衡水湖绿化植物种类构成及其空间格局

郭子良，张曼胤

（1.中国林业科学研究院湿地研究所湿地生态功能与恢复北京市重点实验室，北京100091；2.河北衡水湖湿地生态系统国家定位观测研究站，衡水053000）

人类活动正在不断改变着区域生态系统结构，包括生物群落组成和生物多样性构成［1-2］。生态系统结构的变化直接影响了水质净化、大气组分调节和生物多样性维持等生态系统服务［3］。许多城市及周边已经开展了大规模的园林绿化，对区域物种组成、生境条件等产生了巨大影响［4-5］。湿地野生动物主要栖息在草滩、浅水沼泽、泥滩地等生境中，特别是水鸟［6-7］。但不同类群的水鸟对栖息地的需求不尽相同，其适宜生境主要以湿生植物和乡土植物为主［7］。而外来植物引种已经成为最有可能造成生物入侵的途径之一［8-9］。

衡水湖与周边的林地、草地等为野生动物提供了适宜栖息地。但受人类活动的影响，其景观发生了很大的变化，而近期湿地面积有所增长［10］。衡水湖已经成为该区域众多珍稀鸟类的重要栖息地，并于2003 年建立国家级自然保护区。白丽荣［11］、李惠欣［12］对衡水湖的高等植物区系组成、景观植物种类和外来入侵植物等进行了分析，共记录高等植物290 种（含变种），具有明显的温带分布特征，其中外来入侵植物19 种。近些年，衡水湖越来越多地受到城市变化和人类活动的影响，开展了大范围的绿化建设。人类活动引起的植物区系组成和植物群落结构变化将进一步影响野生动植物的生境适宜性［3］。绿化植物种类组成和空间格局能客观反映人类活动对其生态系统的影响。本文调查了衡水湖绿化植物，分析其种类和区系组成、生活型、空间格局和栖息地适宜性等，为其科学保护和规范化管理提供技术支撑。

1 研究地概况

衡水湖地处华北平原腹地，位于衡水市桃城区西南约5 km，地理坐标为东经115°28'59″～115°41'40″，北纬37°32'14″～37°41'25″，东西向最大宽度9 km左右，南北向最大长度21 km 左右［13］。衡水湖呈现浅碟形洼地形态，湖内与岸边高差仅3～5 m，洼地面积75 km2［14］。20 世纪50 年代，衡水湖上游修建水库拦截水源，基本干涸；20 世纪70 年代，又重新修建、扩建，建成了一个能引、能蓄、能排的蓄水工程［15］。20 世纪90 年代通过引蓄岳城水库和黄河水，重现了水域、林地和滩涂的自然风光。

衡水湖是河北衡水湖国家级自然保护区的一部分，动植物资源较丰富。高等植物共有290 种（含变种），分属66 科191 属［11，16-17］。境内有两栖动物7 种，隶属于4 科4 属；爬行动物15 种，隶属于5 科10 属；鱼类34 种，隶属于7 科32 属［18-19］；鸟类201 种，隶属于45科102 属［13］。其中，国家重点保护野生动物有东方白鹳（Ciconia boyciana）、大鸨（Otis tarda）、灰鹤（Grus grus）等35种。

2 研究方法

2.1 野外调查

衡水湖周边有林地、公园、果园、苗圃、农田、荒地、村庄、公路绿化带等不同人类活动塑造的景观类型。在实地踏查基础上，根据景观类型确定北侧的林地，东侧的公园、果园、苗圃、荒地，南侧的公园，西侧的公路绿化带作为调查区，分别设置调查点，每个调查区布置的调查点不少于3 个，见图1。2018 年7—9 月，通过样线法沿道路开展不同调查点绿化植物种类的野外调查，每个调查点设置1 条调查样线，记录绿化植物的种类、位置信息。

2.2 数据处理与分析

统计绿化植物种类组成，包括科、属、种（包括变种、变型）及各生活型，并分析衡水湖区域的绿化植物区系成分组成，使用ArcGIS 10.0分析衡水湖区域绿化植物的地理空间格局。选择Sorenson 指数分析物种相似性，比较不同景观类型下绿化植物种类组成的相似程度。Sorenson指数如下：

