張 琳,孟亞南,王佩佩,謝珊珊,劉藝平,孔德政

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,鄭州 450002；2.河南林業(yè)職業(yè)學(xué)院,河南 洛陽 471002)

植物群落作為城市生態(tài)系統(tǒng)的基本組成單位,是改善城市生態(tài)環(huán)境和維護(hù)城市生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。構(gòu)建合理、科學(xué)的植物群落結(jié)構(gòu)才能使城市綠地穩(wěn)定,高效地發(fā)揮其改善和美化環(huán)境的功能[1-2]。城市綠地是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,是構(gòu)成城市空間形態(tài)的重要元素,了解植物群落的結(jié)構(gòu)特性、配置模式以及提升整體群落景觀質(zhì)量是更好提高城市整體園林綠化水平的關(guān)鍵。因此,研究城市不同綠地類型的人工植物群落景觀具有非常重要的意義。

國外有關(guān)城市植物群落的研究比較早,主要是從生境、土地利用等方面入手,探討植物多樣性形成差異的原因[3-5]。國內(nèi)許多城市也已對城市園林植物群落開展相關(guān)研究,研究內(nèi)容主要集中在物種組成、結(jié)構(gòu)特征等方面[6-7]。但針對鄭州市而言,對于植物群落物種多樣性的研究較少,多局限于樹種調(diào)查、頻度分析等方面[8-10]。本文在充分調(diào)查鄭州市不同綠地類型植物群落物種多樣性的基礎(chǔ)上,對不同綠地類型的植物群落物種豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)的指標(biāo)進(jìn)行分析,以期為今后鄭州市的綠地規(guī)劃和植物生態(tài)建設(shè)提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

鄭州市地處華北平原南部、黃河中下游、河南省中部偏北,北緯34°16′～34°58′,東經(jīng)112°42′～114°13′。鄭州市屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫在14～14.3℃之間,年平均降雨量640.9mm,年平均濕度62.6%,無霜期220d,全年日照時間約2 400h。土壤以褐土和潮土為主,植被類型屬于北暖溫帶落葉闊葉林。全市植被覆蓋良好,市區(qū)綠化覆蓋率達(dá)45%,人均公共綠地面積達(dá)13.6km2。

研究范圍包括選取公園綠地(人民公園、紫荊山公園、碧沙崗公園、鄭州之林公園、綠城廣場),居住區(qū)綠地(藍(lán)堡灣小區(qū)、鑫苑名家、錦藝城、青年居易、清華園等)和道路綠地(花園路、文化路、南陽路、大學(xué)路、桐柏路等)。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查

于2014年12月至2017年7月,運(yùn)用典型抽樣的方法,根據(jù)不同綠地類型的性質(zhì)特點,選取不同類型的植物群落樣地。選取路緣、林緣界限明顯、形成時間較長、生態(tài)系統(tǒng)相對穩(wěn)定的植物群落作為樣地,方形樣地以20m×20m為界進(jìn)行選取,長條形樣地以15m×20m為界進(jìn)行選取,共選取176塊調(diào)查樣地,并記錄喬木、灌木和草本的種類、數(shù)量、頻度、蓋度、多度等。

2.2 重要值計算

分別計算出喬木層、灌木層以及草本層物種的重要值,相應(yīng)計算公式如下:

喬木重要值=(相對密度+相對頻度+相對顯著度)/3

灌木、草本重要值=(相對多度+相對蓋度+相對頻度)/3

2.3 多樣性計算

對研究區(qū)域內(nèi)的植物群落物種多樣性指數(shù)的計算采取α和β兩大類多樣性指數(shù)。α多樣性指數(shù)的測度選取了物種豐富度指數(shù)(dGl)、Simpson指數(shù)(D′)、Shannon-Wiener指數(shù)(H)和Pielou均勻度指數(shù)(J)；β多樣性指數(shù)采用相異性系數(shù)(CD)來反映不同群落物種間的相似程度。相應(yīng)計算公式如下:

1) 物種豐富度(dGl)

dGl=S/lnA

式中：S為群落內(nèi)物種數(shù)；lnA為樣地面積。

2) Simpson指數(shù)(D′)

式中：S為群落內(nèi)物種數(shù);Pi為種i的相對重要值。Pi=Ni/N為每個群落中全部物種的重要值之和,Ni為第i個種的重要值。

3) Shannon-Wiener指數(shù)(H)

式中：S為群落內(nèi)物種數(shù)；Pi為種i的相對重要值。Pi=Ni/N為每個群落中全部物種的重要值之和,Ni為第i個種的重要值。

4) Pielou指數(shù)(J)

J=H/lnS

式中：H為ShannonWiener指數(shù);S為群落中的總物種數(shù)。

5) 相異性系數(shù)(CD)

