向杏信，王志泰,2，范春苗，鄧國平

(1.貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學(xué) 風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心，貴州 貴陽 550025)

當(dāng)前城市化進(jìn)程速度日益加快，土地利用資源開發(fā)強(qiáng)度越來越大，城市化進(jìn)程所帶來的問題引起眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注[1]，尤其在城市林業(yè)生物多樣性上表現(xiàn)十分明顯[2]。目前城市林業(yè)生物多樣性研究主要集中在植物多樣性[3]、植物群落物種多樣性[4-5]、城市綠地系統(tǒng)多樣性保護(hù)[6]等，并且有向體形小的生物發(fā)展的趨勢，如草本植物多樣性[7-8]、浮游植物多樣性研究[9]等，在城市林業(yè)生物多樣性影響因素方面主要開展了城市化[10]、綠地景觀格局[11]對生物多樣性的影響研究，而在山地城市中涉及生物多樣性的研究主要有生物多樣性保護(hù)規(guī)劃[12]、綠地系統(tǒng)構(gòu)建[13]、景觀格局[14]、城市森林物種多樣性[15]。雖然，關(guān)于城市林業(yè)生物多樣性方面的研究已非常廣泛，但是系統(tǒng)性探究城市林業(yè)植物群落物種多樣性差異性研究并不多見，尤其是針對特殊的喀斯特多山城市的相關(guān)研究鮮見報(bào)道?；诖耍狙芯窟x取山地城市中生態(tài)環(huán)境脆弱的喀斯特山地城市為研究對象，以典型喀斯特山地城市安順市為例，采用生物多樣性理論及其研究方法對喀斯特多山城市綠地植物群落物種多樣性進(jìn)行初步研究，旨在揭示城市生物多樣性的分布規(guī)律及其差異特征，為生物多樣性保護(hù)規(guī)劃提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

安順市(25°21′～26°37′N，105°13′～106°33′E)，位于貴州省中西部，處于長江水系烏江流域和珠江水系北盤江流域的分水嶺地帶，是世界上典型的喀斯特地貌集中地區(qū)，喀斯特地貌占全域總面積84.9%。其平均氣溫在13.2～15.0 ℃，屬于“東部季風(fēng)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)”，四季分明，降水多集中于5—8月，年平均無霜期280 d，年平均相對濕度80%，少日照、低輻射。境內(nèi)大多為亞熱帶巖溶化高原山地，地表山嶺縱橫，孤立山體較多，山體分布散亂無序，且人為開墾的坡耕地較多，土地荒漠化情況嚴(yán)重。本研究選取范圍為安順市主城區(qū)規(guī)劃區(qū)(圖1)，面積為264.61 km2。

圖1 研究區(qū)的地理區(qū)位

1.2 數(shù)據(jù)與資料來源

以安順市2017年P(guān)leiades高分辨率衛(wèi)星影像圖(0.5 m空間分辨率)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，劃定1 000 m×1 000 m網(wǎng)格覆蓋整個研究區(qū)域，選定網(wǎng)格交界處為取樣點(diǎn)，在取樣點(diǎn)上設(shè)置植物群落調(diào)查樣地，通過實(shí)地調(diào)查研究區(qū)內(nèi)樣地植物群落及其物種多樣性來獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在Arc Map 10.2中利用Spatial Analyst Tools → Density → Kernel Density工具，對城市建設(shè)用地面積進(jìn)行核密度分析，間接揭示城市發(fā)展進(jìn)程。

1.3 研究方法

1.3.1 植物群落樣地設(shè)置、調(diào)查及植物群落物種多樣性指數(shù)測定

基于遙感影像，通過空間尺度分析，在整個研究區(qū)劃定1 000 m×1 000 m網(wǎng)格，網(wǎng)格交界處設(shè)取樣點(diǎn)，若取樣點(diǎn)落在建筑、道路等無植物的硬化設(shè)施以及農(nóng)田上，則去除該樣點(diǎn)，共獲得有效取樣點(diǎn)93處(圖1)。在樣點(diǎn)上設(shè)置40 m×40 m的樣地，樣地內(nèi)設(shè)置10 m×10 m喬木樣方4個，每個喬木樣方設(shè)5個4 m×4 m的灌木樣方、5個1m×1m的草本樣方[16]。

