广佛地区湿地植物资源分析与多样性健康评价

庞兴宸，黄 燕，陈景锋，汪理慧，吴永彬*

（1.华南农业大学 林学与风景园林学院，广东 广州 510642；2.深圳市农科集团有限公司，广东 深圳 518000；3.梅州建鑫森之林投资发展有限公司，广东 梅州 514000）

根据《全球湿地展望》（2019 年）报告，1970 年至2015 年期间，世界湿地面积减少了35%，从2000 年起，湿地面积缩减速度越来越快，这种现象在全球普遍存在［1］。改革开放42 年来，城市发展与资源环境的矛盾是城市建设的难点之一。在城市建设和发展中，需要掌握城市发展与资源环境承载力的动态稳定［2］，城市湿地面临生态退化的威胁，必须加强研究，才能促使城市向健康发展［3］。

广佛地区经济发达，其地理位置优越，水源充沛，湿地在城市中发挥着重要的生态服务功能。研究以广佛地区湿地植物群落为调查对象，运用样线调查法和典型样地调查法，基于数量生态学方法探讨区域植物群落物种多样性、群落组成与结构，并应用主成分分析进行湿地生态系统健康评价。旨在为湿地植物多样性的修复和保护、城市湿地生态系统管理、特色城市湿地景观营造、城市湿地退化等环境问题的解决提供有效的理论依据、基础信息和技术支撑，并为城市湿地公园建设和管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 样方调查

样方调查采用法瑞学派样地记录法，选取广州市9 个类型湿地13 个样地，另外在佛山市选取5 个样地进行调查，共计18 个样地。每个样地设置3 个20 m×20 m 取样区域，每个取样区域设置4 个10 m× 10 m 乔木样方，4 个5 m × 5 m 的灌木样方，4 个2 m×2 m 的草本样方。对于沿河岸生长的取样区域采取样线法，每条样带由12 个2 m×2 m 样方组成。样带布设于水体边缘两侧5 m 内，并垂直于水陆交界线。记录样地内的所有植物种类，并利用GPS 确定样方位置。鉴定并记录样方中的植物种类、密度、盖度、高度，对于在现场不能确定到种的植物，单独标记并采集标本带回后进行鉴定。

同时对广州与佛山的20 个湿地公园的湿地植物进行普查，包括广州海珠区的海珠国家湿地公园，花都区的花都湖湿地公园（试点），南沙区的黄山鲁白水湖湿地公园、蕉门湿地公园，番禺区的海鸥岛红树林湿地公园、贝岗湿地公园、赤坎湿地公园、草河湿地公园，荔湾区的大沙河湿地公园，天河区的大观湿地公园，黄埔区的南岗河文教园区湿地公园、凤凰湖湿地公园，白云区的白海面湿地公园、白云湖湿地公园，增城区的荔湖湿地公园、增江鹤之洲湿地公园，从化区的派潭石马龙湿地公园、风云岭湿地公园、流溪温泉湿地公园以及佛山市南海区的金沙岛国家湿地公园。

1.2 数据统计

统计样方内植物的重要值和多样性指数，利用目前广泛运用的Patrick 指数S、Margalet 指数F、Simpson 指 数D、Shannon-Wiener 指 数H 及Pielou均匀度指数E 测定物种多样性。运用Microsoft Excel 统计植物名录、植物多样性指数及重要值。运用SPSS 17.0 对进行描述统计、主成分分析、相关分析。

图1 调查点地图示意图Fig.1 Investigated places map

2 结果与分析

根据调查，共计录湿地植物312 种，隶属于90科198 属，其中：裸子植物1 科2 属3 种，双子叶植物54科106属150种，单子叶植物22科75属139种，蕨类植物13 科15 属20 种。禾本科（Gramineae）与莎草科（Cyperaceae）的种数最为丰富，分别是34 种和31种。

2.1 湿地植物生活型分析

湿地植物312种中，按照植物生活型划分，分为乔木、灌木、草本和藤本植物。其中，乔木分为常绿乔木、落叶乔木，灌木分为常绿灌木和落叶灌木，草本分为一二年生草本（包括一年生、二年生草本）、多年生草本，藤本分为草质藤本和木质藤本。根据调查，草本植物的种类最为丰富，占绝对优势，共有247 种，占比79.17%，乔木40 种，灌木18 种，藤本7种（表2）。

