子牙河水系滨岸带植物群落结构及其与环境的关系

梁 雪, 何 萍, 任 颖, 钱金平, 戴 霞

(1.河北师范大学 资源与环境科学学院, 河北 石家庄 050024;2.中国环境科学研究院 国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室, 北京 100012)

子牙河水系滨岸带植物群落结构及其与环境的关系

梁 雪1,2, 何 萍2, 任 颖2, 钱金平1, 戴 霞2

(1.河北师范大学 资源与环境科学学院, 河北 石家庄 050024;2.中国环境科学研究院 国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室, 北京 100012)

[目的] 以海河流域子牙河水系河流滨岸带植物为对象，研究影响植物群落结构和分布格局的主要环境因子，为相关研究提供依据。[方法] 2013年6月，在子牙河水系干支流设置了94个滨岸带样地，调查植被结构和海拔、护岸类型、堤外土地利用类型等6个环境因子。[结果] 子牙河水系滨岸带植物共249种，分属于51科，166属。山区河段滨岸带有199种植物，分属于43科，135属，优势物种有芦苇(Phragmitesaustralis)、蒙古蒿(Artemisiamongolica)、荆条(Vitexnegundo)、黄花蒿(Artemisiaannua)等；平原河段滨岸带有36种植物，分属于22科35属，优势物种主要有芦苇(P.australis)、反枝苋(Amaranthusretroflexus)等，山区植物丰富度明显高于平原区。[结论] 海拔高度和堤外土地利用类型与植物群落结构显著相关。水热条件和人类活动压力是影响植被构成的主要成因。

子牙河； 植物群落； 环境因素

文献参数： 梁雪, 何萍, 任颖, 等.子牙河水系滨岸带植物群落结构及其与环境的关系[J].水土保持通报，2017,37(1)：292-296.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.051; Liang Xue, He Ping, Ren Ying, et al. Relationship between plant communities and environment factors in riparian zone along Ziya river[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(1)：292-296.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.01.051

植被的构成与空间分布受水热、土壤、人类活动等不同尺度环境因子的影响。环境条件的改变也直接或者间接的影响植物的群落结构[1]，植物与环境关系一直是生态学研究的重要内容[2]，对了解区域生态系统过程，指导生态环境治理和生态恢复重建有重要意义。河流滨岸带范围包括河流廊道的高低水位之间以及从河流高水位至被洪水影响的高地区域，是水陆间物质、能量和生物的通道[3]。目前研究多集中在湖泊、湿地、河流等范围内水生植物与环境因子的关系，对平原河网地区滨岸带植被与环境的关系研究较少[4-6]。

子牙河是海河流域5大支流之一，近年干旱少雨[7]，加之河流水系受到人类活动的影响和工农业生产需水的增加，相继出现断流[8]，水质污染严重。植被是河流生态系统的重要组成部分之一，植被结构的变化一定程度上反映出河流的退化程度，同时植被的修复也是河流生态系统修复的重要任务。对子牙河水系滨岸带植物群落开展调查并研究其构成与环境因子的关系，对了解河流退化成因，指导河流植被修复意义重大。本文拟在2013年6月对子牙河植物群落和环境参数调查和测定的基础上，采用相关分析和典范对应分析，探讨牙河流域植物群落分布格局与环境因子的关系，以期为相关研究提供依据。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

子牙河位于海河流域的中南部，由发源于太行山东坡的滏阳河和源于五台山北坡的滹沱河汇成，两河于献县臧家桥汇合后，始名子牙河，跨越山西、河北、天津3省市，地理位置介于北纬36°03′—39°35′，东经112°20′—117°50′，河流全长375 km，流域面积4.69×104km2，其中山区面积3.10×104km2，平原面积1.56×104km2，是海河流域第二大水系。总体地势西北高东南低，西北燕山太行山山地海拔500～1 000 m以上，部分地区超过1 500 m，东南部海拔标高低于50 m，沿海地区在4 m以下[9]。

1.2 研究方法

1.2.1 布点原则 在全流域内2～5级河流，干流和其重要支流上均布点。河系结构越复杂，样地数越多；尽量与水文、水质站点重合；在城镇和明确排污口的上游和下游分别布点，对于特点均一的河段减少样地数。子牙河水系共设94个样地。

1.2.2 植物调查 在预设的样地，在具有植物代表性的约15 m长的河段范围内，垂直于河流方向设3条样带。每条样带分坡脚、坡中、坡上，分别设置3个1 m×1 m小样方，力图包括湿生、中生和旱生植物类型。记录样方植物总盖度、物种名称及其分盖度和平均高度。每个样地的9个样方结果进行综合平均。对于现场无法确认种名的植物，采集样本带回实验室，对照《中国植物志》和网络数据库[10-11]及相关文献或请植物分类学专家进行鉴定。

