长江马鞍山段沿岸陆生植物分布及多样性研究

陈书琴，夏建东，王志高，龙锦云

(1.安庆师范大学资源环境学院，安徽安庆246133；①2.中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京100085)

河岸是维护水陆生态平衡的重要界面[1]，结构合理、配置科学的陆生植物群落不仅能维护江河及水中洲的岸坡稳定[2]、保护水土[3-5]、调节气候，而且能为各种鸟类及其他野生动物提供栖息地、觅食场及庇护所。长江流域植物资源十分丰富，仅在安徽省境内就有陆生植物3 379种[6]，由于水陆交错带生物多样性较高，近江岸植物物种数亦相当可观。值得关注的是，近年来随着长江治理力度加强，河岸工程频繁，天然岸带消退严重，与之同步的是近岸陆生植物也受到了不同程度的破坏。对长江近岸陆生植物开展研究是摸清资源家底、评估生态风险、完善环境管理的重要手段。马鞍山段是长江安徽段的末端，也是长江流向由西东向变为南北向的中间江段。因其主流摆动幅度大、汊道间过渡段短，所以该江段岸坡失稳、洲头崩塌，泥沙淤积，是长江下游地区重点治理河段之一[7-8]，先后经历了多次整治。与之相呼应的是，近岸陆生植物受人工工程影响强烈，陆生生态系统亦已经或正在发生剧烈演变[9]，具体情况亟待查明。然而，当前有关长江马鞍山段近岸陆生植物的研究极少见于报道，本文对长江马鞍山段两岸陆生植物进行了全面调查研究，以期为该江段生态环境现状评价及生态问题整治提供基础数据，为两岸陆生植物群落优化及植物保护提供科学依据。

1 材料及方法

1.1 研究区概况

马鞍山市地处北亚热带季风气候带，地带性植被为带有常绿性质的落叶阔叶林[10]。长江马鞍山河段承自芜裕河段接南京新生洲汊道，为典型的两端束窄顺直分汊型河道，全长36 km(E118.3564°～118.4913°，N31.5150°～31.7718°)。河道内急弯众多，水力流场复杂[11]。

1.2 研究方法

调查范围：长江马鞍山段两侧距主河道2 km内、江心洲水滨2 km内。

样方设置：草本调查样方大小为1 m×1 m，灌丛样方大小为4 m×4 m，乔木样方大小为10 m×10 m[12]。为研究不同区域陆生植物差异，在江东区、江西区、江心洲各设5个调查位点，每个调查点设3个乔木样方，每个乔木样方内设3个灌木和3个草本样方(如图1)。记录样方内植物物种种类、株(丛)数、高度、多度、盖度等情况。

调查时间：2016年6月～11月。将采集的标本进行分类鉴定，确定科、属、种名，并查阅其地理分布范围[13-15]。

图1 野外调查位点分布示意

1.3 数据分析方法

对长江马鞍山河段陆生植物进行统计，形成该区域植物名录，对该区域植物区系科和属的分布区类型进行统计分析。物种多样性参照文献[16]的方法进行计算：

(1)α多样性

其中pi为第i种的重要值，重要值=(相对频度+相对盖度+相对密度)/3，S为样地内物种总数。

(2)β多样性

相异性指数(CD):CD=1-2c/(a+b)，

Cody 指数(βT)：βT=(a+b-2c)/2，

其中a和b分别为两群落的物种数，c为两群落的共有物种数。

2 结果与分析

2.1 植物种类及空间分布

基于本次调查，可知该区两岸人类活动十分频繁，绝大部分空间被农用地和建设用地(含水利工程)占据，除个别江心洲有连片天然植被分布外，其他地区陆生植被群落被切割挤占情况严重。据统计，长江马鞍山段两岸2 km范围内陆生维管植物有49科、140属和190种，种类组成情况如表1所示。

纳入标准：①在本院已被确诊为壶腹周围癌；②患者的PS评分≤2(若评分>2，则表示患者不能自由走动及生活不能完全自理)；③患者知情并同意参与本研究。

表1 马鞍山江段陆生植物组成与长江安徽段及全国对比

虽然从比例上看，长江马鞍山段植物种类约占长江安徽段物种总数的5.62%，相对于该段长江占安徽省境内长江长度的比例(8.65%)，其植物物种资源并不十分丰富，但从物种丰富度上看，长江马鞍山段高达1.32 sp·km-2，远超长江安徽省段的0.051 sp·km-2。可见，陆生植物种类在两岸2 km范围内汇聚较全。据本次调查，除农作物外，长江马鞍山段两岸乔木主要有马尾松(Pinus massoniana Lamb.)、意杨(Populus nigra Linn.var.italica)、枫杨(Pterocarya stenoptera C.DC.)、楝树(Melia azedarach L.)和旱柳(Salix matsudana Koidz.)，灌木主要为小构树(Broussonetia kazinoki S.et Z.)，草本主要为苍耳(Xanthium sibiricum Patrin ex Widder)、愉悦蓼(Polygonum jucundum Meisn.)、牛 鞭 草 (Hemarthria altissima(Poir.)Stapf et C.E.Hubb.)、鸡 矢 藤 (Paederia scandens(Lour.)Merr.)、葎草(Humulus scandens(Lour.)Merr.)等，沼生植物主要是水蓼(Polygonum hydropiper Linn.)和芦苇(Phragmites australis(Cav.)Trin.ex Steud.)。本次调查见天然保护物种野大豆(Glycine soja Sieb.Et Zucc.)于江西区柳树林下(5号样点)，小样方内密度为0.32株/m2，其他地方很少见。由于野大豆在中国极为普遍，且适应能力强，又有较强的抗逆性和繁殖能力，所以利于保护。此外，调查中还见到水杉(Metasequoia glyptostroboides Hu et W.C.Cheng)和银杏(Ginkgo biloba Linn.)等人工栽植的保护物种。

