西溪湿地公园湿地植物群落及其与水环境质量的关系

西溪湿地公园湿地植物群落及其与水环境质量的关系
曹晓;刘红玉;李玉凤;郑囡
【摘要】对西溪湿地公园33个随机选取的有植被覆盖的水塘进行湿地植物群落调查,监测分析包括9个无植被覆盖水塘在内共计42个水塘的水环境状况,以湿地植
被覆盖度分级为基础,揭示其与水环境质量之间的关系.结果表明,调查区域内湿地植物共计16种,分属13科16属,且物种丰富度较低;当湿地植被覆盖度维持在低水平(1%-20%)或中等水平(＞40%～60%)时,水质也可以维持在一个较好的水平,而高湿地植被覆盖度并不利于维持较好的水质;对具有相同植被覆盖水平(约40%)的常见
湿地植物群落类型与水环境之间关系进行分析发现,可将这些湿地植物群落划分为
3种类型:第1类包括黄花鸢尾(Iris tectorum)+水花生(Alternanthera philoxeroides)和芦竹(Arundo donax)+水花生,其水体CODMn、TN、TP、
NH3-N、Chl-a值处于最高水平,说明水环境处于相对较差状态;第2类包括水花生、野茭白(Zizania latifolia)+水花生、再力花(Thalia dealbata)+水花生,其水环境状
态处于中等水平;第3类为芦苇(Phragmites australis)+水花生,其水环境处于较好状态.建议恢复芦苇等本地种植被,并将湿地植被的盖度控制在一个较低或者中等水平,以利于维持良好的水质.%Based on classification of the wetland vegetation coverage in the Xixi Wetland Park, relationships between plant communities and water quality were studied. Results show that the park has 16 species of wetland plants, belonging to 16 genera, 13 families, and
is low in species richness. When vegetation coverage of the wetland is maintained at a low (1％ -20％ ) or moderate level ( ＞40％ -60％ ), its water quality was kept at a relatively good level. It seems that a higher vegetation coverage is not at all conducive to maintenance of a good
water quality. Based on analysis of relationships of common plant communities (ca 40％ in coverage) with water cluality, the plant communities can be sorted into 3 types, i. e. T ype Ⅰ: Iris tectorum + Alternanthera philoxeroides and Arundo donax + A. philoxeroides, where chemical indices of the water were all very high, indicating that the water environment is very poor in quality; Type Ⅱ: A. philoxeroides, Zizania latifolia + A. philoxeroides, and Thalia deaibata + A. philoxeroides, where the water environment is at a moderate level in quality; and Type Ⅲ: Phragmites australis + A. philoxeroides, where the water environment is relatively good. Therefore, reestablishment of vegetation of native plants, like P. australis and maintenance of a proper vegetation coverage, low or moderate is recommended to keep the water in good quality in the wetland park.
【期刊名称】《生态与农村环境学报》
【年(卷),期】2011(027)003
【总页数】7页(P69-75)
【关键词】西溪湿地;湿地植物群落;盖度;水环境
【作者】曹晓;刘红玉;李玉凤;郑囡
【作者单位】江苏省环境演变与生态建设重点实验室/南京师范大学地理科学学院,江苏南京210046;江苏省环境演变与生态建设重点实验室/南京师范大学地理科学学院,江苏南京210046;江苏省环境演变与生态建设重点实验室/南京师范大学地理
科学学院,江苏南京210046;江苏省环境演变与生态建设重点实验室/南京师范大学地理科学学院,江苏南京210046
【正文语种】中文
【中图分类】Q948;X173
我国城市湿地公园是在2004年6月国务院办公厅发出《关于加强湿地保护管理的通知》之后建立的一种新型的城市湿地保护与合理利用形式,目的是加强湿地保护管理,扩大湿地面积,提高保护成效[1]。

截至2009年12月,我国建成和正在建设的各种级别的城市湿地公园达150余处。

目前,城市湿地公园已经成为我国国家湿地保护体系的重要组成部分,在提升城市生态环境质量和城市文明程度,缓解城市化过程的生态压力,以及探索湿地保护与合理利用的有效途径中发挥重要作用[2-3]。

