李運國

(鐵漢山藝環(huán)境建設(shè)有限公司,廣東 深圳 518003)

景觀湖泊是指以景觀生態(tài)學(xué)觀點、方法進(jìn)行各項研究的湖泊生態(tài)系統(tǒng)[1],景觀湖泊水濕生植物是指在水分過剩環(huán)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(tài)功能多樣、景觀效果突出,以及園林應(yīng)用前景良好的植物[2-3]。

生態(tài)系統(tǒng)的相對穩(wěn)定是人類賴以生存與發(fā)展的必要條件。維護(hù)與保持生態(tài)平衡,促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和健康發(fā)展,是關(guān)系到人類前途和命運的重大課題。然而,20世紀(jì)以來,特別是近30年來,隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和社會生產(chǎn)力的提高,人類正以前所未有的規(guī)模和強度影響著賴以生存的環(huán)境,使全球生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定受到嚴(yán)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(tài)交錯區(qū),也是易受人類干擾的生態(tài)脆弱區(qū)。20世紀(jì)70年代以來,人類往往忽視這一生態(tài)交錯區(qū)及其植被存在的必要性和重要性,更沒有把它作為生態(tài)系統(tǒng)來對待,致使其由于人類活動的強烈干擾而嚴(yán)重退化。當(dāng)前,恢復(fù)和重建受損河流、水庫、湖泊、池塘、海岸及濕地生態(tài)系統(tǒng)已引起環(huán)境保護(hù)、水利及交通等部門的高度重視,同時也對生態(tài)學(xué)理論的實踐和發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)[6]。大量文獻(xiàn)資料表明,水、濕生植物具有水體產(chǎn)氧、氮循環(huán)、吸附沉積物、抑制浮游藻類繁殖、減輕水體富營養(yǎng)化、富集和轉(zhuǎn)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(tài)交錯區(qū)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(xiàn)生態(tài)交錯區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)是目前環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點。

我國華南地區(qū)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(nèi)景觀湖泊及水岸濕地實地調(diào)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(tài)修復(fù)、現(xiàn)代城市生態(tài)環(huán)境和景觀的優(yōu)化提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 調(diào)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(jìn)行實地調(diào)查，此時大部分植物種類均處于生物量最高的時期，便于進(jìn)行生物多樣性觀測。

1.2 樣地和樣方設(shè)置

在廣東省境內(nèi)選擇5個具代表性的景觀湖泊作為調(diào)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(nèi)視植物分布狀況設(shè)置調(diào)查樣線，沿調(diào)查樣線隨機設(shè)置10個調(diào)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(diào)查時依據(jù)其分布情況設(shè)置調(diào)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(shè)置 10個調(diào)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(diào)查內(nèi)容

首先觀測登記樣地現(xiàn)狀，包括湖泊水岸濕地的開發(fā)利用、生態(tài)修復(fù)、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(shù)。對現(xiàn)場不能確定種類名稱的物種采集標(biāo)本，其中浮葉植物和沉水植物用耙子或拖鉤采集，將標(biāo)本帶回實驗室鑒定。

1.4 采用的生物多樣性指數(shù)及數(shù)據(jù)處理方法[13-16]

采用調(diào)查統(tǒng)計單位面積株數(shù)作為計算指標(biāo)，計算的數(shù)學(xué)模型如下：

(1) Margalef物種豐富度指數(shù) (R)

R=(S-1)/ lnN

式中：S為群落中的總種數(shù),N為觀察到的個體總數(shù)。

(2) Simpson指數(shù)(D)

D=1-∑Pi2

式中：Pi種的P個體數(shù)占群落中總個體數(shù)的比例。

(3) Shannon-wiener物種多樣性指數(shù)(H)

H=-∑PilnPi

式中：Pi=Ni/N。

(4) Pielou均勻度指數(shù)(J )

J=H/Hmax

式中：H為實際觀察的物種多樣性指數(shù),Hmax為最大的物種多樣性指數(shù),

Hmax=LnS(S為群落中的總物種數(shù))。

采用Excel 2013 軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù)和計算物種多樣性指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 廣東省景觀湖泊水濕生植物的種類組成

