湖北遠安縣濕地植物多樣性及群落數量特征研究

歐文慧 汪愛玲 王建凱 許松 酈希墨 張曉偉 韓建萍 張衛華 李靜 史梅容

摘 要： 采用野外濕地樣方調查及結合文獻資料，選擇物種多樣性指數，研究了湖北遠安縣濕地植物多樣性、區系特征、主要群落類型及數量特征。結果表明：遠安縣濕地植物有108科264屬360種，科級區系分布類型可劃分為7類5種變型，以世界廣布和熱帶分布型為主，溫帶分布類型較少，中國特有類型僅1科?？h域范圍內分布的典型濕地植物群落54種，群落物種多樣性指數中，Patrick指數均值為18.80±5.19;Shannon-Wiener多樣性指數均值為2.15±0.39;Simpson優勢度指數均值為0.81±0.10;Pielou均勻度指數均值為0.75±0.10;Margalef指數均值為3.44±0.87。鬼針草群叢的Patrick指數與Margalef指數最低，竹葉眼子菜群叢的香農多樣性指數、Simpson優勢度指數、Pielou均勻度指數最低;芋群叢Patrick指數最高，烏桕群叢Pielou均勻度指數最高，加楊群叢香農多樣性指數和Simpson優勢度指數最高，白飯樹群叢Margalef指數最高。該研究結果可為遠安縣及類似地區濕地生態系統保護修復及濕地資源管理提供了基礎資料和科學依據。

關鍵詞： 物種多樣性;植物區系;濕地植物群落;遠安縣

中圖分類號：Q948.1?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1004-3020（2021）05-0048-08

Flora and Community Diversity of Wetland Plant in Yuanan，Hubei Province

Ou Wenhui（1） ?Wang Ailing（2） ?Wang Jiankai（2） Xu Song（2） ?Li Ximo（2） ?Zhang Xiaowei（2） ?Han Jianping（3） ?Zhang Weihua（3） Li Jing（4） Shi Meirong（5）

（1.Faculty of Resources and Environment，Hubei University Wuhan 430062;

2.Hubei Yuanan Juhe National Wetland Park Administration Yichang 444299;

3.Jingmen Forest Science and Technology Extension Center Jingmen 448000;

4.Hubei Xisaiguo National Forest Park Administration Yichang 443100;

5.Wuhan Forestry Investigation，Planning and Design Institute Wuhan 430023）

Abstract： Wetlands with many important ecosystem service functions were considered to be the most biologically diverse ecosystems in nature.The health and function of wetland ecosystems were profoundly affected by plant diversity.The understanding of plant diversity and flora was considered an important prerequisite for the development of wetland ecosystem management.Based on literature data and survey results of wetland patch samples，the authors analyzed the wetland plant species，flora，typical communities and diversity characteristics of Yuanan.The results showed that there were 108 families，264 genera and 360 species of wetland plants in Yuanan.The family-level floristic distribution types could be divided into 7 types and 5 variants.The distribution types were mainly widespread and tropical in the world，while the temperate distribution types were few.There was only 1 family belong to endemic to China type.There were 54 typical wetland plant communities distributed within the county.The results of different species diversity index shown that，the average Patrick index，Shannon-Wiener diversity index，Simpson index，Pielou index and Margalef index was 18.80±5.19，2.15±0.39，0.81±0.10，0.75±0.10 and 3.44±0.87，respectively.The Patrick index and Margalef index of the Bidens pilosa form were the lowest，the Shannon-Wiener diversity index，the Simpson index，and the Pielou index of the Potamogeton malaianus form were the lowest;the Patrick index of the Colocasia esculenta form was the highest，and the Pielou of the Sapium sebiferum form was the highest.The Shannon-Wiener diversity index and Simpson index of the Populus canadensis form group were the highest，and the Margalef index of the Flueggea virosa form was the highest.The research results provide basic data and scientific basis for the protection and restoration of wetland ecosystems and management of wetland resources in Yuanan and similar areas.

