0 引 言
派河是安徽省规划建设“引江济淮”工程的主要输水通道，也是巢湖上游主要支流之一，其水质的优劣直接影响“引江济淮”工程的调水水源和巢湖入湖水质的安全[1]。近年来，经合肥市的大力治理，水质明显好转。根据《肥西县生态环境保护“十三五”规划(2016—2020)》文件要求，到2020年派河需达到或优于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质目标。但派河作为城郊河流，目前仍受到面源污染和多源交叉污染[2]，与“十三五”水质管理目标要求还有一定的差距。因此仍需在水污染控制和治理等方面加大力度，才能实现考核目标。入河水体的修复是控制派河水体污染的关键[3]。实践证明滨岸缓冲带可通过一定宽度的完整植被结构发挥重要作用，其可对雨水、地表水流中的污染物质进行截流和吸附，形成拦截净化面源污染的天然屏障，使流入河道的水源得到进一步净化。同时,植物的根系能够固定和支撑土壤，为更多的生物提供栖息环境，提高景观多样性[4]。因此,滨岸带植物的结构、功能和管理可影响滨岸带水生生态系统的结构和功能，进而影响水域生态系统的自身调节效率。
为加快治理派河水质污染问题，推进“引江济淮”工程的开展，本文以派河流域滨岸带缓冲带上植物为研究对象，通过实地踏查和样带、样方调查法，利用物种多样性指数和群落相似性指数，对派河流域滨岸缓冲带不同植物群落进行分析比较，结合对应河段水质观察情况，总结不同滨岸缓冲带的生态效果，从而构建适合派河治污的最佳滨岸缓冲带模型。
1 研究区概况与研究方法
1.1 研究区概况
派河地处合肥市区西南侧巢湖的西北部，流域位于31.62°N—31.93°N，116.9°E—117.3°E，地处北亚热带湿润季风气候区，气候温和，光照充足，热量丰富无霜期长。年平均气温为15～16 ℃，年降水量为800～1200 mm。河道自西北向东南流经城西桥、三官庙、上派镇、中派河后，于下派河注入巢湖，是巢湖流域主要入湖支流之一。派河干流左岸主要支流有岳小河、斑鸠堰河和王建沟等，右岸主要支流有苦驴河、梳头河、五老堰河、卞小河、潭冲河和光明大堰河等。流域全长为67 km，流域面积为586 km2。
1.2 样带和样方设置
2018年秋季，采用实地踏查和样带、样方法对派河流域植物和水质情况进行调查。调查范围包括派河主干道。从派河下游流域往上游流域调查，根据样地实际情况，每隔2～10 km选择有代表性的河段，在其两侧滨岸带设置样带，共设置27条样带(图1)。上游样带包括第22～27条，中游样带包括第14～21条，下游样带包括第1～13条。根据植被类型，在样带上间隔一定距离设置一定数量的样方，并将样方按照不同的岸坡高度划分为高中低位样方。由于派河流域滨岸带较为狭窄，且以草本植物为主，因此，在同一条样带上草本植物样方间距约为10 m，样方共设置144个，其中10 m×10 m的乔木样方数为17个，5 m×5 m的灌木样方数为19个，1 m×1 m的草本样方数为108个。现场记录样方内植物种名、树高、胸径、冠幅、地理位置、缓冲带的结构特点以及水质情况等信息。
图1 派河流域调查样带分布
Fig.1 Survey sample distribution in the Paihe River
1.3 数据处理
根据样方调查数据计算多样性指数和Jaccard 群落相似性指数[5]，其中多样性指数包括Shannon-Wiener物种多样性指数、Margalef丰富度指数、Simpson生态优势度指数和Pielou均匀度指数。
Shannon-Wiener物种多样性指数：
H=-∑PilnPi
(1)
Margalef丰富度指数：
R=(S-1)/lnN
(2)
Pielou均匀度指数：
E=H/lnS
(3)
Simpson生态优势度指数：
D=∑(ni-1)ni/(N-1)N
(4)
Jaccard群落相似性指数：
C=a/(a+b+c)
(5)
式中: Pi为群落中i物种数量占群落中物种总数的比例；S为群落中植物种数；N为群落中所有物种的个体总数；a为A、B两群落中都包含的物种数量；b为包含于群落B但不包含于群落A的物种数量；c为包含于群落A但不包含于群落B的物种数量。
