于桥水库大型水生植物生物多样性调查与分析
江文渊;张征云;张彦敏
【摘 要】大型水生植物能够为水体中的各类动物提供食物和栖息地,还能通过过滤和吸附水体中污染物起到净化水质的作用,因而能在一定程度上反映水体生态系统健康状况.于2015年夏季和秋季水生植物生长旺盛期对于桥水库大型水生植物进行了调查,并进行了生物多样性分析.本次调查共记录到大型水生植物17科24属25种,经分析,得到以下主要结论:一是于桥水库大型水生生物种类相对贫乏,生活型较单一;二是水生生物多样性水平相对较低;三是水生生物分布面积较广,种间差异较大.
【期刊名称】《现代农业科技》 【年(卷),期】2018(000)005 【总页数】3页(P172-174)
【关键词】大型水生植物;生物多样性;调查;分析;于桥水库 【作 者】江文渊;张征云;张彦敏
【作者单位】天津环科环境规划科技发展有限公司,天津 300191;天津市环境保护科学研究院;天津市环境保护科学研究院;天津环科环境规划科技发展有限公司,天津 300191;天津市环境保护科学研究院 【正文语种】中 文 【中图分类】Q958.8
引滦工程是为缓解京、津、唐供水矛盾而兴建的我国第一个大型跨流域调水工程，该工程北起河北省迁西县大黑汀水库坝下引滦分水闸，南至天津市红桥区西河水厂，全长234 km。于桥水库作为引滦工程进入天津的第一站，是一座山谷向平原过渡型盆地水库，水库面积86.8 km2，兴利库容3.85亿m3[1]。大型水生植物是指除小型藻类以外所有的水生植物类群，它们在生理上依附于水环境，生活周期中至少有一部分发生在水中或水表面。大型水生植物能够为水体中的各类动物提供食物和栖息地，还能过滤和吸附水体中的污染物，从而起到净化水质的作用。因此，大型水生植物多样性能在一定程度上反映水体生态系统健康状况[2]。 1 采样与分析方法 1.1 采样时间
大型水生植物调查宜安排在植物生长旺盛期或接近成熟期，此时大部分植物种类均处于生物量最高的时期，便于进行生物多样性及生物量观测。本次于桥水库流域大型水生植物调查时间为2015年夏季和秋季，每次调查时间为2～4d。 1.2 采样及处理方法
按照生活型，大型水生植物可以分为挺水植物、浮叶植物、漂浮植物、沉水植物等，本次调查也按此分类对大型水生植物进行采样调查。
1.2.1 采样点设置。挺水植物：分别在于桥水库北岸、南岸、东岸设置5块样地，样地大小根据实际情况设置为0.5 km×0.5 km或1.0 km×1.0 km。在每个样地内设置5～10个采样点，大型挺水植物采样点大小为1 m×1 m或2 m×2 m，中小型挺水植物采样点大小为0.5 m×0.5 m。
浮叶植物、漂浮植物、沉水植物：这几类植物在于桥水库区内呈点状、斑块状分布，调查时乘船沿顺时针方向航行，以航行的轨迹作为样线，在样线上选择浮叶植物、漂浮植物和沉水植物聚集生长的点位作为采样点。浮叶植物和沉水植物共设样地6
处，样地内设置14个采样点，以每个采样点为中心，在附近设置3～5个亚采样点分别进行植物样本采集，亚采样点大小为0.5 m×0.5 m或1.0 m×1.0 m。 1.2.2 观测、取样及处理方法。挺水植物：对每个采样点和亚采样点内的所有物种进行测量，并逐一记录物种名、物种株数、群落高度、群落覆盖度等，同时记录采样点的经纬度、海拔高度、坡向、坡度、土壤类型、土地利用类型、干扰类型及程度等。记录以上信息后，用剪刀将挺水植物齐水面剪断，分种类装入事先准备好的采样袋中密封好，现场称量湿重并记录，随后带回实验室备用。
浮叶植物、漂浮植物、沉水植物：定性样品采集时，用耙子或拖钩采集每个采样点内的植物，装入样品袋内，带回实验室进行鉴定，准确鉴定出各种大型水生植物的种、属名称，并做好记录；定量样品采集时，用水草定量夹进行采集，将采样点内的全部植物连根拔起，每点采2次，将网内植物洗净，装入样品袋，在室内取出袋内植物，去除根、枯枝、败叶及杂质，去除植物体表多余的水分，分种类称量湿重，称重后带回实验室备用。
将采集到的各类大型水生植物带回实验室后，放在105℃的鼓风干燥箱内烘干至恒重，即为样品的干重，作为大型水生植物生物量的度量。 1.3 指标计算
采用种丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson生态优势度指数和Pielou均匀度指数表示于桥水库大型水生植物的多样性水平。