Key words： species diversity;flora;wetland plant community;Yuanan Country

根據《濕地公約》的定義，濕地是指天然或人工、常年或季節性、蓄有靜止或流動的淡水、半咸水或咸水沼澤地、泥炭地或水域，包括低潮時水深不超過6 m的海域[1]。濕地與人類的生存、繁衍、發展息息相關，是自然界最富生物多樣性的生態系統和人類最重要的生存環境之一，在蓄洪防旱、調節氣候、控制土壤侵蝕、促淤造陸、降解環境污染等方面體現出重要的生態功能[2，3]。濕地作為處于水域和陸地過渡形態的自然體，具有脆弱和不穩定的特征。隨著社會和經濟的高速發展，全球約80%的濕地資源喪失或退化[4]，嚴重影響了濕地區域生態、經濟和社會的可持續發展。因此，了解濕地生態系統的結構與功能對濕地生態系統管理具有重要的意義。

生物多樣性是指一定時空范圍內不同種類有機體所構成穩定的生態綜合。它是維系生態系統能量流動、物質循環、信息傳遞的重要環節，也是人類賴以生存的物質基礎。其中物種多樣性則是生物多樣性最主要和結構和功能單位[5]。植物是濕地生態系統的重要組成部分，同時也是濕地生態系統中主要的初級生產者。除了能量供給外，植物還具有環境指示、生物棲息、改善土壤等生態功能，對濕地生態系統結構的維持和生態服務功能的發揮具有重要的支撐作用[6-8]。濕地植物物種多樣性與濕地生態系統服務之間存在復雜的交互作用關系，也是研究生態系統服務的關鍵基礎。了解濕地植被物種多樣性有助于揭示濕地生態系統對氣候變化和人類活動的響應，是開展濕地生態系統管理的關鍵前提。

遠安縣是長江中游濕地帶的重要組成部分[8]，其境內地形地貌條件復雜，雨熱條件充足，具有多樣的局部小氣候，河流、庫塘等類型濕地分布廣泛，濕地生物多樣性豐富。但目前相關研究較少，濕地植被多樣性仍不明確。李曉瑋對遠安縣植物多樣性的研究結果側重于對物種組成與區系類型的分析，而對于群落物種多樣性情況并未深入分析[9]。本研究擬結合文獻資料和濕地樣方調查，對遠安縣濕地植物物種、區系、典型群落和多樣性特征進行研究，以期為遠安縣及類似地區濕地生態系統保護修復及濕地資源管理提供基礎資料和科學依據。

1 研究方法

1.1 研究區概況

遠安縣位于長江中游，湖北省中部偏西、鄂西山地向江漢平原過渡地帶，宜昌市東北部，素有“西蜀門戶、荊襄要沖”之稱。地跨東經111°14′～111°52′，北緯30°53′～3l°22′?？h域東、東南與荊門市、當陽市毗連，西與宜昌市夷陵區為鄰，北同保康縣、南漳縣接壤?？h境東西橫距61.3 km，南北縱距54.0 km，國土面積1 752 km2，濕地面積2 989.14 hm2，濕地率1.71%?？h城鳴鳳鎮東距省會武漢市355 km，西南距宜昌市117 km。亞熱帶大陸季風氣候，雨量充沛、雨熱同期，光照充足、四季分明。近30年氣候資料分析表明，遠安縣年均氣溫15～17 ℃，年極端最高氣溫39.6 ℃;年極端最低氣溫-8.9 ℃。年均無霜期255 d。年均降雨量1 000～1 100 mm，但分配不均勻，多集中于6、7、8三個月。年均日照時數在1 496.8～2 051.2 h之間，日照率為41.6%。全年多西北風和偏北風，夏季盛行東南風[10，11]。

1.2 調查方法

本研究以遠安縣全國第二次濕地資源調查結果為基礎，采用樣方調查法對遠安縣境內濕地斑塊的植物群落進行了較為全面的調查。按照《植物群落清查的主要內容、方法和技術規范》[12]，在各濕地斑塊中隨機選擇典型植物群落，分別設置喬木5 m×5 m、灌木2 m×2 m、草本和水生1 m×1 m標準樣方，共設置樣方87個，記錄樣方所在濕地類型、地理位置、海拔、樣方植物群落全部物種及株數、蓋度。