1.2.3 环境因子调查 在环境因子调查中，共设6个环境因子，分别是海拔、降水量、断面平均水深、堤外土地类型、护岸类型和河岸形态。获取方法如下：① 海拔数据，用GPS现场测取。② 降水量，通过海河流域降水监测站点的多年降水量平均值，应用ArcGIS 9.3软件插值形成降水量等值线，根据样地位置得取数值。③ 断面平均水深，现场测量。④ 护岸类型，根据自然和透水特性分为4类赋值[12](如表1所示)。⑤ 河岸形态，根据人工改造程度分为3类赋值(表2)。⑥ 堤外土地利用类型土地利用类型共有7类。根据人为干扰梯度赋值(表3)。

表1 护岸类型

表2 河岸形态

表3 堤外土地利用类型

1.3 数据处理方法

(1) 物种重要值。

重要值=(相对高度+相对盖度+相对频率)/3

(2) 典范对应分析(canonical correspondence analysis， CCA)。样地与环境因子的相关性、植物物种与环境因子的相关性利用国际通用标准软件Canoco 4.5进行分析。CCA分析是一种非线性多元直接梯度分析方法，可将研究对象排序和环境因子排序表示在一个图上，结果直观明显[13]。以群落中各物种的重要值作为CCA分析中植物数据的变量。分析之前剔除了频度小于5%的植物[14]，减少偶见种对排序的影响，使结果更为准确直观。

(3) 环境因子的相关性分析。由PASW Statistics 18统计软件实现。

2 数据结果

2.1 植物群落的种类组成及优势种

子牙河水系94个样地共记录249种植物(表4)，分别属51科、166属。属的数量较多的有，菊科(Compositae)42属，禾本科(Gramineae)41属，藜科(Chenopodiaceae)25属，豆科(Leguminosae)15属，毛茛科(Ranunculaceae)8属，莎草科(Cyperaceae)13属，唇形科(Labiatae)7属；有24科仅包含1属。山区河段滨岸带主要有199种植物，分属于43科135属，平原河段滨岸带主要有36种植物，分属于22科35属。

每个样地选取重要值最大的植物作为优势种。25个山区样地中，芦苇在7个样地中表现为优势种，蒙古蒿、荆条、黄花蒿分别在2个样地中表现为优势种。在平原区69个样地中，芦苇在22个样地中表现为优势种，反枝苋在8个样地中表现为优势种，葎草在5个样地中表现为优势种，狗尾草、苘麻在3个样地中表现为优势种。

2.2 环境因子相关性

通过PASW Statistics18软件将环境因子6个变量进行相关分析。断面平均水深与河岸形态负相关(-0.273)。降水量与护岸类型呈负相关(-0.721)。海拔、断面平均水深、降水量3个环境因子与其他环境因子相关性较小，堤外土地类型、护岸类型和河岸形态3种环境因子相关性明显。

表4 环境因子的Pearson相关性分析

注:**为在0.01水平(双侧)上显著相关； *为在0.05水平(双侧)上显著相关。

2.3 样地F与环境因子CCA分析结果

DCA分析，长度梯度与第一轴的值为3.567，介于3～4之间，选择CCA或者RDA排序均可[15]。图1是子牙河流域94个样地和6个环境因子为原始数据作的CCA排序图。样组的分布受海拔因子的影响最大，样组Ⅰ与样组Ⅳ处于海拔较高的山区，受人类活动的干扰较少，样组Ⅱ，Ⅲ处在海拔较低的平原区，护岸类型和堤外土地类型均偏向人工形态。

2.4 物种与环境因子相关性

剔除频度小于5%的物种，共有96种植物。CCA排序图(图2)上明显反映出96种植物对环境因子不同的适应特点，可将96种植物分成4个组(表5)。种组Ⅰ受海拔梯度的影响显著；种组Ⅱ护岸形态多为人工修筑且堤外土地类型以工厂、城区为主；种组Ⅲ分布在降雨量较多的平原低海拔地区，河岸形态以人工与自然混合为主。种组Ⅳ分布区的堤外土地类型以林草地、农用地为主，河岸形态偏向于自然。

图1 子牙河水系滨岸带样地与环境因子CCA二维排序图

图2 子牙河水系滨岸带植物物种与环境因子CCA二维排序图

2.5 物种的环境适应性

应用PASW Statistics 18软件针对全部249种植物所属海拔和堤外土地利用类型进一步开展相关

性分析，58个物种与海拔高度显著正相关，8个物种与海拔显著负相关(表6)。8个物种与堤外土地类型显著正相关，3个物种与堤外土地类型显著负相关(表7)。

3 讨 论

3.1 物种特征

从调查记录物种的科别类型来看，表现出物种向菊科、禾本科和这样的世界性大科集中，同时又向少种科和区域性单种科分散的特点[16]。

在优势种类型上，高海拔区域优势种为芦苇、蒙古蒿、荆条、黄花蒿，蒙古蒿+黄花蒿群落具有生境适应性强耐瘠薄的特点[17-18]，荆条是太行山区常见的小灌木。低海拔区域优势种为芦苇、反枝苋、葎草。反枝苋+葎草群落具有适应性极强，既喜湿润又喜干旱，抗干扰性强的特点，为常见田间杂草[19-20]。优势种在一定程度上反映了山区和平原的物种和环境差异特征。

