衡水湖湿地公园植物多样性调查与分析

冯雪 冯蕾 欧阳汝欣 石宗琳 高群英

(衡水学院生命科学学院，河北 衡水 053000)

衡水湖湿地公园南至冀衡农场，北至滏东排河大赵桥，东至东湖大道(106国道)，西至湖边，绿化面积约20.27hm2。园内含湖区行政和科研中心以及消防主题公园，又连接大、小船登船区，是来宾和游客最为集中的区域；荷花园又与湿地公园相邻，入口处雕塑与银杏树池整齐排列，园内则是以荷花为主题的植物景观。丰富的植物配置彰显出了植物的多样性，不同种植物间的搭配营造出湿地公园特有的生态环境[1]。湿地公园被称作城市之肺，因其丰富的植物资源使其有着恢复城市环境、改善水体、调节气候的作用，而当前城市污染、生态稳定性差的状况愈演愈烈，湿地公园在其中扮演着重要角色，能够使污染与生态破坏的问题逐渐改善直至解决[2]。本文以衡水湖湿地公园、消防主题公园、荷花园为研究对象，采用样方法对各区域植物种类进行统计，计算各区域内的植物多样性与群落多样性指数，根据数据结果分析各园不同区域的植物多样性对生态环境稳定性的影响，以期为湿地公园的保护和改善提供理论依据[3]。

1 研究方法

1.1 样地框选

使用样方法，在衡水湖湿地公园、消防主题公园、荷花园3个园区内框选40个样方。选取样方的原则包括样方内没有园路铺装；植物群落分布和结构单一的区域则选择较少的样方，而植物分布不规则时则增加取样数量，保证样方内的植物种类在90%以上。因植物群落具有季相性，为保证样方内植物调查全面性和准确性，采取多次定点调查，并且延长调查的周期[4]。设置样方和植物调查统计的时间安排在2022年3—6月、9—11月进行。

1.2 指标的提取与测量

调查3个园区内各样方内植物种类组成，并对植物科、属、种进行记录，依据各植物所属的层次水平由高层到低层分类，具体为乔木层、灌木层、草本层。

1.2.1 各层指标测定

1.2.1.1 乔木层

高度超过4m，有明显主干的木本植物，包括大、中、小型乔木。

1.2.1.2 灌木层

高度在0.6～4m，无明显主干或主干低矮，丛生类木本植物。

1.2.1.3 草本层

高度不超过0.6m，一年生及多年生草本植物。

1.2.2 每层提取与测量指标

1.2.2.1 乔木层样方

记测株数、树高、胸径。

1.2.2.2 灌木层样方

记测株数、高度、盖度，由于灌木层多以丛簇生长，则对盖度进行估算，采用面积估算法，计算大致面积以1m2来记录数值，估算出总数量。

1.2.2.3 草本层样方

记测株数、高度、盖度。

1.3 植物多样性分析

按照设置的样方和指标测量的数目依据，计算其样方多样性数据，分别为Shannon-Wiener(H)指数，Simpson(D)指数及Pielou(J)指数，计算公式：

H=-∑[(Pi)×ln(Pi)]

J=H/lnS

D=1-∑(Ni/N)2

式中，Pi为第i个物种的相对重要值；S为样方内的物种数目；Ni为种i的个体数；N为所取样方中全部物种的个体数[5]。

1.4 群落多样性分析

按照设置的样方和指标测量的数目依据，计算其群落多样性数据(相对多度、相对显著度、相对频率、应用频率、重要值)[6]。

1.4.1 相对覆盖面积

乔木、灌木树冠的垂直投影面积与地被的覆盖面积，计算公式：

相对覆盖面积=所有样方中某种的覆盖面积/所

有样方中植物覆盖面积×100%

1.4.2 应用频率

反映某物种应用的广度，计算公式：

f=某物种出现的样方数/样方总数×100%

1.4.3 重要值的计算

乔木的重要值=0.8×相对冠幅×相对株数+0.05×

相对胸径+0.15×相对高度

灌木的重要值=0.8×相对覆盖面积+0.2×相对高度

草本层重要值=0.8×相对覆盖面积+0.05×相对高

度+0.15×应用频率

1.5 数据模型的建立

根据样方内植物种类统计、植物多样性指数、群落各层组分分析绘制数据模型。

2 结果与分析

2.1 植物物种调查统计结果

根据实地调查与统计，对衡水湖3个园内的植物按照克朗奎斯特分类系统进行科属种的归类。3个园区有植物51科91属102种，其中，优势科为菊科，共有15属15种，其次是禾本科7属7种，豆科6属8种。优势科中菊科、禾本科、豆科、蔷薇科占属总数的37.35%，占种总数的37.25%，次优势科柏科、木犀科、杨柳科、木兰科、锦葵科、鼠李科、梧桐科占属总数的19.8%，占种总数的20.58%。

