南亞熱帶景觀湖泊水、濕生植物篩選研究(Ⅰ)
——水、濕生植物豐富度與多樣性

李運國

(鐵漢山藝環境建設有限公司,廣東 深圳 518003)

景觀湖泊是指以景觀生態學觀點、方法進行各項研究的湖泊生態系統[1],景觀湖泊水濕生植物是指在水分過剩環境(湖泊、沼澤地或水岸濕地等)中能夠正常生長、種類資源豐富、生態功能多樣、景觀效果突出,以及園林應用前景良好的植物[2-3]。

生態系統的相對穩定是人類賴以生存與發展的必要條件。維護與保持生態平衡,促進生態系統的良性循環和健康發展,是關系到人類前途和命運的重大課題。然而,20世紀以來,特別是近30年來,隨著科學技術進步和社會生產力的提高,人類正以前所未有的規模和強度影響著賴以生存的環境,使全球生態系統的穩定受到嚴重威脅[4-5]。

河流、湖泊、溪流或水塘是一個非常重要的典型生態交錯區,也是易受人類干擾的生態脆弱區。20世紀70年代以來,人類往往忽視這一生態交錯區及其植被存在的必要性和重要性,更沒有把它作為生態系統來對待,致使其由于人類活動的強烈干擾而嚴重退化。當前,恢復和重建受損河流、水庫、湖泊、池塘、海岸及濕地生態系統已引起環境保護、水利及交通等部門的高度重視,同時也對生態學理論的實踐和發展提出了新的挑戰[6]。大量文獻資料表明,水、濕生植物具有水體產氧、氮循環、吸附沉積物、抑制浮游藻類繁殖、減輕水體富營養化、富集和轉移重金屬、提高水體自凈能力的重要功能,同時還能為水生動物、微生物提供棲息地和食物源,維持生態交錯區域的物種多樣性[7-8]。因此，利用水、濕生植物在濱水濕地中的重要功能,實現生態交錯區域生態系統的良性循環是目前環境領域的研究熱點。

我國華南地區擁有眾多江河、湖泊和濕地,同時孕育著豐富多樣的水、濕生植物。本研究通過對廣東省境內景觀湖泊及水岸濕地實地調查,研究水、濕生植物的物種多樣性和豐富度,期望對受損和退化的景觀湖泊及其水岸濕地的生態修復、現代城市生態環境和景觀的優化提供理論和技術支撐。

1 材料和方法

1.1 調查時間

于2019年夏秋季水濕生植物生長旺盛期和接近成熟期進行實地調查，此時大部分植物種類均處于生物量最高的時期，便于進行生物多樣性觀測。

1.2 樣地和樣方設置

在廣東省境內選擇5個具代表性的景觀湖泊作為調查樣地并編號：Ⅰ-廣州花都湖，Ⅱ-廣東開平孔雀湖，Ⅲ-廣東銀瓶湖，Ⅳ-羅定金銀湖，Ⅴ-河源萬綠湖。在每個樣地內視植物分布狀況設置調查樣線，沿調查樣線隨機設置10個調查樣方，大型挺水植物樣方面積為1 m×1 m或2 m×2 m，中小型挺水植物樣方面積為0.5 m×0.5 m。浮葉植物和沉水植物多呈點狀或斑塊狀分布，調查時依據其分布情況設置調查樣線，乘船沿樣線選擇浮葉植物和沉水植物聚集生長的點位各設置 10個調查樣方，樣方面積為0.5 m×0.5 m或1.0 m×1.0 m[9-12]。

1.3 調查內容

首先觀測登記樣地現狀，包括湖泊水岸濕地的開發利用、生態修復、原生植被保留和干擾類型等情況。然后逐樣方觀測、記錄物種名和物種的株數。對現場不能確定種類名稱的物種采集標本，其中浮葉植物和沉水植物用耙子或拖鉤采集，將標本帶回實驗室鑒定。

1.4 采用的生物多樣性指數及數據處理方法[13-16]

采用調查統計單位面積株數作為計算指標，計算的數學模型如下：

(1) Margalef物種豐富度指數 (R)

R=(S-1)/ lnN

式中：S為群落中的總種數,N為觀察到的個體總數。

(2) Simpson指數(D)

D=1-∑Pi2

式中：Pi種的P個體數占群落中總個體數的比例。

(3) Shannon-wiener物種多樣性指數(H)

H=-∑PilnPi

式中：Pi=Ni/N。

(4) Pielou均勻度指數(J )

