阿什河某支流河岸带植物群落多样性差异研究

高青峰，王 欣，陈文学，阙志夏

（1.哈尔滨市水务科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150001；2.中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038）

阿什河某支流河岸带植物群落多样性差异研究

高青峰1，王 欣1，陈文学2，阙志夏1

（1.哈尔滨市水务科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150001；2.中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038）

本文对阿什河某支流不同区域河岸带植物多样性和植物群落结构差异进行了研究。从α多样性上来看，上游和中游河岸带物种丰富度和均匀度差异不显著，下游丰富度指数明显低于中上游；从稳定性上来看，河岸带植物群落结构稳定性为下游＜中游＜上游；草地早熟禾为本流域中各区域河岸带植被的优势种群，上游受外界影响及水力冲刷较小，植物有向陆生演替的趋势，下游受外界影响及水力冲刷较大，植物有向水生及耐冲刷物种演替的趋势。

阿什河；河岸带；植物群落；物种多样性

1 研究背景

河岸带属于水陆生态交错区，是物种多样性最丰富、变化最快、最为复杂的陆地生境之一。河岸植被带不仅可降低河岸侵蚀，截留地表径流泥沙和养分，保护河溪的水质，同时也可调节河溪的微气候和水温，为野生动物提供栖息地。因此，河岸植被缓冲带对于保护河溪生物多样性和生态系统完整性、实现河岸带自身的各种功能具有十分重要的意义［1］。分析河岸带植物群落结构、多样性和稳定性特征，不仅可推断出洪水对河岸带植被的影响范围［2-3］，同时也可为河岸带的生态修复提供科学依据［4-5］。由于河岸植被带的重要水文和生态价值，河岸植被带宽度的确定和河岸植被带的生态修复已成为河流生态修复的重要组成部分，欧美等发达国家制定了河岸缓冲带设置规范［1］，国内学者也提出了河岸带生态修复的基本原则和方法，如生境恢复、生物廊道恢复、景观格局美化和水岸生态系统结构功能优化等［6］。

阿什河综合治理是哈尔滨市10个河流生态修复示范项目之一，将根据不同区段河流的生态特征进行生态修复，是该市水生态文明建设的重点（哈尔滨市是水生态文明建设第二批试点城市）。本文以阿什河某支流为研究对象，分析流域不同区域河岸带植物群落结构、多样性和稳定性，为阿什河的生态修复和河岸带的植被重建提供科学依据。

2 研究区概况

阿什河某支流发源于哈尔滨市阿城区，流经阿城区2个乡镇，30个行政村屯。流域范围为东经126.82°—126.91°、北纬45.45°—45.66°，流域面积101 km2，干流长度24 km，平均河宽5 m，共有大小支沟12条，属于阿什河一级支流，区划位置详见图1。

该流域为大陆性季风气候，春季少雨干旱，夏季温暖多雨，秋季冷凉早霜，冬季漫长寒冷，无霜期120～140 d。流域内春夏多东南风，冬秋季多西北风，多年平均气温3.4℃，年极端最高气温36.5℃，年极端最低气温-40℃，土壤冻结深在1.7～2.0 m，年蒸发量为1 200 mm左右。河道上游窄、下游宽，下游河道比降较大，滩地地形较平坦，流域内主要土壤为山地棕壤土、草甸黑土、潜育草甸土、黑土、黑黄土及泛滥地土壤。

该河流径流主要由降雨形成，其次是融冰融雪。由于成因不同，径流在年内形成明显的丰枯变化，夏季为丰水期，冬季为枯水期。其中，多年平均降雨量565 mm，7—8月份水量充沛，4—6、9—10月份水量相对较少，11月—翌年3月封冻，水量较枯，流域年内径流深在40～240mm，常出现春旱秋涝现象。

近年来，由于农业、工业、畜牧业发展及生活垃圾排放，该支流河流水质和沿岸生态环境出现明显恶化趋势。

图1 阿什河某支流位置

3 研究方法与数据处理

3.1 调查方法 2014年7—8月对该支流的植物群落进行了调查。将河流分成上游、中游、下游3个调查区域，根据该支流的流域特征参考相关植物采集规范，每个区域大小为500m×500m，均位于哈尔滨市阿城区。根据前期调查成果，该河流河岸带中几乎没有灌木和乔木植物，故在每个调查区域分别设置3个10m×10m的大样方，在大样方中沿对角线选取4个1m×1m的草本样方，并记录相关样方数据。共选取样方36个，样方具体位置信息见表1。记录各草本样方内植被的密度、盖度和频度等调查数据，并计算每个物种的重要值［7］。

