的人為干擾情況；河岸帶調(diào)查包括土地利用類型、河岸植被帶寬度，考慮到部分河段的河岸帶植被寬度較窄，因此設(shè)置面積為10 m×10 m的喬木樣方，(每個(gè)樣方內(nèi)沿對(duì)角線共計(jì)設(shè)置5個(gè)1 m×1 m草本小樣方)。各樣方內(nèi)觀測(cè)植物群落特征和種類組成，記錄每個(gè)樣方的喬木層、灌木層和草本層的總蓋度、植物物種名、群落蓋度、株數(shù)和平均高度。同時(shí)，在調(diào)查樣方內(nèi)，重復(fù)性挖取3個(gè)土壤剖面并觀察記錄土壤質(zhì)地，按0～20 cm和20 cm以下分層進(jìn)行環(huán)刀、自封袋的土樣收集，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤密度、含水量、毛管孔隙度等指標(biāo)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

物種多樣性指數(shù)選取Margalef豐富度指數(shù)(R)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)、Pielou均勻度指數(shù)(JSW)，對(duì)研究區(qū)不同類型河岸帶的草本層物種多樣性進(jìn)行分析和比較，計(jì)算公式如下：

物種重要值=(相對(duì)多度+相對(duì)蓋度+相對(duì)高度+

相對(duì)頻度)/4。

(1)

R=(S-1)/lnN。

(2)

H=-∑PilnPi。

(3)

JSW=H/lnS。

(4)

式中：S為物種數(shù)目；N為所有物種的個(gè)體數(shù)之和；Pi為第i種的相對(duì)重要值。

采用單因素方差分析比較不同類型河岸帶間的植物多樣性的差異。統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程均在軟件SPSS 26.0上進(jìn)行，采用最小顯著差異法比較均值之間的差異程度，顯著性水平全部設(shè)置為P<0.05。

3 結(jié)果與分析

3.1 大清河流域河岸帶類型劃分

對(duì)南拒馬河、界河-龍泉河-清水河2條河道的河岸帶進(jìn)行了沿線調(diào)查，共計(jì)細(xì)致調(diào)查喬木樣地25處。調(diào)查的喬木樣地在平原、低山地區(qū)均有分布，且植被帶寬度分為0～20、>20～50、>50 m共3種，河岸帶周邊的土地利用類型主要有林地、建設(shè)用地、耕地(見(jiàn)表1)。其中，在平原靠近城鎮(zhèn)的河段，供人類休憩、娛樂(lè)的景觀河岸帶樣地2個(gè)；處于平原地區(qū)且種有經(jīng)濟(jì)樹(shù)種的河岸帶樣地4個(gè)；處于低山地區(qū)種有經(jīng)濟(jì)樹(shù)種的河岸帶樣地4個(gè)；處于平原地區(qū)存在人工護(hù)岸林，且后期基本沒(méi)有受人為干預(yù)，保留為近自然狀態(tài)的河岸帶樣地11個(gè)，以及在低山部分的此類河岸帶樣地4個(gè)。根據(jù)地形以及河岸帶內(nèi)的喬木類型對(duì)上述河岸帶命名為：平原景觀型河岸帶、平原經(jīng)濟(jì)林型河岸帶、平原人工護(hù)岸林型河岸帶、低山經(jīng)濟(jì)林型河岸帶和低山人工護(hù)岸林型河岸帶。

圖1 大清河流域河岸帶研究區(qū)樣點(diǎn)分布示意圖

表1 大清河流域河岸帶類型調(diào)查樣地信息

3.2 大清河流域河岸帶植物種組成

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，大清河流域南拒馬河、界河-龍泉河-清水河2條河道河岸帶共出現(xiàn)植物70種，隸屬34科，59屬(見(jiàn)表2)。其中，菊科(Compositae)分布最多，有9屬13種，其次為禾本科(Gramineae)有7屬7種，豆科(Leguminosae)有5屬6種、薔薇科(Rosaceae)有3屬5種，四大科共計(jì)有24個(gè)植物屬，占調(diào)查總植物屬的41.38%，植物種31種，占調(diào)查總植物種數(shù)的44.93%。僅包含一個(gè)植物屬，且僅有一個(gè)植物種的有24科，占總科數(shù)的70.59%。在調(diào)查到的所有植物中，喬木共有11科12屬15種、灌木共有3科3屬3種、草本共有24科44屬52種，可見(jiàn)大清河流域一定范圍內(nèi)的河岸帶植被群落組成中草本種類最多，物種最為豐富(占總物種數(shù)的74.29%)，喬木、灌木種類較少。