1.3 數據分析方法

1.3.1 濕地植物物種與區系分布類型

通過對遠安縣濕地斑塊植物群落的實地調查，現場識別鑒定，調查并記錄植物物種名稱，對存疑種拍照記錄并采樣帶回實驗室進行鑒定。結合以往研究資料，匯總遠安縣濕地植物名錄，并對植物科屬情況及區系分布類型進行統計分析[13]。植物科、屬、種統計及物種區系地理成分分類參考《中國植物志》分類體系[14，15]。

1.3.2 重要值

用重要值代表濕地植物群落中各物種的優勢程度[16]，其計算公式為：

物種重要值IV=相對蓋度+相對密度2

相對蓋度=某個種的蓋度所有種蓋度之和

相對密度=某個種的個體數所有種的個體總數

1.3.3 物種多樣性指標

選取Patrick指數（R）、Margalef指數（M）、Simpson指數（D）、Shannon-Wiener指數（H）、Pielou均勻度指數（E）5個常用多樣性指數用以測度濕地植物物種多樣性與均勻度[5，16]，各指標計算公式如下：

Patrick指數以物種種數代表物種多樣性程度，側重于樣方內現存的不同物種總數;

R=S

Margalef指數是一種物種豐富度指數，以樣方物種數與個體總數的比值為基礎;

M=S-1lnN

Simpson優勢度指數為各物種個體數與個體總數的比值之和，綜合反映了樣方群落的物種豐富程度;

D=∑Si=1NiN2

Shannon-Wiener多樣性指數套用信息論中熵的計算公式，其結果反映了種的個體出現的不確定程度;

H=-∑Si=1（PilnPi）

Pielou均勻度指數為Shannon-Wiener多樣性指數與物種總數的比值，反映樣方內物種分布數量的均勻程度。

E=HlnS

上述式中，S為樣方內植物物種總數;N為樣方內植物個體總數;Ni為樣方內第i個物種的個體數;Pi為樣方內第i個物種重要值與樣方物種重要值之和的比值。

2 結果分析

2.1 植物物種組成特征

結果表明遠安縣濕地植物共360種，隸屬于108科264屬，其中輪藻門1科1屬1種，蕨類植物10科11屬12種，裸子植物3科3屬3種，被子植物94科251屬344種。維管束植物科數、屬數和種數分別占中國維管束植物總科數的30.31%、總屬數的8.29%和總種數的1.20%。其中包括國家重點保護植物5種，分別為Ⅰ級重點保護野生植物1種，為銀杏Ginkgo biloba，系栽培種;Ⅱ級重點保護野生植物4種，分別為樟Cinnamomum camphora、蓮Nelumbo nucifera、野大豆Glycine soja和胡桃Juglans regia。

圖2表明，遠安縣濕地維管束植物107個科中，包含8個屬及以上的科數量為6個，共包含屬數88個，占全部物種屬數的33.46%。包含8個以下屬的科數為101個，占全部物種屬數的66.54%。包含8屬以上的科依次為菊科Asteraceae 24屬、禾本科Poaceae 24屬、豆科Fabaceae 13屬、薔薇科Rosaceae 10屬、唇形科Lamiaceae 9屬和大戟科Euphorbiaceae 8屬。

圖3表明，遠安縣濕地維管束植物科中含10種及以上物種的科數量為8個，包含物種數147種，占全部物種數的40.95%;含10種以下物種的科數量為99個，包含物種數212種，占全部物種數的59.05%;僅含1個物種的科數量為60個，占全部物種數的16.71%。菊科、禾本科、薔薇科、大戟科、豆科、唇形科和蓼科Polygonaceae為依次為包含10個物種以上的科。

