楊 霞, 谷永麗, 臧德奎
(1.云南藝術(shù)學(xué)院設(shè)計(jì)學(xué)院,云南昆明 650500;2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,山東泰安 271018)
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城市綠地植物物種多樣性評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建
楊 霞1, 谷永麗1, 臧德奎2*
(1.云南藝術(shù)學(xué)院設(shè)計(jì)學(xué)院,云南昆明 650500;2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,山東泰安 271018)
城市生物多樣性評(píng)價(jià)越來(lái)越受到國(guó)際社會(huì)重視,但現(xiàn)有評(píng)價(jià)指標(biāo)和體系都是針對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的,缺乏城市綠地生物多樣性評(píng)價(jià)的指標(biāo)和體系。文章針對(duì)城市植物物種多樣性特點(diǎn),首次引入物種飽和度指數(shù)、品種豐富度指數(shù)等指標(biāo),細(xì)化物種豐富度指數(shù)、物種相對(duì)豐度指數(shù)等指標(biāo),擬通過指標(biāo)權(quán)重研究,以基于6個(gè)一級(jí)指標(biāo)和若干二級(jí)指標(biāo)的植物物種多樣性指數(shù)(PSDI)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行城市綠地生物多樣性評(píng)價(jià),為城市生物多樣性規(guī)劃提供理論指導(dǎo)。
生物多樣性;城市綠地;評(píng)價(jià)體系;物種飽和度指數(shù);品種豐富度指數(shù);植物物種多樣性指數(shù)
生物多樣性(Biodiversity)是地球上所有植物、動(dòng)物和微生物與環(huán)境形成的生態(tài)復(fù)合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過程的總和,是人類賴以生存和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ),是生態(tài)安全的保障。當(dāng)今世界面臨的人口、糧食、資源、環(huán)境、能源五大危機(jī),無(wú)一不與生物多樣性存在著直接或間接關(guān)系。但是,作為人類生存基礎(chǔ)的生物多樣性受到越來(lái)越嚴(yán)重威脅[1-4 ]。1992年在聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展會(huì)議上通過的《生物多樣性公約》(Convention on Biological Diversity),為保護(hù)生物多樣性、持續(xù)利用自然資源提供了一個(gè)綜合而全面的法律框架。由于生境喪失、不合理利用與過度開發(fā)、外來(lái)物種入侵以及氣候變化等原因,我國(guó)生物多樣性喪失的問題變得十分突出,一些特有動(dòng)植物和重要經(jīng)濟(jì)動(dòng)植物的原有分布生境迅速萎縮。據(jù)《中國(guó)物種紅色名錄》[5]估計(jì),我國(guó)裸子植物受威脅的比例為69.91%,近危的比例為21.23%,被子植物受威脅比例以及近危的比例則分別為86.63%和7.22%。因此,加強(qiáng)我國(guó)生物多樣性的保護(hù)和管理顯得十分緊迫。
相對(duì)于自然生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性保護(hù)而言,隨著城市人口的不斷膨脹,城市生物多樣性(Urban Biodiversity)問題更為緊迫。2001年5月,國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)城市綠化建設(shè)的通知》提出“要加強(qiáng)城市綠地系統(tǒng)生物多樣性的研究,特別要加強(qiáng)區(qū)域性物種保護(hù)與開發(fā)的研究”;2002年11月,建設(shè)部發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)城市生物多樣性保護(hù)工作的通知》,要求加強(qiáng)生物多樣性的研究,積極開展生物資源(特別是鄉(xiāng)土物種和瀕危物種)和生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查、生態(tài)環(huán)境及物種變化的監(jiān)測(cè)。2010年9月,為落實(shí)《生物多樣性公約》的相關(guān)規(guī)定,進(jìn)一步加強(qiáng)生物多樣性保護(hù)工作,我國(guó)制定了“中國(guó)生物多樣性保護(hù)戰(zhàn)略與行動(dòng)計(jì)劃”(2011-2030年)(環(huán)發(fā)[2010]106號(hào)),確定了未來(lái)20年生物多樣性保護(hù)的10個(gè)優(yōu)先領(lǐng)域及30個(gè)優(yōu)先行動(dòng),其中涉及城市生物多樣性,如城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域生物多樣性保護(hù)與利用規(guī)劃和示范工程、城市園林中遷地保護(hù)的生物物種資源調(diào)查與編目等,并將“開展生物多樣性綜合評(píng)估”作為行動(dòng)計(jì)劃的重要內(nèi)容。