在湿地公园中，乔木以刺槐、悬铃木、旱柳、国槐等为主，灌木以紫叶李、卫矛、女贞、紫荆、蔷薇、杜鹃、紫穗槐、忍冬等为主，草本多以金鸡菊、天人菊、大丽花、白车轴草、费菜等为主，近水陆地植物以芦苇、红瑞木、狼尾草、菖蒲、白茅等为主。荷花园乔木以银杏、垂柳、臭椿、法桐、悬铃木等为主，灌木以蔷薇、忍冬、金叶女贞、石榴等为主，草本层主栽多年生草本，以五叶地锦、车前草、牛筋草、香附子、白茅、茜草、小蓬草、沿阶草、泥胡菜、鸢尾等为主。消防主题公园植物种类偏少，乔木以侧柏、国槐为主，灌木以剑麻、丝兰为主，草本以狗牙根、五叶地锦、沿阶草、鸢尾为主。

由表1可知，单种科植物在衡水湖湿地公园内所占种比最高，达到68.62%，其中绣球科、忍冬科百合科、悬铃木科、十字花科、莎草科在样地中最为常见，10种以上的菊科占科总数最低仅1.96%。根据调查表中对比单种科植物在总科占比优势更大于多种科植物，所以单种科植物在湿地公园不同区域的环境当中适应能力相较之更强。

表1 科的统计与比较

2.2 植物多样性指数分析

2.2.1 α多样性指数分析

根据调查数据可知，3个园区样方的H指数、J指数和D指数的浮动范围在1.769～2.253、0.265～0.385和0.7455～0.7885。H指数平均值是2.042，其中47.5%的调查样地是高于平均值的；J指数平均值是0.310，其中50%的调查样地是高于平均值的；D指数的平均值是0.7703，其中52.5%的调查样地是高于平均值的，如图1所示。

根据3个公园样地调查的平均数值可列出表2，并得出植物多样性、物种均匀度与所属公园的关系柱形图，由此可知，荷花园在H指数、D指数上都高于湿地公园与消防主题公园，展现了荷花园高丰富度的植物多样性，同时也说明植物多样性愈加丰富，其植物所属的湿地生态环境更加稳定。从消防主题公园与湿地公园多样性平均值对比来看，消防主题公园略高于湿地公园，其生态稳定性也高于湿地公园。

图1 各区域样地植物多样性指数分析

表2 各取样区域的多样性平均值

荷花园的高稳定性源于其丰富的植物层次，根据取样统计结果发现乔木层物种丰富，多以刺槐、白蜡、垂丝海棠、悬铃木等为优势种达到了高占比，灌木层与草本层的种类同样丰富，但是荷花园的J指数偏低，在荷花园局部区域的调查样方较其他区域的样方会有大的植物种类差异，这也是荷花公园样地均匀度偏低的原因。在实地调查取样时，导致该植物种类差异的原因极可能是地势问题(近水远水、遮荫曝光等)，不同环境条件造成了部分样地植物种类构成简单，部分样地丰富，较差的环境因素会长期影响样地中植物的生长状况，抑制植物层次变得丰富，反之良好的环境因素会对植物层次具有提升的效果，形成这2种极端的情况会慢慢地将植物差异性扩大，植物的均匀度和稳定性也随之降低[7]。