式中：a和b分别为调查区A和调查区B的物种数，j为两个调查区共有物种数。

图1 调查地点分布图Figure 1 The distribution map of the investigation samples

此外，根据衡水湖本土和外来物种差异以及水鸟栖息地需求对绿化植物的水鸟栖息地适宜性进行评价。湿生植物所形成生境更加适宜水鸟栖息，乡土植物则具有更低的生态风险。不同类型植物的适宜系数采用等差数列赋值法进行赋值［20］，湿生乡土植物所形成生境更适宜水鸟栖息，假设适宜系数为1，而陆生乡土植物、归化植物、外来植物、外来入侵植物的适宜系数依次降低（表1）。其中，外来入侵植物的确定依据中国外来入侵物种数据库（http：//www.chinaias.cn/wjPart/SpeciesSearch.aspx?speciesType=3）。外来植物主要根据本次植物调查结果和《衡水湖湿地植物多样性》［11］，并咨询衡水湖当地专家确定。归化植物与外来植物主要依据衡水湖野外有没有明显的幼苗更新进行区分。通过绿化植物出现的频度和适宜系数计算不同区域绿化植物的水鸟栖息地适宜性，公式如下：

式中：HS为调查区绿化植物的适宜性指数，Fi为调查区植物i的频度，Si为调查区植物i的适宜系数，n为调查区绿化植物物种数。

表1 不同植物类型的适宜系数赋值Table 1 Suitable coefficient assignment for different plant types

3 结果与分析

3.1 种类组成

衡水湖的绿化植物众多，共有种子植物159 种，分别隶属于59 科119 属，具体见表2。其中，双子叶植物所占比例最高，共有49 科95 属127 种，分别占总数的83.05%、79.83%和79.87%。目前，双子叶植物构成了衡水湖绿化植物的主要组成部分，但也包括了少量的裸子植物和单子叶植物。

表2 衡水湖绿化植物科属种统计Table 2 Statistics of landscape plants in Hengshui Lake in family，genus and species

在衡水湖绿化植物中，不同科所含的属和种数量差异较大。其中：含有5 个属以上的科仅有5 个，占总科数的8.47%；5个科共计43属59种，分别占统计总数的36.13%和37.11%。这几个科的植物在衡水湖绿化建设中起到主导作用，分别是菊科（17 种）、蔷薇科（19种）、豆科（9种）、禾本科（7种）和木犀科（7种），而绝大部分科（59.66%）仅包含1 个属的植物，以及49.69%的科仅有1个种的植物，且多为外来物种。

3.2 区系分析

衡水湖绿化植物的植物区系组成较为复杂，包括13 个区系类型（表3）。属数最多的植物区系类型依次为北温带分布、泛热带分布和旧世界温带分布，分别占总数的29.41%、13.45%和11.76%，而种数最多的植物区系从高到低依次为北温带分布、旧世界温带分布和泛热带分布。此外，东亚分布、世界分布、东亚和北美洲间断分布的区系类型在衡水湖的植物绿化中选择也较多。该地区绿化植物区系总体上温带分布型占优势，特别是北温带分布型。

表3 衡水湖绿化植物区系分析Table 3 Flora analysis of landscape plants in Hengshui Lake

3.3 生活型分析

衡水湖绿化植物种类以灌木、乔木和多年生草本为主，占其总种数的78.62%（图2）。其中：灌木、乔木和木质藤本属于高位芽植物，这些植物以蔷薇科、杨柳科、木犀科和柏科植物为主，占总种数的57.86%，属于典型的园林绿化植物；草质藤本和大部分的多年生草本（31 种）属于地面芽植物，占总种数的20.13%；以水生植物和湿生植物为代表的隐芽植物种类很少，仅占绿化植物总种数的10%左右。此外，一年生草本植物所占比例也较高，占总数的12.58%，以菊科植物为主。

3.4 空间格局和相似性分析

图2 衡水湖绿化植物生活型组成Figure 2 Life form structure of landscape plants in Hengshui Lake

图3 衡水湖绿化植物丰富度空间格局Figure 3 Spatial pattern of plant richness of landscape plants in Hengshui Lake

图4 不同调查区的绿化植物种数比较Figure 4 Comparison of species of landscape plants in different investigation areas

衡水湖东侧和南侧公园内绿化植物种类最为丰富，其平均种类数分别为32 种和47 种，具体见图3 和图4。但是大部分调查地点的绿化植物种并不多，集中在10～20 种。其中，果园和荒地内的绿化植物种最少，其绿化植物以苹果（Malus pumila）、杨柳科植物为主。此外，旱柳（Salix matsudana）、国槐（Sophora japon⁃ica）、榆树（Ulmus pumila）和紫穗槐（Amorpha fruticosa）等陆生乔灌木在衡水湖较为常见，而黄栌（Cotinus cog⁃gygria）、杜仲（Eucommia ulmoides）、蛇目菊（Sanvitalia procumbens）和百日菊（Zinnia elegans）等大量的外来植物零散聚集分布在衡水湖。而且不同调查区之间绿化植物种在整体上具有一定的相似性，具体见表4。其中，地理位置相近的荒地和果园具有最高的绿化植物种相似程度，Sorenson指数为0.667。但是南侧公园与荒地、南侧公园与果园等一些景观区之间绿化植物种具有较大的差异性，其Sorenson 指数仅为0.252 和0.283。在不同调查区，绿化植物的综合相似性并没有太大差异。苗圃的绿化植物与其他6 个调查区的综合相似性最高，Sorenson 指数平均值为0.485，最低值也有0.424。南侧公园的绿化植物与其他6 个地点的综合相似性最低，Sorenson指数平均值仅为0.395。

