首页 > 分享 > 渠堤化城镇河岸带的植被特征及其用地影响

渠堤化城镇河岸带的植被特征及其用地影响

花匠小妙招
2025-12-06 04:06

张昶，王子研，赵德先，边琦，张弛，赵娇，赵依琳，王成*

(1.中国林业科学研究院林业研究所，北京 100091；2.国家林业和草原局林木培育重点实验室，北京 100091；3.国家林业和草原局城市森林研究中心，北京 100091)

河岸带是陆地区域与水生区域之间的生境和廊道，并且也是能量、物质以及生物通过的重要通道，从空间位置上具体是指河流河水与陆地交界直至河水影响消失为止的地带[1]。河岸植被是河岸空间的基础元素，对于保护流域土地、水资源以及自然栖息地等发挥着重要作用[2]，基于河岸带的位置特殊性以及由此而产生的功能复杂性，河岸植被带必须得到合理的保护、开发和利用[3]。世界各地的河流受不同程度的人类活动影响[4-5]，土木工程(渠堤化)被广泛用于防洪、加固城镇地区河岸，或获得更多的城市建设用地，是城镇河流沿线的普遍处理方式，目前已有较多研究表明城镇化地区河岸植被带受到了土地利用的影响[6-8]，河岸植被带物种组成梯度和空间组合是城镇化干扰的具体体现[9-10]，但这些研究并未专门针对全线渠化的城镇化河流。河岸渠堤化后可能会导致河岸空间的异质性降低，且河岸周边缓冲区的空间相似性还可能会随着渠堤化河岸线蔓延，而目前对于全线渠堤化河岸缓冲区土地利用是否仍旧对河岸植被产生影响还没有研究得出明确结论。城镇河流的土木工程在某种意义上是城市建设的必然过程，渠堤化河岸(特别是堤路成为交通要道或休闲步道的河岸)提供的服务逐步成为城市发展和居民生活所需要的，从经济节约以及减少二次污染的角度考虑，移除和挪动这些硬质用地可能会付出更多的代价，在这种情况下，基于城镇河流的渠堤化，探讨应该如何进行周边河岸空间优化以维持河岸植被带的多样稳定具有重要意义。因此，本研究选取全线渠化的潮白河(北京段)为对象，研究全线渠化城镇河流的植被特征及其周边缓冲区土地利用的影响，以期为渠堤化河岸带植被保护和恢复提供有效参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

潮白河流域位于华北平原北部，115°25′-117°45′E，39°10′-41°40′N，潮白河上游有2支，分别为潮河、白河，2河同时流入密云水库(密云水库是北京地区的饮用水来源之一)，经过密云水库后，两河在密云区河槽村汇合后为潮白河。该河流是流经北京市北部、东部的重要河流，有“北京莱茵河”之称。白河穿过了北京密云区建成区，其与潮河汇合后的潮白河流经北京顺义区建成区，在北京市行政辖区内，贯穿了建成区与非建成区。密云水库下游北京段潮白河的渠堤化程度较高，目前基本已经全线渠化或堤化。

1.2 样段与样方设置

本研究针对白河-潮白河，顺河流方向选择建成区和非建成区(建成区上游、建成区下游)研究河段，保证建成区上游样段、建成区样段、建成区下游样段之间具有大致相等的距离，沿河流岸线基本呈等距分布(具体样地在设置过程中依据现场可达性做适应性调整)，最终分别选取设置了密云建成区及进入和流出密云建成区的3个1 000 m长的样段，顺义建成区及进入和流出顺义建成区3个1 000 m的样段。

依据河岸带发挥各项生态功能的最小宽度[11]，结合渠堤化河流的结构特点[12]，100 m宽度能够包含所有河岸带发挥功能所需的最小尺度，以及白河-潮白河沿线渠堤化后的河岸空间连续植物群落，因此，以100 m作为样段宽度。

