夏曉平，信忠保?，孔慶仙，張棟,2

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，100083，北京；2.北京圣海林生態(tài)環(huán)境科技股份有限公司，100083，北京)

北京懷九河河岸類型的植被與土壤理化性質(zhì)差異

夏曉平1，信忠保1?，孔慶仙1，張棟1,2

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，100083，北京；2.北京圣海林生態(tài)環(huán)境科技股份有限公司，100083，北京)

植被和土壤作為組成河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的重要因素，其空間分布與變異對(duì)河岸帶生態(tài)功能起著決定性作用。以北京市懷九河河岸帶為研究對(duì)象，在基于60個(gè)樣地調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)植被數(shù)量特征和多樣性，以及土壤理化性質(zhì)進(jìn)行調(diào)查與分析，并對(duì)比了自然型(15個(gè))、近自然型(25個(gè))和人工型(20個(gè))3種典型河岸植被與土壤理化性質(zhì)的差異性。結(jié)果表明：1)河岸帶植被組成以草本占絕大多數(shù)(占總物種數(shù)的79.22%)，而喬木與灌木種類分布較少，且不同河岸類型下的植被多樣性指數(shù)差異性顯著(P<0.05)，自然型河岸植物多樣性(4.6±0.16)以及豐富度指數(shù)(7.26±0.40)要明顯大于近自然型(3.82±0.16、6.36±0.32)以及人工型河岸(3.94±0.18、5.40±0.42)(P<0.05)，表現(xiàn)為干擾下的河岸帶生境不斷退化。2)隨干擾程度的增加，土壤質(zhì)量不斷下降，且土壤質(zhì)地、密度和土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在不同河岸類型條件下，差異性顯著(P<0.05)；其中，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)分布表現(xiàn)為自然型(4.88±0.43)>近自然型(3.47±0.31)>人工型(1.92±0.15)(P<0.05)，土壤密度(g/cm3)分布表現(xiàn)為自然型(1.18±0.03)<近自然型(1.35±0.03)<人工型(1.52±0.03)(P<0.05)。3)植被多樣性與土壤理化性質(zhì)間具有潛在的相關(guān)性；其中，植被的均勻度指數(shù)與土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著正相關(guān)(P<0.05)，植被豐富度指數(shù)與土壤密度極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)、與土壤總孔隙度顯著正相關(guān)(P<0.05)，而植被物種多樣性指數(shù)與土壤理化指標(biāo)間相關(guān)性不顯著。該研究不僅說(shuō)明干擾條件影響植被與土壤間緊密的相關(guān)性，也為北京山區(qū)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建，提供基礎(chǔ)信息和理論依據(jù)。

植被； 多樣性； 土壤； 理化性質(zhì)； 河岸帶

河岸帶是陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換的重要生物過(guò)渡帶，也是防治水環(huán)境污染中發(fā)揮重要作用的河岸緩沖帶[1]，具有明顯的邊緣效應(yīng)，以及植被、土壤、地形、地貌和水文特性[2]，并且在發(fā)揮廊道功能、緩沖帶功能、植物護(hù)岸功能和社會(huì)經(jīng)濟(jì)功能方面起著主要作用[3-5]。近年來(lái)，關(guān)于河岸帶的研究多傾向于植被群落與環(huán)境間關(guān)系[6]、河岸帶生態(tài)健康評(píng)估[7]、土壤養(yǎng)分以及與環(huán)境間關(guān)系[8-10]、土壤重金屬元素污染以及分布特征[11-12]等，對(duì)河岸帶植被群落與土壤理化性質(zhì)，在不同干擾程度下的分布差異少有研究。而作為河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，植被與土壤是關(guān)系河岸帶穩(wěn)定性、生物多樣性、富集和過(guò)濾各種營(yíng)養(yǎng)元素等方面的重要因素[13-16]。因此，本文以北京市懷九河河岸帶為研究對(duì)象，在通過(guò)野外調(diào)查和室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究不同類型下的河岸帶植被數(shù)量特征、多樣性以及土壤理化性質(zhì)差異，評(píng)價(jià)河岸帶植被與土壤質(zhì)量狀況，為北京山區(qū)河岸帶的生態(tài)修復(fù)，提供基礎(chǔ)信息和理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

