温州三湿地维管束植物物种多样性研究

温州三湿地维管束植物物种多样性研究

被称为“天然肾”的湿地生态系统在防洪、避风、调节气候、控制土壤侵蚀、促进蓄水、减少污染等方面发挥着极其重要的作用。然而近几十年来人们只注重湿地资源的开发利用,忽略了湿地资源的保护,给湿地生态系统健康带来了严重的破坏,因此,对湿地生态系统进行健康诊断和评价显得十分重要和迫切。湿地生态系统健康评价主要包括指示物种和指标体系2种方法。指示物种法国外学者研究较多,硅藻、海草、鱼类及大型无脊椎动物等都被广泛地作为指示物种来评价湿地生态系统的健康程度。但是仍然存在一些问题,比如指示物种的筛选标准不明确,有些采用了不适合的类群等。而指标体系法不但选择了不同组织水平的类群,而且考虑到了不同的尺度。国内学者多采用指标体系法,如在湖泊及河口滨海等湿地类型中均已构建了湿地生态系统健康评价指标体系。在河流湿地方面,崔保山和杨志峰详细阐述了湿地生态系统健康评价指标体系理论。但是指标体系法往往会因为部分指标难以量化以及基础数据的缺失,而较难应用于实践中,并且也不能快速地对湿地生态系统进行评价。雷霆等应用湿地维管束植物多样性对北京24个湿地进行了优先保护级别的划分,并认为典型湿地植物多样性高的湿地能说明其湿地生态系统健康性较好,生态功能可以得到充分体现。本文通过对三垟湿地植物多样性的分析以及与杭州西溪和绍兴镜湖2个湿地的比较,对三垟湿地的健康性进行初步评价,旨在为三垟湿地保护和生态修复提供科学依据。1城市邻近湿地发展现状温州三垟湿地位于瓯江入海口南岸的温州生态园内,地处浙江省温州市区东南角,紧邻大罗山,是由古海涂演变成的河网湿地,现由161座“岛屿”状的田块组成,面积约11.41km2。其中水域面积3.31km2,占整个湿地面积的29.1%。三垟湿地作为一块典型的城市近郊湿地,开发历史悠久,现用地主要为建筑用地和农业生产用地,后者约占陆地总面积的85%左右,其中瓯柑(Citrusreticulatevar.suavissima)园地占农业生产用地的57%左右,其他主要为菜地和绿化地;河流两边多为陡岸,河中水质整体为劣V类,富营养化程度严重。温州三垟湿地属中亚热带季风气候区,夏半年受温暖湿润的海洋气团控制,冬半年转受干燥的大陆气团控制,四季分明,终年温暖湿润。年平均气温17.9℃,极端低温-4.5℃,极端高温39.03℃,年温差在20℃左右。年降雨量1700.2mm,其雨量集中期为5～6月的梅雨期和7～9月的台风期,蒸发强烈期为7～9月高温期,水热变化同步,日照充足,为植物生长提供了良好的条件。2维管束植物物种组成、生活型及生态型的划分自2008年4月至2009年3月,对三垟湿地进行植物种类的实地调查、标本采集与鉴定,并对生境进行记录。调查对象为维管束植物,包括自然分布的乡土种、逸生的或归化的外来种,而不包括仅见栽培的农作物和绿化植物(以下统称为野生植物)。结合相关文献资料,对该区维管束植物物种组成、生活型以及生态型进行分析研究。植物分类、鉴定及生态类型的划分以《浙江植物志》、《浙江种子植物检索鉴定手册》为依据。通过对三垟湿地植物物种多样性、生活型多样性、以及外来入侵植物和国家珍稀保护植物数量进行统计和分析,同时对比杭州西溪湿地、绍兴镜湖湿地2地的情况,对三垟湿地的生态健康性进行评价。3结果与分析3.1种间及属分类根据调查数据统计,温州三垟湿地共有野生维管束植物259种(含种下分类群,下同),隶属于187属,73科,比2003年华东师范大学调查时多了102种;其中草本植物231种,木本植物28种;蕨类植物10种,双子叶植物183种,单子叶植物66种。