遠安縣濕地維管束植物屬總數為263個，僅包含1個物種的屬共207個，占總屬數的78.41%，物種數占物種總數的57.50%;包含1個物種以上的屬共56個，占總屬數的21.21%，物種數占物種總數的41.67%。其中圖4依次表示包含物種數最多的前8個屬，分別為萹蓄屬Polygonum、蒿屬Artemisia、懸鉤子屬Rubus、大戟屬Euphorbia、眼子菜屬Potamogeton、莎草屬Cyperus、景天屬Sedum、珍珠菜屬Lysimachia。

2.2 植物區系組成

根據《中國植物志》，遠安縣濕地維管束植物107個科，可分為7個分布類型和5個變型（表1）。其中，世界廣布類型共43科，占總科數的40.19%;共包含164屬，占總屬數的62.36%。其中包含物種數較多的科有菊科、禾本科、薔薇科、豆科、唇形科、蓼科、莧科、莎草科、毛茛科、十字花科、茜草科、傘形科、景天科、報春花科、旋花科、眼子菜科、?？啤⑹窨?、茄科。

熱帶分布類型植物共27科，占總科數的25.23%;共包含55屬，占總屬數的20.91%。其中包含物種數較多的科有大戟科、蕁麻科、天南星科、葡萄科、夾竹桃科、鳳尾蕨科、鴨跖草科、葫蘆科、葉下珠科、漆樹科、無患子科、錦葵科。此外還包括2種熱帶分布型變型，分別為熱帶亞洲-熱帶非洲-熱帶美洲分布類型和以南半球為主的泛熱帶分布。前者包括鳶尾科，后者包括石蒜科、商陸科、粟米草科。

舊世界熱帶分布類型和中國特有分布類型的植物均僅包含1科1屬，前者包括芭蕉科，后者包括銀杏科，占總科數和總屬數的比例均為0.93%和0.38%。

北溫帶分布類型科數為8個，占總科數的7.48%;包含9屬，占總屬數的3.42%。分別為忍冬科、松科、百部科、百合科、天門冬科、大麻科、金絲桃科、五?；?。此外還存在3種北溫帶分布類型的變型，分別為北溫帶和南溫帶間斷分布類型9科14屬，占總科數和總屬數的8.41%和5.32%;歐亞和南美溫帶間斷分布類型1科1屬，占總科數和總屬數的0.93%和0.38%;地中海、東亞、新西蘭和墨西哥-智利間斷分布類型1科1屬，占總科數和總屬數的0.93%和0.38%。

東亞和北美間斷分布類型科數為7個，占總科數的6.54%;包含7屬，占總屬數的2.66%。分別為球子蕨科、五味子科、三白草科、木蘭科、菖蒲科、蓮科、扯根菜科。

2.3 典型植被類型物種多樣性

遠安縣54個典型濕地植物群落的物種多樣性指數結果顯示，包括Patrick指數（R）、Shannon-Wiener多樣性指數（H）、Simpson指數（D）、Pielou均勻度指數（E）和Margalef指數（M）。Patrick指數在9～30之間，均值為18.80±5.19;Shannon-Wiener多樣性指數在0.62～2.82之間，均值為2.15±0.39;Simpson指數在0.22±0.92之間，均值為0.81±0.10;Pielou均勻度指數在0.27～0.88之間，均值為0.75±0.10;Margalef指數在1.72～5.06之間，均值為3.44±0.87（表2）。

Patrick指數中，鬼針草群叢多樣性最低，為9，芋群叢最高，為30;竹葉眼子菜群叢的Shannon-Wiener多樣性指數、Simpson指數、Pielou均勻度指數最低，分別為0.616、0.218、0.267，加楊群落香農指數和Simpson指數最高，分別為2.817和0.925;烏桕群叢Pielou均勻度指數最高，為0.882;Margalef指數中，白飯樹群叢最高，為5.059，鬼針草群叢最低，為1.719。不同的濕地植物群落多樣性指數經標準化后，在不同群落類型的變化趨勢上具有相似性。