1.1 生物多樣性評(píng)價(jià)指標(biāo)研究開展生物多樣性評(píng)價(jià)是衡量生態(tài)系統(tǒng)是否健康的重要步驟,是認(rèn)識(shí)生物多樣性的現(xiàn)狀與動(dòng)態(tài)變化過程的有效途徑。1943年英國(guó)統(tǒng)計(jì)與遺傳學(xué)家Fisher首先提出“物種多樣性”一詞,此后,廣泛開展了有關(guān)生物多樣性的研究,并從定性研究逐步轉(zhuǎn)向定量研究,出現(xiàn)了多種度量群落物種多樣性的指標(biāo),如多種豐富度指數(shù)(Patrick指數(shù)、Margalef指數(shù)等)、多樣性指數(shù)(Simpson指數(shù)、Shannon-Weiner指數(shù)等)、均勻度指數(shù)等[6-11]。這些指數(shù)多數(shù)以概率論和信息論為基礎(chǔ),用來(lái)度量群落中的物種數(shù)、總個(gè)體數(shù)和物種分布均勻性。
從20世紀(jì)90年代起,國(guó)際上開始逐步重視生物多樣性評(píng)價(jià)指標(biāo)研究。Reid等[12]于1993年提出了一套由20多個(gè)指標(biāo)組成的生物多樣性評(píng)價(jià)體系,旨在建立地方、國(guó)家、區(qū)域和全球水平生物多樣性現(xiàn)狀評(píng)價(jià)框架,幫助規(guī)劃者建立優(yōu)先保護(hù)領(lǐng)域以指導(dǎo)生物多樣性保護(hù)決策;Bosch等[13]1997年提出的評(píng)價(jià)體系包含了65個(gè)指標(biāo);Undp[14]則提出了包含33個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系。于2004年召開的《生物多樣性公約》第7次締約方大會(huì)確定了8個(gè)生物多樣性評(píng)價(jià)指標(biāo),以評(píng)價(jià)2010年目標(biāo)的實(shí)施進(jìn)展[15-16];2005年1月,歐洲環(huán)境局啟動(dòng)了“整合歐洲2010年生物多樣性指標(biāo)(SEBI2010)”的泛歐洲合作項(xiàng)目,旨在國(guó)家、泛歐洲、全球水平上盡量建立一致的生物多樣性指標(biāo),評(píng)價(jià)2010年目標(biāo)的實(shí)施進(jìn)展[17]。
我國(guó)從20世紀(jì)90年代開始研究生物多樣性評(píng)價(jià)指標(biāo)。1994年,錢迎倩[3]論述了生物多樣性的測(cè)度指標(biāo);其后,史作民等[18]就區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)多樣性提出了6項(xiàng)評(píng)價(jià)原則和一套包括多樣性、特有性、代表性、稀有性、穩(wěn)定性、自然性、保護(hù)價(jià)值、可接近度、人類干擾、自然災(zāi)害和保護(hù)現(xiàn)狀等指標(biāo)的分層次評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;張崢等[19]提出了以多樣性、代表性、自然性、穩(wěn)定性和人類威脅等指標(biāo)組成的濕地生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;曾志新等[20]基于遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性3個(gè)層次,從多樣性、稀有性、瀕危性、穩(wěn)定性、干擾性等方面初步提出了一套評(píng)估生物多樣性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境保護(hù)部于2007年啟動(dòng)了全國(guó)性的生物多樣性評(píng)價(jià)試點(diǎn)工作,采用野生維管束植物豐富度、野生高等動(dòng)物豐富度、生態(tài)系統(tǒng)類型多樣性、物種特有性、受威脅物種豐富度、外來(lái)物種入侵度6個(gè)指標(biāo)對(duì)各省域的生物多樣性進(jìn)行評(píng)價(jià)[21]。此外,丁暉等[22]在總結(jié)前人研究基礎(chǔ)上,針對(duì)大尺度下生物多樣性評(píng)估建立了評(píng)價(jià)體系和方法,并以四川和云南為案例,進(jìn)行了示范評(píng)估。
1.2 城市生物多樣性評(píng)價(jià)研究現(xiàn)有的生物多樣性評(píng)價(jià)體系都是針對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng),而且大多數(shù)是基于國(guó)家或省區(qū)范圍而采用的。對(duì)于城市環(huán)境而言,生物多樣性評(píng)價(jià)研究一直處于滯后狀態(tài),目前尚無(wú)適宜的評(píng)價(jià)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)關(guān)于城市生物多樣性的研究,多數(shù)為生物多樣性保護(hù)的一般性論述[23-25],或者完全采用自然生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法對(duì)城市群落的生物多樣性進(jìn)行評(píng)價(jià),或者針對(duì)城市環(huán)境的景觀多樣性進(jìn)行探討[26-31],不能真正反映城市生物多樣性,尤其是最為關(guān)鍵的物種多樣性的實(shí)際。因此,雖然城市生物多樣性調(diào)查和保護(hù)在我國(guó)部分地區(qū)也取得一些經(jīng)驗(yàn),但仍很不完善。