城市化對(duì)干旱環(huán)境下植物多樣性的影響

李 苗 吉文利

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西 楊凌 712100； 2.西安市雁塔區(qū)綠化隊(duì)，陜西 西安 710000)

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城市化對(duì)干旱環(huán)境下植物多樣性的影響

李 苗1,2吉文利1

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西 楊凌 712100； 2.西安市雁塔區(qū)綠化隊(duì)，陜西 西安 710000)

結(jié)合甘肅環(huán)縣的地理環(huán)境，分析了城區(qū)—城郊—鄉(xiāng)村三個(gè)圈層在東西南北上的植物種類、數(shù)量及分布情況，探討了城市化對(duì)干旱環(huán)境下植物多樣性的影響，提出了一些城區(qū)的綠化建議。

城市化，干旱環(huán)境，植物物種，生物多樣性

生物多樣性作為生態(tài)城市建設(shè)的重要指標(biāo)，關(guān)系著人和自然的和諧發(fā)展。它是人類賴以生存的基礎(chǔ)，和城市的可持續(xù)發(fā)展也密切相關(guān)[1,2]。同時(shí)它也受到人類活動(dòng)的不斷干擾，如土地利用、資源開發(fā)等都在一定程度上對(duì)生物多樣性產(chǎn)生威脅[3]。生物多樣性分為物種多樣性、遺傳多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀多樣性[4]，它與人類和生態(tài)系統(tǒng)的平衡密切相關(guān)，很好地保護(hù)和利用，有利于改善小氣候，維持生態(tài)平衡，促進(jìn)城市的更好發(fā)展。近年來很多學(xué)者以環(huán)境條件相對(duì)良好的地域研究居多，對(duì)惡劣環(huán)境下的地域研究很少[5]。本文以惡劣環(huán)境—環(huán)縣為例，通過比較分析城區(qū)、城郊和鄉(xiāng)村的植物多樣性，揭示了城市化和植物多樣性的變化關(guān)系，為進(jìn)一步加強(qiáng)城市植物多樣性的保護(hù)和利用提供參考，同時(shí)也為今后惡劣環(huán)境下的植物多樣性保護(hù)提供理論借鑒。

1 研究地點(diǎn)和方法

1.1 研究區(qū)域概況

甘肅環(huán)縣西北高、東南低，總面積9 249 km2，地處毛烏素沙漠邊緣的丘陵溝壑區(qū)，山大溝深，地形復(fù)雜，為溫帶大陸性半干旱氣候，多風(fēng)干燥，旱、雹、風(fēng)、凍、蟲五災(zāi)俱全，尤以旱災(zāi)為重。年平均溫度8.7 ℃，7月平均氣溫22.2 ℃，極端最高38.6 ℃；1月平均氣溫-6.3 ℃，極端最低-25.1 ℃。年均降水量300.7 mm，蒸發(fā)量高達(dá)2 000 mm，年無霜期平均133 d，占總天數(shù)45%，年日照2 600 h；全縣人口35.3萬人，其中農(nóng)業(yè)人口32.7萬人，非農(nóng)人口2.6萬人，城區(qū)人口4.1萬人。

1.2 研究方法

1)樣地選擇和設(shè)置。以環(huán)縣城區(qū)為中心，城區(qū)公路為分界線，將環(huán)縣大致劃分為城區(qū)、城郊、鄉(xiāng)村三個(gè)圈層，沿東西南北四個(gè)方向進(jìn)行物種調(diào)查，在城區(qū)共選取15個(gè)樣地，主要包括公園、居住區(qū)、陵園、道路綠化等；城郊和鄉(xiāng)村各選取8個(gè)樣地，涉及到農(nóng)田，道路等，樣地大小選取10 m×10 m。城區(qū)、城郊和鄉(xiāng)村的劃分依據(jù)是：選擇人口聚集，人、車流量均大的繁華地段作為城區(qū)的樣方地點(diǎn)；選擇沒有受到任何工業(yè)和城區(qū)影響的，以農(nóng)田為主的為鄉(xiāng)村樣方地點(diǎn)；選擇在城區(qū)和鄉(xiāng)村之間，受到一定工業(yè)影響的作為城郊的樣方地點(diǎn)，樣地設(shè)置如圖1所示。2)調(diào)查和分析方法。主要調(diào)查各樣方群落的植物組成、群落中不同植物的數(shù)量和種類，采用物種豐富度指數(shù)(S)和Jaccard(J)指數(shù)分別反映物種的豐富程度和相似性[6]，Shannon-Weiner指數(shù)來反映樣地物種多樣性的高低[7]。