表1 18个样地所属区域及经纬度Tab.1 Region，latitude and longitude of 18 sample plots

表2 湿地植物资源生活型分析Tab.2 Life form analysis of wetland plant resources

2.2 湿地植物分类分析

表3 湿地植物分类分析Tab.3 Classification analysis of wetland plants

根据调查，记录的312 种湿地植物中，喜湿、耐湿植物共有43 科70 属82 种，湿生植物36 科76 属124种，水生植物35科59属93种，红树植物10科11属13种。

93 种水生植物中，共有65 种挺水植物，6 种浮叶植物，9种漂浮植物，13种沉水植物（表4）。

表4 水生植物分析Tab.4 Analysis of aquatic plant types

2.3 湿地植物来源分析

归化种指外来植物转进本地后能够正常繁衍下一代，并大批生长成野生状态的植物［4］。外来入侵植物指的是通过有意或者无意的人为活动被引进到自然分布以外的区域并建立种群，对本地农林牧渔的生产、生态系统等产生危害的外来植物［5］。根据《中国植物志》、《中国自然标本馆》等资料对各植物产地及分布的描述，将湿地植物分成外来植物和乡土植物［6-7］。根据统计，外来植物共有68 种，隶属于30 科49 属，占比23.37%。其中，入侵种13 种，归化种5 种，栽培种50 种；乡土植物223 种，隶属于76科151属，占比76.63%（表5）。

表5 湿地植物来源分析Tab.5 Source analysis of wetland plants

表6 湿地入侵植物名录Tab.6 Wetland invasive plants

2.4 湿地植被类型群系分析

根据实地调查，参照《中国植被》关于植被类型划分的原则，结合调查的具体情况，将调查区湿地植被分为5 个植被型组，8 个植被型，50 个群系（落），13个栽培群系［8］。

主要群系芦苇群系、凤眼蓝群系、落羽杉群系、榕树群系、藨草群系、短叶茳芏群系、三白草群系、空心莲子草群系、野芋群系、苦草群系等。

表7 湿地植物资源群系分析Tab.7 Wetland plant resource flora

续表

表8 18个样地植物多样性指标基本统计值Tab.8 Statistics of plant diversity indexes in sample plots

2.5 湿地植物多样性主成分分析

对18 个样地的植物多样性健康评价，选取Simspon 指数、Shannon-Wiener 指数、Pielou 指数进行主成分分析，并将三个指标健康程度指标数值纳入分析（表9），以特征值≥1 作为提取主成分的标准。由表可知及主成分1、主成分2 的特征值均大于1，同时累计方差贡献值达84.226%（表10），表明这两个主成分已经代表原始变量的绝大部分信息［9］。因此选择前三个主成分代替原来14个多样性指标，起到降维的作用。

表9 湿地生态系统健康程度评价Tab.9 wetland ecosystem health assessment

根据表10，前2 个主成分的的特征值＞1，累积贡献率达到84.226%，说明前2个主成分可以反映大部分信息，因此用前两个主成分进行分析。

表10 特征值及方差分析表Tab.10 Eigenvalue and analysis of variance

由表11 可知，主成分1 主要代表灌木层、乔木层植物多样性，为正相关关系。主成分2 主要与草本层植物多样性有关，呈正相关。

由表11可得两个主成分表达式分别为：

表11 旋转后主成分荷载矩阵和得分系数矩阵Tab.11 Principal component load matrix and score coefficient matrix after rotation

F1=0.194FDT+0.2FHT+0.177FET+0.19FDS+0.203FHS+0.178FES-0.089FDH+0.025FHH-0.113FEH

F2=-0.035FD-0.056FHT-0.006FET-0.049FDS-0.059FHS-0.042FES+0.416FDH+0.28FHH+0.422FEH

将两个主成分得分与其对应的方差贡献率的比例相乘后的综合，则为总得分（F），建立植物多样性健康评价函数：

F=0.54994F1+0.25324F2

由表12 可知，湿地生态系统健康的为1、6 和5三个样地，分别属于河流湿地、人工复合湿地和库塘，健康程度最差的南沙涌下游、前航道和龙穴岛，属于永久性河流、河口水域和水产养殖场湿地。

