福州沙灘公園植物群落與綠量相關(guān)性分析*

鄭俊鳴　方　笑　朱雪平　朱丹丹　鄧傳遠(yuǎn)

福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院　福州　350002

福州沙灘公園植物群落與綠量相關(guān)性分析*

鄭俊鳴方笑朱雪平朱丹丹鄧傳遠(yuǎn)

福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院福州350002

摘要：通過(guò)樣方調(diào)查將福州沙灘公園木本植物群落劃分為8種類(lèi)型，應(yīng)用生態(tài)學(xué)方法計(jì)算24個(gè)群落的特征值和群落三維綠量，通過(guò)逐步回歸分析各群落特征值與群落三維綠量的關(guān)系，確定影響群落三維綠量的主要因素。結(jié)果表明，群落喬木層平均冠高、優(yōu)勢(shì)種平均樹(shù)高、喬木層平均胸徑和Shannon-Winner多樣性指數(shù)是影響三維綠量的主要因子。另外，公園中的8種人工群落喬灌層結(jié)構(gòu)不盡合理，層次不夠明顯，公園綠化的植物種類(lèi)較單一，物種豐富度較低。

關(guān)鍵詞：植物群落，影響因子，三維綠量，沙灘公園，福州

城市公園綠地具有娛樂(lè)、休憩、觀(guān)賞的功能，在降低城市熱島效應(yīng)、減弱噪音、凈化空氣以及改善水體質(zhì)量和為動(dòng)物提供棲息環(huán)境等方面具有顯著作用[1-3]。城市公園綠化不僅僅注重美觀(guān)性，更應(yīng)注重生態(tài)功能及生態(tài)效益。而城市公園的生態(tài)效益與其擁有的綠量顯著相關(guān)[4-5]。相比于二維的綠量指標(biāo)(如綠地率、綠地面積)，三維綠量更能反映綠地植物群落的空間結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生的生態(tài)效益[6]。目前，用于評(píng)價(jià)三維綠量的方法有很多，如葉面積綠量測(cè)算法[7]、實(shí)地測(cè)量估算單株樹(shù)木的綠量和應(yīng)用遙感技術(shù)估算綠量[8]。相比之下實(shí)地測(cè)量相對(duì)簡(jiǎn)單方便準(zhǔn)確。劉常富等[6]提出了實(shí)地測(cè)量樣地內(nèi)單株植物三維綠量的計(jì)算公式。眾多研究將其應(yīng)用于城市公園[9]、城市道路綠化[10]、療養(yǎng)院人工綠地[11]、河岸植被[12]的研究中。不同研究表明，不同樣地群落結(jié)構(gòu)指標(biāo)對(duì)三維綠量的貢獻(xiàn)不同[9-12]。本文運(yùn)用實(shí)地測(cè)量方法計(jì)算福州沙灘公園植物群落三維綠量，分析樣地內(nèi)群落的結(jié)構(gòu)，同時(shí)探討影響其植物群落三維綠量的主要因素，在此基礎(chǔ)上提出提高綠地三維綠量、改善綠地功能的建議，為城市公園綠地群落構(gòu)建及經(jīng)營(yíng)提供參考。1 研究地概況

福州沙灘公園位于妙峰山西側(cè)、金山寺東側(cè)(東經(jīng)119°13′，北緯26°04′)的沙灘，一面臨水、一面緊臨三環(huán)路，總面積約20.3 hm2[3]。福州屬于典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫為17.8 ℃，最冷月平均氣溫最低值為10.2 ℃(1月)，最高值為28.5 ℃(7月)，年平均降水量1 348.8 mm，年平均日照1 755.4 h[13]。主要植被類(lèi)型為常綠闊葉林，主要樹(shù)種有馬尾松、米櫧、羅浮栲、福建青岡等。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查及群落特征值計(jì)算

