長沙城市濕地植物多樣性研究

戴興安，胡曰利

（1.中南林業(yè)科技大學環(huán)境藝術設計學院，湖南 長沙410004；2.中南林業(yè)科技大學林學院，湖南 長沙410004）

隨著城市基礎設施的擴建，城區(qū)為數不多的城市濕地（Urban Wetland）的生態(tài)學屬性發(fā)生了變化，形成與自然濕地（Natural Wetland）截然不同的濕地系統(tǒng)；城市濕地具有與城市區(qū)域不同的氣候特征，而且因城市功能區(qū)的不同而不同；城市濕地除了生態(tài)服務功能之外，還為市民提供休閑、娛樂和生態(tài)教育功能等很難預測的社會服務功能。城市濕地資源是開展城市生態(tài)旅游的重要目的地，也是保障城市生態(tài)安全的重要組成部分；而濕地植物是濕地景觀資源的基礎，也是濕地環(huán)境的靈敏指示者［1］，一方面濕地植物多樣性為濕地景觀多樣性的構成提供了物質條件，另一方面濕地景觀與濕地類型的復雜性又為濕地植物多樣性提供了環(huán)境條件。現階段國內外對濕地植物多樣性的研究主要以河流、湖泊、沼澤和海岸帶等人為影響相對較小的自然濕地為主，而對人類干擾相對頻繁的城市濕地植物研究不多［2－6］。本研究以長沙市轄五區(qū)及周邊郊區(qū)10 km范圍內濕地為對象，對不同濕地類型濕地植物群落與物種多樣性及其變化特征進行分析，旨在對長沙城市濕地生物多樣性保護、濕地資源保護和恢復、濕地景觀資源合理開發(fā)與利用提供基礎數據。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況 長沙市位于湖南省東部偏北、湘江下游和長瀏盆地的西緣，東西長約230 km，南北寬約88 km2。2006年，全市土地面積11 819.5 km2，其中市區(qū)面積556.3 km2，建成區(qū)面積173.19 km2。全市濕地面積38 226.80 hm2，其中永久性河流濕地面積有19 618.64 hm2，淡水湖泊1 441.58 hm2，草本沼澤898.03 hm2，水庫、攔河壩、水電壩4 835.51 hm2，淡水養(yǎng)殖池塘9 967.08 hm2，城市景觀水面和娛樂水面574.35 hm2。主要植物區(qū)系成分為東亞（中國－日本）成分，屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域內的東部（濕潤）常綠闊葉林亞區(qū)域，中亞熱帶常綠闊葉林地帶的中亞熱帶常綠闊葉林北部亞帶。地帶性的常綠闊葉林上層優(yōu)勢種多為青岡屬（Cyclobalanopsis）、栲屬（Castanopsis）和石櫟屬（Lithhocarpus）中較耐寒的種類，如青岡（Cyclobalanopsissclerophylla）、小葉青岡（C.gracilis）、細葉青岡（C.myrsinaefolia）、苦櫧（Castanopsissclerophylla）、甜櫧（C.eyrei）、石櫟（Lithhocarpusglaber）、樟樹（Cinnamomumcamphora）等。森林破壞后形成的次生灌木叢多為闊葉灌叢，常見的主要種類為白櫟（Quercusalba）、映山紅（Rhododendronsimsii）、黃檀（Dalbergiahupeana）等［7－8］。

1.2 樣方調查 采用樣線法和常規(guī)樣方法進行野外調查。選擇長沙市轄五區(qū)及周邊郊區(qū)10 km范圍內濕地設置調查樣帶。根據植被類型的變化情況分別按濕地類型設置樣方，濕地類型包括河流（Ⅰ）、湖泊（Ⅱ）、山塘水庫（Ⅲ）、景觀水面（Ⅳ）、溝渠（Ⅴ）5種類型。草本樣方面積為1 m×1 m，灌木樣方2 m×2 m，喬木樣方10 m×10 m。分別在各濕地類型中測定其植物組成、蓋度等指標。所有調查中出現的植物按其生活型與出現頻率分為兩大類來進行物種多樣性分析，其中生活型分為一年生草本（?。?、多年生草本（ⅱ）、灌木（ⅲ）、喬木（ⅳ）4種，按出現頻率分為特有種（＃）、稀有種（＋）和共有種（＊）［9－10］。