3 結論與討論

遠安縣濕地斑塊共調查到植物108科264屬360種，其中輪藻門植物1科1屬1種，蕨類植物10科11屬12種，裸子植物3科3屬3種，被子植物94科251屬344種。維管束植物科數、屬數和種數分別占中國維管束植物總科數的30.31%、總屬數的8.29%和總種數的1.20%。包含10個物種以上的科有8個，包含物種總數147個，占遠安縣全部濕地物種數的40.95%。與同樣位于長江中游濕地帶的洪湖濕地、益陽市濕地相比，遠安縣濕地植物豐富度在科屬種層面均高于洪湖[17]，但低于益陽市[18]?？赡苁怯捎诤楹竦匾院礉竦貫橹?，濕地類型較單一，且濕地總面積較小，因而該區域內能夠維持生存的物種總數較少。益陽市濕地總面積較遠安縣更大，濕地類型更為豐富，能夠維持較多的物種生存。相較于2012年對遠安沮河濕地維管束植物的研究結果，濕地植物物種豐富度有較大幅度的增加[10]。

遠安縣濕地維管束植物107科可劃分為7個分布區類型及其5個變型，其中世界廣布型科占總科數的40.19%，占比最高。其次為熱帶分布科及其變型，占總科數的34.28%。其中又以泛熱帶分布型科為主，占總科數的25.23%。溫帶分布類型和中國特有分布類型科相對較少，溫帶分布類型科及其變型共26科，占總科數的24.30%;中國特有分布僅銀杏科1科1屬1種，占總科數的0.93%。結果表明本區植物區系具有顯著的熱帶特征，同時兼具一定的溫帶特征。遠安縣位于北亞熱帶地區，以亞熱帶大陸季風氣候為主要氣候類型。本區域分布的濕地植物在科層面上特征與地域氣候環境相符[19]。

遠安縣54個典型濕地植物群落類型中，Patrick指數均值為18.80±5.19;Shannon-Wiener多樣性指數均值為2.15±0.39;Simpson優勢度指數均值為0.81±0.10;Pielou均勻度指數均值為0.75±0.10;Margalef指數均值為3.44±0.87。鬼針草群叢的Patrick指數與Margalef指數最低，竹葉眼子菜群叢的香農多樣性指數、Simpson優勢度指數、Pielou均勻度指數最低;芋群叢Patrick指數最高，烏桕群叢Pielou均勻度指數最高，加楊群叢香農多樣性指數和Simpson優勢度指數最高，白飯樹群叢Margalef指數最高。結果表明水生植物群落或濕生草本群落的物種多樣性通常較低，而濕生的灌木群落或喬木群落通常具有較高的物種多樣性。其原因可能是因為在水生環境或水位變化較大的濕生環境中，水淹條件對植物的定植起到了較大的限制和篩選作用，生命周期較短的草本植物占據了大部分生態位，其中又以少數適應性強的物種在群落中形成明顯的優勢，群落層次結構相對簡單，物種多樣性較低[20]。而在濕生的灌木群落或喬木群落中，植物所需的水分條件充足，但又較少受到水淹影響，群落環境能夠支持更多物種的定植與生存，濕地植物群落能夠演替至較高的階段，從而形成了更為豐富的群落層次和物種多樣性[21]。

從對遠安縣濕地植物物種、區系、典型群落和多樣性特征進行的研究結果可知，遠安縣濕地分布廣泛，具有較多的濕地植物物種。濕地植物區系中除世界廣布型外，熱帶分布型占據了最大的部分，與本區域的主要氣候類型相符。濕地植物群落類型豐富，其中以水生或濕生的草本植物群落為主，喬木或灌木植物群落較少。但喬木或灌木群落相對于草本群落，物種組成更為多樣，通常具有較高的物種多樣性指數。對比相關文獻[9-11]與本研究結果，表明近年來遠安縣實施的濕地保護與修復工作成效顯現，但依然存在一些問題，例如喜旱蓮子草、鳳眼藍等外來物種入侵;農業或工礦業生產導致的水污染和水土流失問題等，需要在今后的濕地保護與修復工作中重點關注。

參 考 文 獻

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（責任編輯：唐 嵐）