CD=1-2c/(a+b)

式中：c為兩群落共有的物種數(shù)；a與b分別為兩群落各自的物種數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 植物群落組成

通過對鄭州市3種綠地類型選定的176個植物群落樣地進(jìn)行調(diào)查可知,植物種類共計186種,隸屬于72科133屬。喬木層有39科56屬80種,其中常綠喬木有19種,落葉喬木有61種,兩者的比例為19∶61(約為31.15%),而許多研究[11-12]認(rèn)為北方地區(qū)常綠喬木與落葉喬木種植比例為3∶7～4∶6(約為42.86%～66.67%),這說明鄭州市3種綠地類型植物群落中種植的常綠樹種較少,落葉樹種較多,使得常綠樹種與落葉樹種分布不夠均勻。灌木層有23科33屬55種,其中常綠灌木有25種,落葉灌木有30種,表明常綠灌木與落葉灌木的種類數(shù)量比較接近。草本層有27科47屬51種,主要以1～2a生花卉和宿根花卉居多。含有植物種類較多的科為薔薇科(12屬27種),豆科(9屬13種),菊科(9屬11種),木犀科(7屬10種),忍冬科(4屬7種),百合科(4屬4種),松科(3屬6種),榆科(3屬4種),玄參科(3屬3種),?？?3屬3種),胡桃科(3屬3種),柏科(2屬6種)。這些植物共同構(gòu)成了鄭州3種綠地類型中典型植物群落樣地的主要物種成分,其中薔薇科、豆科、菊科植物分別占調(diào)查物種總種數(shù)的14.5%,6.9%,5.9%,說明這3科植物在本研究植物群落區(qū)域中有明顯優(yōu)勢作用。從整體上來看,鄭州3種綠地類型植物群落中運(yùn)用的植物種類較為豐富。

3.2 α多樣性

α多樣性主要指群落內(nèi)物種多樣性,主要包括物種豐富度和均勻度兩方面的含義[13]。由圖1(a)可知,不同綠地類型的植物群落其物種豐富度指數(shù)也存在一定差別,公園綠地的喬木層、灌木層和草本層物種豐富度明顯高于居住區(qū)綠地和道路綠地,尤其以喬木層和草本層差異最為明顯,而灌木層物種豐富度差異較小。在3種綠地類型中,喬木層的物種豐富度表現(xiàn)為公園綠地(3.7)>居住區(qū)綠地(2.8)>道路綠地(2.3)；灌木層的物種豐富度表現(xiàn)為公園綠地(3.1)>居住區(qū)綠地(2.5)>道路綠地(1.8)；草本層的物種豐富度表現(xiàn)為公園綠地(2.6)>居住區(qū)綠地(1.7)>道路綠地(1.9)。

從總體上看,Simpson指數(shù)和Shannon-wiener指數(shù)的吻合度較高,不同綠地類型之間的多樣性指數(shù)排序具有很高的一致性,Simpson指數(shù)和Shannon-wiener指數(shù)整體上由高到低依次排序為公園綠地>居住區(qū)綠地>道路綠地。從圖1(b)、圖1(c)可以看出,公園綠地植物群落中各層次多樣性指數(shù)均高于其他綠地類型,主要是受到整體綠化水平和植物群落營造時間的影響,公園綠地植物種類多樣,層次豐富,植物群落穩(wěn)定性較高,受到的干擾較小,因此多樣性指數(shù)最高。居住區(qū)綠地的喬木層和灌木層多樣性指數(shù)較高,而草本層多樣性指數(shù)較低,說明居住區(qū)綠地的草本植物種類比較單調(diào),缺乏多樣性。道路綠地植物群落中各層次多樣性都比較低,這是因為道路綠地植物群落大多數(shù)為喬草結(jié)構(gòu)類型,喬木層主要以單一樹種為主,其他樹種栽植較少,加之道路綠地多受到較多干擾,因此整體豐富度指數(shù)較低。

物種均勻度指數(shù)Pielou是衡量各種類分布均勻程度的重要指標(biāo)。不同綠地類型的植物群落中各層次的物種均勻度存在一定差別,3種不同類型綠地喬木層的物種均勻度存在一定差距,介于0.52～0.70之間(圖1(d)),表現(xiàn)為公園綠地(0.70)>居住區(qū)綠地(0.58)>道路綠地(0.52);灌木層的物種均勻度差異較小,集中在0.44～0.54,表現(xiàn)為公園綠地灌木層(0.54)>居住區(qū)綠地(0.52)>道路綠地(0.44);草本層的均勻度介于0.38～0.48之間,表現(xiàn)為公園綠地(0.48)>(0.34)>(0.38)。

圖1 不同綠地類型植物群落α多樣性指數(shù)