1.3 數據處理 選用物種重要值作為多樣性指標［11－15］。根據喬木、灌木、草本的特點，計算其重要值。

測度指標選用應用最為廣泛的豐富度指數（S）、Shannon－Wiener指數（H′）、Simpson指數（D）及Pielou均勻度指數（Jsw和Jsi）。

Shannon－Wiener多樣性指數（H′）：

Simpson指數：

Pielou均勻度指數：

式中，Pi為第i種植物的重要值；N為種i所在樣地的各個種的重要值之和；S為種i所在樣地的物種總數，即豐富度指數。

2 結果

2.1 城市濕地植物群落多樣性特征 在長沙市市區(qū)及周邊郊區(qū)10 km范圍內的植物調查中發(fā)現并記錄主要濕地植物群落20個（表1），其中被子植物有十字花科、蓼科、玄參科、唇形科、莎草科、禾本科等科的36個屬種。長沙市濕地類型以湖泊、水庫或山塘為主，城市濕地植物群落水平結構大都具有均勻分布特征，無明顯的鑲嵌現象；在人類干擾活動較為頻繁的部分濕地，則具有一定的鑲嵌現象，這是因為干擾后產生了更為豐富的異質性環(huán)境，為不同植物種的存在創(chuàng)造了生境。在垂直結構方面［16］，長沙濕地植被群落包括濕地邊緣及周圍耐陰、耐濕植物；水體中的挺水、浮葉和沉水植物等，受不同濕地類型的理化環(huán)境和其他因素影響，在不同的濕地類型環(huán)境中濕地植物群落表現出不同的垂直結構；濕地植被群落的垂直高度在0～3 m。但由于本次調查樣地設置的局限性，在河流、湖泊等濕地中的沉水或浮葉水生植物記錄較少，僅有荇菜、金魚藻、菹草、蕁菜等幾個植物群落。包括挺水植物在內的其他濕地植物相對較多，主要有蘆葦、菖蒲、菱、野艾蒿、問荊、蒼耳、一年蓬、空心蓮子群落等。

2.2 城市濕地植物物種多樣性特征 不同濕地類型植物物種豐富度差異不大，但景觀濕地除外；植物種豐富度最高為23個種，其中特有種也不多，只有5個種；主要城市濕地植物中包括空心蓮子草、野胡蘿卜、紫云英等14種一年生草本植物，狗牙根、蘆葦、馬鞭草等24種二年生或多年生植物，喬灌木類植物2個種（構樹、楓楊）（表2）。濕地植物豐富度是決定生物多樣性的最重要因子，無論H′還是D值，從河流濕地到溝渠，物種多樣性指數變化沒有明顯規(guī)律（表3）。河流、湖泊、山塘水庫、景觀水面、溝渠的 D 值依次為13.62、10.95、17.68、5.66和18.08，H′值依次為2.75、2.18、3.56、1.12和3.75；其中D和H′值最大的是溝渠，其次是山塘水庫，其D與H′值與溝渠非常接近，一是可以說明溝渠和山塘水庫濕地類型在長沙城市濕地中受到人類干擾較小，二是因為調查樣地的選擇上偏于山塘水庫或溝渠濕地周邊區(qū)域，水體中央選樣較少，而且這2種濕地類型是介于水陸兩種生態(tài)系統(tǒng)交叉狀態(tài)，為植物資源多樣性提供了更為豐富的棲息地；湖泊濕地多樣性指數小于山塘水庫，是因為該區(qū)域內湖泊多為營造景觀效果為主要目的，加之水面污染相對較重；至于河流，其植物多樣性與灘涂面積有關，往往隨豐枯水期的差異，樣地選擇范圍也有明顯差異，而河水的流動性也為外來種的進入提供了可能，如河流濕地特有種垂序商陸就是典型入侵物種；D和H′值最小的是景觀濕地，主要是因為景觀濕地是典型的人工濕地，大多植物由人工選擇進行配置，植物類型顯得簡單，但是也有菹草、狗牙根等非選擇植物出現，說明盡管是人工濕地，但潮濕的環(huán)境為一些耐濕喜陰植物的進入創(chuàng)造了條件。Pielou均勻度指數表現出與多樣性指數大體一致的狀況，即溝渠＞山塘＞河流＞湖泊＞景觀水面。

表1 長沙市濕地主要植物群落Table 1 Dominant plant communities of wetlands in Changsha

表2 不同濕地類型植被組成Table 2 Composition of vegetation in different types of wetlands

表3 不同濕地類型植物多樣性指數Table 3 Plant diversity index of different types of wetlands

從特有種、稀有種與共有種在濕地類型中的物種多樣性來看（表4），H′與D值的變化表明，景觀濕地共有種的D與H′值為3.32和1.65，在5種濕地類型中最小，其他幾種濕地類型共有種D與H′值非常接近，共有種在所有5種濕地類型中占主導地位；在湖泊、山塘水庫和景觀水面中特有種的D與H′值很小，樣地調查出現頻率為1個種；除了在湖泊、山塘水庫兩種濕地類型中出現少量稀有種外，其中湖泊的D與H′值為1.66和0.39，山塘水庫的D與H′值為1.83和0.46；其他濕地類型中沒有發(fā)現稀有種。