从物种多样性上，山区条件受人为干扰较小，有199种植物；平原区受人类干扰程度较大，植物物种趋于单一化，仅36种。虽然山区河流物种数量较多，但是多数物种出现频度低于5%，可见生境受威胁程度较高。

表5 子牙河水系滨岸带植物(剔除低频物种)与环境因子CCA排序分组结果

3.2 植物对环境因子的适应性

根据植物对海拔高度的适应性分析，平车前、鼬瓣花、金莲花、三裂绣线菊、无芒雀麦、草地风毛菊、多裂委陵菜、穿龙薯蓣、角盘兰、瓣蕊唐松草、歪头菜、莳萝蒿、小龙胆、茴茴蒜、蕨麻仅出现在高海拔地区，其中低频出现在高海拔山区的物种有虎尾草、毛马唐、鼬瓣花、歪头菜、赖草、披碱草，与海拔显著负相关的物种只分布在平原地区的物种有马唐、牛筋草、苘麻、虎尾草、反枝苋、马齿苋、鳢肠。

与土地利用显著相关的物种有红蓼、节节草、蒺藜、藨草、芦苇、荆三稜、早开堇菜、薄荷、荩草、旋覆花、水苦荬，节节草、藨草、芦苇、荆三稜、薄荷、荩草、水苦荬适应较自然的环境，而红蓼、蒺藜、早开堇菜、旋覆花更适应人工环境。

与降水量的关系并不显著，主要是因为降水量与海拔梯度的变化在空间上并不一致。子牙河平原降水量平均为550 mm，在山区以五台山为中心形成了650 mm的降水量高值点而山区越向西，降水量越低，样点降水量最低的为350 mm。而海拔梯度与人类活动强度显著相关。另外，河岸带植物与局地尺度上受河水补给的土壤水分关联性更大。

水深对岸上的植物影响也不显著，但是从水深与河岸形态负相关的结果来看，自然状态的河流往往比较宽浅，而人为改造后的河流水较深。

表6 子牙河水系滨岸带植物与海拔因子的相关性

表7 牙河水系滨岸带植物与堤外土地类型因子的相关性

4 结 论

通过对子牙河水系滨岸带植物群落构成与环境因子之间的相互关系研究发现，海拔高度与堤外土地类型对群落结构的影响最显著。山区物种远较平原区丰富，且在样地中低频出现的物种较多，表现出这类物种在该水系的濒危状态。平原区物种以各类抗干扰的杂草居多，建议在参照研究结果的基础上对子牙河水系滨岸带进行科学规划，注重植被多样性配置，构建合理、近自然的植物群落。

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Relationship Between Plant Communities and Environment Factors in Riparian Zone Along Ziya River

LIANG Xue1,2, HE Ping2, REN Ying2, QIAN Jinping1, DAI Xia2

(1.CollegeofResourceandEnvironmentalScience,HebeiNormalUniversity,Shijiazhuang,Hebei050024,China; 2.StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofRegionalEcologicalProcessesandFunctionsAssessment,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China)

[Objective] The study aims to find out factors that influence the plant community structure and distribution pattern in the riparian zone along Ziya river, and provide references for related research. [Methods] In June, 2013, we investigated plant community structure and six environmental factors in 94 plots including altitude, levee type and land use type outside the levee in the Ziya river system. [Results] Totally, we found 249 species, which covers 51 families and 166 genera， of which, 199 species covering 43 families and 135 genera were found in the mountain regions in the mountainous region and 36 species covering 22 families and 35 genera were found in the plain.Phragmitesaustralis,Artemisiamongolica,Vitexnegundo,Artemisiaannuawere the dominant species in the mountain rivers andP.australis,Amaranthusretroflexus in the plain rivers. The species richness in mountain was significantly higher than that in the plain areas. [Conclusion] The altitude and the land use type outside levee significantly associated with the plant community structure. Hydrothermal conditions and human activities are the main factors affecting the vegetation composition and spatial distribution.

Ziya river; plant community; environmental factor

2015-04-07

2015-05-26

国家水体污染控制与治理科技重大专项“海河流域河流生态完整性影响机制与恢复途径研究”(2012ZX07203-006)

梁雪(1988—),女(汉族),山西省太原市人,硕士研究生,研究方向为环境影响评价与规划。E-mail:liangxue176@163.com。

何萍(1968—),女(汉族),辽宁省凌海市人,博士,研究员,主要从事流域生态研究。E-mail:heping@craes.org.cn。

A

1000-288X(2017)01-0292-05

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