懷九河位于北京市山區(qū)懷柔西南部(E 116°19′54.3″～116°34′3.5″，N 40°18′59.5″～40°26′51.6″)(圖1)，屬海河流域潮白河水系，是北京山區(qū)的典型山溪性河流，也是懷柔水庫(kù)重要的入庫(kù)水源。其起點(diǎn)位于懷柔區(qū)鱗龍山自然風(fēng)景區(qū)，路經(jīng)二道關(guān)、黃花鎮(zhèn)、團(tuán)泉、一渡河和后辛莊，終點(diǎn)位于懷柔水庫(kù)，總段長(zhǎng)約37.4 km，總面積約347.2 km2。該地段屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬夏溫差較大，1月份平均氣溫-5 ℃，7月份平均氣溫25.3 ℃，年最高氣溫38 ℃，最低氣溫-18 ℃。

研究區(qū)位于低山區(qū)(海拔65～320 m)，地貌類型主要為丘陵，且上游部分河道兩岸多依靠丘陵臺(tái)地。下游部分地勢(shì)低，主要由眾多的小洪積扇坡積群組成。土壤主要分布有褐土和潮褐土等類型，由于受母質(zhì)和河流沖刷等影響，河岸坡面的表土層質(zhì)地一般為砂壤質(zhì)、輕壤質(zhì)，且平均土壤層厚度<20 cm。當(dāng)?shù)刂脖恢饕约訔?Populus×canadensis)、旱柳(Salixmatsudana)、榆樹(shù)(Ulmuspumila)和荊條(Vitexnegundovar.heterophylla)為主。

圖1 研究區(qū)樣點(diǎn)分布示意圖Fig.1 Sketch map of sample distribution in the study area

圖2 3種不同河岸類型實(shí)景圖Fig.2 Real map of three different types of riparian

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

2016年9—10月在北京懷柔區(qū)懷九河，沿河岸帶開(kāi)展植被和土壤的野外調(diào)查和取樣工作。依據(jù)河岸帶受干擾程度和發(fā)育狀況，將其分為自然型河岸帶、人工型河岸帶和近自然型河岸帶(圖2)。

不同類型河岸帶非連續(xù)性分布，自然型河岸帶受破壞程度小，人為干擾程度低，主要分布在中上游地區(qū)，部分樣地因偏僻或是受封育等，也會(huì)表現(xiàn)出自然型的特點(diǎn)；人工型河岸帶經(jīng)過(guò)人為的修整和改造，主要分布在中下游地區(qū)；近自然型河岸帶即受過(guò)人為適當(dāng)?shù)馗蓴_，一種近自然狀態(tài)下的河岸帶，距離聚居地較近，在整條河段均有分布。此次共調(diào)查了60個(gè)樣地。其中，自然型河岸帶、近自然型河岸帶和人工型河岸帶共有樣地分別為15、25和20個(gè)，每個(gè)樣地長(zhǎng)度為80 m，且根據(jù)垂直河道方向的河岸帶寬度(5.7 m±2.2 m)設(shè)置樣方。

2.2 植被及土壤指標(biāo)測(cè)定

每個(gè)樣地調(diào)查林分結(jié)構(gòu)，記錄喬木樹(shù)種的樹(shù)高、胸徑和冠幅等指標(biāo)，并分別設(shè)置3個(gè)2 m×2 m、1 m×1 m的小樣方，進(jìn)行灌木和草本植物的調(diào)查，記錄其物種數(shù)、蓋度和數(shù)量等指標(biāo)。由于調(diào)查區(qū)域內(nèi)土壤層厚度較薄(11.3 cm±8.6 cm)，河岸卵石和石塊較多，在調(diào)查的60個(gè)樣地內(nèi)，可進(jìn)行土壤取樣的樣地共有38個(gè)，其中，自然型河岸、近自然型河岸帶和人工型河岸帶分布分別有11、14和13個(gè)。

在可取土的樣地，挖取表層土壤剖面(0～20 cm)進(jìn)行土壤取樣工作，測(cè)定土壤密度、孔隙度、土壤機(jī)械組成和有機(jī)質(zhì)(SOM)等指標(biāo)。土壤孔隙度和土壤密度采用環(huán)刀法；土壤機(jī)械組成采用Malvern3000型激光粒度分析儀測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-稀釋熱法測(cè)定。

2.3 數(shù)據(jù)計(jì)算與處理

利用Excel 2010計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差和制作表格等，利用SPSS23.0進(jìn)行單因素方差分析和Pearson相關(guān)性分析，評(píng)價(jià)土壤各理化指標(biāo)之間的相關(guān)性和均勻特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 河岸帶植被群落物種組成