2.2 植物科的大小及分布区类型分析

科是植物分类学中最大的自然单位，该区域49科植物中既有进化水平较低的古老科，如毛茛科(Ranunculaceae)、杨柳科(Salicaceae)等，也有在植物进化中处于分化的关键类群的科，如大戟科(Euphorbiaceae)，也有高度进化的科如玄参科(Scrophulariaceae)、马鞭草科(Verbenaceae)、菊科、禾本科等，如表2所示。

表2 马鞍山江段两岸陆生植物科分类情况

从科这一层次上看，长江马鞍山两侧陆生植物分别占全国、长江安徽段总科数的16%和22%，体现出科级组成上“小而全”的特点。其中，含20种以上的禾本科和菊科的一些种是区域草本群落的优势种，体现了草本植物区系中优势科明显的特征。另外，长江马鞍山段两岸陆生植物具有比较稳定的分布区[17]，其区系主要为世界分布、热带-亚热带分布、北温带分布的科，即不同地理成分在该区复杂的生态环境中都可以繁衍自己的种系，如图2所示。

图2 马鞍山江段陆生植物科的分布区类型

该区世界分布科占有的比例最高，说明该区植物区系具有很强烈的过渡性质。植物区系是自然长期发展衍化的结果，也是生态环境变迁的见证[18]。虽然人类活动难以从根本上改变植物区系分布[19]，但强烈过渡性质的植物区系特征却反映了该区外来物种入侵风险剧增。

2.3 植物属的大小及分布区类型分析

据调查，该区陆生植物每属中包含的物种数都比较少，其中5种以上的仅有3属，分别为苔草属(Carex Linn.)、蒿属(Artemisia L.)及蓼属(Polygonum L.)；区域寡种属19个，分别为狗尾草属(S etaria Beauv.)，画眉草属(Eragrostis Beauv.)，燕麦属(Avena L.)，荸荠属(Heleocharis R.Br.)，飘拂草属(Fimbristylis Vahl)，委陵菜属(Potentilla L.)，莎草属(Cyperus L.)，苜蓿属(Medicago L.)，翅果菊属(Pterocypsela Shin)，飞蓬属(Erigeron L.)，鬼针草 属 (Bidens L.)，松 属 (Pinus L.)，泥 胡 菜 属(Hemistepta Bunge)，藜属(Chenopodium L.)，酸模属(Rumex L.)，毛茛属(Ranunculus L.)，胡萝卜属(Daucus L.)，天胡荽属(Hydrocotyle L.)，大戟属(Euphorbia L.)；单种属118个，代表性属有白茅属(Imperata Cyr.)，穇属(Eleusine Gaertn.)，荻属(Triarrhena Nakai)，狗牙根属(Cynodon Rich.)，假稻属(Leersia Soland ex Swartz)等。

由表2可知，单种属及寡种属即占全区总属的97.9%。而这两类属不是代表新属刚刚形成，就是代表老属残留[20]，不管所代表的意义如何，都说明该区陆生植物具有一定的脆弱性。

该区植物区系属于北亚热带性质，世界分布属为27个，泛热带分布及其变形属为20个，北温带分布及其变形属为24个，说明本区植物区系具有一定过渡性且与热带区系存在联系。另外，本区中国特有属仅有银杏属(Ginkgo L.)、水杉属(Metasequoia Mikiex Huet Cheng)两种(皆为人工种植)，说明本区植被特有性程度较低，陆生植物受人类干扰严重。

2.4 陆生植被类型及群系

根据陆生植物的生活习性和环境，可分为针叶林、阔叶林、灌丛、草甸、沼泽等5个植被型组以及8个群系组和16个群系（表3）。

表3 马鞍山江段两岸植被分类系统

根据调查可知，意杨人工群落是本次调查中发现最多的植被类型，多分布于江滩和沙洲上，生长速度较快，郁闭度在80%以上。区域以纯林为主，缺乏针、阔叶树种组成的混交森林类型；属于落叶阔叶林的人工意杨群落取代了原先分布于该区域的芦苇和荻(Triarrhena sacchariflora(Maxim.)Nakai)群落，成为水源涵养林和用材林；原本该区域混交林由于长期的农业生产活动和工矿业的发展，被人为砍伐和破坏；灌木层也因受人为的砍伐，显得稀少而零乱。