1.3 植物数据调查

植物调查于2019年7月和8月展开，采用全面的方式对样段进行调查。记录乔木的名称、株数、胸径；灌木的名称、覆盖度、高度；草本的名称、高度、覆盖度。灌木和草本的覆盖度为其在样段中的目测覆盖面积占总样方面积的比例。依据文献及《中国入侵植物名录》确定每种植物是否属于入侵植物[13-15]。

1.4 土地利用数据获取

依据2018年9月5日研究区域影像数据(高分二号，0.8 m分辨率)，按照水域、道路、建筑物及其附属建设用地、其他不透水地表(包括铺装、弃置地不透水地表等)、灌丛、林地、草地、滩涂、其他的类型划分，并以河流岸线为基础向两边依次作300 m缓冲区，基于ArcGIS10.2(ESRI，Relands,CA,USA)解译获取缓冲区各用地类型面积。

1.5 数据分析

采用Patrick指数(R)计算丰富度[16]，对建成区和非建成区河段的总植物及不同生活型植物(乔木植物、灌木植物、草本植物)、入侵植物的丰富度进行ANOVA分析(取P<0.05具有统计学意义)。

对建成区和非建成区河段各类用地数据进行ANOVA分析，并采用Shapiro-Wilk检验各类用地数据(小样本数据Shapiro-Wilk检验效果更好)，各类用地数据均显示P<0.05，不符合正态分布，因此Mantel检验采用Spearman秩相关，分析丰富度与土地利用之间的关系。

基于植物种数据Bray-Curtis距离矩阵的NMDS排序分析河岸带植物种类与分布，并利用ANOSIM检验这些组间差异是否显著大于组内样点间差异，若ANOSIM分析结果P<0.05则说明分组间差异是显著的。在NMDS排序基础上，基于用地数据的非正态性，采用ordisurf()函数实现显著影响的用地数据与非约束轴的非线性回归，拟合后通过各类用地的P值、R-sq.(adj)判断拟合优度。以上分析执行软件平台RStudio 3.6.2(Vienna,Austria),主要分析涉及软件包Vegan，作图用软件包ggplot2并辅助photoshop添加元素。

图1 研究区域与研究样段位置示意

2 结果与分析

2.1 植物种类构成

研究河段河岸带植物共计174种，以菊科、蔷薇科、禾本科、豆科、杨柳科、木犀科、锦葵科、唇形科植物为主。按不同生活型，草本植物种类为90种，乔木和灌木植物种类分别为52种、29种，植物种类以草本植物为主。丰富度前10的乔木依次为毛白杨(Populustomentosa)、旱柳(Salixmatsudana)、垂柳(Salixbabylonica)、火炬树(Rhustyphina)、油松(Pinustabuliformis)、国槐(Sophorajaponica)、桑树(Morusalba)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、黑松(Pinusthunbergii)、榆树(Ulmuspumila)；灌木依次为榆叶梅(Amygdalustriloba)、荆条(Vitexnegundovar.heterophylla)、胡枝子(Lespedezabicolor)、黄杨(Buxussinica)、连翘(Forsythiasuspensa)、紫丁香(Syringaoblata)、棣棠花(Kerriajaponica)、铺地柏(Sabinaprocumbens)、迎春花(Jasminumnudiflorum)、猥实(Kolkwitziaamabilis)，除荆条、胡枝子其余灌木均属于常用观赏植物；草本依次为狗尾草(Setariaviridis)、艾蒿(Artemisiaargyi)、虎尾草(Chlorisvirgata)、芦苇(Phragmitesaustralis)、牛筋草(Eleusineindica)、蒙古蒿(Artemisiamongolica)、青蒿(Artemisiacarvifolia)、苍耳(Xanthiumsibiricum)、长芒稗(Echinochloacaudata)、旋覆花(Inulajaponica)。研究河段河岸带入侵植物共计21种，火炬树、虎尾草、刺槐、秋英(Cosmosbipinnata)、小飞蓬(Conyzacanadensis)等为主要入侵植物。