表2 大清河流域河岸帶植物科屬分配情況

2條河道河岸帶喬木大多為后期人為種植，除景觀型河岸帶外，各植被樣地內(nèi)多為單一樹(shù)種。研究區(qū)內(nèi)喬木主要以楊樹(shù)為主，界河-龍泉河-清水河部分河段在進(jìn)入山區(qū)后，河道兩側(cè)存在人為種植的果樹(shù)，以柿樹(shù)和桃樹(shù)居多。在調(diào)查樣地內(nèi)，灌木相對(duì)較少，以大葉黃楊(Buxusmegistophylla)、胡枝子(Lespedezabicolor)和荊條(Vitexnegundovar.heterophylla)為主。草本以1年生草本為主，出現(xiàn)頻率較高的有狗尾草(Setariaviridis)、藜(Chenopodiumalbum)、豬毛菜(Salsolacollina)，3種草本植物在25個(gè)調(diào)查樣地內(nèi)的出現(xiàn)頻度分別為72%、56%、56%。

對(duì)比不同類型河岸帶的植被群落組成占該總物種數(shù)的比例(見(jiàn)表3)可知，各類型河岸帶植被結(jié)構(gòu)分布各不相同，以重要值較高的植物種作為優(yōu)勢(shì)種。在喬木種方面，平原景觀型河岸帶靠近城鎮(zhèn)，在樹(shù)種的搭配上也應(yīng)盡可能的符合景觀需求，包含了國(guó)槐(Sophorajaponica)、紫葉李(Prunuscerasiferaf.atropurpurea)等植物種，與其他類型河岸帶相比，喬木種類豐富，占所有調(diào)查喬木種類數(shù)的40%。平原人工護(hù)岸林型河岸帶的喬木樹(shù)種數(shù)量位居第2，包含5種喬木，主要為楊樹(shù)、榆樹(shù)(Ulmuspumila)、元寶楓(Acertruncatum)等，而平原經(jīng)濟(jì)林型河岸帶包含的喬木種類較少，主要以楊樹(shù)、欒樹(shù)(Koelreuteriapaniculata)、梧桐(Firmianaplatanifolia)為主；在低山地區(qū)，低山經(jīng)濟(jì)林型河岸帶、低山人工護(hù)岸林型河岸帶的喬木種類相對(duì)較少，均只包含2種，均以桃、柿、李子(Prunuscerasifera)等果樹(shù)為主。

在灌木種方面，調(diào)查樣地內(nèi)出現(xiàn)的種類較少，僅有荊條、胡枝子和大葉黃楊(Buxusmegistophylla)，對(duì)比不同類型河岸帶灌木種的差異可知，有4種河岸帶均包含1種灌木，而低山經(jīng)濟(jì)林型河岸帶樣地內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)灌木。

在草本方面，平原人工護(hù)岸林型河岸帶存在的種類最多，占調(diào)查的總草本種類的65.38%，其次為低山人工護(hù)岸林型河岸帶(38.46%)。對(duì)比可知，不同類型的河岸帶的草本優(yōu)勢(shì)種不同，在平原景觀型河岸帶內(nèi)，苜蓿(Medicagosativa)和鳶尾(Iristectorum)的優(yōu)勢(shì)度較高，并且這2種草本植物在其他4類河岸帶內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)。在平原地區(qū)的河岸帶內(nèi)，草本主要以虎尾草(Chlorisvirgata)、鐵莧菜(Acalyphaaustralis)、豬毛菜和狗尾草為主，而在低山地區(qū)，河岸帶內(nèi)草本以鴨跖草(Commelinacommunis)、龍葵(Solanumnigrum)和馬唐(Digitariasanguinalis)為主。

