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引水导致内陆水域外来植物水盾草入侵
摘 要：以引水渠水域（区域3）、外源引水内陆水域（区域1）和无外来引水内陆水域（区域2）等3个水域为研究对象,分析了各水域水生植物的群落结构.结果表明,调查获得12种水生植物,其中区域3水盾草(Cabomba caroliniana A.Gray)的优势度达50%,区域1为17%,区域2为0%.区域3水盾草的杂草重要值介于0.15 ~ 0.87 之间,大于0.50 的占75%；区域1 采样点中55%以上未采集到水盾草,仅1 个采样点形成单一优势种,杂草重要值大于0.5 的占1/6；区域2 水盾草的杂草重要值均为零.区域2的多样性指数、均匀度指数、物种丰富度指数明显小于区域3和区域1.
关键词：引水；水盾草；群落结构；生态位；入侵水盾草(Cabomba caroliniana A.Gray) 为多年生沉水植物,按APG(Angiosperm Phylogeny Group)植物分类系统,隶属莼菜科（Cabombaceae）水盾草属（Cabomba Aubl.）.水盾草原产南美,沉水叶圆扇形,浮水叶长椭圆形,盾状着生；上部叶腋具花枝,小花雅致,植株精美,曾用于水族馆观赏[1].用于观赏植物的水盾草,往往由于处置不当,现已广泛入侵日本、澳大利亚、加拿大等国家.在原产地美国,水盾草大量生长繁衍导致河流、湖泊等航道阻塞,腐烂水盾草导致水体水质低劣、渔业资源锐减.在澳大利亚,水盾草已为归化种,对本地水生生物构成很大威胁,存在严重生态风险[2].
水盾草主要传播方式是折段式或断裂式繁殖,每一个带有一对开展叶片的节都能长成一个个体.沉水叶的断枝极易随水流传播扩散,入侵至各个河流水网[3].本文通过引水渠河道、启真湖和内陆池塘21 处水域区块的浅水域植物群落结构研究,解析启真湖水域水盾草入侵状况,以及湖体水盾草入侵的可能途径,为有效控制水盾草提供依据.
1 材料与方法
1.1 研究水域区块
调查的21 处水域区块分别设置于校园物理系教学楼西侧湖泊12 处（以下简称区域1）,化学系教学楼门口湖泊5 处（以下简称区域2）,以及校园西南侧环境与资源学院教学楼旁河道4 处（以下简称区域3）.其中,区域3 与校园外的余杭塘河支流相连通,为引水渠水域；区域1 的水源在环境与资源学院教学楼旁河道,为清水水源引入水域；区域2 不与河道相连通,为无清水配入封闭水域.调查时间为2018 年7 月.3 个区域位置如图1 所示.
1.2 调查方法
21 个取样调查水域区块各选取3 个采样点,用0.5 m×0.5 m 的采草器采集范围内除漂浮水面的浮游植物外所有水生植物,主要为沉水植物和挺水植物,采集完毕后立刻对水生植物按种类进行分离,统计各个采样点水生植物的株数,测量株高.随后将水生植物放入105℃杀青2 h,再在80℃烘箱中烘干至恒重,称量.
1.3 数据分析软件和分析方法
用Excel 2016软件汇总与分析数据.
1.4 种间相遇百分率
2 种水生植物的种间相遇用种间相遇百分率（%）描述.
①种间相遇百分率（%）等于a/(a+b+c)公式①中,a 为两种水生植物均出现的采样点数；b 为只出现其中一种水生植物的采样点数；c 为只出现其中另一种水生植物的采样点数.
1.5 生物多样性指数、均匀度指数和物种丰富度指数用Shannon 多样性指数、Shannon 均匀度指数、Maglef物种丰富度指数描述水生植物群落的生物多样性.
公式②和③中,N 为群落中所有水生植物的株数总和,n 为群落中一种水生植物的株数；公式④中,S为水生植物群落中物种数量.
1.6 杂草重要值
用杂草重要值描述水盾草在水生植物群落中的优势程度.
⑤重要值等于（RN+RH+RM）/3公式⑤中,RN 为相对株数,计算方法为某种水生植物的株数除以水生植物群落中所有水生植物的株数之和；RH 为相对株高,计算方法为某种水生植物的株高除以水生植物群落中最高株高；RM 为相对干重,计算方法为某种水生植物的干重除以水生植物群落中所有水生植物的干重之和.
2 结果与分析
2.1 水生植物种类
21 个采样点,共调查获得12 种水生植物,其中水鳖科、蓼科和小二仙草科各2 种,莼菜科、金鱼藻科、苋科、五加科、禾本科和鸢尾科各1 种.以往植物分类系统中,水盾草隶属水鳖科,而APG 植物分类系统,将其归入莼菜科.调查获得的12种水生植物种,沉水植物和挺水植物各占50%,其中3 种植物,即喜旱莲子草、南美天胡荽和绿狐尾藻还具有漂浮特性,适合水生漂浮生长,且均会形成单一优势种群；喜旱莲子草和水盾草为外来入侵水生植物,前者在我国已广泛入侵,而后者则在我国南方多地的河道、湖泊等水域分布广,蔓延快；南美天胡荽为外来植物,其特性与喜旱莲子草相近,适合不同水分含量的土壤生长,还可通过茎枝蔓延生长,布满水域,而在湿地生境中表现为挺水植物特性.鸢尾为浅水域景观栽培植物,适宜湿地和浅水域；绿狐尾藻和南美天胡荽也是作为观赏植物引入的植物,其中绿狐尾藻用于水质净化植物；其他水生植物多为自然生长的原生态植物.