2.2.2 丰富度指数分析

3个园区物种丰富度分布的平均值分别是湿地公园0.7619、消防主题公园0.7787、荷花园0.7788，除了湿地公园较低外，消防主题公园与荷花园的物种丰富度指数相对相似。经分析发现，湿地公园面积在3个园中最广，各区域之间的植物种类因地势生态条件不同而差别较大，如高坡与低洼、近水与远水、曝光与庇荫等差异导致其所属的植物种类分布变得极为分散；消防主题公园在湿地公园与荷花园当中起到过渡的作用，园内面积不大但植物种类丰富，各区域间因园内生态地势水平基本相同，所以植物种类差异不大；而荷花园作为主要观景园区，为提升游客观赏质量，硬件设施设置较少，植物种类更加多样化，植物层次丰富，物种丰富度也相对较高。

2.2.3 均匀度指数分析

3个园区中物种J指数分布的平均值分别是湿地公园0.3368、消防主题公园0.3160、荷花园0.2749，湿地公园与消防主题公园J指数相近，而荷花园在里面均匀度指数最低，究其原因是其作为主要游园入口，有众多道路铺装和水泥雕塑，钢筋混凝土路面较多，植物种植空间减少，植物种群相对密度也因此降低。

2.3 群落各层重要值与应用频率分析

40个样方由高层到低层进行统计，植物共计66种，乔木层有24种，所占样方调查总物种比为36%；灌木层有12种，所占样方总物种比为18%；草本层有30种，所占的样方总物种比为45%。

2.3.1 乔木层群落分析

由图2可知，在乔木层应用频率占比偏高的有刺槐(0.1)、白蜡(0.1)、臭椿(0.075)和悬铃木(0.075)。其中，刺槐和白蜡应用频率占比在群落样方中最高，说明刺槐与白蜡在衡水湖湿地公园当中有着极强的适应性，也可能是湿地公园的生态环境与其生长习性更加贴近。

图2 乔木层应用频率与重要值分析图

在乔木层组成统计中重要值在0.3～0.4的有金叶榆、核桃、杨树、侧柏、龙柏、旱柳；0.2～0.29的有皂角树、栾树、卷柏、紫叶李、白蜡、刺槐、悬铃木；0.1～0.19的有金枝槐、榉树、碧桃、臭椿、垂丝海棠、白皮松、白杜、杏树；0.1以下的有龙爪槐、七叶树、黄杨。在乔木层中重要值占比偏高的是旱柳(0.36)、龙柏(0.35)、侧柏(0.34)、杨树(0.34)，其次是核桃(0.31)、金叶榆(0.3)。对比可知，旱柳与龙柏在植物群落中占据主要地位，旱柳树形高大，适生于湿润排水通气良好的沙壤土中，而龙柏喜欢肥沃、深厚、较湿润的沙质壤土，恰巧衡水湖湿地的生态环境满足以上条件，让两者在湿地公园植物群落中有着极大的优势度，很大程度决定了衡水湖湿地公园植物群落的分布格局和基本结构。

由乔木层群落应用频率与重要值分析可知，湿地公园中乔木应用以适应性强、生长快、寿命长的树种为主，刺槐、白蜡、悬铃木、臭椿等与湿地生态环境更加接近，能在各游园区域彰显茂绿的景观效果；金枝槐、碧桃、臭椿、垂丝海棠、白皮松、白杜、杏树等树种在园区作局部效果，经广泛应用的刺槐、白蜡等树木过渡后，再由垂丝海棠、碧桃、白皮松等观赏树种点缀，目的是提升游览路线上各群落的丰富度，让游客参观体验具有不同阶段的层次感，增加衡水湖湿地公园的景观实际效益。

2.3.2 灌木层群落分析

由图3可知，应用频率占比较高的有忍冬(0.075)、蔷薇(0.075)、金叶女贞(0.075)、丝兰(0.050)，其它灌木在植物群落当中的应用频率比较平均，同为0.025。忍冬、蔷薇和金叶女贞应用频率最高且相同，在湿地公园灌木层当中应用最为广泛，忍冬因其生长快、习性喜好沙质土壤、根系发达、生命力强，能提高土壤渗透速度，以及蓄水保土能力，所以在湿地公园当中应用的频率最高；蔷薇、金叶女贞大致相同，都具有易成活、适应能力强、与湿地公园生态环境相契合的特点，在湿地公园当中应用频率也最高。丝兰与其它灌木次之，主要在湿地公园中起到景观修饰的作用，因此在灌木层群落中为辅，应用频率偏低。