表1 阿什河某支流36个样方点坐标数据

3.2 数据分析 重要值在植物群落研究中应用广泛，是用来表示某物种在群落中地位和作用的综合数量指标，其计算公式如下［8］：

其中：相对密度=（某种的密度/所有种的密度和）×100%，相对盖度=（某种的盖度/所有种的盖度和）× 100%，相对频度=（某种的频度/所有种的频度和）×100%。

α多样性主要关注局域均匀生境下的物种数目，因此也被称为生境内的多样性，有物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数等多类。为避免选择单一指数估算造成计算偏差，共5个指数分别进行α多样性计算［9-10］。

物种丰富度指数S：为样方中物种总数。该指数用以表征群落中物种数目的多少，称为丰富度，表示不同群落的物种数目有差别。

Shannon-W iener多样性指数H：

该指数为基于物种数量反映群落种类多样性，若群落中生物种类增多代表了群落的复杂程度增高，即H′值愈大，群落所含的信息量愈大。

Simpson多样性指数D：

该指数值越大，表示优势度物种越小，亦表示奇异度越高。Pielou均匀度指数Jsw：

该指数为与物种丰富度有关的均匀度指数。

A latalo均匀度指数Ea：

该指数为与物种丰富度无关的均匀度指数。

Pi为种i的相对重要值。

群落的稳定性有两层含义：一是表示群落抵抗干扰、维持系统的结构和功能保持原状的能力；二是表示群落遭到扰动后恢复到原状的能力。采用M.Godron方法［11］进行计算，该方法认为植物累积种类倒数与累计相对频度的比值为20/80是群落的稳定点，比值越接近20/80，群落越稳定。具体计算方法如下［12-13］。

通常，植物累计相对频度与累积种类倒数的关系曲线可用二次曲线表示：

式中：y为植物累计相对频度（%）；x为累计种类倒数（%）；a、b、c为拟合系数。

利用SPSS13.0软件，将显著性水平调整至0.05（显著性水平越高代表等处错误的结论概率越大，一般要求显著性水平在0.05以下，即5%以下的发生概率为可接受的小概率事件），进行不同区域小型河流α多样性指数的分析。

采用郑元润改进后方法［12］对群落稳定性指数进行测定。首先将不同区域小型河流河岸带群落中的不同种植物的频度测定值换算成相对频度，按由大到小的顺序排列；再将群落内的植物种类的总和取倒数，按上步植物种类的排列顺序逐步累积起来；最后让植被种类的百分数同累积的相对频度一一对应。利用SPSS13.0软件中的相关模块，进行拟合曲线及可靠性（p值）检验。若各系数P值＜0.05，则假设曲线拟合成立，反之则去掉P值＞0.05的系数，进行重新拟合，直到满足要求为止。然后利用上述公式计算植物群落的稳定性值。

因子分析是研究从变量群中提取共性因子的统计技术。最早由英国心理学家C.E.斯皮尔曼提出。其基本目的就是用少数几个因子去描述许多指标或因素之间的联系。即将比较密切的几个相关变量归在同一类中，将每一类变量看作一个因子，从而以较少的几个因子反映原资料的大部分信息。在自然科学研究中，因子分析多用于提取因子的成因性分析及总体得分排序。

对于植物群落结构而言，考虑植物群落成因的最主要关注点是群落内部各个植物种之间的关系。如：能否形成某种植物的单优群落；群落内植物间存在的关系（竞争、互利共生等）。

由于河流河岸带沿水流方向存在较大的多样性差异，在进行模型分析时将水河流划分为上游、中游和下游三部分。利用SPSS13.0相关分析模块，以植物重要值为原始数据，对各区域分别进行因子提取，得到拥有不同植被分布的数个公因子，即为植被分布因子得分模型［14］。由于因子得分代表了该区域每种植物在不同群落中的相对优势程度，本文将利用所得模型分析植物群落结构。