J=H/Hmax

式中：H為實際觀察的物種多樣性指數,Hmax為最大的物種多樣性指數,

Hmax=LnS(S為群落中的總物種數)。

采用Excel 2013 軟件統計數據和計算物種多樣性指數。

2 結果與分析

2.1 廣東省景觀湖泊水濕生植物的種類組成

經調查統計,在廣東省景觀湖泊水岸濕地中共查得水濕生植物22科38屬47種(表1)。其中：水鱉科含4屬6種,禾本科4屬4種,睡蓮科4屬4種,天南星科含3屬5種,雨久花科3屬3種,莎草科2屬3種,澤瀉科2屬2種,龍膽科2屬2種,眼子菜科1屬3種,鳶尾科1屬2種,香蒲科1屬2種,其余各科均為單屬單種。前5個科的屬、種數分別占總屬、種數的47.37%和46.81%,單屬單種科的屬、種數占總屬、種數的28.95% 和23.40%,表明前5個科是該區域的優勢或亞優勢科,單屬的科和單種的屬所占比例較大(表1)。

表1 各樣地水、濕生植物群落種類組成

2.2 不同景觀湖泊水岸濕地水濕生植物種類組成及主要特點

比較5個景觀湖泊水岸濕地水濕生植物群落種類組成可以看出各群落的種類組成有一系列特點(圖1)：1)群落Ⅰ的科、屬、種數最多,分別占總科、屬、種數的86.36%、89.47% 和82.98%,群落Ⅴ的科、屬、種數分別占總科、屬、種數的40.91%、39.47% 和31.91%，僅為群落Ⅰ的1/2左右；2)群落Ⅰ-Ⅴ的種數分別占總種數的82.98%、72.34%、53.19%、48.94% 和31.91%,種數呈遞減趨勢；3) 5個群落的共有種為13種,占總種數的27.66%,其中，共有種在各群落中所占比例依次為33.33%、38.24%、52.00%、56.52% 和86.67%,即共有種呈遞增趨勢。這些特點表明群落Ⅰ(廣州花都湖)的種類組成及其結構與調查區域的總體情況比較相似，可作為華南景觀湖泊水岸濕地水、濕生植物群落的代表，群落Ⅱ(廣東開平孔雀湖)、群落Ⅲ(廣東銀瓶湖)、群落Ⅳ(羅定金銀湖)、群落Ⅴ(河源萬綠湖)都具有相對的獨立性，其代表性越來越弱。

圖1 各水、濕生植物群落種類組成

2.3 生活型

在本次調查所采集到的水、濕生植物中包含3 個生活型,分別是挺水植物、浮葉植物和沉水植物。其中,挺水植物包括蘆葦、水蔥、水燭和香蒲等26種,占總種數的55.31%，是湖岸帶挺水植物群落的優勢種、亞優勢種或常見種,也是構成湖岸帶水、濕生植被景觀的基礎；浮葉植物12 種，占總種數25.53%，包括荷花、萍蓬草、荇菜、水鱉和芡實等；沉水植物包括菹草、狐尾藻、苦草和金魚藻等9種，占總種數的19.15%(表1，圖2)。

圖2 不同生活型的水、濕生植物組成

2.4 生物多樣性

多樣性指數是反映豐富度和均勻度的綜合指標。根據調查數據計算結果，多樣性的各項指數如表2。

不同樣地之間,豐富度指數、辛普森指數和物種多樣性指數3項指標的變化趨勢相似,自大至小的排序為：Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ>Ⅴ,均勻度指數則是Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ<Ⅴ(表2)。

表2 不同水、濕生植物群落物種多樣性指數

根據生物多樣性原理,豐富度指數主要反映群落中的物種數,其數值越高表明該群落中所含植物種類越多[17-18]。5個樣地豐富度指數呈遞減趨勢,且樣地Ⅰ的豐富度指數最大(7.161 3),樣地5的豐富度指數最小(3.585 7),二者相差49.93%,這與前述各樣地種類組成及其變化趨勢完全一致。

辛普森指數反映種群數量的變化情況,其數值越大,說明群落內物種數量分布越不均勻,優勢種的地位越突出。從各樣地植物的個體數量分布來看：樣地Ⅰ不但種類組成最豐富,而且種間個體數量在0.4～15.5株(叢)/m2,相差15.1株(叢)/m2,并有7個種的個體數量高于10株/m2,其中蘆葦、蒲葦個體數量最多,為優勢種；樣地Ⅱ除苦草、蘆竹和蘆葦3 種的個體數均為11.2/m2外,其余種的數量較少,且相差不大；樣地Ⅲ-Ⅴ各個種的個體數差別很小,雖然各自都有數量相對較多的植物,但優勢種不明顯。表明辛普森指數客觀地反映了各樣地種的分布和優勢度的變化趨勢。