重要值计算:乔木重要值=(相对频度+相对密度+相对优势度)/3。灌木植物和草本植物的重要值，因没有相对优势度，重要值=(相对密度+相对频度)/2[6]。
2 结果与分析
2.1 派河滨岸带植物物种组成
物种组成是植物群落最基本的特征之一[7]。此次调查中共发现植物有92科204属254种。其中，蕨类植物7科7属8种；裸子植物4科6属6种；被子植物81科191属240种。被子植物中双子叶植物有65科144属182种，单子叶植物有16科47属58种。按照植物生活型组成，将派河流域滨水带植物分为木本植物和草本植物两大类，各生活型种数以及所占总种数的比例见表1。
表1 派河滨岸带植物生活型组成统计
Table 1 Plants’life forms of riparian zone in the Paihe River
生活型种数占比/%木本植物常绿乔木114.33落叶乔木2710.63常绿灌木249.45落叶灌木155.91常绿木质藤本10.39落叶木质藤本20.79合计8031.5草本植物1～2年生草本9437.01多年生草本7629.92草质藤本41.57合计17468.5
重要值能较好地反映不同植物在群落中的地位和作用，也可以反映出不同植物群落的结构差异性[8]。根据调查数据，草本群落、灌木群落和乔木群落中重要值排在前10的植物种名如表2所示。其中，乔木群落中构树、杨树和樟树的重要值均>10%，灌木群落中构树占绝对优势，其次女贞和红花檵木的重要值也较大，而草本群落中各物种的重要值变化较小，喜旱莲子草的重要值最大。这些优势物种均为对当地生态环境适应性较好，且生长较快的植物类型。
表2 派河滨岸带3种植物群落优势物种重要值
Table 2 Importance values of dominant species in three communities in the Paihe River
乔木群落灌木群落草本群落种名重要值/%种名重要值/%种名重要值/%构树20.06构树44.14喜旱莲子草9.53杨树13.02女贞12.38皱叶酸模8.92樟树11.26红花檵木5.03小巢菜8.51栾树5.06枸杞4.41葎草7.15桑树4.13晚樱2.68黑麦草5.45乌桕3.16刺柏2.51一枝黄花5.43紫叶李2.63石楠2.51芦苇4.80槐树2.26榆树2.51大狗尾草4.26苦楝2.00紫薇2.51苍耳3.29女贞1.50桑树1.97狗牙根2.89
2.2 滨岸带植物多样性
物种多样性是群落功能复杂性与稳定性的重要度量指标[9]，群落中植物多样性越高,其结构和功能越复杂。根据植物生活型的不同，将群落划分为乔木群落、灌木群落和草本群落。这3种植物群落中多样性指数存在差异(表3)，其中，草本群落的4种多样性指数值均为最大，在派河流域占据绝对优势。物种多样性指数和群落均匀度指数变化趋势较为一致，其大小顺序为草本群落>乔木群落>灌木群落。草本植物由于繁殖速度快，繁殖扩散能力强，对水生环境有较好的适应性。因此，整个派河流域滨岸带不同区域均有草本植物生长，分布面积大，且大部分为自然生长。灌木群落主要分布在河道的高位坡面，在肥西县县城青龙桥到派河大桥区段，由于此处为城镇人口居住中心，用于园林绿化和观赏，在高位和中位均种植了灌木，构树为绝对优势种。乔木群落中，乔木树形高大，繁殖扩散能力弱，对生境要求较高，多分布在滨岸带坡面较高处，分布区域较为局限，构树为绝对优势种。因此，整条派河流域草本群落的4种多样性指数均为最高，表明草本群落的生态功能强，结构复杂。而灌木群落的多样性指数和均匀度指数最低，说明灌木群落结构单一，优势物种不明显。丰富度指数和生态优势度指数变化趋势较为一致，其排序为草本群落>灌木群落>乔木群落。乔木群落的丰富度指数和生态优势度最低，表明乔木群落在整个生态系统中占据劣势地位。
2.3 不同流域和岸坡高度滨岸带植物多样性