2.2 植物丰富度

由表1可知，研究区域河岸带总体植物丰富度在建成区和非建成区河段之间存在显著差异(P<0.05,ANOVA)，灌木(P<0.05,ANOVA)和乔木(P<0.01,ANOVA)也存在显著差异，该结果反映出城镇建设对河岸带植物特征的影响，在渠堤化城镇地区河流同样存在。入侵植物在建成区和非建成区河段没有表现出显著差异(P>0.05,ANOVA)，比较入侵植物的丰富度数值，可以发现非建成区大于建成区的丰富度值，该结果反映出渠堤化河岸带可能为河流入侵植物提供了线性蔓延的空间。

表1 不同河段总体植物及不同生活型植物ANOVA分析结果

2.3 植物丰富度与土地利用的关系

Mantel检验结果表明，研究区河岸两侧缓冲区，包括草地、灌丛、林地、湿地滩涂、道路、建筑、其它不透水地表在内的用地因子矩阵与河岸带植物丰富度之间具有显著相关关系(r=-0.239，P<0.05)。依据各用地因子单独的检验结果，河岸带植物的丰富度会随着周边缓冲区的道路(r=0.439，P<0.05)及其他不透水地表面积(r=0.503，P<0.05)变化而变化(表2)。

表2 河岸带丰富度与土地利用的Mantel检验结果

2.4 植物构成及土地利用的影响

依据NMDS排序结果(R2分别达到0.986和0.932，应力值为0.118)，结合ANOSIM检验(R=0.274，P<0.01，ANOSIM)，表明建成区和非建成区植物群落种类存在显著差异，从NMDS排序图中可以看出(图2a)，乔木和灌木植物的分布大部分更趋向于建成区，草本在建成区和非建成区分布没有明显的趋势差异，但非建成区草本和灌木分布在空间上重合或接近的相对较少。通过非线性回归添加用地因子到NMDS排序图中，河岸带植物构成与种类分布与其周边缓冲区的道路(R-sq.(adj)=0.789，P<0.01)、其他不透水地表面积(R-sq.(adj)=0.788，P<0.01)表现出显著相关拟合趋势，道路和其他不透水地表对河岸植物群落种类分布存在显著影响(图2b)。

注：a.植物NMDS排序与显著用地因子拟合结果；b.各生活型植物及入侵植物主要种类NMDS排序结果(注:灰色和红色线分别代表了道路和其他不透水因子面积比例的大小梯度，图中植物种类圆圈的大小代表其数量多少，植物种类拉丁名称标注省略了属名)。

依据NMDS排序图拟合显著影响因子的结果，具有观赏性的主要灌木植物，如蝟实、迎春花、棣棠花、黄杨，基本分布在较高道路和其他不透水地表面积比例的建成区河段，而原生灌木植物如荆条则分布在道路和其他不透水地表面积比例较低的非建成区河段。从数量上具有较多株树的主要乔木植物较多分布在道路和其他不透水地表面积比例较低的河岸带，如建成区下游地区分布树种黑松、火炬树、垂柳、榆树、桑树等，建成区上游位置分布毛白杨、旱柳等，毛白杨和旱柳从数量上具有最多株树。主要草本植物主要分布在周边缓冲区道路和其他不透水地表面积比例较低的河岸带，如建成区上游地区分布的主要草本植物种类为一年蓬(Erigeronannuus)、虎尾草、鬼针草(Bidensbipinnata)、苋(Amaranthustricolor)、银胶菊(Partheniumhysterophorus)、茼麻(Abutilontheophrasti)、秋英、小飞蓬、土荆芥(Chenopodiumambrosioides)、地毯草(Axonopuscompressus)等，草本与灌木植物空间结合分布相对较少。主要入侵植物存在于河岸带的各个空间位置，苋、牵牛(Pharbitisnil)等入侵草本植物分布相近且与毛白杨和旱柳得分布位置较为接近。