图3 灌木层应用频率与重要值分析图

重要值由高到低进行分析，0.4以上的有红瑞木(0.51)，0.3～0.4的有忍冬(0.36)、金叶女贞(0.33)、女贞(0.34)、紫薇(0.36)，0.3以下的有平枝栒子(0.14)、剑麻(0.21)、丝兰(0.13)、鸢尾(0.11)、石榴(0.24)。重要值占比较高灌木的主要有红瑞木(0.51)、忍冬(0.36)、紫薇(0.36)、金叶女贞(0.33)、女贞(0.34)，经对比可知，在灌木层群落中红瑞木占主导地位，具有最高的优势度，因此决定了灌木层群落的基本骨架。忍冬、紫薇、金叶女贞、女贞等灌木在不同区域中互相搭配，形成多样的植物群落，提高了湿地公园的植物丰富度水平。

由灌木层群落应用频率与重要值分析可知，忍冬、蔷薇、金叶女贞、丝兰在园区中最常见，其中忍冬、金叶女贞的分布较广泛，作为常绿灌木为湿地公园的四季保证着可观的绿量，不会在植物凋谢的季节让总园区景观变得萧条；蔷薇与丝兰分布比较集中，在特定区域作景观修饰，平衡灌木层群落植物种类和景观搭配。从重要值分析来看，红瑞木、忍冬、金叶女贞、女贞、紫薇等灌木在总园中优势度较高，这些灌木丰富了湿地公园的植物多样性，使灌木层有了更强的层次感与秩序感[8]。

2.3.3 草本层群落分析

由图4可知，在草本层组成统计中牛筋草(0.175)、沿阶草(0.175)应用最高，在湿地公园中分布最为广泛，其次是五叶地锦(0.150)、狗牙根(0.075)、天人菊(0.075)，其中应用频率偏高的草本植物基本属于湿地的原生植物，在湿地公园生长普遍，也是草本层群落的主要组成部分。

图4 草本层应用频率与重要值分析图

覆盖面积最广的是牛筋草、沿阶草、五叶地锦、泥胡菜、狗牙根。湿地公园近水陆地相对覆盖面积中较高的是芦苇、菖蒲、狼尾草。沿阶草的覆盖面积最高，其次是牛筋草，二者占据了草本层群落的主要地位，是草本层的优势种。其它草本植物如泥胡菜、狗牙根、五叶地锦、大丽花、万寿菊等相对覆盖面积也较高，共同构成湿地公园草本层绿地的基调植物。

重要值较高有沿阶草(0.20)、牛筋草(0.19)、泥胡菜(0.15)、五叶地锦(0.13)、车前草(0.13)、白茅(0.12)。近水陆地重要值较高的有芦苇(0.15)、狼尾草(0.10)、菖蒲(0.10)。经分析知，草本层各植物种的重要值与其相对覆盖面积的分布基本一致，这是由于草本层中相对覆盖面积对于重要值的影响占主导地位。

根据草本层群落应用频率与重要值分析可知，湿地原生草本牛筋草、五叶地锦、沿阶草占据主要地位，说明原生草本对湿地的适生性更加显著；在原生草本高优势度竞争的影响下，其它草本优势度普遍偏低，导致草本层的层次感参差不齐。近水陆地端的植物以芦苇、菖蒲、狼尾草为优势种，覆盖面积广而密集，组成单一，与远水陆地端的草本群落种类相比差别很大。

3 结论与讨论

通过对衡水湖湿地公园3个园区进行了40个样方调查，分析了其植物多样性和群落多样性的特点，研究表明，3个园区内H指数、J指数和D指数的浮动范围在1.769～2.253、0.265～0.385和0.7455～0.7885，超过50%的样地是高于平均值的，说明湿地公园园内大部分区域的植物多样性是足够丰富的，而少部分区域仍有植物多样性低的不足，还需对其后续进行改进和研究关注。

在群落多样性各层之间的分析中，共计植物物种66种，乔木层24种，其所占样方调查总物种比为36%；灌木层有12种，所占样方总物种比为18%；草本层有30种，其所占的样方总物种比为45%，灌木层占比较低，可能灌木层植物受季节性影响较大，造成灌木层与乔木层、草本层之间的差距，在后续研究中应适当增加调查的周期，完善不同周期各植物群落的调查情况，使调查结果更加全面细致。