香農-威納指數是基于種類數目及其個體分配的均勻性來反映群落種類多樣性的,種類數目多,且個體分配的均勻性增加都可提高物種的多樣性。然而本研究發現在5個樣地中,物種豐富度指數與均勻度指數變化趨勢相反,且前者變化幅度高于后者的變化幅度,即豐富度對多樣性指數的影響大于均勻度對多樣性指數的影響,故5個樣地群落多樣性指數變化的總趨勢與豐富度指數的變化趨勢相似。

3 討論

本次調查到的水生植物種類略少于目前市場流通和實際應用種類,這主要是因為調查時間選擇在水生植物生長旺盛期,而一些本地早春植物此時已經凋零枯萎,因而未能查見。同時一些沉水植物在分布上呈現出極為明顯的點狀或者斑塊狀分布格局。在一些沉水植物分布的水域,往往只有1 個物種占據絕對優勢,其他物種非常少甚至是無。

盡管在廣東湖泊水岸濕地中查得草本植物多達22個科47個種,但沒有木本植物,因而群落顯得較為單一。尤其到豐水季節,除蘆葦和香蒲等少數高大植物以外,會有部分植物被淹死,使植被蓋度銳減,造成群落的層次結構較差,資源的利用效率低,濕地高生產力的特點難以發揮,也不利于環境異質性的提高,難以為更多的物種提供棲息空間,最終將影響群落的物種多樣性和系統的穩定性。據此，在濕地植被修復過程中,遵循群落的演替規律,通過科學安排,適量增種一些土著高桿挺水植物和耐水的木本植物,以期改變群落的單一結構,培育出一個物種豐富、功能完善,系統穩定的濕地生態系統[19-20]。

本研究發現人為干擾和自然干擾對湖泊水生植物多樣性有不同程度的影響,其中人為影響包括：在湖泊景觀改造、水生植物群落修復與重建過程中對原生植被的保護和利用存在一定的不合理性；同時由于耙草、絞草、除草、過度養殖、過度施肥、廢水污染等生產與生活活動,嚴重阻礙著水生植物的繁衍,使得水生植物分布斑塊化、種類分布不均勻、生物量顯著下降、有的種類趨于滅絕[21-22]。凡此都不同程度地影響著水、濕生植物物種的豐富度和生物多樣性。

已有研究報導水、濕生植物群落物種豐富度、均勻度等多樣性指標與環境因子間密切相關,如：水體和基質的 pH值與物種多樣性各指數基本呈負相關；物種均勻度指數與水溫呈現顯著的負相關,而物種豐富度指數則與水溫呈現較強的正相關,物種多樣性指數與水溫的關系則不明顯；總氮含量與群落物種多樣性指數間主要呈正相關。另外,水質環、水體總磷含量、溶解氧以及重金屬含量等對物種多樣性各指數都有不同程度相關性[23-26]。

4 結論

(1)廣東省5個湖泊水岸濕地共查得22科38屬47種水、濕生植物，其中，水鱉科、禾本科是優勢科，睡蓮科、天南星科和雨久花科是常見科，單屬的科和單種的屬所占比例較大。

(2)5個湖泊水岸水、濕生植物群落的科、屬、種數排序為：Ⅰ(廣州花都湖)>Ⅱ(廣東開平孔雀湖)>Ⅲ(廣東銀瓶湖)>Ⅳ(羅定金銀湖)>Ⅴ(河源萬綠湖)，表明各群落具相對獨立性，其中群落Ⅰ的種類和數量組成與調查區域的總體比較相似，具有一定的代表性。

(3)調查所得水、濕生植物包括挺水、浮葉和沉水3個生活型，挺水植物占總種數的55.32%，是優勢類群，其中蘆葦、水蔥、水燭和香蒲為優勢種或亞優勢種。

(4)湖泊水岸濕地開發利用程度好、生態修復措施得當、原生植被保存較好的湖泊水岸濕地水、濕生植物豐富度和物種多樣性指數較高，但因人為改造影響，致使植物分布不均勻，均勻度指數較低。