基于野外調(diào)查和實(shí)測(cè)的樣地?cái)?shù)據(jù)，對(duì)河岸帶植被物種組成和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)分析，共記錄植被種類231種，隸屬81科182屬。其中，喬木共有16科21屬26種、灌木共有12科21屬22種、草本共有53科138屬183種。從中可知：河岸帶植被草本種類分布較多，物種豐富(占總物種數(shù)的79.22%)，喬木、灌木種類較少，表明河岸帶主要以草本為主；所有植物中菊科分布最多，共有31屬50種，其次禾本科共有18屬20種、豆科共有15屬18種，多數(shù)植物均以1科1屬1種為主，僅有楊柳科(Salicaceae)、薔薇科(Rosaceae)、豆科(Leguminosae)、菊科(Compositae)、禾本科(Gramineae)和蓼科(Polygonaceae)等分布有多種生活型，表示這些植被在懷九河河岸帶有較好的適應(yīng)性。綜上所得，懷九河河岸帶植被群落組成以草本占絕對(duì)多數(shù)，喬木與灌木種類分布較少，多樣性較差，這是河岸帶生境退化的一種表現(xiàn)。

由對(duì)比不同類型下河岸帶植被群落組成占該總物種數(shù)的差異(表1)可知，各類型河岸帶植被結(jié)構(gòu)分布各不相同。其中，自然型河岸帶喬木物種數(shù)占調(diào)查區(qū)內(nèi)喬木總物種數(shù)的53.85%，均高于近自然型(34.62%)和人工型河岸帶(30.77%)。以重要值高于1的植被作為主要優(yōu)勢(shì)種，自然型河岸帶喬木分布的優(yōu)勢(shì)種主要有加楊、榆樹(shù)和核桃(Juglansregia)；灌木物種數(shù)在近自然型河岸帶分布較多，占調(diào)查區(qū)內(nèi)灌木總物種數(shù)的59.09%，高于自然型(40.91%)和人工型河岸帶(54.55%)，分布的灌木優(yōu)勢(shì)種主要有荊條、胡枝子(Lespedezabicolor)和棗樹(shù)(Ziziphusjujuba)；草本物種數(shù)在自然型河岸帶分布種類較多，占調(diào)查區(qū)內(nèi)草本總物種數(shù)的63.93%，高于近自然型(30.05%)和人工型河岸帶(34.97%)，分布的草本優(yōu)勢(shì)種主要有狗尾草(Setariaviridis)、馬唐(Digitariasanguinalis)、牛尾蒿(Artemisiadubiavar.subdigitata)。從中可知，不同程度的干擾不僅會(huì)影響植被群落優(yōu)勢(shì)種的變化，也會(huì)引起植被數(shù)量和多樣性的變化。

3.2 不同河岸類型下植被數(shù)量特征和多樣性分析

在總的調(diào)查樣地(60個(gè))中，自然型、近自然型和人工型河岸帶所占其比例分別為25%、41.67%和33.33%，受干擾條件下的河岸帶居多，自然條件下的河岸帶最少，且不同程度的干擾條件，對(duì)河岸帶植被空間分布和數(shù)量特征變化具有重要影響。由表2可知，自然型、近自然型和人工型條件下的河岸植被蓋度無(wú)明顯變化，但喬木郁閉度、草本蓋度和植物多樣性與豐富度存在顯著性差異(P<0.05)。

植被群落在自然型河岸、人工型河岸以及近自然型河岸的組成中，主要以草本為主，平均值分別為50.37%、58.35%和66.52%。其中：人工型河岸草本覆蓋度要明顯大于自然型河岸和近自然型河岸，主要原因?yàn)槿藶榫G化和該條件下草本具有生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)；植被多樣性在自然型河岸帶分布較好(4.6±0.16)，植被種類較為多樣；河岸帶植被豐富度指數(shù)明顯表現(xiàn)出自然型(7.26±0.40)>近自然型(6.36±0.32)>人工型(5.40±0.42)(P<0.05)的現(xiàn)狀。說(shuō)明自然型河岸帶植被生長(zhǎng)情況較好，物種豐富度較高(7.26±0.40)，人工型河岸帶植被物種單一，豐富度較小(5.40±0.42)?？傮w表明，懷九河河岸帶在受人為活動(dòng)和自然因素的影響下，植被數(shù)量特征和多樣性受到強(qiáng)烈的干擾，而導(dǎo)致不均勻變化。

表1 不同河岸類型植被優(yōu)勢(shì)種組成Tab.1 Composition of dominant species in different riparian types

表2 不同河岸下植被數(shù)量特征與多樣性Tab.2 Quantitative characteristics and diversity of vegetation under different riparian types

注：表中數(shù)據(jù)為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差”；同列不同小寫字母代表差異顯著(P<0.05)。以下類同。 Note:The data in the table is “average±standard error”.Different small letters in the same column indicate the significant difference among index values,significant differences at 0.05 level.The same below.