2.5 长江马鞍山段陆生植物多样性

长江马鞍山段江东区江西区江心洲陆生植物物种组成。物种丰富度指江东区、江西区、江心洲各自样地内出现的科、属、种总数[21]。从科层次看，从多到少依次为江心洲(46科)、江东区(42科)和江西区(37科)；从属层次看，从多到少依次为江心洲(132属)、江东区(122属)和江西区(113属)；从种层次看，江心洲与江东区皆为163种，皆大于江西区的117种。江心洲与江东区物种数较之江西区均略高，但造成这种现象的原因可能并不相同[22-23]：江心洲生境相对孤立，人类活动强度较低；而江东区丘陵山地众多，地形复杂，环境异质性较大。

长江马鞍山段江东区、江西区、江心洲陆生植物α多样性变化。长江马鞍山段陆生植物Simpson指数和Shannon-weiner指数变化格局均与物种丰富度相似，Pielou均匀度指数则显示江东区最高(表4)。江东区、江西区陆生植物主要属禾本科、菊科、莎草科、蓼科，两岸共有的分布密度较高的物种主要是乱子草(Muhlenbergia hugelii Trin.)、飘拂草(Fimbristylis dichotoma(L)Vahl)、荩草(Arthraxon hispidus(Trin.)Makino)、大狗尾草(Setaria faberi Herrm.)和愉悦蓼。另外，江东区还有尖嘴薹草(Carex leiorhyncha C.A.Mey.)、狗牙根(Cynodon dactylon(Linn.)Pers.)、画眉草(Eragrostis pilosa(Linn.)Beauv.)、白茅(Imperata cylindrical(Linn.)Beauv.)和早熟禾(Poa annua Linn.)分布密度较高。而江西区则还有垂穗苔草(Cyperus dimorpholepis Steud.-Carex cernud Boott)、蒌 蒿 (Artemisia selengensis Turcz.ex Bess.)、狼尾草(Pennisetum alopecuroides(Linn.)Spreng.)和金色狗尾草(Setaria glauca(Linn.)Beauv.)分布密度较高。相对于江东区江西区，江心洲密度较高陆生植物除与江东区江西区相似的禾本科、莎草科、菊科、蓼科外，还多了一种十字花科植物水田碎米荠(Cardamine lyrate Bunge)。另外，狗牙根在江心洲、江东区有较高密度的分布，而该种植物具有较高的适口性，利于放牧[24]，与上游其他地区相比[21]，长江马鞍山段江心洲和江东区的牧业压力并不大。仅从Shannon-weiner指数看，相对于上游新安江平均2.5的高值[21]，本江段陆生植物α多样性极低。该江段处于经济相对发达地区，沿江工业、运输业、防洪工程可能是导致区域生物多样性降低的主要原因。

表4 马鞍山江段不同区域陆生植物α多样性变化

长江马鞍山段江东区、江西区、江心洲陆生植物β多样性空间分布。虽然空间隔离能影响植物的β多样性[25]，但当空间距离小于10 km时，种子植物能顺利扩散，从而降低不同生境陆生植物β多样性的差异[26]。长江马鞍山段江心洲离大陆远小于10 km，故其陆生植物相异性指数与江东区、江西区几近相同(保留两位小数的前提下，三区相异性指数皆为0.22)，江东区、江西区及江心洲Cody指数分别为18.52、18.44和18.50，亦基本相当。

该段长江由南向北，江东、江西、江心洲处于同一纬度带上，气候差异较小。从调查实际看，该段长江整体上受人类干扰十分强烈。β多样性相近及α多样性较低共同表明，人类干扰导致的生物多样性退化在一定程度上掩盖了江东区、江西区、江心洲生境原本就并不明显的天然差异[27]。

3 结 论

综上所述，长江马鞍山段沿岸及江心洲共有陆生植物49科140属190种，物种绝对数量仅占长江安徽段的5.62%。但其平均物种丰富度高达1.32 sp·km-2，是长江安徽段平均丰富度的2.5倍。表明陆生植物在长江沿岸2 km范围内有聚集态势，研究该范围内陆生植物具有一定的代表性。

由区系分布可知，长江马鞍山段陆生植物主要为世界广布、热带-亚热带分布、北温带分布的科区系分布。陆生植物区系分布具有过渡性质，受人类干扰严重，天然植被破坏较多，物种多样性低，外来物种入侵风险较大。本地种及中国特有种较少，天然保护植物仅见野大豆，银杏、水杉等保护植物系人工种植，其他天然植被多为常见种和广布种，保护价值不大。该段长江应从优化群落配置的角度，主要依靠人类力量改善和保护陆生植物资源。

长江马鞍山段两岸土地主要为撂荒地、草丛和灌丛，陆生植物组成单一，其Shannon-weiner指数不到新安江流域的十分之一，陆生植物破坏十分严重。

本段长江呈南北流向，江东区、江西区及江心洲分布在同一纬度带上，人类干扰掩盖了本就不大的生境差异。从整体上看，三区β多样性指数相近，但α生物多样性指数和物种丰富度空间分布特征相似，均呈江心洲和江东区略高于江西区的态势，江心洲与江东区物种丰富度较高的具体原因并不相同，值得深入探究。