3 结论与讨论

3.1 结论

本研究结果共计植物174种，草本植物种类为90种，乔木和灌木植物种类分别为52、29种，包括毛白杨、旱柳等优势乔木，榆叶梅、荆条等优势灌木，狗尾草、艾蒿等优势草本，以及火炬树、虎尾草等21种入侵植物；渠堤化的城镇河岸带总体植物、乔木和灌木植物丰富度在建成区显著大于非建成区，草本植物和入侵植物沿渠堤化河岸带不存在空间位置的差异，但非建成区入侵植物丰富度值高于建成区；周边缓冲区道路、其他不透水地表面积是河岸带植物丰富度和群落组成的显著影响因子，对主要观赏灌木和乔木种类分布存在积极影响，对原生灌木和草本种类分布存在消极影响。

3.2 讨论

3.2.1 渠堤化城镇河岸带植物种类构成特点本研究结果显示，渠堤化城镇河岸带草本植物种类为90种，乔木和灌木植物种类分别为52种、29种，以草本植物种类为主。该结果与其他关于城镇化地区河岸带植被特征的研究结果一致[17]，说明渠堤化城镇河岸带，同样具有草本植物种类最多的城镇化河流特点。丰富度前10的乔木依次为毛白杨、旱柳、垂柳、火炬树、油松、国槐、桑树、刺槐、黑松、榆树；灌木依次为榆叶梅、荆条、胡枝子、黄杨、连翘、紫丁香、棣棠花、铺地柏、迎春花、猥实；草本依次为狗尾草、艾蒿、虎尾草、芦苇、牛筋草、蒙古蒿、青蒿、苍耳、长芒稗、旋覆花。对比其他学者相关潮白河流域植被方面的研究结果，本研究区河岸带的主要乔木与潮白河上游(密云水库以上)河岸植被缓冲带主要乔木种类(油松、刺槐、杨树、柳树、火炬树)，具有较高相似性，但是本研究河段调查得到的主要灌木和草本植物种类与潮白河上游(密云水库以上)出现较大差异[18]，这反映出流域植被的地带性，同时也表明了除地形与建设强度差异，以及调查时间、调查方式差异外，密云水库大坝对降低流域生态连通性的不利影响，且大坝对河流植被的这种影响可能对于草本和灌木植物作用更显著[19]。

3.2.2 人为干扰对不同河段的乔木、灌木及入侵植物丰富度差异的影响渠堤化的城镇河岸带不同生活型植物丰富度在不同河段具有差异。河岸带乔木和灌木丰富度在建成区与非建成区的显著差异主要受人为干扰影响。建成区河流的管护治理是重要的市政工程，河岸带或作为城市的绿色公共生态空间类型，河岸植物和河岸景观的管理、规划和工程实施多采用项目制，人为决策决定了河岸植物群落的植物种类，并更多关注于选择树木种类和灌木种类[20]，趋向于创造更多样的树木和灌木景观[21]，故建成区的乔木和灌木丰富度显著高于非建成区。入侵植物丰富度在渠堤化河岸带没有显著差异，从某种角度反应出全线渠化对于入侵植物分布的影响，渠堤化工程对于河流沿线景观连通性、生态系统割裂、入侵植物蔓延等方面的影响也已被很多研究者探讨[22-23]，沿线性单元入侵也被许多证实为常见的植物入侵方式之一。而非建成区入侵植物丰富度数值高于建成区，从河岸带人为干扰程度来看，非建城区受到的人为干扰强度是介于建成区和非城镇地区之间的，而中等程度的干扰会导致当地物种原有栖息地的部分丧失，并创造有利于其他物种的新栖息地，中等水平的干扰可能会比高和低的极端干扰创造出入侵物种相对适宜的生存空间[24]。