由新加坡提出的“新加坡城市生物多樣性指數(shù)”是首個(gè)用以衡量城市、國(guó)家級(jí)別以下區(qū)域或地方政府在保護(hù)生物多樣性方面所做努力的工具。該指數(shù)分為3大類指標(biāo):城市本土生物多樣性、所提供的相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、相關(guān)城市治理及管理,具體衡量標(biāo)準(zhǔn)23項(xiàng),包括自然地區(qū)占城市面積的比例、休閑及教育服務(wù)、淡水服務(wù)以及生態(tài)多樣性等項(xiàng)目。不過,該指標(biāo)主要用于評(píng)估管理層對(duì)生物多樣性保護(hù)所做的努力,從城市生物多樣性科學(xué)評(píng)價(jià)的角度,并不適宜,而且過于宏觀。
與自然生態(tài)系統(tǒng)不同的是,城市生態(tài)環(huán)境更為脆弱,城區(qū)擴(kuò)展、城市建設(shè)和舊城改造都不可避免地帶來(lái)城市環(huán)境和景觀的重大變遷。人類在城市建設(shè)過程中,一方面破壞了動(dòng)植物棲息的自然生境,建造了許多新的特化生境,另一方面摒棄了大量原有的鄉(xiāng)土物種,而引進(jìn)了許多外來(lái)物種[32-33],這必然導(dǎo)致城市生物多樣性的嚴(yán)重喪失。城市環(huán)境中,外來(lái)物種入侵或大量外來(lái)物種、栽培品種的應(yīng)用,完全不同于自然生態(tài)系統(tǒng)。因此,城市生物多樣性的評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)與自然生態(tài)系統(tǒng)必然不同。
城市生物多樣性問題越來(lái)越受到國(guó)際社會(huì)的重視,我國(guó)城市化進(jìn)程的快速發(fā)展使得城市生物多樣性研究和保護(hù)更具緊迫性。生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀多樣性4個(gè)層次[3,34 ]。在城市綠地這一特定環(huán)境中,應(yīng)更加注重小尺度下的生物多樣性研究,而其中最為重要的是物種多樣性。物種多樣性是生物多樣性在物種水平上的表現(xiàn)形式,有2方面的含義:①?gòu)姆诸悓W(xué)、系統(tǒng)學(xué)和生物地理學(xué)角度,對(duì)一定區(qū)域內(nèi)物種的狀況進(jìn)行研究;②從生態(tài)學(xué)角度,對(duì)群落的組織水平進(jìn)行研究。目前在生物多樣性評(píng)價(jià)中所稱的物種多樣性一般指前者。而為了反映城市綠地物種多樣性的現(xiàn)狀,對(duì)群落水平的物種組成進(jìn)行測(cè)度和評(píng)價(jià)也是非常重要的。
生物多樣性評(píng)價(jià)指標(biāo),應(yīng)當(dāng)具有科學(xué)性(目的明確、定義準(zhǔn)確,客觀、真實(shí)反映生物多樣性特征)、代表性(最能直接反映生物多樣性本質(zhì)特征)和簡(jiǎn)明性(數(shù)據(jù)容易采集、可操作性強(qiáng))的特點(diǎn)。據(jù)此,參考前人研究生物多樣性使用的評(píng)價(jià)指標(biāo),結(jié)合城市綠地的植物物種多樣性特點(diǎn),提出將物種豐富度指數(shù)(species richness index)、鄉(xiāng)土物種相對(duì)豐度指數(shù)(relative richness index of native species)、物種稀有性指數(shù)(species rareness index)、外來(lái)物種入侵度指數(shù)(invasion degree index of alien species)、物種飽和度指數(shù)(species saturation index)和品種豐富度指數(shù)(cultivar richness index)等作為一級(jí)指標(biāo),并根據(jù)需要設(shè)置若干次級(jí)指標(biāo),通過評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化處理和權(quán)重設(shè)置,采用城市綠地植物物種多樣性指數(shù)(Plant Species Diversity Index, PSDI)來(lái)評(píng)估城市生物多樣性。城市生態(tài)系統(tǒng)中最重要的植物是維管束植物,植物物種多樣性評(píng)估可以主要針對(duì)維管束植物進(jìn)行。
2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)
2.1.1物種豐富度指數(shù)。物種豐富度指數(shù)指被評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)所有維管束植物的物種數(shù)(若存在亞種、變種和變型等種下分類等級(jí),則以這些種下等級(jí)為分類單位),用于表征植物種類多樣性。該指標(biāo)是最古老的物種多樣性測(cè)度方法,可直觀反映被評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)物種多樣性程度。
大尺度自然生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性評(píng)價(jià)一般分為蕨類植物、裸子植物和被子植物3個(gè)次級(jí)指標(biāo)。在城市綠地中,為了更準(zhǔn)確地反映生物多樣性組成,可按照科的組成計(jì)算物種豐富度指數(shù),從而進(jìn)一步細(xì)化次級(jí)指標(biāo)。