按照多属科(>15属)、中等科(6～15属)、寡属科(2～5属)、单属科(1属)的分类标准,将温州三垟湿地自然分布的维管束植物73科分成4个等级(表1)。由表1可知:单属科(46科)占总科数的比例最高,达63.0%;从属水平数量结构看,22个寡属科含最多的68属,其次是2个多属科含51属,中等科有22属,三者占总科数的37.0%,而属数高达141属,占总属数的75.4%,构成了三垟湿地维管束植物属水平结构的主体部分。从含物种数量(表2)看,含20种以上的大科有2个,即禾本科和菊科,分别有38种和29种;含10种以上的科有4个,为蓼科、唇形科、蔷薇科和莎草科;此外,豆科、十字花科、苋科和玄参科都含7种植物。它们一起构成了含物种数的前10科;这10个科中属、种的总和分别占属、种的50.3%及54.8%。表明这些科是组成湿地植物区系的主要成分。属内含物种数最多的是蓼属有13个物种,远远超过其他属,主要是因为蓼属的植物多数为湿生植物,其次为莎草属5种,含4个种的有4个属(表2);另外,3个种的有9个属,其余的属都只含1到2种。从以上含物种数量高的属可以看出,它们都适宜在较潮湿的生境中生长。3.2浮水植物种potamohening以《浙江林业自然资源》(湿地卷)和《中国湿地植被》中的湿地植物名录为标准划分湿地和非湿地植物,在温州三垟259种植物中有湿地植物66种(占总种数的25%),其中水生植物33种(占湿地植物的50%),湿生物种33种(占湿地植物的50%)。水生植物中沉水植物只有2种,为菹草(Potamogetoncrispus)和黑藻(Hydrillaverticillata),属于最耐污染的沉水植物之一,但即使如此,菹草仅见于东部靠近山脚污染较轻的小河流或湖边地带,黑藻则更少见,只有靠近茶山镇的山脚小溪中才有少量生长。浮叶植物3种:苹(Marsileaquadrifolia)、野菱(Trapanatans)、细果野菱(T.incisa);漂浮植物3种:浮萍(Lemnaminor)、紫萍(Spirodelapolyrrhiza)、水葫芦(Eichhorniacrassipes);挺水植物25种:鱼腥草(Houttuyniacordata)、喜旱莲子草(Alternantheraphiloxeroides)、稗(Echinochloacrusgalli)等。3.3植物的群落结构三垟湿地共有国家保护植物4种,野荞麦(Fagopyrumdibotrys)、香樟(Cinamomumcamphora)、野大豆(Glycinesoja)和野菱(T.natans),均为二级。其中香樟比较常见,其他3种植物则较少见,分布零散,生境遭到破坏,人类干扰强烈。由于水体污染及外来入侵种凤眼莲的影响,受到的危害较大。除此之外,细果野菱(T.incisa)也常被列为易危种,在三垟湿地已非常少见。3.4外来植物对环境的影响三垟湿地共有外来入侵(或归化)植物13科28种,占三垟湿地植物种类的11%。优势科明显,其中菊科10种(占入侵种36%),苋科5种(占18%),十字花科和玄参科各2种(占7%),其余9科各1种(占4%)。外来入侵植物虽在一定程度上丰富了该生态系统的组成成分,但也对环境带来了破坏和危害。尤其是一些恶性外来入侵种,如加拿大一枝黄花(Solidagocanadensis)、凤眼莲、小飞蓬(Conyzacanadensis)等,其中加拿大一枝黄花较少见到,但凤眼莲在部分河道大面积繁殖。