2.2 水生植物种间相遇百分率
水盾草与其他调查获得的11 种水生植物的种间相遇百分率存在差异性,除水蓼外,与3 种沉水植物的种间相遇百分率最高,主要是它们的生境特征吻合,而与挺水植物或挺水又漂浮的植物的种间相遇百分率较低（表1）.沉水植物金鱼藻在区域1、区域2 和区域3 均出现,因此,从种间相遇百分率看,水盾草均可出现在上述3 个水域,若水盾草随意遗弃或通过已入侵水盾草的水域引水至区域2 水域,水盾草可完成定植、繁衍,最终成功入侵.
2.3 各采样点水盾草的杂草重要值
无外来引水水域区块水盾草的杂草重要值均为零；引水渠水域区块水盾草的杂草重要值介于0.15 ~ 0.87之间,其中大于0.50的占75%,说明引水渠水域水盾草的优势度明显高于其他水生植物；启真湖水体区块（区域1）55%以上采样点未采样到水盾草,仅1 个采样点水盾草形成单一优势种,1/6 采样点水盾草的杂草重要值大于0.50,样点间存在明显的差异性（表2）.
引水渠水盾草的短枝常借助余杭塘河清水引入,随水流进入启真湖,并于静水域定植生长而扩散繁衍.启真湖水面保洁,可清除部分水面漂浮的水盾草短枝；一些湖岸还因深挖,用于水生赛艇航行,不利于水盾草定植,因而一些水域区块水盾草未出现（表2）.
2.4 水生植物群落结构特性
3 个采样水域水生植物的群落结构具有明显差异,无外来引水的内陆水域（区域2）Shannon 多样性指数、Shannon 均匀度指数、Maglef 物种丰富度指数明显小于引水渠水域（区域3）和启真湖主体水域（区域1）.区域2 除5 个采样点外,Shannon 多样性指数、Shannon 均匀度指数、Maglef 物种丰富度指数均为零,其水生植物种类单一,为本土习见沉水植物金鱼藻,单一优势种群,通过竞争作用和可能的化感作用有效遏制其他相同生态位的水生植物生长.
除个别样点外,引水渠水域各采样点的Shannon多样性指数、Shannon均匀度指数、Maglef物种丰富度指数差异不明显,Shannon 多样性指数多数介于0.300 ~ 0.500之间,Shannon均匀度指数多数介于0.200 ~ 0.400 之间,Maglef 物种丰富度指数多数介于1.200 ~ 2.000 之间.由于河面保洁等措施,大量漂浮于水面的水生植物,包括水盾草、金鱼藻、黑藻、狐尾藻、水鳖、喜旱莲子草、紫萍（Spirodelapolyrhiza (Linn.) Schleid.）、槐叶苹等,得到有效清除,水盾草、喜旱莲子草等入侵生物未能布满水体或水面,从而使本土的金鱼藻、黑藻、狐尾藻等沉水植物拥有生长的有利生态位.然而,物理打捞手段,会折断水盾草茎枝,形成碎片,悬浮水体中,极易随水流引向下游,在新合适生境繁衍生长,导致进一步入侵.
与引水渠水域和无外来引水的内陆水域等2个水体相比,启真湖主水体（区域1）各采样点的Shannon 多样性指数、Shannon 均匀度指数、Maglef物种丰富度指数差异较大.Shannon 多样性指数介于0.000 ~ 0.200 之间的样点占16.67% ,介于0.201 ~ 0.500 之间的占52.78%,介于0.501 ~ 0.600之间的占25.00% ,介于0.601 ~ 0.680 之间的占5.55%.Shannon 均匀度指数介于0.000 ~ 0.200 之间的样点占27.78%,介于0.201 ~ 0.400 之间的占45.22%,介于0.401 ~ 0.500 之间的占16.67%,介于0.501 ~ 0.760 之间的占8.33%.Maglef 物种丰富度指数介于0.000 ~ 1.000 之间的样点占13.89%,介于1.001 ~ 2.000 之间的占33.33% ,介于2.001 ~3.000 之间的占30.56%,介于3.001 ~ 3.660 之间的占22.22%.区域1 各采样点的生态位的差异性是其Shannon 多样性指数、Shannon 均匀度指数、Maglef 物种丰富度指数等不同于区域2 和区域3的重要原因之一.
3 结论
引水渠区域（区域3）水盾草优势度最大,为50%,与黑藻和金鱼藻等2 种沉水植物构成优势水生植物种.引水渠贯通余杭塘河与启真湖水域（区域1）,水盾草植株体或机械打捞形成的短枝随水流引入启真湖主水体.区域3 水生植物物种多样性明显高于区域2,打捞等外力干预为水生植物提供了有力生态位,水盾草未形成单一优势种群,水域生物多样性丰富.区域1 的Shannon 多样性指数、Shannon 均匀度指数、Maglef物种丰富度指数有别于区域2 和区域3,适宜生境水域区块水盾草已成功定植,个别采样点已建立优势种群.
* 国家公益性行业( 农业) 科研专项(201403030)、浙江省科技计划项目(2016C32083,2008C23010)和浙江省“三农六方”科技协作项目(CTZB-F170623LWZ-SNY1).
**通讯作者
参考文献：
[1] Madsen J.D. Invasions and declines of submersedmacrophytas in Lake George and other Adirondacklakes. Lake and Reservoir Management, 1994, 10(1):19-23.
[2] 徐正浩,戚航英,陆永良,等. 杂草识别与防治.浙江大学出版社,2014.
[3] 徐正浩,陈再廖,林云彪,等. 浙江入侵生物及防治.浙江大学出版社,2011.
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