物种多样性可体现生境的差异性[10]，而处于不同生境的植物群落，多样性指数也存在差异。将植物群落按不同流域分为上、中、下游群落，详见表4。上游群落中草本植物小巢菜和葎草的重要值较大，分别为11.59%和10.14%，灌木群落中构树占绝对优势，重要值为68.33%，而乔木群落中杨树和构树为优势种，重要值分别为43.35%和35.87%。中游群落中草本植物以刚竹和喜旱莲子草的重要值较大，分别为10.25%和8.96%，灌木群落中女贞和红花檵木的重要值较大，分别为28.56%和10.63%，而乔木群落中樟树、杨树和构树的重要值较大，分别为24.1%、15.94%和11.90%。下游群落中草本植物以芦苇和皱叶酸模的重要值较大，分别为7.49%和6.76%。灌木群落构树占绝对优势，重要值为69.28%，乔木群落中构树同样占有绝对优势，重要值为55.07%。上游群落和下游群落多为野生群落，因“引江济淮”工程，植物被破坏颇多，且上游滨岸带宽度狭窄，植物生长面积较小。中游群落既有野生植物也有人为栽种植物，人为管理迹象明显。因此，4种多样性指数变化趋势较为一致，其排序为中游群落>下游群落>上游群落。
表3 派河滨岸带3种植物群落多样性特征值
Table 3 Species diversity of three communitiesin the Paihe River
群落类型物种多样性指数H丰富度指数R均匀度指数E生态优势度D乔木群落2.057 3.4310.699 7704.550灌木群落1.6064.4840.499 17191.476草本群落3.499 13.684 0.774 28835.303
表4 派河滨岸带不同河段和坡面植物群落多样性特征值
Table 4 Species diversity of different river sections and slopes in riparian zone of the Paihe River
区域群落类型物种多样性指数H丰富度指数R均匀度指数E生态优势度D按流域划分上游群落5.8057.2141.646612.000中游群落10.65410.1432.552 10737.160 下游群落7.465 12.040 1.72934230.63按岸坡高度高位群落6.82711.4411.58154595.950划分中位群落19.8219.1625.12063484.600低位群落7.7828.5091.9897093.878
将植物群落按不同岸坡高度分为高、中、低位群落见表4。乔木植物和灌木植物大部分分布在高位，并且均以构树为优势物种。草本群落在不同岸坡高度均有分布，在高位群落中以一枝黄花为优势种，重要值为11.88%，中位群落中喜旱莲子草的重要值较大，为10.86%，低位群落中喜旱莲子草和皱叶酸模的重要值较大，分别为12.29%和11.40%。物种多样性指数和均匀度指数的变化趋势较为一致，均表现为中位群落>低位群落>高位群落。在滨岸带不同岸坡高度上，由于低位群落靠近河道，高位群落远离河道，中低坡位水资源较为丰富，草本植物生长茂盛，高坡位大部分是高大乔木和灌木生长，因此，低位群落的丰富度指数和生态优势度指数均最小。高位群落物种多样性指数和均匀度指数最小。
2.4 群落相似性
通过群落间相似程度分析，可了解其差异性，分析其稳定性。根据 Jaccard 群落相似性原理，“极不相似”的相似性函数取值≥0.00～0.25；“中等不相似”的取值≥0.25～0.50；“中等相似”的取值≥0.50～0.75；“极相似”的取值≥0.75～1.00[5]。探究不同河段和不同坡面高度的群落相似性，分析对比得到表5，可以发现：第1、2、3群落结构组均为中等不相似，其中第2群落结构组的相似性指数最高。由于上游群落和下游群落多为野生群落，且受“引江济淮”工程影响，植物被破坏较多，因此上游群落和下游群落的相似性指数值最高，但所处的环境位置相隔较远。一般来说, 群落之间成员构成的相似度会随着空间距离的增加而逐渐降低[11]，所以两地群落为中等不相似。而中游群落处于城镇中心，人为影响因素较大，因此与上游群落和下游群落的相似度不高。第6群落结构组表现为中等相似。第4、5群落结构组表现为中等不相似。中位群落和低位群落皆靠近河道生长，且分布着面积较为广泛的草本植物，因此表现为中等相似。而高位群落生境水资源较不丰富，多分布乔木树种和灌木树种，因此高位群落与中位群落、低位群落表现为中等不相似。
表5 派河滨岸带不同河段和坡面植物群落相似性
Table 5 Community similarities of different river sections and slopes in riparian zone of the Paihe River