由于凤眼莲繁殖迅速,很容易侵占和阻塞河道,对水体、水生动植物和湿地生态环境造成了极大的危害。3.5湿地生物多样性的测度,可将湿地植物和生物种类组成和总体多样性的高已有研究表明,湿地植物多样性对湿地生态功能及生态系统健康状况具有明显的指示作用,因此可将湿地植物种类组成和植物总体多样性的高低作为评价湿地健康性的依据。本文将温州三垟湿地与杭州西溪湿地和绍兴镜湖湿地进行比较,从物种丰富度、典型湿地植物物种数量、珍稀濒危植物、外来入侵植物4个方面对温州三垟湿地的健康性进行评价。3.5.1物种多样性调查与相似度分析杭州市西溪国家湿地公园(以下简称西溪湿地)位于杭州市西部,约为30°15′～30°17′N,120°02′～120°16′E,面积约为11.4km2,自然地形为低洼地,生态系统类型属河流兼沼泽型湿地。绍兴市镜湖国家湿地公园(以下简称镜湖湿地)位于绍兴越城、柯桥、袍江3区的中心,约处于30°02′～30°06′N,120°33′～120°35′E,总面积15.6km2。2007年,浙江教育学院沈琪副教授等对这2处湿地的植物多样性进行了调查研究,本文根据该课题组提供的植物名录,经过与温州三垟湿地(以下简称三垟湿地)同样标准的统计,西溪湿地有351种野生植物,隶属90科250属,湿地植物70种;镜湖湿地有245种野生植物,隶属88科195属,湿地植物52种。总的物种丰富度即整个湿地全部野生物种的数目,是物种多样性测度中较为简单且生物学意义明显的指数。西溪湿地、三垟湿地、镜湖湿地三者相比较,西溪湿地物种丰富度最高,三垟湿地略多于镜湖湿地(图1)。西溪湿地物种多样性较高与该地多样化的生境,即丰富的空间异质性有关。β多样性用来表示生物种类对环境异质性的反应,不同生境间或某一生境梯度上不同地段间生物种类组成越相似,β值越高(即相同指数越高)。本文采用Sorensen指数(SI)来反映β多样性(即相似度):SI=2c/(a+b),式中a、b分别为2地各有分类单元的数量,c为2地的共有分类单元的数量。根据计算结果可知,西溪湿地与镜湖湿地的相似度较高,达到了0.74,而三垟湿地与西溪湿地、镜湖湿地的相似度分别为0.50和0.51,都远低于镜湖湿地和西溪湿地间的相似度。3.5.2植物种类组成从表3可以看出:西溪湿地的湿地植物总数最多有71种,三垟湿地次之有66种,最少的则是镜湖湿地仅52种;其中三垟湿地沉水植物种类最少仅2种,为菹草与黑藻,西溪湿地沉水植物最多有7种,分别为金鱼藻(Ceratophyllumdemersum)、穗花狐尾藻(Myriophyllumspicatum)、水蓑衣(Hygrophilasalicifolia)、菹草、大茨藻、黑藻和苦草;镜湖湿地也有4种,金鱼藻、穗花狐尾藻、菹草和大茨藻。从湿地植物占各湿地总物种数看,三垟湿地所占比例最高,达25.5%,镜湖湿地与西溪湿地分别为21.2%、20.2%;但三垟湿地的湿地植物组成质量并不高,其中水生植物与沉水植物占湿地植物总数的比例都最低,只有50.0%与3.0%,镜湖湿地的水生植物占湿地植物总数比例最高达到63.5%,西溪次之,有56.3%,但西溪湿地的沉水植物占湿地植物总数的比例最高,为9.9%,镜湖湿地为7.7%(图2)。3.5.3级保护植物珍稀濒危植物是湿地植被中的重要类群,其中珍稀种类是评估自然保护区科学价值的重要依据之一。