采用植物群落社會學(xué)調(diào)查方法[16]獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括調(diào)查記錄物種類型、多度、頻度、株高、冠幅、蓋度(郁閉度)等植被信息，利用手持GPS測量每個樣方的地理坐標(biāo)、海拔、坡向信息。物種多樣性測定采用物種豐富度(S)、Margalef指數(shù)(R)、Shannon-Wiener(H′)指數(shù)、Pielou(J)指數(shù)、Simpson(D)指數(shù)等[17]。計(jì)算公式為：

R=(S-1)/lnN

①

H'=-∑Pilg(Pi)

②

J=H′/lnS

③

D=1-∑Pi2

④

式中：N為總個體數(shù)量；S為總物種數(shù)量；lg為以10為底的對數(shù)；ln為以e為底的自然對數(shù)；Pi=ni/N，ni表示第i個物種的個體數(shù)量。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理

植物群落物種多樣性Margalef指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou指數(shù)及Simpson指數(shù)等數(shù)據(jù)在Excel軟件進(jìn)行整理與處理；植物群落物種多樣性之間的差異性分析在SPSS Statistics 20軟件中實(shí)現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 安順市整體的植物群落物種多樣性

表1結(jié)果表明，安順市中心城區(qū)規(guī)劃區(qū)內(nèi)植物群落物種多樣性4種指數(shù)相較于喀斯特其他地區(qū)[18]均偏低?？λ固厣降爻鞘兄参锷骋虻乇韼r石裸露較高，大多數(shù)植被生長受此影響嚴(yán)重，且安順市正處于快速的城市發(fā)展建設(shè)過程中，區(qū)域內(nèi)植被生態(tài)系統(tǒng)可能受此影響，導(dǎo)致植物群落物種多樣性指數(shù)較低；不同的調(diào)查研究區(qū)域內(nèi)多樣性指數(shù)差距較大，由于某些樣點(diǎn)所在生境被建筑或其他不透水用地所隔離，易造成生態(tài)孤島，且在樣點(diǎn)內(nèi)的植被大多受人為活動干擾，故多樣性指數(shù)比其他未受干擾的樣點(diǎn)低，差異明顯。

表1 安順市植物群落物種多樣性指數(shù)

2.2 不同綠地類型的植物群落物種多樣性

由表2可知，規(guī)劃區(qū)內(nèi)不同綠地類型中植物群落物種多樣性存在有差異性，總體上區(qū)域綠地和公園綠地植物群落物種多樣性指數(shù)值相差不大，且高于附屬綠地、廣場綠地和防護(hù)綠地。這表明區(qū)域綠地受人為活動影響較小，其植物群落物種多樣性指數(shù)較高；附屬綠地、廣場綠地、防護(hù)綠地受人工種植因素影響較大，且大多數(shù)種植模式較為單一，植物多樣性指數(shù)偏低；安順市公園大多為山體公園或依山而建的綜合性公園，人工種植綠化偏少，故其植物多樣性指數(shù)偏高。

表2 不同綠地類型植物群落物種多樣性指數(shù)

2.3 不同方位的植物群落物種多樣性

安順市不同方位之間植物群落物種多樣性指數(shù)存在顯著性差異(表3)，整體上東北、東南方向植物多樣性指數(shù)高于其他區(qū)域，中心城區(qū)與西南區(qū)域植物群落物種多樣性指數(shù)較低。究其原因，中心城區(qū)為政治、經(jīng)濟(jì)、文化的中心，許多植被所在生境人為干預(yù)強(qiáng)烈，而西南區(qū)域大多為連片的村莊與農(nóng)田，故而兩個區(qū)域的植物多樣性較低。

表3 不同方位植物群落物種多樣性指數(shù)