物種豐富度指數(shù)(S)：S=出現(xiàn)在樣地中的物種數(shù)；相似性指數(shù)Jaccard(J)：J=c/(a+b-c)；Shannon-Weiner指數(shù)(H):Pi=ni/N。

其中,c為A樣地和B樣地中共有物種；a為A樣地中的物種數(shù)；b為B樣地中的物種數(shù)；Pi為第i個(gè)物種的株數(shù)占所有株數(shù)的比例;S為總的物種數(shù)。

2 結(jié)果和分析

2.1 植物物種組成分析

根據(jù)調(diào)查由城區(qū)到鄉(xiāng)村的樣地中植物種類統(tǒng)計(jì)，區(qū)域內(nèi)共有植物44科86屬135種，喬木52種，占38.5%，灌木40種，占29.6%，草本43種，占31.9%。被調(diào)查中，薔薇科最多，有26種植物；其次是豆科、楊柳科、柏科、木犀科、禾本科、松科、菊科、十字花科、衛(wèi)矛科、無患子科、槭樹科、毛茛科和唇形科，有3種以上植物；錦葵科、榆科、鳶尾科等其余植物僅有1種～2種。

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在城區(qū)中所見的喬木有國槐、旱柳、白蠟、側(cè)柏、白皮松、元寶楓、榆樹等。灌木主要有紫葉小檗、沙地柏、小葉黃楊、紫葉矮櫻、貼梗海棠、多花薔薇等，野生草本物種較少，常見的有蜀葵、馬藺、芍藥、高羊茅、早熟禾等。

2.2 各圈層植物多樣性的差異分析

城區(qū)—城郊—鄉(xiāng)村3個(gè)圈層因?yàn)椴煌瑥?qiáng)度的人類干擾方式，植物多樣性也受到了不同的影響，也顯示出它們不同的生態(tài)功能。

表1 各圈層的相似性指數(shù)

表2 環(huán)縣城區(qū)—城郊—鄉(xiāng)村植物多樣性的差異

由表1可知，各圈層的相似性指數(shù)以作物為最高，灌木層相似性指數(shù)均最低，且在喬木、灌木、草本層均以城郊與鄉(xiāng)村的相似性指數(shù)較高，喬木層以城郊與鄉(xiāng)村的相似性指數(shù)為最高，說明城區(qū)在喬木應(yīng)用上城區(qū)引用了一些外來觀賞物種。

由表2可知，城區(qū)物種最為豐富，為70種；鄉(xiāng)村的物種又相對(duì)高于城郊地區(qū)，分別為53種和37種。其差異主要體現(xiàn)在喬木和灌木上，城區(qū)遠(yuǎn)高于城郊和鄉(xiāng)村，而城郊與鄉(xiāng)村之間差別不大，主要取決于城郊和鄉(xiāng)村在外來物種的引用上幾乎沒有，主要停留在鄉(xiāng)土樹種的自然生長(zhǎng)上。

在草本的數(shù)目上，城區(qū)和城郊接近，而鄉(xiāng)村的明顯高于城區(qū)和城郊，原因是鄉(xiāng)村自然生長(zhǎng)的野生草種豐富，而在城區(qū)和城郊地區(qū)由于城市化對(duì)土壤和氣候的影響導(dǎo)致有些草種生長(zhǎng)不好或者無法生長(zhǎng)。但作物則城區(qū)少于城郊和鄉(xiāng)村，這主要取決于在城區(qū)種植的作物品種相對(duì)單一，而在城郊地區(qū)種植著較多的蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物。