表3 大清河流域不同河岸類型植被優(yōu)勢(shì)種組成

3.3 不同類型河岸帶的植被特征和多樣性差異

在調(diào)查的25塊樣地中，平原景觀型、平原經(jīng)濟(jì)林型、平原人工護(hù)岸林型、低山經(jīng)濟(jì)林型、低山人工護(hù)岸林型河岸帶占比分別為8%、16%、44%、16%和16%，包含經(jīng)濟(jì)林以及人工護(hù)岸林的河岸帶數(shù)量居多，經(jīng)過(guò)人為修建的景觀型的河岸帶最少。不同程度的人為干擾，對(duì)河岸帶植被空間分布和特征變化具有重要影響。由表3可知，不同類型河岸帶之間的植被特征變化明顯，且多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)存在顯著性差異(P<0.05)。

單因素方差分析結(jié)果表明，不同類型河岸帶的喬木郁閉度、林下植被蓋度均無(wú)顯著差異(P<0.05)，低山經(jīng)濟(jì)林型河岸帶的喬木郁閉度最大，林下植被蓋度最??；而平原人工護(hù)岸林型河岸帶的喬木郁閉度最小，林下植被蓋度最高。在植被多樣性、豐富度、均勻度指數(shù)方面，5種河岸帶均表現(xiàn)為：平原景觀型、平原人工護(hù)岸林型河岸帶顯著高于平原經(jīng)濟(jì)林型河岸帶(P<0.05)，且除平原經(jīng)濟(jì)林型外的4種河岸帶之間的植被指數(shù)無(wú)顯著性差異(P<0.05)，可以說(shuō)明人為對(duì)河岸帶的占用、干擾在平原段尤為明顯。

表4 大清河流域不同河岸帶植被數(shù)量特征與多樣性

4 結(jié)論與討論

景觀型河岸帶大多處于海拔相對(duì)高度低于100 m的地區(qū)，岸坡上緣地形平坦，周邊土地利用主要為建設(shè)用地，該類型河岸帶的功能主要為供人類休憩、娛樂(lè)[25]，植被帶寬度均勻，植被搭配較為豐富，但該類型僅在平原地區(qū)存在2處，這可能是由于在河道上游山區(qū)存在的城鎮(zhèn)較少，人們對(duì)河岸帶所起到的景觀生態(tài)功能需求較低，同時(shí)，界河-龍泉河-清水河的上游常年河道無(wú)水，也為構(gòu)造景觀型河岸帶增加了難度。經(jīng)濟(jì)林型河岸帶在不同海拔區(qū)間均有分布，在低海拔地區(qū)，喬木主要以景觀樹(shù)種的幼苗為主，而在海拔400 m以上的區(qū)域，喬木樹(shù)種主要以果樹(shù)為主。人工護(hù)岸林型河岸帶內(nèi)的植被往往存在于30°左右的岸坡或岸坡上緣、坡度較小的平坦地帶，周邊土地利用類型以耕地為主，該類型河岸帶的樣地?cái)?shù)最多，且大多集中在平原地區(qū)，這可能是由于在平原地區(qū)的河道常年無(wú)水，河岸帶也因此沒(méi)有得到較好的管護(hù)，林分則以早期種植的人工林為主，使得河岸帶呈近自然狀態(tài)，植被帶破碎化嚴(yán)重。

綜合分析大清河流域內(nèi)的物種組成可知，研究區(qū)內(nèi)草本種類較多，喬木、灌木種類較少。不同的植被結(jié)構(gòu)類型起到的作用不同，河岸帶中的草本植被帶可以攔截徑流中的泥沙、過(guò)濾沉淀物質(zhì)上附著的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而起到凈化水質(zhì)，減少水體污染的效果；河岸帶的喬木林帶、灌木林帶可以起到保護(hù)堤岸、防止水體富營(yíng)養(yǎng)化的作用，同時(shí)在景觀中起到重要作用[26-27]。喬-灌-草的搭配方式可以使河岸帶在穩(wěn)固河岸、保護(hù)地下水和飲用水供給等方面效果更為出色[26]。大清河流域內(nèi)的護(hù)岸樹(shù)種較為單一，多為楊樹(shù)、榆樹(shù)，且基本為純林，在垂直方向上，植被多為喬木單層、草本單層或者喬-草的雙層結(jié)構(gòu)，林分中喬木層、灌木層物種多樣性較差，使得河岸帶的穩(wěn)固河岸、視覺(jué)景觀美感、提供水生棲息地等生態(tài)服務(wù)功能得不到充分發(fā)揮[28-29]。