本文采用樣地調(diào)查法，在全面踏查的基礎(chǔ)上，選擇具有代表性的樣地設(shè)置8個(gè)樣方，樣方面積20 m×20 m。調(diào)查于2015年4月中旬進(jìn)行，喬木及單株灌木采用每木調(diào)查，密栽的灌木、地被植物記錄物種名、面積以及高度，草本植物在樣方內(nèi)按對(duì)角線(xiàn)設(shè)5個(gè)小樣方調(diào)查(1 m×1 m)。依據(jù)樹(shù)木高度將群落分為3層(1～4 m，4～8 m，8～25 m。群落特征值計(jì)算公式如下[14]：

(1)

(2)

(3)

E=H/lnS

(4)

(5)

(6)

在上述公式中，DG為Gleason豐富度指數(shù)，DM為Margalef豐富度指數(shù)，H為Shannon-Winner指數(shù)，E為Pielou均勻度指數(shù)，D為Simpson多樣性指數(shù)，IV為喬木層重要值，S表示物種數(shù)目，ni表示第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)目，Ni表示群落內(nèi)個(gè)體總數(shù)。

2.2 影響因子與三維綠量關(guān)系的分析

采用SPSS19.0逐步回歸分析建立群落三維綠量與23個(gè)群落結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)的關(guān)系，分析影響群落三維綠量的主要因子。23個(gè)群落結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)為喬木層Gleason豐富度指數(shù)(X1)，喬木層Margalef豐富度指數(shù)(X2)，喬木層Simpson指數(shù)(X3)，喬木層Shannon-wiener多樣性指數(shù)(X4)，喬木層Pielou均勻度指數(shù)(X5)，喬木層平均樹(shù)高(X6)，喬木層平均胸徑(X7)，喬木層平均冠幅(X8)，喬木層平均胸高斷面積(X9)，胸高斷面積(X10)，優(yōu)勢(shì)種平均樹(shù)高(X11)，優(yōu)勢(shì)種平均胸徑(X12)，優(yōu)勢(shì)種平均冠幅(X13)，優(yōu)勢(shì)種胸高斷面積(X14)，復(fù)層數(shù)(X15)，蓋度(X16)，喬灌比(X17)，灌木層Gleason豐富度指數(shù)(X18)，灌木層Margalef豐富度指數(shù)(X19)，灌木層Simpson指數(shù)(X20)，灌木層Shannon-wiener多樣性指數(shù)(X21)，灌木層Pielou均勻度指數(shù)(X22)，喬木層平均冠高(X23)。

三維綠量是城市綠化指標(biāo)體系的第一個(gè)立體指標(biāo)[7]，計(jì)算用單位體積法。先判斷植物冠形，分別選擇相對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式按冠幅與冠高計(jì)算樹(shù)冠體積[6]以及灌木和草坪的綠量[11]。三維綠量為喬木層、灌木層和草本層的綠量總和。

3 研究結(jié)果及其分析

3.1 植物群落主要樹(shù)種組成

樣方內(nèi)共48種植物，喬木21種，灌木16種，草本11種。喬灌草種類(lèi)比例約為4∶3∶2。喬木層以香樟(Cinnamomumcamphora)、桂花(Osmanthusfragrans)、美麗異木棉(Ceibaspeciosa)，灌木層以三角梅(Bougainvilleaspectabilis)、琴葉珊瑚(Jatrophaintegerrima)、紅葉石楠(Photinia×fraseri)，草本層以馬尼拉草(Zoysiamatrella)出現(xiàn)頻率較高。從植物色彩分析，喬木層植物搭配上缺少彩葉和秋色葉植物；灌木層和草本層則彩葉和秋色葉植物相對(duì)較多，如紅花檵木(Loropetalumchinensevar.rubrum)、三角梅、紅葉石楠、紅龍草(Alternantherabrasiliana)、金葉石菖蒲(Acorusgramineus)。