4 分析与讨论

4.1 阿什河某支流植物群落结构分析 根据样方调查结果，阿什河某支流河岸带共采集到植物25种，分属18个科，24个属，均为多年生草本植物。所选样方垂直结构上仅含有草本层和地被层，水平结构上从河流向两岸有以水生植物为主植物群落向陆生植物为主植物群落过渡的趋势。植物种类详见表2。

表2 阿什河某支流河岸带植物种类

对河流不同区域进行因子提取，得到拥有不同植被分布的数个公因子。在此基础上对模型进行检验，使公因子的累计贡献率大于70%，保证模型拥有足够信息量，具体数据见表3。按第一因子得分由大到小进行排列并作图。

表3 因子得分模型检验

总体来看，河岸带植物群落结构呈现单一化趋势，不同的植被间存在一定的依存与竞争关系，并沿河流方向发生一定的演替。河流上、中、下游群落结构因子分布如图2—图4所示。

在河流上游上部，河岸带形成了以草地早熟禾为优势种，三叶草为亚优势种的主要植物群落。其他的还有水芹、萹蓄、全叶马兰等群落。草地早熟禾竞争力比较强，占据了第一因子中的优势地位，水芹、三叶草、萹蓄、全叶马兰则倾向于形成各自的单优或共优群落，占据了公因子中的主要地位，避免与草地早熟禾的竞争。细叶苔草、鼠掌老鹳草、苣荬菜、车前、地榆、等植物则占据了各群落中的主要从属地位。

在河流中部，河岸带主要的植物群落依然为草地早熟禾的单优群落，在第一因子中优势地位明显。此外，黄花蒿、土荆芥、野韭菜和形成了各自的优势群落，避免与草地早熟禾的竞争，铁杆蒿、龙葵、益母草、兴安升麻、水杨梅、泥胡菜、玉竹等植物则占据了各群落中的主要从属地位。

图2 阿什河某支流上游群落结构因子得分

图3 阿什河某支流中游群落结构因子得分

图4 阿什河某支流下游群落结构因子得分

在河流下游，植物种类明显减少，草地早熟禾的竞争力依旧最强，其所代表的单优群落贡献率大，菵草、风毛菊、大油芒、龙须菜等植物也形成了自己的群落，黄花蒿、野韭菜、香蒲等植物竞争力明显不足。

由图2—图4可以看出，河流上游水量较小，对两侧河岸带的冲涮较小，物种定居最易，因子得分差距较大，其中草地早熟禾群落的优势度较为明显，其他植物群落多属于从属地位。河流中游各植物群落得分相比上部差距缩小，主要是由于水流冲刷的胁迫作用进一步增强，部分竞争种选择退避（如水芹、三叶草、鼠掌老鹳草等），而另一部分耐水冲胁迫种数量增加（如黄花蒿、铁杆蒿、水杨梅等），这就造成了河流中游河岸带植物群落结构相比上游和下游都更为复杂，共优群落相比单优群落在竞争中更具有优势。河流下游由于受到水流冲刷影响最强，仅有少数几种耐水淹、耐冲刷的胁迫种可以形成稳定群落（如草地早熟禾、菵草、风毛菊等），植物群落结构趋于单一化，其因子得分表现则为造地早熟禾群落的得分要远远大于其他植物群落。

4.2 阿什河某支流不同区域植被α多样性单因素分析结果 从表4α多样性指数单因素方差分析可知，河流下游河岸带植物群落在物种丰富度的2个指标上（S，Η′）明显低于上游和中游，差异显著，上游和中游在这2个指标上水平相当；上、中、下游3个区域在D指标上差异较小；物种均匀度的2个指标在数值上符合下游＞上游＞中游的规律，差异较为显著。

表4 α多样性指数单因素方差分析结果

表5 群落结构稳定性分析结果

在选定的小型河流中，丰富度变化明显，沿水流方向河岸带物种呈现减少趋势；但均匀度变化不明显，且中部较低，河流下游段植被更单一。这主要是由于下游水量较大，冲刷严重，同时受外界影响大、水质较差，能长期存活并能形成稳定的植被种类较少。而在河流上游段，受外界扰动较少，植物种类相对较高，但由于水量相对较小，水生植物群落有逐渐向陆生植物群落演替的趋势。