2.4 人工綠地與自然綠地的植物群落物種多樣性比較

由表4可以看出，人工綠地與自然綠地植物群落物種多樣性存在顯著差異，人工綠地中各指數(shù)均低于自然綠地。大多數(shù)人工綠地是建立在美化、防護(hù)和生產(chǎn)等功能之上的，對生物多樣性關(guān)注較少，且大多數(shù)人工綠地種植以喬灌居多，草本植物種類較少且物種單一，并對綠地中的野生雜草進(jìn)行清除等措施，這是人工綠地物種多樣性指數(shù)低于自然綠地的重要原因；在人工綠地與自然綠地的交錯區(qū)域，其植物群落物種多樣性指數(shù)與人工綠地差異不明顯而低于自然綠地，說明人為活動對區(qū)域內(nèi)植物群落的影響是較大的，群落的自然演替受人為干擾影響嚴(yán)重，物種多樣性指數(shù)相對較低。

表4 人工與自然植物群落物種多樣性指數(shù)

2.5 不同海拔的植物群落物種多樣性比較

在不同海拔梯度上植物群落物種多樣性指數(shù)也存在顯著性差異(表5)，海拔1 400 m以上區(qū)域物種多樣性各指數(shù)高于海拔1 400 m以下的區(qū)域。溫度和濕度一般伴隨著海拔變化而改變，因而在一定程度上植物群落結(jié)構(gòu)也會隨之改變，物種多樣性之間存在明顯差異；規(guī)劃區(qū)平均海拔1 102～1 694 m，在海拔較低區(qū)域存在有大量農(nóng)用地和自然山體生境的交界區(qū)域，生境周邊人為活動頻繁，自然植被易受破壞，故植物群落物種多樣性較低。

表5 不同海拔植物群落物種多樣性指數(shù)

2.6 城市發(fā)展對植物群落物種多樣性的影響

因Shannon-Wiener指數(shù)既能反映樣地內(nèi)物種數(shù)量多少，又能表示物種分布的均勻程度[16]，因此選擇Shannon-Wiener指數(shù)與代表城市發(fā)展的建筑核密度作對比分析，結(jié)果如圖2所示。在整體尺度上，建筑核密度較高區(qū)域，植物群落物種多樣性指數(shù)較低。城市的發(fā)展伴隨著建筑的興建與發(fā)展，從而形成人為活動的聚集，由此會對周邊植物生境造成一定的影響而導(dǎo)致其多樣性指數(shù)降低；在建筑核密度較高的中心城區(qū)內(nèi)部也存在植物群落物種多樣性較高的區(qū)域，經(jīng)調(diào)查這些區(qū)域大多為自然山體和山體公園，為提高人居環(huán)境質(zhì)量而建設(shè)，對區(qū)域內(nèi)山體和山體公園生境內(nèi)植被加以保護(hù)，從而使得植物群落物種多樣性指數(shù)較其他建筑核密度高的區(qū)域所受影響較小。

圖2 植物群落物種多樣性和建筑核密度對比

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 喀斯特山地城市植物群落物種多樣性差異性特征

研究結(jié)果表明，喀斯特山地城市林業(yè)生物多樣性受地形地貌特征影響嚴(yán)重，安順市整體植物群落物種多樣性偏低，且在不同區(qū)域差異明顯。安順正處于高速發(fā)展的階段，在城市擴(kuò)張過程中，隨著各種人為的干擾，導(dǎo)致植物群落物種多樣性在不同的空間表現(xiàn)出明顯差異性。整體而言，城市周邊區(qū)域植物群落物種多樣性遠(yuǎn)高于中心城區(qū)，中心城區(qū)由于人口聚集、活動密集且強(qiáng)度較高，使該區(qū)域內(nèi)物種數(shù)量較少，種類越來越簡單，物種組成、分布愈發(fā)不均勻[19-20]，植物群落物種多樣性也較低。比較不同組分下植物群落物種多樣性差異可知，不同組分中多樣性差異明顯，因植物多樣性的影響因素較多，要在多影響因素下維持城市內(nèi)較好的生態(tài)環(huán)境，需要解析其主導(dǎo)因素并協(xié)調(diào)好多方面因素。上述結(jié)果可知，地形地貌等自然條件和人類干擾活動是城市植物群落物種多樣性的主要影響因素，在喀斯特這一特殊地貌環(huán)境背景下，人為活動能對植物群落物種多樣性造成巨大的影響，如何合理的規(guī)劃建設(shè)引導(dǎo)城市的可持續(xù)健康發(fā)展，減少城市內(nèi)人為活動對自然生境的破壞是亟需解決的一個問題。