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)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(shù)分別占總屬、種數(shù)的47.37%和46.81%,單屬單種科的屬、種數(shù)占總屬、種數(shù)的28.95% 和23.40%,表明前5個科是該區(qū)域的優(yōu)勢或亞優(yōu)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(shù)最多,分別占總科、屬、種數(shù)的86.36%、89.47% 和82.98%,群落Ⅴ的科、屬、種數(shù)分別占總科、屬、種數(shù)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(shù)分別占總種數(shù)的82.98%、72.34%、53.19%、48.94% 和31.91%,種數(shù)呈遞減趨勢；3) 5個群落的共有種為13種,占總種數(shù)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(jié)構(gòu)與調(diào)查區(qū)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(diào)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(shù)的55.31%，是湖岸帶挺水植物群落的優(yōu)勢種、亞優(yōu)勢種或常見種,也是構(gòu)成湖岸帶水、濕生植被景觀的基礎(chǔ)；浮葉植物12 種，占總種數(shù)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(shù)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(shù)是反映豐富度和均勻度的綜合指標(biāo)。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)計算結(jié)果，多樣性的各項指數(shù)如表2。

不同樣地之間,豐富度指數(shù)、辛普森指數(shù)和物種多樣性指數(shù)3項指標(biāo)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(shù)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(shù)

根據(jù)生物多樣性原理,豐富度指數(shù)主要反映群落中的物種數(shù),其數(shù)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(shù)呈遞減趨勢,且樣地Ⅰ的豐富度指數(shù)最大(7.161 3),樣地5的豐富度指數(shù)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(shù)反映種群數(shù)量的變化情況,其數(shù)值越大,說明群落內(nèi)物種數(shù)量分布越不均勻,優(yōu)勢種的地位越突出。從各樣地植物的個體數(shù)量分布來看：樣地Ⅰ不但種類組成最豐富,而且種間個體數(shù)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(shù)量高于10株/m2,其中蘆葦、蒲葦個體數(shù)量最多,為優(yōu)勢種；樣地Ⅱ除苦草、蘆竹和蘆葦3 種的個體數(shù)均為11.2/m2外,其余種的數(shù)量較少,且相差不大；樣地Ⅲ-Ⅴ各個種的個體數(shù)差別很小,雖然各自都有數(shù)量相對較多的植物,但優(yōu)勢種不明顯。表明辛普森指數(shù)客觀地反映了各樣地種的分布和優(yōu)勢度的變化趨勢。

香農(nóng)-威納指數(shù)是基于種類數(shù)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(shù)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(fā)現(xiàn)在5個樣地中,物種豐富度指數(shù)與均勻度指數(shù)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(shù)的影響大于均勻度對多樣性指數(shù)的影響,故5個樣地群落多樣性指數(shù)變化的總趨勢與豐富度指數(shù)的變化趨勢相似。

3 討論

本次調(diào)查到的水生植物種類略少于目前市場流通和實際應(yīng)用種類,這主要是因為調(diào)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(jīng)凋零枯萎,因而未能查見。同時一些沉水植物在分布上呈現(xiàn)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(jù)絕對優(yōu)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(dá)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(jié),除蘆葦和香蒲等少數(shù)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(jié)構(gòu)較差,資源的利用效率低,濕地高生產(chǎn)力的特點難以發(fā)揮,也不利于環(huán)境異質(zhì)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(tǒng)的穩(wěn)定性。據(jù)此，在濕地植被修復(fù)過程中,遵循群落的演替規(guī)律,通過科學(xué)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?nèi)郝涞膯我唤Y(jié)構(gòu),培育出一個物種豐富、功能完善,系統(tǒng)穩(wěn)定的濕地生態(tài)系統(tǒng)[19-20]。

本研究發(fā)現(xiàn)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(fù)與重建過程中對原生植被的保護(hù)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(yǎng)殖、過度施肥、廢水污染等生產(chǎn)與生活活動,嚴(yán)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(dǎo)水、濕生植物群落物種豐富度、均勻度等多樣性指標(biāo)與環(huán)境因子間密切相關(guān),如：水體和基質(zhì)的 pH值與物種多樣性各指數(shù)基本呈負(fù)相關(guān)；物種均勻度指數(shù)與水溫呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān),而物種豐富度指數(shù)則與水溫呈現(xiàn)較強的正相關(guān),物種多樣性指數(shù)與水溫的關(guān)系則不明顯；總氮含量與群落物種多樣性指數(shù)間主要呈正相關(guān)。另外,水質(zhì)環(huán)、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(shù)都有不同程度相關(guān)性[23-26]。

4 結(jié)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(yōu)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(shù)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(shù)量組成與調(diào)查區(qū)域的總體比較相似，具有一定的代表性。

(3)調(diào)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(shù)的55.32%，是優(yōu)勢類群，其中蘆葦、水蔥、水燭和香蒲為優(yōu)勢種或亞優(yōu)勢種。

(4)湖泊水岸濕地開發(fā)利用程度好、生態(tài)修復(fù)措施得當(dāng)、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(shù)較高，但因人為改造影響，致使植物分布不均勻，均勻度指數(shù)較低。