表12 不同样地的湿地植物多样性主成分得分Tab.12 Principal component scores of wetland plant diversity in different places

由表13 与图3 可知，50%的样地生态系统呈现不健康状态，33%的样地属于亚健康状态，仅有17%个样地属于健康状态。

图3 植物多样性的综合得分健康等级示意图Fig.3 Comprehensive score and health grade of plant diversity

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）研究区湿地植物物种较为丰富，经过调查统计共有湿地植物312种，隶属于90科198属，以禾本科、莎草科、菊科、蓼科（Polygonaceae）、天南星科为主，莎草属（Cyperus）、蓼属（Persicaria）、美人蕉属（Canna）的种类也较为丰富。草本植物占绝对优势。水生植物93 种，湿生植物124 种，半湿生植物共有82 种、红树类植物13 种。乡土植物241 种，占比77.24%，外来植物71 种，占比22.76%，入侵植物13 种。湿地植物群落分为5 个植被型组，8 个植被型，50个群系（落），13个栽培群系。

（2）湿地植物多样性表现为草本层＞灌木层＞乔木层。Patrick 指数（S）在0～25 之间，Simpson 多样性指数（D）在0～0.92，Shannon-Wiener多样性（H）在0～2.79，Pielou均匀度（E）在0～0.94。

（3）50%的样地生态系统呈现不健康状态，33%的样地属于亚健康状态，仅有17%个样地属于健康状态。

3.2 讨论

3.2.1 湿地植物资源的保护与利用

随着广佛地区城市化进程的加剧，水资源的开发利用迅速增加。开垦、采砂、排污等活动是湿地资源变化的主要原因，例如颜素珠在广州龙洞发现的水筛群落已经消失［10-11］。

我国湿地植物资源丰富，超过2000 多种湿地植物，但是已被应用于人工湿地且产生效果的只有几十种［12］。在调查的广州市19 个湿地公园应用种类较少，主要是莲（Nelumbo nucifera）、睡莲（Nymphaea tetragona）、泽泻慈姑（Sagittaria platyphylla）、美人蕉（Canna indica）、再力花（Thalia dealbata）、梭鱼草（Pontederia cordata）、垂花水竹芋（Thalia geniculata）等，其中美人蕉、再力花、梭鱼草、垂花水竹芋均为外来栽培物种，许多原生湿地植物尚未被利用，这与广东省丰富的湿地植物资源很不匹配［10］。

本次研究结果得出湿地植物以被子植物为主，单子叶植物以禾本科和莎草科的种类居多，莎草科以莎草属种类居多，双子叶植物以蓼科、天南星科和菊科为主，蓼科中的蓼属种类也比较多，这与广州地区和广东省湿地植物的调研结果基本一致［10，13］。这些科属植物具有应用于湿地公园的潜力。

曾作为猪饲料引进的外来植物空心莲子草、凤眼蓝、大薸，入侵大面积的水域，这些植物种类通常形成单优群落，严重占据了本土植物的生长空间［10］。本次调查中，湿地入侵植物有13种，在样地调查中优势种就有空心莲子草、三裂叶蟛蜞菊等入侵植物，霸占其它乡土植物生长空间，对湿地植物多样性影响很大，对丰富的湿地植物资源产生危害。

图2 湿地植物多样性健康程度占比Fig.2 Proportion of wetland plant diversity and health

3.2.2 湿地植物多样性与健康状况

本次对研究区的湿地进行调查发现湿地植物种类虽较多，但通过典型样地调查法调查各类湿地，发现乔木层和灌木层的植物多样性变化大，乔木层Patrick 指数在0～11 之间，灌木层在0～14 之间，草本层在4～25之间，各调查样地物种多样性基本呈现草本层＞灌木层＞乔木层，不少湿地缺乏乔木层和灌木层，总体上物种数量不高，多样性水平低，健康程度差，植物群落呈现面积小、结构简单等情况。