3.1.2 喀斯特山地城市植物群落物種多樣性規(guī)劃的探討

本文通過探討城市植物群落物種多樣性特征及其影響因素，旨在為喀斯特山地城市植物群落物種多樣性規(guī)劃提供一定的參考。科學(xué)合理的城市植物群落物種多樣性保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃，有利于城市林業(yè)生物多樣性保護(hù)，能更好的保護(hù)城市的生態(tài)環(huán)境?？λ固卮嗳跎鷳B(tài)系統(tǒng)退化的一個重要驅(qū)動力是強(qiáng)烈的人為活動干擾[21]，由本研究的差異性分析結(jié)果可知，植物群落物種多樣性與城市的發(fā)展有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此在喀斯特山地城市生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)如何協(xié)調(diào)好兩者之間的關(guān)系顯得尤為重要。植物群落物種多樣性保護(hù)規(guī)劃在對物種保護(hù)、緩沖區(qū)構(gòu)建及生態(tài)廊道建立等過程中，對城市內(nèi)部聯(lián)系以及自身的發(fā)展會有一定的影響，規(guī)劃過程中應(yīng)采取相應(yīng)措施以加強(qiáng)各用地之間的聯(lián)系程度，如構(gòu)建生態(tài)型綠道、公共綠地[22]、濕地保護(hù)[23]等。由研究結(jié)果可知：中心城區(qū)內(nèi)部也出現(xiàn)有植物群落物種多樣性較高的區(qū)域，大多為鑲嵌于建成區(qū)的自然山體和山體公園中，這是因?yàn)樵诎岔樈ㄔO(shè)國家園林城市中，對城市內(nèi)部的自然山體及山體公園規(guī)劃保護(hù)措施得當(dāng)，自然山體與山體公園生境受干擾程度較低。由此可見，在山地城市中，城市空間發(fā)展適應(yīng)于自然山水條件的引導(dǎo)和制約[24]，深入分析遺存于城市建成區(qū)內(nèi)自然山體植物群落物種多樣性較高的機(jī)理，在城市擴(kuò)張過程中合理控制人為活動對自然山體的干擾，并對山體周圍劃定保護(hù)范圍，盡可能地保護(hù)城市內(nèi)的生態(tài)環(huán)境。

3.2 結(jié)論

安順市植物群落物種多樣性指數(shù)偏低，且在不同區(qū)域內(nèi)多樣性指數(shù)差異較大。不同綠地類型、不同方位等條件下植物群落物種多樣性差異性明顯，植物物種多樣性指數(shù)由高到低為的順序?yàn)椋簠^(qū)域綠地、公園綠地、附屬綠地、防護(hù)綠地、廣場綠地；空間分布上城市化較為發(fā)達(dá)的中心區(qū)和西南方位上植物物種多樣性較低，東北方位最高；自然綠地的植物群落物種多樣性高于人工綠地和半人工、半自然綠地；海拔1 400 m以上區(qū)域植物物種多樣性高于海拔1 400 m以下區(qū)域。規(guī)劃區(qū)內(nèi)建筑核密度較高區(qū)域植物群落物種多樣性指數(shù)一般較低。在城市擴(kuò)張過程中盡量減少人為活動對山體的干擾，通過采取相應(yīng)措施來調(diào)節(jié)人類活動與自然環(huán)境之間的關(guān)系，如合理構(gòu)建生態(tài)廊道等，加強(qiáng)不同用地類型間的內(nèi)在聯(lián)系，使城市綠地成為一個有機(jī)的生態(tài)系統(tǒng)以有利于維持和發(fā)展城市生物多樣性。