沙灘公園內(nèi)的主要植物物種組成及其重要值見(jiàn)表1。重要值較高的喬木有香樟、樸樹(shù)(Celtissinensis)、桂花、美麗異木棉等，灌木有紅葉石楠、毛杜鵑(Rhododendron×pulchrum)、三角梅、琴葉珊瑚等，草本層以馬尼拉草、狼尾草(Pennisetumalopecuroides)、金葉石菖蒲、紫御谷(Pennisetumglaucum‘Purple Majesty’)重要值相對(duì)較高。

表1　沙灘公園主要物種組成及重要值

3.2 群落結(jié)構(gòu)及其多樣性

依據(jù)群落組成種的重要值，統(tǒng)計(jì)出相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種[4]，可將公園群落劃分為8種類(lèi)型(表2)，各群落特征值及三維綠量見(jiàn)表3。從表3可知，喬木層Gleason指數(shù)為0.15～0.57，Margalef指數(shù)為0.33～1.50，Simpson指數(shù)為0.78～0.94，Shannon-wiener指數(shù)為0.60～0.85，Pielou指數(shù)為0.67～0.92；灌木層Gleason指數(shù)為0.33～1.50，Margalef指數(shù)為1.82～3.91，Simpson指數(shù)為0.49～0.77，Shannon-wiener指數(shù)為0.68～1.69，Pielou指數(shù)為0.64～0.99。數(shù)據(jù)表明，不同群落、不同的層次其植物多樣性指數(shù)會(huì)有較大差異。其中，類(lèi)型2的喬木層和灌木層Gleason指數(shù)、Margalef指數(shù)、Simpson指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)較大，Pielou指數(shù)也較大，表明該群落的植物種類(lèi)相對(duì)豐富。

表2　植物群落結(jié)構(gòu)

表3　各類(lèi)型植物群落結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)與三維綠量

A為喬木層Gleason指數(shù)，B為喬木層Margalef 指數(shù)，C為喬木層Simpson 指數(shù)，D為喬木層Shannon-winner指數(shù)，E為喬木層Pielou指數(shù)，F(xiàn)為喬木層平均冠幅，G為喬木層平均胸徑，H為喬木層平均樹(shù)高，I為喬木層平均胸高斷面積，J為喬木層胸高斷面積，K為優(yōu)勢(shì)種平均樹(shù)高，L為優(yōu)勢(shì)種平均胸徑，M為優(yōu)勢(shì)種平均冠幅，N為優(yōu)勢(shì)種胸高斷面積，O為復(fù)層數(shù)，P為蓋度，Q為喬灌比，R為灌木層Gleason指數(shù)，S為灌木層Margalef指數(shù)，T為灌木層Simpson指數(shù)，U為灌木層Shannon-winner指數(shù)，V為灌木層Pielou指數(shù)，W為喬木層平均冠高，X為三維綠量；H、I、K、L、M、P的單位為m2，H、G、J、K的單位為m。

3.3 三維綠量方程模擬

對(duì)描述植物群落結(jié)構(gòu)的23個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)及三維綠量數(shù)據(jù)進(jìn)行單個(gè)樣本K-S檢驗(yàn)，結(jié)果表明，24組數(shù)據(jù)的顯著度均大于0.05，即服從正態(tài)分布。對(duì)23個(gè)群落結(jié)構(gòu)指標(biāo)數(shù)據(jù)與三維綠量數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸分析，模擬方程見(jiàn)表4。喬木層平均冠高、優(yōu)勢(shì)種樹(shù)高、喬木層Shannon-winner指數(shù)、喬木層平均胸徑4個(gè)因子對(duì)三維綠量具有顯著影響。回歸結(jié)果表明，喬木層平均冠高對(duì)植物群落的三維綠量的貢獻(xiàn)最大。在獲得的4個(gè)模擬方程中，R2為0.998，擬含優(yōu)度較高，表明通過(guò)喬木層平均冠高、優(yōu)勢(shì)種樹(shù)高、喬木層Shannon-winner指數(shù)、喬木層平均胸徑4個(gè)指標(biāo)來(lái)預(yù)測(cè)人工植物群落三維綠量比較吻合。其他因子雖然與綠量模擬相關(guān)性不顯著，卻對(duì)群落結(jié)構(gòu)具有一定的指示作用。