然而,城市湿地公园在我国属于新生事物,相对于城市湿地公园建设实践的快速升温,其理论和实践研究比较滞后,从而制约了城市湿地公园的进一步发展。

湿地植被在水生生态系统中起着关键的基础作用,是构成城市湿地公园的基本要素。

目前,国内外对于湿地植物与水环境相关性的研究主要集中在其对于富营养化水体和其他类型污染水体的净化效果及其机理等方面[4-5],并且针对以污水处理为基本目标的人工湿地生态系统的研究较多。

而对于城市湿地公园内湿地植物群落与水环境质量之间的关系研究相对薄弱。

在城市湿地公园中湿地植物群落不仅是湿地的象征,而且在美化环境、净化水质等方面发挥着应有的功能和效益。

因此,恢复和重建湿地植物群落成为城市湿地公园规划、建设的重要内容。

为此,深入理解和认识湿地植物群落与水环境质量的关系,对指导城市湿地公园规划和建设具有重要意义。

1 研究区域概况与研究方法
1.1 研究区域概况
西溪湿地公园是2003年开始建设、2005年开园的国家级城市湿地公园。

该公园位于杭州市西部,东起紫金港路绿带西侧,西至绕城公路绿带东侧,南起沿山河,北至文二西路,总面积约为10.64 km2[6]。

区内河网密布,池塘、河港、沟汊、溪流共同构成水网交错的西溪湿地景观。

该区植物覆被类型众多,并且以乔木、灌木等非湿地类型占优势。

为了体现公园的湿地植物特征,在公园建设过程中除保留大面积的芦苇(Phragm ites australis)湿地外,还人工种植和恢复了许多典型湿地植物群丛,如野茭白(Zizania latifolia)+睡莲(Nym phaea alba)、野茭白+梭鱼草(Pontederia cordata)+莲(Nelum bo nucifera)、再力花(Thalia dealbata)+水花生(A lternanthera philoxeroides)等。

西溪湿地公园是目前国内建设比较成功的国家级湿地公园。

迄今,西溪湿地公园经过3～5 a的成熟期,已经形成了较为稳定的景观结构和基本生态过程[7-9],以及稳定的湿地植物群落。

目前,对西溪湿地的研究多集中在湿地资源调查和景观演变等方面[6,10-12]。

1.2 研究方法
1.2.1 湿地植物群落调查
2009年5月底在西溪湿地公园内随机选取具有代表性的33个湿地水塘进行植物群落调查,依次编号为1～33;另外选取9个无植物生长的水塘作为对照,依次编号为34～42(图1)。

由于这些湿地水塘面积较小且相差不大(10～15 m×10～15 m),故以整个水塘作为湿地植物群落调查样地。

将整个水塘作为样方,一方面符合最小面积等原理[13],另一方面也有利于湿地植被的调查,便于实际操作。

调查内容包括湿地植物群落及其生长分布状况(包括群落类型和总体植被盖度等),记录每个水塘中湿地植物种类以及每种植物的盖度、高度(水面以上部分)、频度等指标。

将上述指标统一作为物种数据。

图1 西溪湿地公园土地覆被状况与样方分布Fig.1 Land cover and distribution of quadrats of the XixiW etland Park
将植被覆盖度由低到高依次划分为1级(无植被)、2级(1%～20%)、3级(＞20%～40%)、4级(＞40%～60%)和5级(＞60%～100%)。

1.2.2 水质监测分析与数据处理
在进行湿地植物群落调查的同时,在同一水塘内于2009年5—7月每月采取1次水样进行分析。

用500 mL聚乙烯瓶采集表层(0～50 cm)水样,带回实验室分析。

监测的水质指标包括现场测定的水温、透明度(SD)、pH值、溶解氧(DO)、电导率和实验室分析测定的总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH3-N)、高锰酸盐指数(CODMn)和叶绿素a(Chl-a)。