2.1.2鄉(xiāng)土物種相對(duì)豐度指數(shù)。對(duì)于自然條件不同的區(qū)域,若僅采用物種豐富度指數(shù),多樣性的可比性不強(qiáng)。鄉(xiāng)土物種相對(duì)豐度指數(shù)能夠反映被評(píng)價(jià)區(qū)在其所處地理區(qū)內(nèi)的代表性和相對(duì)重要性。該指數(shù)指鄉(xiāng)土植物中,各類植物占所在植物區(qū)系物種總數(shù)的比例,過去較少應(yīng)用。
按照植物區(qū)系區(qū)劃,物種相對(duì)豐度指數(shù)的計(jì)算應(yīng)該根據(jù)城市所在的地理位置,按照植物小區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。根據(jù)城市綠地特點(diǎn),該指數(shù)的次級(jí)指標(biāo)可分為喬木、灌木,1、2年生植物和多年生草本植物等,并可將水生植物、草坪草和攀援植物等作為特殊類型列出。
2.1.3物種稀有性指數(shù)。物種稀有性指數(shù)用于評(píng)價(jià)城市綠地(包括植物園、樹木園)中應(yīng)用及保存的珍稀瀕危保護(hù)植物和該區(qū)域(或省)特有植物的數(shù)量,可以設(shè)置國(guó)家級(jí)保護(hù)植物、省級(jí)保護(hù)植物和特有植物等次級(jí)指標(biāo)。在實(shí)際調(diào)查中,應(yīng)重點(diǎn)對(duì)植物園和大型綜合性公園進(jìn)行調(diào)查。國(guó)家級(jí)保護(hù)植物應(yīng)根據(jù)《中國(guó)植物紅皮書》、《中國(guó)珍稀瀕危植物》[35-36]及國(guó)務(wù)院頒布的《國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄》等權(quán)威資料確定。
2.1.4外來(lái)物種入侵度指數(shù)。外來(lái)物種入侵度指數(shù)屬于外來(lái)物種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo),用于表征生態(tài)系統(tǒng)受到外來(lái)物種干擾的程度。該指標(biāo)可分為外來(lái)物種和外來(lái)入侵物種2個(gè)次級(jí)指標(biāo)。外來(lái)物種(alien species)指原產(chǎn)地在中華人民共和國(guó)境外的物種、亞種或更低的分類群。外來(lái)入侵物種(invasive alien species)指可能或已在中華人民共和國(guó)境內(nèi)建立自然種群、威脅或者破壞當(dāng)?shù)丨h(huán)境和生物多樣性的外來(lái)物種[33]。對(duì)外來(lái)入侵物種及所有外來(lái)植物進(jìn)行統(tǒng)計(jì),計(jì)算其占城市植物種類總數(shù)的比例。
2.1.5物種飽和度指數(shù)。物種飽和度指數(shù)是新引入的指標(biāo),期望反映城市實(shí)際的物種多樣性水平與理想狀態(tài)下物種多樣性水平的差距,從而為生物多樣性保護(hù)與管理提供依據(jù)。物種飽和度指數(shù)指組成城市綠地植物群落的物種數(shù)量與發(fā)育良好的自然生態(tài)系統(tǒng)中相應(yīng)群落中物種數(shù)量的比值。群落分類應(yīng)按照《中國(guó)植被》的分類標(biāo)準(zhǔn)[37],以群系為單位。
2.1.6品種豐富度指數(shù)。品種豐富度指數(shù)是新引入的指標(biāo),用于反映組成城市綠地景觀的植物多樣性。從嚴(yán)格意義上說(shuō),該指標(biāo)應(yīng)屬于遺傳多樣性層次,但與自然區(qū)域不同的是,組成城市植物群落和綠地景觀的很多植物是物種內(nèi)的品種,而且很多情況下其原種可能并沒有在城市栽培。
由于植物品種多而復(fù)雜,全面進(jìn)行品種豐富度研究是不現(xiàn)實(shí)的。因此,可以針對(duì)城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃或樹種規(guī)劃中確定的基調(diào)和骨干植物(或樹種),統(tǒng)計(jì)其品種數(shù)量。二級(jí)指標(biāo)的設(shè)置可以分為喬木、灌木、一二年生植物、多年生草本植物等類別。
2.2 數(shù)據(jù)處理和植物物種多樣性指數(shù)計(jì)算
2.2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化處理。調(diào)查和統(tǒng)計(jì)獲得的次級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù),需要經(jīng)過歸一化處理。該評(píng)價(jià)系統(tǒng)選擇的指標(biāo)類型有2種,即效益型指標(biāo)和成本型指標(biāo)。
歸一化方法為:
其中:x、x歸一化分別為歸一化前和歸一化后的評(píng)價(jià)指標(biāo);x最小值、x最大值分別為評(píng)價(jià)單元中該指標(biāo)的最小值和最大值。
2.2.2權(quán)重設(shè)置研究。對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)和次級(jí)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行研究、賦值,用于城市物種多樣性指數(shù)的計(jì)算。指標(biāo)權(quán)重的設(shè)置主要有主觀法(如專家調(diào)查法、層次分析法、循環(huán)評(píng)分法)和客觀法(如熵值法、最小二乘法、最大方差法)2類。