1.3.1 种丰富度指数（S）。种丰富度指数即该区域内所包含的所有大型水生植物的物种数，记为S。
1.3.2 Shannon-Wiener多样性指数（H）。计算公式：
其中，H为群落的多样性指数；S为种丰富度指数；Pi为样品中属于第i种的个体比例，如样品总个体数为N，第i种个体数为 ni，则 Pi＝ni/N[3]。
1.3.3 Simpson生态优势度指数（D）。计算公式：
其中：S为种丰富度指数；Pi定义同上[4]。 1.3.4 Pielou均匀度指数（E）。计算公式：
式中，H为实际观察的物种多样性指数，Hmax为最大的物种多样性指数，Hmax＝lnS（S 为群落中的总物种数）[5]。 2 调查结果与分析 2.1 种类及分类
本次调查共发现大型水生植物17科24属25种。从水生植物种的分布来看，禾本科（Gramineae）包含种数最多，为7种，是水生植物的优势科；其次为菊科（Compositae）和眼子菜科（Potamogetonaceae），均包含2种植物；其余均为单种的科，分别为唇形科（Labiatae）、豆科（Leguminosae）、金鱼藻科（Ceratophyllaceae）、藜科（Chenopodiaceae）、蓼科（Polygonaceae）、菱科（Trapaceae）、龙胆科（Gentianaceae）、莎草科（Cyperaceae）、十字花科（Cruciferae）、水鳖科（Hydrocharitaceae）、睡莲科
（Nymphaeaceae）、苋科（Amaranthaceae）、香蒲科（Typhaceae）和小二仙草科（Haloragaceae）。从水生植物属的分布来看，除了禾本科含有7个属，菊科含有2个属之外，其余15科均只含有1个属。可见，单属的科所占比例非常高。 2.2 生活型
调查采集到的大型水生植物包括3个类型，分别为挺水植物、浮叶植物和沉水植物。其中，挺水植物包括芦苇（Phragmites australis）、水葱
（Schoenoplectus tabernaemontani）、水烛（Typha angustifolia）、莲
（Nelumbo nucifera），均为湖岸带挺水植物群落的优势种，构成了湖岸带植被景观的基础；浮叶植物仅发现2种，分别为菱（Trapa bispinosa）和莕菜（Nymphoides peltatum）；沉水植物包括菹草（Potamogeton crispus）、竹叶眼子菜（Potamogeton wrightii）、菹草（Potamogeton crispus）、狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum）。 其余种类均为挺水植物的伴生种类。根据其生活型可分为4个小的类型，即一年生草本植物，如狗尾草（Setaria viridis）等；二年生草本植物，如黄香草木犀（Melilotus officinalis）；一或二年生草本植物，如碱蒿（Artemisia
anethifolia）和蔊菜（Rorippa indica）；多年生草本植物，如獐毛（Aeluropus sinensis）等。尽管这些种的长势和数量均不占优势，但对群落的多样性水平有较大贡献，增加了湖岸带挺水植物群落的物种多样性[6-8]。 2.3 生物多样性
多样性指数是反映丰富度和均匀度的综合指标[9-10]。本调查采用种丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson生态优势度指数和Pielou均匀度指数来表征于桥水库大型水生植物生物多样性水平，调查结果见图1。
图1 各采样点的多样性指数水平注：样地1～5为挺水植物群落，样地6～11为沉水植物群落、浮叶植物群落。
2.3.1 种丰富度指数。挺水植物群落（样地1～5）的种丰富度指数相对沉水植物、浮叶植物而言更高，但均≤7种，其中样地1为7种，样地4为6种，其余3个样地为5种。在沉水植物和浮叶植物群落（样地6～11）中，种丰富度指数较低，仅有样地7包含有4种沉水植物，其他样地均≤2种；所有浮叶植物群落均只包含1～2种植物。
本次调查到的水生植物种类略少于历史记录，究其原因，主要为调查时间选择在大型水生植物生长旺盛期，而许多本地早春植物如独行菜（Lepidium apetalum）、