根据主成分分析，植物多样性前四的为流溪河良口段、海珠湿地、华农树木园和南沙湿地，这四个调查样地植物种类丰富，植被结构完整。究其原因，可能为流溪河良口段为流溪河靠近源头部分，为水源保护区，人口较少，人为干扰活动小，主要人为干扰为附近居民在河岸种植香蕉、花生、荔枝等植物。海珠湿地则通过生境恢复、生物恢复等手段，清除入侵植物、人工引入乡土物种等方式优化区域群落结构，从而提高植物物种多样性［14］。华农树木园即为华南农业大学树木园，其为植物种质资源保存基地，分为引种试验区、水生植物区等6个功能区，植物资源丰富，生态良好［15］。南沙湿地通过封闭育林和对外开放相结合的方式，以乡土红树植物为主、适度引进外来植物和清理入侵植物等恢复红树林，丰富植物多样性［16］。这些都符合中度干扰理论，根据中度干扰理论，在中度干扰的生境中，群落物种多样性最高，即中度干扰可以保持较高的物种多样性，人为干扰可以改变生境异质性和物种之间的竞争方式，创造新的栖息地，同时改善物种多样性［17］。而排名最后的三个样地分别是8、11 和18三个样地，分别是前航道、龙穴岛水产养殖场和南沙涌下游，原因可能是前航道以及南沙涌由于硬质驳岸，湿地面积小，生态系统遭到破坏，从而导致湿地植物多样性不高。而龙穴岛水产养殖场为人工湿地，仅种植荷花，物种单一，这也说明湿地生境类型可能是影响植物多样性的关键因素，而生境类型又受到多个因素的共同作用。

3.3 对广佛地区湿地存在问题的建议

3.3.1 减小人为干扰，加强保护宣传力度

政府有关部门要加大宣传力度，增强人民群众保护湿地的意识，合理开发湿地资源，禁止采沙、复垦等过度开发活动，加强执法监督，加强破坏湿地行为的执法力度。将一些湿地植被资源丰富的区域列为重点保护区域，采取设置标识牌、木桩、围网等措施，恢复和保护自然湿地，为湿地动植物提供一个良好的生长空间。

3.3.2 保持湿地生态系统的连贯性和完整性

广佛地区湿地植物资源丰富，许多水岸及洲滩存在裸露的荒地以及植物生境被餐饮、工业建设等隔断，湿地生物生境面积小，导致多样性减小。在湿地公园的规划和湿地的修复中，应避免大规模的人工设施覆盖，以保证湿地生态廊道的畅通和湿地与周围自然环境的连贯性。维持湿地水域环境与陆地环境的完整，避免因过度的环境污染而造成退化；保护湿地生态循环系统和缓冲区，避免城市建设发展对湿地环境的过度干扰。

3.3.3 合理开发本土物种资源，加强外来物种的防治

广佛地区湿地植物种类虽较多，但在20个湿地公园当中应用的湿地种类大部分为外来种。乡土湿地植物同样在园林、生态以及药用等方面应用潜力巨大，而目前对这些植物的开发与应用力度不够，应加强对有潜力的湿地植物的开发利用。引种驯化当地观赏价值高的野生植物，展现本土的自然风光和湿地景观，如三白草、水蕨、莎草科、蓼科蓼属等植物。在引进外来湿地植物时，要严格检疫并进行实验，评估其入侵风险。对造成不良影响的入侵植物，要采取人工打捞、增加天敌等方法进行控制，防止其进一步蔓延。

3.3.4 加强湿地保护并与水力及建设工程相协调

河流及库塘湿地中，均以硬质驳岸为主，这大大减少了湿地植物的生长面积，降低湿地生态系统的连贯性。水库、堤坝等水利工程可考虑建设生态型石质驳岸，这种形式的驳岸成本低、景观效果好，既有利于湿地植物生长，也可发挥植物净化水质的功能。

3.3.5 加强对湿地公园的管理

建立并不断完善公园管理制度，完善湿地公园设施，建立与湿地公园保护管理工作相适应的管理机构，配齐熟悉湿地公园管理、掌握湿地保护技术的人员。定期进行垃圾清理，及时清除河中的野草，加强对湿地植物的管理，对植物精心照料，保证植物长期长势良好。