3.2.3 周边缓冲区道路、其他不透水地表面积对渠堤化城镇河岸植物群落构成的影响道路和不透水地表面积比例是显著的城市化土地利用特征因子，不透水地表面积也是城镇建设对河岸植被影响的最佳用地预测因子[16,21]。渠堤化河流周边道路与其他不透水地表(包括了作为步道的铺装、空置的硬质地块等)在建成区河段较高的面积比例，一方面指示了较高的城镇建设强度，意味着河岸带乔木植物与灌木植物种类受到更多人为选择影响，即出于视觉和景观目的人为选择趋向于选择更多观赏性植物[25]，因此观赏性乔木植物和灌木植物种类随道路和其他不透水地表面积比例的增加而增加；另一方面周边道路面积的较高比例表明了300 m服务半径范围(300 m是城市决策者、规划者和建设者考虑城市绿地服务半径和空间可达性的常用距离)内的路网和步行系统可能较为密集，周边区域对和河岸带具有较高可达性，城镇居民到达河岸带的时间成本较低，而周边较高的步道铺装等不透水地表对应了相对较多城镇河流的滨河休闲步道空间，意味着目前建成区河岸带具有一定的休闲空间建设基础。这些区域应充分考虑城镇居民对河岸带空间休闲功能具有的较强意愿[26]，有效结合建成区居民使用需求，保留步道铺装等不透水地表，提高现有观赏性植物配置中的乡土植物比例。优化以河岸带为环境本底的绿色游憩空间。

道路和其他不透水地表面积比例较低的非建成区河岸带，虽然乔木丰富度低于建成区河岸带，却聚集分布数量上最主要的乔木树种，说明非建成区形成了种类相对少数量多的河岸大规模片林。潮白河沿线的非建成区包含了北京平原造林工程的实施地块，造林地块内受道路和其他铺装建设干扰较少，形成的片林是河岸带最重要的构成部分。特别对于目前潮白河非建成区数量最多的毛白杨和旱柳，已有其他学者研究揭示，温带气候中杨树和柳树可以成为典型河岸森林[36],对于河岸生态系统的构和功能至关重要[27]，并且其树冠是控制河岸带植物丰富度的重要因素，具有较高开放度的冠层时，林内平均总物种丰富度会增加并更容易受到入侵[28-29]，这样在本研究中体现入侵草本植物分布与毛白杨和旱柳的分布位置较为接近。故对于现有河岸杨柳林应该以保护和调控林冠密度为主，不必急于更新树种提高丰富度，并特别重视控制入侵植物[30]，使其逐步形成以自然演替为主的可持续的近岸植被带。

周边道路和其他不透水地表这2个因子面积比例相对较低时，虽然非建成区河岸带草本种类较多且灌木也较多为原生灌木种类，但灌木和草本分布空间上重合或接近较少，河岸带原生灌草植物组合较缺乏。一方面这将会导致河岸带阻隔污染生态功能的降低，灌丛和草本构成的河岸带具有较好的缓冲阻滞污染的效果已经得到许多学者证实，灌草群落河岸带隔离和净化污染的适宜模式[31]；另一方面灌草丛提供了许多小型动物的庇护与栖息场所[32]，也是很多鸟类的食物来源，且灌草景观基质能够最大程度减少鸟类的迁徙阻力[33]。造成这种情况可能与渠堤化河流的结构改变有关，渠堤化河岸结构受人工建设干扰的影响，已经从自然河岸带的“河岸阶地-洪泛平原(河滩)-河水”变为了“缓冲带-护岸河堤-河水”的形式[12]，河滩的减少或丧失也使原本在河滩上大量存在的灌草植物群落消失[34]。同时，滩涂的减少也使河流失去了季节性水源和解决上游密云水库调蓄洪水需求的有效空间，在后期建设中应该重点保留和恢复以原生灌草植物群落为主的河滩景观。