由于生物多樣性評(píng)價(jià)的復(fù)雜性和模糊性,據(jù)前人研究,采用精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)求取評(píng)價(jià)因素的權(quán)重并不適宜[22]。因此,一般可以采用AHP層次分析法(Analytical Hierarchy Process)和專家調(diào)查法,如德爾菲法(Delphi Technique)等進(jìn)行權(quán)重設(shè)置。
2.2.3城市綠地植物物種多樣性指數(shù)(PSDI)計(jì)算。城市綠地植物物種多樣性指數(shù)(PSDI)為各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化后的加權(quán)求和。PSDI = 物種豐富度指數(shù) × 權(quán)重1+ 鄉(xiāng)土物種相對(duì)豐度指數(shù) × 權(quán)重2+ 物種稀有性指數(shù)性 × 權(quán)重3+ 外來(lái)物種入侵度指數(shù) × 權(quán)重4+ 物種飽和度指數(shù) × 權(quán)重5+ 品種豐富度指數(shù) × 權(quán)重6
中國(guó)目前正處于城市化高速發(fā)展時(shí)期,城市生物多樣性保護(hù)和研究在我國(guó)更具有緊迫性和重要性。建設(shè)部《城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃綱要》要求進(jìn)行生物(重點(diǎn)是植物)多樣性保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃,但因缺乏生物多樣性評(píng)價(jià)指標(biāo)和技術(shù)體系,各城市在制定生物多樣性保護(hù)規(guī)劃時(shí)隨意性較大,形成的規(guī)劃文本大多目標(biāo)不明確,可操作性差[38]。同時(shí),在規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)中也需要進(jìn)行生物多樣性評(píng)價(jià)。城市生物多樣性評(píng)價(jià)工作是客觀了解城市生物多樣性現(xiàn)狀及其變化趨勢(shì),科學(xué)開展生物多樣性保護(hù)的基礎(chǔ)工作和重要手段,對(duì)于提高城市生物多樣性保護(hù)的針對(duì)性和有效性,指導(dǎo)城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃、城市生物多樣性規(guī)劃和環(huán)境影響評(píng)價(jià)具有重要價(jià)值。
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Study on the Plant Species Diversity Evaluation System in Urban Green Space
YANG Xia1, GU Yong-li1, ZANG De-kui2*
(1. Arts And Design College, Yunnan Arts University, Kunming, Yunnan 650500; 2. Forestry College, Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018)
In recent years, more and more attention has been paid to urban biodiversity evaluation, but the existing evaluation indicators and systems are all directed to natural ecosystem, and no ones for urban green space. In this paper, the urban plant species diversity index (PSDI), comprised of six first grade indicators and some second grade indicators, is adopted to evaluate plant diversity in urban green space. Considering the characteristics of the urban plant species diversity, two new indexes, the species saturation index and the cultivar richness index, are introduced firstly, and some other indexes such as species richness index and the species relative abundance index are detailed. The study can provide theory basis for urban biodiversity planning.
Biodiversity; Urban green space; Evaluation system; Species saturation index; Cultivar richness index; Plant species diversity index
楊霞(1981- ),女,云南麗江人,講師,從事園林景觀設(shè)計(jì)研究。*通訊作者,教授,碩士生導(dǎo)師,博士,從事觀賞植物和園林植物造景研究。
2014-12-15
S 688
A
0517-6611(2015)04-166-03