4.3 阿什河某支流不同区域群落结构稳定性分析结果 植物群落稳定与否是群落结构的重要指标。3个区域与稳定性群落的理想交点（20，80）［14］差距均较大，说明该河流河岸带整体稳定性均较差，易发生群落演替。

经计算所得阿什河某支流上、中、下游稳定性分别为（5，95）、（42，58）和（45，55），与稳定性群落的理想交点（20，80）相距较远，其中稳定性指数差异最小的是上游，差异最大的是下游，由此断定该河流植被群落上游稳定性最高，下游稳定性最差，群落结构在不断的演替与发展中。造成稳定性差异的主要原因是水流冲刷等外界扰动。河流上游外界扰动较小，河岸带植被处于近自然状态，稳定相对较高；而在河流的下游，受外界扰动大，水流对两岸河岸带的冲刷作用明显，水流强烈冲刷后，水生植物将可能繁衍，陆生植物大量减少，一直处在变动之中，稳定性相对较低。

5 结论及建议

通过对阿什河某支流进行样方设置及数据分析表明，该河流河岸带共有草本植物25种，分属18个科，24个属；所选样方垂直结构上为草本层和地被层，水平结构上从河流向两岸有以水生植物为主植物群落向陆生植物为主植物群落过渡的趋势；沿水流方向丰富度变化明显，河岸带物种呈现减少的趋势；但均匀度变化不明显，河流下部植被更单一。群落稳定性分析表明，上游河岸带植物群落稳定性最高，下游河岸带植物群落稳定性最差，其种群结构在不断的演替与发展中。

5.1 阿什河某支流河岸带植物群落结构变化 对于阿什河某支流，河岸带植物群落为草本层和地被层，从河流向两岸有以水生植物为主植物群落向陆生植物为主植物群落过渡的趋势。河岸带植物群落结构在河流不同区域，沿水流方向发生了较大变化。

5.2 阿什河某支流河岸带植物物种多样性变化 在河流的不同区域，水淹强度、水质状况、水量大小等因素决定了河岸带植物多样性的变化。在α多样性指数中，物种丰富度指数是用来表示物种多样性的简单且生物学意义明显的指数。物种均匀度从一定程度上反映了群落演替过程中的稳定性，如均匀度高的群落稳定性差，反之，均匀度低的群落稳定性高，并接近演替终点。

5.3 阿什河某支流河岸带植物群落稳定性变化 稳定与否是群落结构的重要指标，可以用来衡量群落的抵抗性（群落抵抗外界干扰的能力）和恢复性（群落在受干扰后恢复到原来状态的能力）。河流上游外界扰动较小，河岸带植被处于近自然状态，稳定性相对较高。该河流植被群落上游稳定性最高，下游稳定性最差，群落结构在不断的演替与发展中。

5.4 阿什河某支流河流生态修复建议 根据该河流河岸带植物群落表现出多样性及稳定性特点，该河流河岸带植物的多样性相对较低，水流等外界扰动对群落的稳定性影响较大。在今后进行河流生态修复时，应注意维持河道的生态基流，并采用仿自然生态修复方案，优化河岸带的植物群落，形成稳定的乔-灌-草的群落结构，恢复水岸生态系统功能。

参 考 文 献：

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Study on the differences of riparian plant community d iversity among a tributary of Ashi River

GAO Qingfeng1，WANG Xin1，CHEN Wenxue2，QUE Zhixia1
（1.Harbin Water Science Research Institute，Harbin 150001，China；2.State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin，China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China）

The differences in riparian plant diversity and community structure in a tributary of Ashi River were studied.As forα diversity，there are no significant differences of species richness and evenness between upper and middle parts of the reach.While the structure stability of the riparian plants decreases gradually from upstream to downstream.Poa pratensis L.is the dominant vegetation population in riparian zone of Ashi River.In the upper reach，the riparian zone is not strongly affected by human activities and water flow，and the plants have the trend of terrestrial plant succession，while in the downstream，the riparian zone is strongly affected by human activities and hydraulic scouring，and the plants have the trend of aquatic plant succession.

Ashi River；riparian zone；plant community；species diversity

Q948.1

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2016.03.013

1672-3031（2016）03-0234-07

（责任编辑：王成丽）

2015-10-16

高青峰（1978-），男，黑龙江木兰人，高级工程师，主要从事水环境水生态研究。E-mail：skykys@126.com