SD测定采用赛氏盘,其他现场指标通过YSI556多参数水质分析仪测得,测定3组数据,取平均值得到各指标值。

NH3-N测定采用水杨酸-次氯酸盐光度法,TN测定采用紫外分光光度法,TP测定采用钼锑抗分光光度法,Chl-a测定采用丙酮分光光度法。

每个样品设置1个空白(CK),3个平行,最后取平行样的平均值作为各指标值[14]。

将3个月数据的平均值统一作为环境数据,并进行最大值标准化处理,即将每个指标实际测定值与该指标最大值的比值作为标准化值。

将不同覆盖等级的各水塘水体指标的平均值作为该植被覆盖等级的水体指标最终值,并结合该植被覆盖度及植物群落类型进行分析。

用SPSS 12.0软件对得到的水环境因子数据进行标准化处理,采用方差分析(ANOVA)方法进行显著性检验和多重比较。

2 结果与分析
2.1 湿地植物群落种类组成及分布状况
调查发现,研究区域湿地植物共计16种,分属13科16属(表1)。

植物种类在样方中出现频次的高低可以间接反映该地区的物种丰富度[15]。

以不同物种在样地中出现的频次表示物种丰富度(图2)。

由图2可知,西溪湿地公园湿地植物丰富度较低,大多数样地中只有1～3种湿地植物,占有植被样方数的78.8%。

由表1可知,在16种植物中,有6种出现在4个以上的样方中,占植物总数的37.5%,它们分别是莲、
芦苇、水花生、香蒲(Typha orientalis)、野茭白、再力花,其中水花生出现频次最高,在26个样方中出现,占有植被样方数的78.8%;其次为再力花,出现在10个样方中,占有植被样方数的30.3%;芦苇出现在8个样方中,占有植被样方数的24.2%。

在16种植物中,有10种出现频次较低,均只出现在3个或3个以下样方中。

其中,浮萍只出现于18号样方中;满江红、睡莲、荇菜、野慈姑均只出现在2个样方中;其余植物均只出现在3个样方中。

表1 西溪湿地公园33个水塘样方中的湿地植物种类Table 1 W etland plant species in the 33 quadrats of the XixiW etland Park编号种名样方1菖蒲(Acorus calamus)11,15,29 2浮萍(Lemna m inor)18 3莲(Nelumbo nucifera)2,15,22,26,32 4芦苇(Phragm ites australis)1,13,19,20,25,26,27,32 5芦竹(Arundo donax)16,17,18 6满江红(Azolla imbircata)20,26 7水花生(Alternanthera
philoxeroides)1,2,3,4,5,6,7,8,9,11,12,13,14,16,17,19,20,21,22,23,24,25,27,30, 31,33 8睡莲(Nymphaea alba)20,28 9四角菱(Trapa quadrispinosa)6,12,15 10梭鱼草(Pontederia cordata)6,15,18 11香蒲(Typha orientalis)2,6,12,19,32,33 12荇菜(Nymphoides peltatum)7,15 13野慈姑(Sagittaria trifolia)11,15 14野茭白(Zizania latifolia)9,18,23,25,27,28,29 15黄花鸢尾(Iris tectorum)10,11,30 16再力花(Thalia dealbata)9,11,12,13,14,15,20,27,29,30
图2 西溪湿地公园湿地植物丰富度Fig.2 W etland species abundance of the XixiW etland Park
由调查结果可知,西溪国家湿地公园的湿地植物种类相对较单一,常见优势种为再力花、水花生、芦苇、香蒲、野茭白和莲。

大多数单个样方只有1～3种植物,丰富度较低。

从群落类型来看,有黄花鸢尾+水花生、芦苇+水花生、芦竹+水花生、水花生、野茭白+水花生、再力花+水花生等。

从群落结构来看,在群落上层主要是一些
高大的挺水植物,如再力花、芦苇、野茭白等,在群落中层主要是水花生或者莲等,在整个群落中大都以挺水植物为主,漂浮植物和沉水植物很少。