西溪湿地国家二级保护植物有6种,分别为榉树(Zelkovaserrata)、野荞麦、香樟、野大豆、野菱和中华结缕草,大茨藻被建议列为保护植物。镜湖湿地国家二级保护植物有5种,为野荞麦、香樟、野大豆、野菱和中华结缕草,建议保护植物大茨藻。三垟湿地国家二级保护植物有4种,建议保护植物1种。三垟湿地保护植物最少,国家保护植物占湿地植物总数也最少,只有1.5%,而西溪湿地和镜湖湿地分别为1.7%和2.0%。3.5.4湿地植物组成外来入侵种往往出现在人为干扰较频繁的地方,而一个较脆弱的生态系统往往也容易遭受外来种的入侵。同时,外来入侵种虽可以丰富本地生态系统的组成成分,但也可对其带来危害和破坏。西溪湿地、镜湖湿地与三垟湿地的入侵植物分别有24种、19种、28种,其中三垟湿地入侵植物总数最多。同时,三垟湿地入侵植物总数不仅最多,其占三垟湿地植物总数的比例也最高,达到10.8%,虽然西溪湿地入侵植物有24种,但所占比例最低,为6.8%。综上所述,与西溪湿地、镜湖湿地相比,三垟湿地物种丰富度低,虽然湿地植物占植物总数最高,达25.5%,但湿地植物组成质量并不高,水生植物和沉水植物占湿地植物的比例都最低,只有50.0%与3.0%。而由水生和湿生维管束植物组成的典型湿地植物是湿地生态功能的主要体现者,典型湿地植物多样性高的湿地说明其生态系统健康性较好,生态功能可以得到充分体现;同时也说明该湿地水资源充足,受人类干扰较少,其生境适合水生及湿生植物生长。水生植物多样性,尤其是沉水植物多样性的高低往往与植物所生存的水环境的健康和水质的好坏有关系,多样性较高,往往可以说明其水环境也较健康,反之则不然。三垟湿地的湿地植物占植物总量虽是最高的,但组成质量最差,尤其是沉水植物仅2种,而且这2种沉水植物分布的范围也极其狭小,仅在个别污染相对较轻的溪流里可见,说明三垟湿地绝大部分水环境退化严重,水质差,而水环境的高低是评价湿地生态系统健康性的重要指标。三垟湿地外来入侵种有28种,与西溪湿地、镜湖湿地相比,不管是物种数量还是占植物种数的比例都最高,这说明三垟湿地受到的人为干扰强烈,同样也反映了它的生态系统较脆弱。4保护三湿地的生态性虽然三垟湿地被纳入温州生态园建设的一部分,但到目前为止,湿地内的农业用地和建筑用地仍占了绝大部分的面积。三垟湿地水质净化和大气调节的现实服务价值都远远低于理论上可以达到的价值,较低的大气调节和水质净化价值代表着较低的初级生产,由此导致较低的生物多样性,也无法吸引居民成为旅游休闲场所,可推断三垟湿地生物多样性和旅游休闲的现实价值也是很低的。三垟湿地土地利用方式单一,植物物种组成简单,湿地内种植着大量的殴柑林、杨梅林,其树龄及高矮整齐划一,林下缺乏中间灌木层,地表植被为种类单一、生产力较低的伴人杂草,且频繁受到人类活动干扰,因此林内、林下野生动物种类贫乏、土壤动物种类也相对较少,生态服务功能和生物多样性水平低下。三垟湿地环境污染严重,尤其是水体污染,水生植物和沉水植物多样性过低,且分布零星,范围狭小。湿地水体富营养化程度严重,水质整体为劣V类。影响水质的主要污染物是过剩营养盐,三垟水质除受温瑞塘河受污水体的影响外,三垟湿地内居民的工农业生产、生活污水的直接排放、养殖业投饵、土壤淋溶、以及区域酸雨等因素加重了三垟湿地水质恶化的程度。由此可见,三垟湿地的生态环境受到了强烈的人类干扰,水环境质量低,污染严重,已不适宜水生植物尤其是沉水植物的繁衍与生长,导致植物多样性降低,这对湿地生态系统造成了极大的破坏,亟待保护和恢复其生态环境的健康性