3.3 不同河岸類型下土壤理化性質(zhì)差異

土壤受外界環(huán)境因素的影響，表現(xiàn)出不同的空間異質(zhì)性，3種不同類型下，可進(jìn)行土壤測(cè)定的河岸帶分布數(shù)量不同，土壤理化性質(zhì)特征也表現(xiàn)出顯著差異(表3)。其中，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在該3種類型下，主要表現(xiàn)為自然型>近自然型>人工型河岸(P<0.05)，自然條件下的土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(4.88±0.43%)，人工型河岸有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小(1.92±0.15%)。這是因?yàn)槿斯ば秃影栋l(fā)育時(shí)間較，土壤中有機(jī)質(zhì)積累較少；土壤密度在研究區(qū)內(nèi)的變化，表現(xiàn)為自然型<近自然型<人工型河岸(P<0.05)，自然型河岸下密度最小(1.18±0.03 g/cm3)，土壤總孔隙度較高(52.83±0.99%)。說(shuō)明該條件下河岸土質(zhì)疏松，通透性能較近自然型和人工型邊坡好；土壤固體組分差異決定著土壤的質(zhì)地與結(jié)構(gòu)，影響土壤養(yǎng)分差異[17-18]，自然型河岸在黏粒、粉粒和砂粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，均明顯差異于近自然型河岸和人工型河岸(P<0.05)，且人為干擾，可導(dǎo)致河岸岸坡土壤更傾向于黏粒和粉粒的轉(zhuǎn)化。這是由于在干擾條件下，土壤顆粒更易風(fēng)化和破碎。

綜上所述，由對(duì)河岸帶土壤的調(diào)查研究結(jié)果，說(shuō)明盡管自然型河岸帶分布數(shù)量少，但河岸土壤受保護(hù)程度高，且發(fā)育狀況好；另外，隨干擾程度的增加，可降低土壤的理化性質(zhì)，影響土壤發(fā)育。

表3 不同河岸下土壤理化性質(zhì)特征Tab.3 Physical and chemical characteristics of soil under different riparian types

3.4 植被多樣性指數(shù)與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性分析

土壤作為生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，與植被間有著不可或缺的關(guān)系。為探討懷九河河岸帶土壤理化性質(zhì)與植被多樣性指數(shù)之間的關(guān)系，對(duì)土壤理化指標(biāo)與植被多樣性指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析(表4)。

表4 植被多樣性指數(shù)與土壤理化性質(zhì)間相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis between vegetation diversity index and soil physical and chemical properties

注：**表示在0.01級(jí)別(雙尾)相關(guān)性顯著，*表示在0.05級(jí)別(雙尾)相關(guān)性顯著。Note:**refers to significance at 0.01 level (two-tailed),and * refers to significance at 0.05 level (two-tailed).

從表4可知，植被均勻度指數(shù)與有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)間呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，豐富度指數(shù)與土壤密度間呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，豐富度指數(shù)與土壤總孔隙度間呈顯著性正相關(guān)(P<0.05)。表明植被的多樣性與土壤理化性質(zhì)間存在潛在的相關(guān)性，植被物種多樣性指數(shù)與土壤各項(xiàng)理化指標(biāo)間相關(guān)性不顯著。原因主要為：一是研究河段內(nèi)土壤表層石塊砂礫較多，致使河岸帶表層土壤異質(zhì)性較低，植被的物種多樣性指數(shù)與各土壤理化指標(biāo)間有較大差異；二是河岸帶生態(tài)系統(tǒng)受開(kāi)墾、旅游、放牧和垃圾污染等影響，導(dǎo)致土壤發(fā)育狀況差，無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)對(duì)植被多樣性產(chǎn)生影響。綜上所述，懷九河河岸帶植被多樣性指數(shù)與土壤理化性質(zhì)間相關(guān)性不緊密，河岸帶受干擾情況嚴(yán)重。

4 結(jié)論

1)隨著干擾程度的增加，懷九河不同類型下的河岸帶在植被數(shù)量特征和多樣性方面，均表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。受干擾的影響，自然型河岸帶分布較少(占總樣地?cái)?shù)的16.67%)，但對(duì)比近自然型和人工型河岸帶，該類型下的河岸帶植被物種數(shù)較多(占總物種數(shù)的60.61%)，多樣性較好(4.6±0.16)，且物種豐富度明顯表現(xiàn)出自然型>近自然型>人工型河岸帶(P<0.05)。