从分布来看,大部分湿地植物群落位于水塘岸边,在水位较低的水塘中,植物群落分布较为分散,在水塘岸边和中央均占据一定面积。

从覆盖度来看,在有植物分布的33个水塘中,有16个水塘的植被覆盖度≥80%,占48.5%,有10个水塘的植被覆盖度≤20%,占30.3%。

可见,将近50%的水塘植被覆盖度很高,而同时又有30.3%的水塘植被覆盖度在20%以下,属于低水平覆盖。

2.2 湿地植被的覆被状况
对42个水塘的植被覆盖状况(图3)进行分析可以看出,除9个无植被覆盖的水塘外,在有植被覆盖的33个水塘中,覆盖度为＞80%～100%和1%～20%的水塘占有植被覆盖水塘数的75.8%,而处于中间覆盖状态的水塘较少。

处于4级覆盖水平的水塘仅占有植被覆盖水塘数的9.1%。

2.3 不同湿地植物覆盖等级下的水质分异
将5—7月不同植被覆盖等级的各水塘水体指标经最大值标准化处理后的平均值作为该植被覆盖等级的水质指标,结果见表2。

图3 西溪湿地公园42个水塘样方湿地植被覆盖状况Fig.3 W etland vegetation coverages of 42 quadrats of the XixiW etland Park
表2 2009年5—7月西溪湿地公园不同植被覆盖等级下的水质状况Table 2 Water qualities in quadrats different in vegetation coverage in summer in the XixiW etland Park平均值±标准误,为各水塘水质指标实际测定值经最大值标准化处理后的值。

指标不同植被覆盖等级下的水质指标值1 2 3 4 5
SD0.575±0.0830.566±0.0510.563±0.0460.578±0.0440.327±0.052电导率0.542±0.0350.514±0.0410.578±0.0120.619±0.1650.593±0.051
pH0.948±0.0070.957±0.0040.978±0.0140.926±0.0060.929±0.013
DO0.421±0.0760.475±0.0410.734±0.1320.276±0.0630.385±0.064
CODMn0.084±0.0030.094±0.0100.094±0.0030.141±0.0470.208±0.059
TN0.264±0.0620.139±0.0240.231±0.0830.185±0.0410.297±0.064
TP0.075±0.0070.079±0.0120.084±0.0110.079±0.0100.236±0.075 NH3-
N0.169±0.0540.065±0.0130.150±0.0640.099±0.0400.261±0.086 Chl-
a0.120±0.0250.133±0.0360.210±0.0720.188±0.0670.238±0.059
由表2可知,在不同的湿地植被覆盖等级下,pH值无太大差别;而DO值在无植被覆盖条件下较低,在较低覆盖度条件下达到最大值,在覆盖度较高时又降至与无植物覆
盖时相同的水平;SD值在1～4级植被覆盖状态下无太大变化,而在5级植被覆盖水平下达到最小值。

TP值在1～4级植被覆盖状态下基本无变化,而在高植被覆盖度
条件下升高至最大值,且增幅较大;Chl-a值随植被覆盖等级的升高基本呈上升趋势,
至4级植被覆盖水平时略下降,随后升至最大值;从无植被覆盖到较低程度植被覆盖条件下CODMn值变化不大,且处于较低水平,随植被覆盖度升高而升高,在5级植
被覆盖水平下达到最大值。

对湿地植被覆盖状况与水环境因子作相关性分析,结果见表3。

由于西溪湿地公园
采取了较严格的管理措施,故其水环境质量基本不受外来因素的影响。

利用SPSS 12.0软件采用方差分析方法对不同湿地植被覆盖等级之间各水环境因子分别进行
差异显著性检验和多重比较(LSD检验,表4)。

不同湿地植被覆盖等级之间各水环境因子的差异显著性水平(P值)见表4。

从表3可以看出,除电导率和DO以外,其他环境因子之间呈显著相关性的情况较多。

湿地植被覆盖状况与SD之间呈显著负相关,而与CODMn、TP和Chl-a之间呈显著正相关。

由表4可知,在不同湿地植被覆盖等级之间SD差异显著性(P＜0.05)较
普遍,DO差异普遍显著(P＜0.05),而其他化学性指标的差异显著性(P＜0.05)不是很普遍。