附地菜（Trigonotis peduncularis）、夏至草（Lagopsis supina）等此时已经凋零枯萎，因而未能查见。据历史资料，适应于桥水库环境的沉水植物有6～8种，本次调查仅发现5种。此外还有一个重要原因，即于桥水库的沉水植物在分布上呈现出极为明显的点状或者斑块状分布格局。在一个有沉水植物分布的区段里，往往只有1个物种占据绝对优势，其他物种非常少甚至是无。
2.3.2 Shannon-Wiener多样性指数。挺水植物群落的Shannon-Wiener多样性指数位于1.23～1.65之间，群落之间指数的水平存在差异，如样地1（芦苇群落），拥有较高的种丰富度，且各物种之间的数量分布较为平均，故该指数最高；样地5（莲群落）则较低。在沉水植物群落中，仅样地7的Shannon-Wiener多样性指数超过1，其余样地该指数值均＜1；由于样地10（竹叶眼子菜）和样地11（菹草）均仅发现1种沉水植物，故其Shannon-Wiener多样性指数值为0。浮叶植物的情况也类似。
总体来看，由于沉水植物、浮叶植物在水库内呈点状、斑块状分布，其群落的Shannon-Wiener多样性指数显著低于挺水植物群落。这个原因同样也导致Simpson生态优势度指数、Pielou均匀度指数较低甚至为0。
2.3.3 Simpson生态优势度指数和Pielou均匀度指数。这2个指数的分布格局与Shannon-Wiener多样性指数类似，不再赘述。总之，Shannon-Wiener多样性指数、Simpson生态优势度指数、Pielou均匀度指数值的高低均取决于2个重要因素，即物种数和各物种间分配的均匀度，若两者均较高，则各指数值计算结果较高，反之则较低[11-13]。 3 结论与讨论
通过对于桥水库大型水生植物进行调查与分析，得到以下主要结论：
（1）水生生物种类相对贫乏，生活型较单一。本次于桥水库大型水生植物调查分别于2015年夏季和秋季开展，由于调查仅限于选定的大型水生植物生长区域内，
加上许多本地应该分布的早春植物已经凋零枯萎等原因，调查发现的种类少于历史记录，共记录到大型水生植物17科24属25种，其中禾本科种类最丰富。调查到的植物基本囊括了该区域的大型水生植物优势种，其他物种均为挺水植物的伴生种。水生植物物种生活型均属于草本植物（包括一年生、二年生、一年或二年生、多年生）。
（2）水生生物多样性水平相对较低。由于调查区域的特殊生境，土壤中水接近饱和或过饱和，或为水生环境，能够适应的植物种类较少，其中挺水植物群落种丰富度相对较高，沉水植物和浮叶植物群落种丰富度较低。挺水植物群落的Shannon-Wiener多样性指数位于 1.23～1.65之间，Simpson生态优势度指数位于0.611～0.766之间，Pielou均匀度指数位于0.725～0.848之间。芦苇群落的多样性指数最高，莲群落的多样性指数最低，但差异不显著。
对于沉水植物和浮叶植物群落，由于其在水库中的分布呈现出极为明显的点状或者斑块状，且在一个有沉水植物或浮叶植物分布的区段里，往往只有1个物种占据绝对优势，其他物种非常少甚至是无，所以群落的多样性指数较低，其中2个群落仅含有1种沉水植物或浮叶植物，其多样性指数为0。
（3）水生生物分布面积较广，种间差异较大。经调查，挺水植物、沉水植物和浮叶植物的分布以北岸最为密集，东岸其次，南岸再次，西岸几乎没有挺水植物、沉水植物和浮叶植物。
水库北岸地形平缓，挺水植物群落、沉水植物和浮叶植物发育茂盛，其种类、密度、覆盖度均是湖岸中最高的，常见挺水植物群落为芦苇群落、水烛群落，还有人工栽培或野生的莲群落；北岸西侧沉水植物以菹草、苦草为主，北岸东侧以竹叶眼子菜为主。水库东岸是河流入库的浅滩，挺水植物发育较完整，主要挺水植物群落为水烛群落、水葱群落等；沉水植物和浮叶植物也较丰富，常形成单优势种群落，如狐尾藻群落、竹叶眼子菜群落等，水生植物种类不及水库北岸丰富。水库南岸湖岸带
较陡峭，挺水植物的分布面积较小，仅零星分布有芦苇群落、水烛群落；沉水植物仅见竹叶眼子菜群落，且密度明显小于北岸和东岸。水库西岸为于桥水库大坝，坝前水深较深，堤岸坡度大，不适于挺水植物生长，仅在大坝南部浅水区域有少量挺水植物分布；沉水植物和浮叶植物在此未见分布。 4 参考文献
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