按植物物種生活型計算的多樣性結果表明（表5），植物種多樣性情況是不一致的，依據生活型所計算的H′與D值可以發(fā)現，物種多樣性以多年生草本植物類最高，其次是一年生草本，而喬木與灌木類植物最低。

表4 不同濕地類型植物種出現頻率特點Table 4 Plant frequencies of different types of wetlands

表5 不同濕地類型植物種類生活型組成特點Table 5 Life characteristics of plant species of different wetlands

3 討論與結論

本研究區(qū)域整體范圍內，植物種類多樣性指數和生活型分布的規(guī)律性變化說明長沙市城市濕地的植物在植物區(qū)系組成上具有一定的復雜性與特殊性，體現了較高的多樣性。在植被類型上以草本群落為主，并且主要為多年生草本，其次是一年生草本，而灌木與喬木等木本植物分布較少［17］。不同濕地類型中的共有種較多，稀有種和特有種較少，說明長沙市濕地植被缺乏獨特性。濕地類型不同對濕地植物物種多樣性的生活型、物種分布狀況有顯著影響；說明濕地類型是濕地植物空間格局形成的重要影響因素。

從植物多樣性指數、均勻度指數及豐富度指數看，不同濕地類型植物種豐富度差異不大，植物種豐富度最高，為23個種，最少的是景觀濕地，為7個；無論Shannon－Wiener還是Simpson指數，從河流濕地到溝渠，種多樣性指數變化沒有明顯規(guī)律。河流濕地出現外來入侵物種，而其他濕地類型暫未發(fā)現入侵物種。說明河流濕地生態(tài)系統(tǒng)開放性程度更高。

調查過程中發(fā)現，長沙城市濕地資源受到一定的破壞，由于城市化進程的推進，濕地面積不斷減少，自然濕地比重降低，景觀水面等人工濕地比重加大；而這些人工濕地物種不多，并且外來物種往往更容易侵入，物種多樣性遭到很大的破壞。不少城市濕地受到不同程度的污染，水量減少，嚴重影響了濕地的整體功能，通過調查，摸清了長沙市濕地植物的基本規(guī)律，可以為充分開發(fā)濕地植物的生態(tài)潛能，維持城市濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與健康提供參考資料。其次是濕地植物群落所受干擾與至城市核心區(qū)的距離有關［18］，主要原因在于城市化過程中大量外來物種的入侵。城市化對濕地植物種類組成也有很大影響，優(yōu)勢種因城市化區(qū)域不同而異；城區(qū)濕地植物組成以人工栽培的景觀植物為主，市郊區(qū)除農作物外即以自然分布的草本植物為主。城市化幾乎包括了所有導致濕地植物多樣性喪失的因素，如生境破壞、外來物種入侵、環(huán)境污染等；因此，必須加強在城市化過程中的濕地植物多樣性保護。

總之，濕地生物多樣性研究是目前學術界關注與研究的熱點問題［19］。通過調查與分析可知，濕地類型不同直接影響特有種和稀有種。所以從保護生物多樣性的角度出發(fā)，在長沙城市濕地制定管理與保護措施時，要注意考慮：

1）必須強調濕地類型的管理與保護，在不同類型生境中包括不同的植物特有種與稀有種，一般經歷干擾后的生態(tài)系統(tǒng)不能恢復到干擾前的狀況。特別是一些根莖型的多年生草本植物與灌木類植物，如狗牙根、空心蓮子草等。事實上，濕地類型最顯著的影響是對各種植物種（灌木、一年生及多年生草本）生活型的影響。由于人為干擾而引起濕地景觀破碎、異質化，從而使?jié)竦丨h(huán)境多樣化，這一過程無疑會導致部分濕地生物多樣性衰減，但在大尺度上也會有新的植物物種產生，如濕地類型中的特有種等。

2）就長沙城市濕地的合理利用與保護問題而言，首先要有一定的具體保護范圍，作為生物多樣性種源的“大陸島”嚴格保護。其次，要科學管理與合理利用濕地資源，包括劃區(qū)輪牧、保護地放牧、限制植物采集等活動。但是適當干擾可增加景觀的異質性，進而增加長沙城市濕地的植物物種豐富度。

3）長沙市及其周邊的濕地由于開墾、養(yǎng)殖和放牧等人為破壞的現象比較嚴重，使?jié)竦刂脖皇艿酵{。由于城市濕地距離人類生活區(qū)較近，缺少緩沖區(qū)，生活和生產污水大量排放到濕地水源，污染現象也比較嚴重，這也是造成濕地植被破壞的一個重要原因［20］。說明人類活動干擾、城市人口分布、土地利用模式、濕地至城市核心建成區(qū)的距離等因素對濕地植物多樣性有一定影響，但其間的相關關系還有待于后續(xù)研究。

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