研究區(qū)內(nèi)平原經(jīng)濟(jì)林型、低山經(jīng)濟(jì)林型河岸帶內(nèi)的喬木樹(shù)種以經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種為主，應(yīng)在保證喬木林帶寬度的同時(shí)[30]，在林下應(yīng)增種胡枝子、荊條等鄉(xiāng)土灌木種以及苜蓿、鳶尾等具備景觀功能的草本種，使植被群落層次更為豐富和多樣化，可以起到更好地自我恢復(fù)效果，同時(shí)還可保證河岸帶的觀賞性[31]；平原、低山人工護(hù)岸林型河岸帶的喬木種類較為單一，后期應(yīng)綜合考慮河岸帶周邊社會(huì)因素以及海拔等立地因子，引用鄉(xiāng)土樹(shù)種營(yíng)造混交林，保證喬木種的多樣性，提高河岸帶的生態(tài)穩(wěn)定性、抗災(zāi)害能力[32]，更好地發(fā)揮河岸帶過(guò)濾沉淀物質(zhì)和吸收徑流中的污染物質(zhì)的功能。

河岸帶作為人類活動(dòng)聚集的場(chǎng)所，不合理的土地利用方式廣泛存在，這顯著地改變了河岸帶植被的生長(zhǎng)環(huán)境(如使光照條件改變)，從而導(dǎo)致不同類型河岸帶之間的植被特征、多樣性指數(shù)存在差異[33-34]。在平原、低山人工護(hù)岸型河岸帶樣地內(nèi)，喬木郁閉度要明顯低于景觀型河岸帶及經(jīng)濟(jì)林型河岸帶，而林下植被蓋度要明顯高于其余3種類型，這可能是由于在喬木郁閉度較小的樣地內(nèi)，草本接受的陽(yáng)光較為充足，加之草本植物植株較小，可充分利用微環(huán)境斑塊進(jìn)行生長(zhǎng)[35]。

植物多樣性指數(shù)可客觀反映河岸帶內(nèi)各植物種類多少以及各植物種分布的均勻程度[36]。研究區(qū)內(nèi)各類型河岸帶的多樣性、豐富度、均勻度指數(shù)由高到低為平原景觀型、平原人工護(hù)岸林型、低山人工護(hù)岸林型河岸帶、低山經(jīng)濟(jì)林型、平原經(jīng)濟(jì)林型，且存在顯著差異(P<0.05)。由此可見(jiàn)，植物多樣性的差異與人類根據(jù)自身需求對(duì)河岸帶進(jìn)行干擾和改造緊密相連，平原景觀型河岸帶內(nèi)的植物多為當(dāng)?shù)睾笃谛藿ê影稁r(shí)所種植，其內(nèi)的草本受人為綠化影響，具有生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，因此物種較為豐富，分布較為均勻[37]；平原、低山地區(qū)的人工護(hù)岸型河岸帶內(nèi)，植被受人為干預(yù)較少，其生長(zhǎng)狀況主要受自然條件和其所在位置與水域的距離影響[22]，在平原、低山地區(qū)的經(jīng)濟(jì)林型河岸帶內(nèi)，人為活動(dòng)較多，尤其在園地、苗圃環(huán)境下，林下植被的生長(zhǎng)受抑制嚴(yán)重，致使河岸帶內(nèi)多樣性指數(shù)均表現(xiàn)為較低水平。

綜上所述，在對(duì)大清河流域河岸帶進(jìn)行植被修復(fù)時(shí)，應(yīng)結(jié)合土地利用情況、立地條件等因素分析恢復(fù)的可行性；根據(jù)不同河段河岸帶應(yīng)具備的功能，規(guī)劃最適的植被帶寬度，并在寬度范圍內(nèi)進(jìn)行不同植被種類的篩選及布設(shè)，從而最大效率地利用有限空間，使其起到景觀生態(tài)、控制面源污染、攔截泥沙以及枯枝落葉等作用，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)河岸帶內(nèi)藥物除草等行為的監(jiān)管力度，增強(qiáng)人類河岸帶保護(hù)意識(shí)，保證河岸帶內(nèi)的植物種多樣性，共同維護(hù)河岸帶健康。