表4　基于所有因子的三維綠量模擬方程

4 結(jié)論與建議

福州沙灘公園的植物物種豐富度低，植物配置比較單一化，特別是喬木層植物配置過(guò)于單調(diào)，組團(tuán)樹(shù)種物種少，且出現(xiàn)單種優(yōu)勢(shì)過(guò)于突出的情況。從8個(gè)植物群落中的樹(shù)種分析，香樟，桂花，樸樹(shù)等植物出現(xiàn)在多個(gè)樣方內(nèi)，植物配置缺少豐富的組合和變化。在植物選擇上，彩葉植物與秋色葉喬木應(yīng)用比例少，季相變化不明顯。在植物群落建設(shè)過(guò)程中，適當(dāng)提升喬木物種數(shù)量，提高喬木層豐富度，豐富的植物物種能有效提高群落的穩(wěn)定性，提高綠地的利用率。植物群落配置時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高秋色葉植物，提升群落美景度，增加公園內(nèi)植物群組的觀(guān)賞性。

對(duì)樣地群落的結(jié)構(gòu)特征與三維綠量進(jìn)行方程模擬后發(fā)現(xiàn)，喬木層平均冠高、優(yōu)勢(shì)種樹(shù)高、喬木層Shannon-winner指數(shù)、喬木層平均胸徑4個(gè)指標(biāo)對(duì)三維綠量有影響顯著，且4個(gè)指標(biāo)均為喬木層群落結(jié)構(gòu)因子。在各層植物中，單株常綠喬木的綠量最大[15-16]。喬木層對(duì)三維綠量的貢獻(xiàn)較大，常綠喬木提供綠量最大[17]。實(shí)地測(cè)量喬木綠量就是通過(guò)模擬單株喬木的冠高和冠幅進(jìn)行計(jì)算[6]。群落結(jié)構(gòu)特征雖然對(duì)三維綠量影響不顯著，但對(duì)群落構(gòu)建有一定意義。Shannon-winner多樣性指數(shù)與群落內(nèi)植物物種數(shù)量與種類(lèi)有關(guān)，增加喬木層植物種類(lèi)能提高樣地內(nèi)的林分密度，從而提升三維綠量。在群落的喬木層配置中，選擇胸徑大、冠高的喬木樹(shù)種能有效提高單株喬木的三維綠量。

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Research on Correlation Between Plant Communities and Tridimensional Green Biomass in Fuzhou Beach Park

Zheng JunmingFang XiaoZhu XuepingZhu DandanDeng Chuanyuan

(College of Landscaping, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, Fujian, China)

Abstract:Woody plant communities in the Fuzhou Beach Park were categorized into 8 types through sampling and 24 structural characteristics and tridimensional green biomass in plant communities were investigated with ecological method to determined the influencing factors which influence the tridimensional green biomass by regression analysis of the relationship between the structural characteristics and the tridimensional green biomass of various communities. The result of regression showed that the average crown height, the average height of dominant species, the average of diameter at breast height, and Shannon-winner index are the main influencing factors. Besides, the structure of the 8 types of trees and shrubs was not reasonable with unclear layers. The species richness of the plant communities was low and lack of variations.

Key words:plant community, influencing factor, tridimensional green biomass

收稿日期：2015-12-26

*基金項(xiàng)目：國(guó)家海洋局海洋公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201505009-4)

作者簡(jiǎn)介：鄭俊鳴，碩士研究生，研究方向?yàn)閳@林植物應(yīng)用與生態(tài)，E-mail:282514029@qq.com 通信作者：鄧傳遠(yuǎn)，副教授，研究方向?yàn)閳@林植物應(yīng)用與生態(tài)，E-mail:dengchuanyuan@163.com

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2016.02.010