2)不同類型的河岸帶土壤質(zhì)量，也均表現(xiàn)出隨干擾程度的增加而不斷下降的趨勢(shì)。其中，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為自然型>近自然型>人工型河岸帶(P<0.05)，密度表現(xiàn)為自然型<近自然型<人工型河岸帶(P<0.05)，土壤質(zhì)地組成也逐漸由自然型河岸帶的粗粉粒轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ば秃影稁碌募?xì)粉粒?？傮w表明，干擾條件下的河岸帶土壤受影響程度高，而導(dǎo)致土壤發(fā)育時(shí)間短、質(zhì)量差。

3)從土壤各理化指標(biāo)與植被多樣性指標(biāo)間的相關(guān)性可以看出，土壤與植被受干擾嚴(yán)重，致使兩者之間聯(lián)系并不十分緊密。這是懷九河河岸帶生態(tài)系統(tǒng)破壞，導(dǎo)致生境退化的一種表現(xiàn)。

綜上所述，不同干擾類型下的河岸帶植被與土壤特征，均表現(xiàn)出顯著差異性，相對(duì)于近自然型和人工型的河岸帶，自然條件下的河岸帶表現(xiàn)出更好的土壤質(zhì)量，以及植被物種多樣性特征。為更好的保護(hù)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)河岸帶的經(jīng)營(yíng)與管理，實(shí)際開(kāi)發(fā)時(shí)，應(yīng)考慮生態(tài)效益和可持續(xù)效益。

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Vegetation and soil physicochemical properties in different types of the Huaijiu River riparian in Beijing

XIA Xiaoping1,XIN Zhongbao1,KONG Qingxian1,ZHANG Dong1,2

(1.School of Soil and Water Conservation,Beijing Forestry University,100083,Beijing,China; 2.Beijing Shenghailin Ecological Environment Technology Co.,Ltd,100083,Beijing,China)

[Background] As an important component of riparian ecosystem,vegetation and soil are closely related to the biodiversity,stability,nutrient filter in riparian.To date,however,there are few studies about the spatial variation of the riparian vegetation communities and soil physicochemical properties under different types of riparian.[Methods] The study was carried out in the Huaijiu River,southwest of Huairou district,Beijing.According to the extent of disturbance and development status of riparian zones,we divided it into three types (natural type,near-natural type,and artificial type).Then,based on the survey of 15 natural type plots,25 near-natural type plots and 20 artificial type plots,we investigated the vegetation diversity and the soil physicochemical properties and compared them between different riparian types.[Results] Vegetation diversity and soil physicochemical characteristics were significantly different in different types of riparian.The vegetation composition in the riparian of the Huaijiu River was mainly herbs,accounting for 79.22% of the total number of species,and of species diversity (4.6±0.16) and species richness index (7.26±0.40) of the natural type riparian was greater than the near-natural type (3.82±0.16 and 6.36±0.32) and the artificial type (3.94±0.18 and 5.40±0.42) (P<0.05); The soil quality showed a degradation trend with increasing magnitude of disturbances.The soil organic matter content of the natural riparian (4.88±0.43%) was higher than the near-natural riparian (3.47±0.31%) and artificial riparian (1.92±0.15%) (P<0.05).The soil bulk density of the natural type was lower (1.18±0.03 g/cm3) than near-natural riparian (1.35±0.03 g/cm3),and the soil bulk density of artificial riparian was the highest,which was matter content (P<0.05),while the richness index was negatively correlated with soil bulk density (P<0.01) and positively correlated with soil total porosity (P<0.05).[Conculsions] The results showed that the correlation relationship between vegetation and soil was influenced by human disturbances.It provides a theoretical basis for the restoration and reconstruction of riparian ecosystem in Beijing mountain area.

vegetation; diversity; soil; physicochemical properties; riparian

2017-04-10

2017-06-25

項(xiàng)目名稱：北京市科技計(jì)劃課題“懷柔小流域河岸帶生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究”(Z151100001115001)

夏曉平(1993—)，男，碩士研究生。主要研究方向：水土保持。E-mail：xia3079@163.com

?通信作者簡(jiǎn)介：信忠保(1978—)，男，副教授。主要研究方向：生態(tài)水文學(xué)。E-mail：xinzhongbao@126.com

S154.4

A

2096-2673(2017)04-0117-08

10.16843/j.sswc.2017.04.015