可见,在低水平植被覆盖状态下,DO、SD、TN、TP、NH3-N、Chl-a和CODMn 值都能维持在相对较好的水平上,说明水质维持在一个相对较好的状态。

由此可见,当湿地植被覆盖度保持在1%～20%时,水质也能保持在一个较好的水平,而高湿地植被覆盖度并不利于维持较好的水体状态。

另外,在中等程度(＞40%～60%)植被覆盖状态下,尽管DO水平较低,但是N、P水平相对较低,说明在该植被覆盖度条件下水质状况良好。

表3 西溪湿地公园湿地植被覆盖状况及水环境因子之间的相关系数Table 3 Relationship between wetland plant coverage and water environment factors in the XixiW etland Park＊、＊＊分别表示植被覆盖度及水环境因子之间相关显著(P＜0.05)和相关极显著(P＜0.01)。

指标 SD 电导率 pH DO CODMn TN TP NH3-N Chl-a SD1电导率-0.1051 pH0.327＊0.382＊1 DO0.1360.2400.805＊＊1 CODMn-0.532＊＊-0.001-0.557＊＊-0.2671 TN-0.509＊＊0.233-
0.212-0.1850.517＊＊1 TP-0.545＊＊-0.018-0.500＊＊-0.340＊0.837＊＊0.749＊＊1 NH3-N-0.550＊＊0.181-0.349＊-0.2270.732＊＊0.930＊＊0.860＊＊1 Chl-a-0.349＊0.2440.0760.0620.2390.702＊＊0.594＊＊0.576＊＊1植被覆盖度-0.491＊＊0.177-0.280-0.1510.337＊0.2140.372＊0.2660.319＊
表4 西溪湿地公园不同湿地植被覆盖等级之间各水环境因子差异显著性水平(P 值)Table 4 Sign ificance of differences in various water environment factors between quadrats different in wetland plant coverage in the XixiW etland Park＊P＜0.05。

植被覆盖等级序号对SD电导率pHDOCODMnTNTPNH3-NChl-a 1-20.9240.7240.5910.5950.8880.1690.9700.3410.873 1-
30.9190.7140.1670.023＊0.9160.7760.9410.8920.388 1-
40.9820.4910.3550.048＊0.5740.5470.9740.6570.558 1-50.004＊
0.4670.2170.7000.048＊0.6880.048＊0.3560.008＊2-
10.9240.7240.5910.5950.8880.1690.9700.3410.873 2-
30.9770.5190.3190.049＊0.9980.4290.9630.5450.451 2-
40.9290.3470.1920.046＊0.6370.7180.9940.8280.630 2-50.005＊
0.2510.0630.3180.049＊0.048＊0.049＊0.046＊0.037＊3-
10.9190.7140.1670.023＊0.9160.7760.9410.8920.388 3-
20.9770.5190.3190.049＊0.9980.4290.9630.5450.451 3-
40.9210.7530.0620.010＊0.6830.7620.9760.7780.865 3-50.038＊0.8800.019＊0.007＊0.045＊0.5460.045＊0.4040.774 4-10.9820.4910.3550.048＊
0.5740.5470.9740.6570.558 4-20.9290.3470.1920.046＊
0.6370.7180.9940.8280.630 4-30.9210.7530.0620.010＊
0.6830.7620.9760.7780.865 4-50.049＊
0.8040.8720.4330.4890.3680.2030.2810.645 5-10.004＊
0.4670.2170.7000.048＊0.6880.048＊0.3560.508 5-20.005＊
0.2510.0630.3180.049＊0.048＊0.049＊0.046＊0.037＊5-30.038＊
0.8800.019＊0.007＊0.045＊0.5460.045＊0.4040.774 5-40.049＊
0.8040.8720.4330.4890.3680.2030.2810.645
2.4 不同湿地植物群落类型的水环境特征
西溪湿地公园湿地植物群落类型相对简单,主要包括黄花鸢尾+水花生、芦苇+水花生、芦竹+水花生、水花生、野茭白+水花生、再力花+水花生等。

上述分析表明,湿地植被覆盖度约为40%时,水环境能维持相对良好状态,并且在该覆盖水平下,能较全面地反映西溪湿地公园的各种湿地植被类型,故选取具有相同植被覆盖水平(约40%)的不同植物群落类型进行分析,结果见图4。