群落结构组群落共有种总共种相似性1上游群落中游群落26670.3882上游群落下游群落27590.4583中游群落下游群落361030.3504高位群落中位群落27840.3215高位群落低位群落29810.3586中位群落低位群落33580.569
2.5 滨岸缓冲带模型构建
踏查过程重点考察了不同河段的典型植物搭配模式与水质的联系，调查发现上游滨岸缓冲带宽度较小，典型植物搭配模式有两种：1)坡面以种植草本植物为主的模式(图2a)，该草本植物较为单一，多为小巢菜、葎草、黑麦草、皱叶酸模等；2)在坡面垂直结构上分布乔灌草3种植物的混交模式(图2b)。2种缓冲带模式对应的河段水质较差，有些河段有明显的黑臭水存在。中游地段由于人为管理迹象明显，典型植物搭配模式为随坡面高度上升分别种植草本、灌木和乔木的模式(图2c)，对应的河段水质较好，呈青绿色，无明显臭味。下游地段缓冲带由于施工工程破坏严重，因此典型植物搭配模式为较低坡位种植草本，较高坡位乔灌混种模式(图2d)和只有高处坡位乔灌草混种模式(图2e)，对应的河段水质较好，无明显黑臭现象。因此，根据调查结果得到滨岸缓冲带的宽度和滨岸缓冲带植物搭配的复杂程度对于河道水质的改善具有重要作用。最终推荐的滨岸缓冲带模型为一定宽度岸坡乔灌草不同高度错落分布的搭配模式(图2f)，达到提高缓冲带拦截地表泥沙、径流和面源污染的效率，净化河道水质，同时打造城市户外游乐空间体系，实现人水和谐共存。
图2 滨岸不同河段的典型缓冲带模型
Fig.2 Typical buffer strip model based of different streams in riparian zone
3 讨 论
河流与陆地之间通过滨岸缓冲带紧密联系，滨岸缓冲带的构建和修复对于改善河道生态具有重要作用[12]。而植被是滨岸缓冲带生态系统服务形成与维持的基础[13]。为构建适合派河治污的最佳滨岸缓冲带模型，通过实地踏查和样带、样方调查法，利用物种多样性指数和群落相似性指数，对派河流域滨岸缓冲带不同植物群落进行分析比较，结合对应河段水质观察情况，总结不同滨岸缓冲带的生态效果，从而构建适合派河治污的最佳滨岸缓冲带模型。派河流域上游多为支流汇集形成上游水源，支流小，污染严重，以草本为主和垂直结构为乔灌草3种植物混交的2种缓冲带模式较为典型。但由于这2种缓冲带在该处的宽度较小，作用效果不明显，并且汇入的河道宽度较小，因此此处的水质较差，有些河段有黑臭水存在。中游地段人为管理迹象明显，河段宽，河道两边的滨岸带宽度大，典型植物搭配模式为随坡面高度上升依次分布草本、灌木和乔木的模式。由于通过各种生活型植物的高低错落分布，逐层对雨水和地表径流进行截流，对水质改善有一定程度的帮助，对应的河段水质较好，呈青色，无明显臭味。下游地段河道和滨岸带宽度大，由于工程破坏严重，有些河段低坡位的草本植物破坏严重，典型植物搭配模式为较低坡位分布草本，较高坡位乔灌混种和只有高处坡位的乔灌草混种模式，对应的河段水质较好，无明显黑臭现象。因此，滨岸缓冲带的宽度和滨岸缓冲带植物搭配的复杂程度对于河道水质的改善具有重要作用。滨岸缓冲带可构建为在不同岸坡高度错落分布具有一定宽度的乔灌草搭配模式。缓冲带的宽度构建有待继续研究，植被搭配可选用优势本土物种。
4 结 论
1)调查滨水带植物共有92科204属254种，植物种类较丰富，草本植物占绝对优势。2)整条流域、不同河段和不同坡面高度的植物群落的多样性指数之间存在差异，且普遍数值较低，岸线景观较为单调，可适当合理地增加水生植物、灌木和乔木的种类与数量，增强景观丰富程度和生态功能。3)不同河段和不同坡面高度的群落由于生境差异和人为因素影响，存在异质性。4)河道、滨岸缓冲带的宽度和滨岸缓冲带植物搭配的复杂程度对于河道水质的改善具有重要作用，本研究推荐的滨岸缓冲带模型为在不同岸坡高度错落分布具有一定宽度的乔灌草搭配模式。
致谢：
感谢厦门大学环境与生态学院的刘花台老师和陈吉春、张萍、孙康茜同学在实地调查中给予的帮助。
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