表4 不同调查区的绿化植物物种相似度Table 4 Species similarity of landscape plants among different investigation areas

3.5 栖息地适宜性

衡水湖绿化植物以外来植物为主，占总种数的67.29%，甚至包括许多外来入侵植物（图5）。大量外来物种的引入可能降低了该区域湿地生态系统的水鸟栖息地适宜性。该区域绿化植物的水鸟栖息地适宜性整体上较低，其中湿生乡土植物种稀少，仅占5%左右。而且衡水湖绿化建设和植被恢复过程中，对栖息地适宜性的考虑较少，不同地区绿化植物的适宜性指数均很低，不超过0.4，具体结果见表5。东侧公园、公路绿化带、南侧公园和苗圃调查区绿化植物的水鸟栖息地适宜性更低，均低于0.24，缺少对湿生植物和乡土植物的使用。

图5 衡水湖主要绿化植物类型组成Figure 5 Composition of types of landscape plant in Hengshui Lake

4 讨论与结论

衡水湖主要绿化植物有159 种，隶属于59 科119属。与衡水湖自然保护区内原有高等植物种（290 种）相比，绿化植物已占很高比例［11］。而且绿化植物组成复杂，科属数量众多，不同科所含属种数量差异较大，菊科、蔷薇科、豆科、禾本科和木犀科占有绝对优势。这与近10 年前衡水湖自然保护区内禾本科、菊科、豆科、藜科和十字花科植物占绝对优势有明显差异，但菊科、豆科和禾本科植物种均较多［11-12］。整体上，该区域绿化植物与衡水湖自然保护区内植物的相似程度很低，其绿化建设引入了大量的外来物种，包括了13 个主要分布型。其中绿化植物区系体现了显著的温带性质，主要分布型为北温带分布、泛热带分布和旧世界温带分布。衡水湖自然保护区内植物区系组成体现了更多的世界分布特征［10］。受人类活动影响，衡水湖植物区系结构也发生了变化，引入了水杉（Metasequoia glyp⁃tostroboides）、银杏（Ginkgo biloba）和杜仲等中国特有植物。此外，衡水湖绿化植物以灌木、乔木和多年生草本等园林观赏植物为主，湿生草本较少。大范围的外来物种引入正在改变局部地区的植物群落结构和生物多样性，促进了广布种的扩散［1，21］。

表5 不同调查区绿化植物的适宜性指数Table 5 Habitat suitability index of landscape plant in different investigation areas

衡水湖绿化植物具有明显的地理空间格局差异，其中衡水湖东侧和南侧的公园内绿化植物种最丰富。人们对不同调查区的景观需求决定了该区域的绿化植物分布格局。人类活动显著影响着其植物多样性的空间格局，而人为引入对植物多样性的影响最大［22］。同时，绿化植物的扩散和广布种的选择导致了不同调查区之间绿化植物有一定的相似性。人类活动也不断改变着植物群落结构、动物群落组成和生态系统功能等［23］。植物种类组成和群落结构的改变必然导致区域景观和生境的变化，进而影响生态系统服务［3］。目前衡水湖水鸟适宜生境面积较小，缺少浅滩、草滩等适宜的岸带生境。绿化植物以外来物种为主，且缺少湿生植物，导致食源植物和隐蔽物等不足，难以形成湿地动物的适宜生境，水鸟栖息地适宜性低，而绿化植物的选择不当可能导致野生动物适宜栖息地减少、生物多样性衰退和土地盐碱化等潜在生态风险。同时，绿化植物包括了一些外来入侵植物，增加了本地发生生物入侵的风险，进而可能产生本地种灭绝、遗传多样性降低和地下水位下降等影响［24-25］。人类活动正在通过改变植物种类组成和生态环境来对区域生物多样性产生影响［1，26］。公园和道路等传统的绿化方式并不适用于提高野生动物栖息地适宜性。未来应加强乡土植物和湿地植物在湿地绿化建设中的使用，优先考虑生态系统适宜性以及野生动植物对生境的需求。