河岸植被结构与组成对河流健康的影响：多变量评估揭示管理启示

《Aquatic Sciences》：The relative influence of riparian vegetation structure and composition on instream health: a multivariate assessment

本研究针对人类活动导致河岸带外来植被比例升高、传统修复实践效果不确定的问题，通过多尺度多变量分析，探讨了河岸植被结构与物种组成对大型无脊椎动物群落和水质的影响。结果表明，植被结构（如冠层盖度、线性连续性）是影响河流健康的关键因素，而单纯清除外来植被可能牺牲结构完整性，反而不利于生态系统恢复。该研究为高度改造流域的河岸修复提供了务实的管理策略。

　　

在全球范围内，人类活动对自然环境的改变无处不在，水生生态系统也未能幸免。河岸带——那些紧邻河流、溪流的区域——往往呈现出高比例的非本地植被，这通常被视为环境退化与河流健康状况不佳的标志。尽管研究普遍认为河岸植被对于维持河流健康至关重要，但一个关键问题悬而未决：这种重要性究竟是源于植被的物种组成（包括非本地物种），还是源于植被的结构特征（如冠层盖度、线性连续性）？这一问题对于指导河岸带生态修复实践具有核心意义。

传统上，许多修复项目侧重于清除非本地植被并重新引入本地物种组合。然而，在人类活动深刻改造的流域，恢复历史物种组成的目标可能难以实现，这些区域的河岸带已成为包含历史（本地）和非本地物种的“新型生态系统”。如果这些新型生态系统已然存在，那么大规模恢复本地物种组成是否仍是保障其生态系统完整性的必要手段？为了回答这一问题，由L. Gould、D·H. Franklin和D·F. Sheldon组成的研究团队，利用澳大利亚东南部昆士兰地区（SEQ）一项综合性区域生态系统健康监测数据集，开展了一项深入的多变量评估研究，其成果发表在《Aquatic Sciences》上。

研究人员利用长期区域监测项目（Freshwater Ecosystem Health Monitoring Program, EHMP）在2002年至2008年间收集的数据，涵盖了83个采样点。研究评估了多个空间尺度（集水区、河岸缓冲区、河段和样点尺度）的河岸植被结构属性，以及样点尺度的植被物种组成（记录优势种的存在/缺失，并区分为本地与非本地）。响应变量包括大型无脊椎动物群落组成（科水平丰度矩阵）、水质和河道内过程指标（如初级生产总量、呼吸作用、溶解氧、温度、电导率、pH值以及藻类碳(δ¹³C)和氮(δ¹⁵N)稳定同位素比值）。关键分析方法包括非度量多维标度排序（NMDS）和基于欧几里得距离矩阵的冗余分析（RDA），以厘清植被变量与河流健康指标之间的关系，并通过Procrustes分析检验不同多变量数据集之间的一致性。

河岸植被结构与组成对大型无脊椎动物群落的影响

研究发现，河岸植被结构是大型无脊椎动物群落组成的关键预测因子。约束排序（RDA）显示，植被结构模型能显著解释大型无脊椎动物群落组成的变异。逐步模型筛选出平均冠层盖度（Avg. periscope）、平均有机地面覆盖物（Avg. ground cover organic）、平均活体地面覆盖物（Avg. ground cover live）和线性连续性（LC50%）作为最佳预测变量。结构复杂的样点（高地、沿海和Wallum类型溪流）与对干扰相对敏感的大型无脊椎动物类群（如蜉蝣目的Leptophlebiidae科和毛翅目的Leptoceridae科）相关联。相反，结构简单的低地样点则与摇蚊科和桡足类等广布种相关。重要的是，当单独评估样点尺度非本地植被的影响时，冠层中非本地植被的比例并未显示出对大型无脊椎动物群落的显著影响。然而，当评估所有层次（冠层、灌木层、地表层）的物种组成（包括本地和非本地物种）时，则发现其对大型无脊椎动物群落有显著影响，这可能源于不同河岸植被群落所具有的不同结构属性。

河岸植被属性对水质和河道内过程的影响

类似地，河岸植被结构也对水质和河道内过程指标有显著影响。平均冠层盖度是主要的预测变量。结构复杂的样点与较高的新陈代謝速率（24小时初级生产总量和呼吸作用）和较大的温度变幅相关。而结构简单的样点则与较高的营养盐指标（δ¹³C和δ¹⁵N）和pH值相关联。这种模式在单独分析低地样点时依然存在，表明观察到的结果主要受河岸带结构复杂性驱动，而非完全由区域溪流类型梯度解释。

多变量数据集的一致性

Procrustes分析表明，河岸植被物种组成与大型无脊椎动物群落组成之间存在显著一致性，河岸植被结构也与大型无脊椎动物群落显著相关。同样，植被物种组成和结构分别与水质及河道内过程数据集显著一致。然而，误差图显示，在低地样点，河岸带特征对大型无脊椎动物群落和水质的影响较其他溪流类型样点要小，暗示在低地地区，其他因素（如人为干扰）可能掩盖了河岸带属性的影响。

研究结论强调，河岸植被的结构属性（尤其是冠层盖度）在解释大型无脊椎动物群落组成、水质和河道内过程的变异方面，比植被的物种组成（本地或非本地）更为重要。这表明，在高度改造的流域，新型河岸植被组合只要能够提供复杂的结构，就可能支持水生食物网和大型无脊椎动物栖息地。因此，常见的修复实践——专注于清除非本地河岸植被并结合小规模本地再种植——如果在此过程中改变了植被结构，可能无法改善水质和大型无脊椎动物多样性，至少在短中期内是如此。

这项研究对河岸带管理具有重要启示。它呼吁采取更加务实和基于目标的修复方法，特别是在高度改造的流域。管理决策需要权衡丧失河岸植被结构的代价与非本地植被对河流健康的影响。在由非本地冠层植被主导的低覆盖度样点，适应性管理可能是一种选择，即在先锋非本地冠层旁边恢复本地组合，以在修复过程中维持一定水平的结构复杂性。最终，研究指出，河岸植被的地理起源在解释河流健康空间变异方面是次要的，而植被覆盖的物理效应（如调节光照和温度、缓冲沉积物和污染物）则起着更为关键的作用。这一认识为在人类活动深刻影响的流域制定有效的河岸带管理策略提供了科学依据。