由图4可知,芦竹+水花生和再力花+水花生群落水体DO值分别处于最低和最高水平;不同植物群落水体pH值基本无变化;芦苇+水花生群落水体SD值最低,其他植
物群落水体SD值变化不大;芦竹+水花生群落水体电导率值最高,且明显高于其他
植物群落,野茭白+水花生群落水体电导率值最低,但与其他植物类型相比降幅不大。

由图4可知,不同湿地植物群落水体CODMn、TN、TP、NH3-N、Chl-a值变化
趋势明显,且不同植物群落类型各指标值变化趋势一致。

芦苇+水花生群落水体上述各指标值均低于其他植物群落,这说明该植物群落水环境能维持在相对其他植物群
落较好的状态;单种的水花生群落、野茭白+水花生、再力花+水花生这3种群落类型水体上述各指标值相对变化不大,说明这3种植物群落水环境状态无太大区别;黄花鸢尾+水花生和芦竹+水花生这2种群落类型水体上述各指标值较为一致,且相对其他群落类型处于较高水平。

图4 西溪湿地公园不同湿地植物群落条件下水质指标变化趋势Fig.4 Variation of indicators of the water quality with the type of wetland plant community in the XixiW etland Park数据为各水塘水质指标实际测定值经最大值标准化处理后
的值。

总体而言,这6种植物群落可以分为3大类：第1类包括黄花鸢尾+水花生和芦竹+水花生,这2种群落类型水体CODMn、TN、TP、NH3-N、Chl-a值处于最高水平,说明水环境处于相对较差状态;第2类包括水花生、野茭白+水花生、再力花+
水花生,这3种群落类型水环境状态处于中等水平;第3类为芦苇+水花生,该群落类型水环境处于较好状态。

3 讨论
西溪国家湿地公园是我国第一个集城市湿地、农耕湿地、文化湿地于一体的国家湿地公园,它建立在经过上千年的人类农渔耕活动影响下形成的城市边缘次生湿地基
础上。

公园内河网密布,池塘、河港、沟汊、溪流共同构成水环境,水面率超过50%,在我国的城市湿地中具有很好的代表性和典型性。

目前,西溪湿地公园已经成为我国建设运营比较成功的湿地公园的代表。

在西溪湿
地公园,众多的水塘呈鱼鳞式分布,水塘水一般来源于附近河溪和大气降水,基本上可以排除水体来源对水质影响的差异性。

由于湿地公园管理水平较高,旅游活动等人为干扰对水质的影响也基本可以排除,因此西溪湿地公园中水塘的水质在很大程度上与湿地植被有关。

在西溪湿地公园,中等程度及以下的湿地植被覆盖(覆盖度≤60%)有利于植被与水环境之间维持相对良好的稳定状态。

这是因为在无植物覆盖的水塘中,没有植物对水塘水质起到维持和改善作用,而在高植被覆盖的水塘中,湿地植被又不能与水环境维持良好平衡,爆发性的生长或高的植被覆盖度反而对水质起到破坏作用。

从湿地植物群落类型来看,能与水环境维持相对良好状态的群落中以本地的常见种占主导地位,如芦苇、水花生等。

这是由于该类植物在当地生长时间较长,它们已与水环境之间形成了良好的协调机制,从而能与水环境之间维持较好状态,而其他植物由于是人工引种栽植,故在改善水质方面的能力较差。

在今后的公园建设和管理活动中,如何将提高观赏性与维持良好的水生态环境之间平衡起来,是需要考虑的问题。

虽然在西溪湿地公园的建设过程中遵循了最小干预原则,但在大部分游览区,多数湿地植物仍为人工栽种,且每年都进行收割。

依据笔者的研究结果,今后应考虑适当地组合物种,以增加湿地植物群落中物种的丰富度,这将有利于群落的稳定。

另外,在进行人工收割等活动时,可以将湿地植被的盖度控制在一个较低或者中等水平,这有利于改善湿地水质。

参考文献：
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