3.3 β多樣性分析

β多樣性主要用來反映不同群落之間物種組成的差異。從群落各層計算結(jié)果來看(表1),公園綠地與居住區(qū)綠地和道路綠地植物群落之間β多樣性均較大,居住區(qū)綠地與道路綠地之間植物群落β多樣性較小,這說明公園綠地植物群落物種組成明顯區(qū)別于居住區(qū)綠地和道路綠地的植物群落。公園綠地與居住區(qū)綠地植物群落各層次之間的相異性系數(shù)介于0.31～0.39,其喬木層之間的相異性系數(shù)最大,到達(dá)0.39；灌木層次之,相異性系數(shù)為0.35；草本層之間的相異性系數(shù)最小,只有0.31。這說明公園綠地與居住區(qū)綠地之間共有的喬木種類較少,草本之間的種類數(shù)量相差較小。公園綠地與道路綠地植物群落各層次之間的相異性系數(shù)介于0.33～0.40之間,喬木層為0.40,灌木層是0.37,草本層為0.33。與居住區(qū)綠地相比,公園綠地與道路綠地各層次之間的相異性系數(shù)差距更大,表明道路綠地的物種種類較為單一,尤其是喬木層,主要是因為鄭州市道路綠地喬木種類多局限于懸鈴木、國槐、白蠟、雪松等樹種。居住區(qū)綠地與道路綠地植物群落喬木層、灌木層和草本層之間的相異性系數(shù)依次為0.22,0.17,0.17。與公園綠地和居住區(qū)綠地、道路綠地植物群落各層次之間的相異性系數(shù)相比,居住區(qū)綠地與道路綠地各層次之間的相異性系數(shù)差距較小,由此表明這兩種綠地類型在物種組成上比較相似,植物種類的選擇上比較一致,缺乏豐富性。

表1 不同綠地類型植物群落β多樣性指數(shù)Tab.1 β diversity index of gardening plant community in different urban green space types

4 結(jié)論與建議

1) 在對鄭州城市園林植物群落樣地調(diào)查中可知,植物種類共計186種,隸屬于73科133屬。其中,公園綠地喬木層、灌木層和草本層物種α多樣性均高于居住區(qū)綠地和道路綠地居住區(qū)綠地次之,道路綠地最低,表明公園綠地各層次的物種豐富度和均勻度較高。此外,公園綠地與居住區(qū)綠地和道路綠地之間的相異性系數(shù)均較大,居住區(qū)綠地和道路綠地之間的相異性系數(shù)較小,表明在公園綠地與居住區(qū)綠地和道路綠地物種組成上差距較大,而居住區(qū)綠地和道路綠地在物種組成上則比較相似。

2) 植物群落的質(zhì)量影響著城市綠地的整體景觀效果,同時也影響著綠地系統(tǒng)的景觀穩(wěn)定性和生態(tài)效益的發(fā)揮。本次調(diào)查結(jié)果表明,與公園綠地和居住區(qū)綠地相比,道路綠地植物群落的物種豐富度最低,群落結(jié)構(gòu)大多以簡單的喬、灌、草模式出現(xiàn),甚至出現(xiàn)了只有喬木單層結(jié)構(gòu)的植物配置,過于單一。建議豐富城市園林植物群落垂直結(jié)構(gòu)層次,尤其應(yīng)加強(qiáng)草本層植物的配置,可以選用一些適應(yīng)性強(qiáng)、觀賞效果好的草本花卉作為地被植物,如紫花地丁、蔥蘭、八寶景天等,既能降低養(yǎng)護(hù)成本,又能營造出色彩絢麗、造型豐富的綠化景觀。

3) 在城市園林綠地植物群落設(shè)計中,往往過于強(qiáng)調(diào)某一綠地或某一空間的物種豐富度而忽略整體空間的物種多樣性,使得降低了整體的景觀效果和生態(tài)效益。因此建議豐富園林植物種類,可以加大鄉(xiāng)土植物的運(yùn)用,既符合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件,也容易形成穩(wěn)定、抗性高的高質(zhì)量植物群落景觀。在此基礎(chǔ)上植物景觀設(shè)計要大膽創(chuàng)新,充分結(jié)合綠地周圍的環(huán)境,利用綠地的立地條件,運(yùn)用多樣的植物素材創(chuàng)造出特色突出、景觀優(yōu)美、和諧統(tǒng)一的植物景觀。此外還應(yīng)注重對彩葉樹種以及觀花、觀果、觀枝干等觀賞種類植物的運(yùn)用,目前應(yīng)用的色葉樹種種類較為單一,主要集中于紫葉李、紅葉石楠、銀杏等樹種種類,所以說城市中以展現(xiàn)四時變化、絢爛多彩的植物風(fēng)貌的季相景觀設(shè)計尚待落以實處[14]。

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