城區(qū)—城郊(15)的共有物種少于城郊—鄉(xiāng)村(17)。存在的差異主要來源于城區(qū)外來的喬灌木的引種；在植物多樣性指數(shù)上，草本的以鄉(xiāng)村為最大，喬木和灌木的均以城區(qū)為最大，作物的則以城郊為最大，以城區(qū)為最小，草本植物以本地的草種為主，在市區(qū)應(yīng)用較少；城區(qū)的喬木和灌木在人均活動(dòng)的影響下，復(fù)雜程度最大，相對(duì)異質(zhì)性高，多樣性也大。

2.3 東西南北方向上植物多樣性的差異分析

表3 環(huán)縣東西南北4個(gè)方向的相似性指數(shù)

表4 環(huán)縣東西南北4個(gè)方向植物多樣性的差異

由表3可知，西部和南部方向的喬木和草本的相似性程度為最高，東部和西部的灌木相似度為最高，作物則北部和西部、南部的相似程度為最高；東部和北部的作物相似程度最低，草本和灌木的東部和南部相似程度均最低，北部和東部的喬木的相似程度為最低。

由表4可知，西與南、北與西、北與南的共有物種數(shù)多于北與東、東與南、東與西，其相似性指數(shù)也顯示出同樣的規(guī)律，而東部和各個(gè)方向的相似性均很低，也可看出東部和西北南的植物多樣性明顯不同，西部的物種豐富度高于其他方向，而東部最低，主要表現(xiàn)在草本植物和作物上。

3 結(jié)論與討論

經(jīng)過調(diào)查分析可得，環(huán)縣植物群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多樣性程度低，其灌木最為明顯；植物的多樣性在不同圈層差異顯著，喬灌草三層結(jié)構(gòu)的圈層相似性指數(shù)均不大于0.5；相同圈層中，除城郊與鄉(xiāng)村的喬木相似性指數(shù)外，其余圈層的相似性指數(shù)最高則均為作物；同一圈層的多樣性指數(shù)，城區(qū)以喬木為最高，城郊以作物為最高，而鄉(xiāng)村以草本植物為最高，但灌木均為最低；在不同區(qū)域，物種多樣性也存在較大差異，相似性指數(shù)均處于0.1～0.6之間，除西部與南部的喬木以外。

由于城市化的影響，使得城區(qū)的喬木多樣性得以提高，但豐富度還是顯現(xiàn)不足，同時(shí)對(duì)于草本植物也造成很大的影響，大量的人類活動(dòng)影響了野生草種的正常生長(zhǎng)，使得城區(qū)的草本多樣性下降，豐富度不夠，不能形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)。而對(duì)于干旱環(huán)境的脅迫，更需要提高綠化植物的多樣性，增加物種的種類和數(shù)量，多選擇一些當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土樹種，避免單一結(jié)構(gòu)引起的各種災(zāi)害，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

4 建議

通過分析，建議對(duì)于城區(qū)的綠化應(yīng)該盡可能將野生草種應(yīng)用到其中，注意保護(hù)；對(duì)于灌木可通過引用一些抗逆性良好的外來物種，同時(shí)保護(hù)當(dāng)?shù)氐膬?yōu)良灌木品種，促進(jìn)綠地的自然化，增加物種多樣性；在干旱環(huán)境的脅迫下，增加群落的穩(wěn)定性和物種多樣性對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境有著不可替代的作用。

現(xiàn)在對(duì)于城市化對(duì)生物多樣性的影響，只停留在發(fā)展環(huán)境良好的區(qū)域，而缺乏對(duì)一些惡劣環(huán)境下區(qū)域生物多樣性的研究，并且研究只僅僅以定性和定量描述為主，故今后可以在分子水平上倡導(dǎo)研究，深入分析城市化對(duì)植物所產(chǎn)生的生理和生化上的影響，為以后從分子水平甚至基因水平上來改善城市化對(duì)生物多樣性的影響以及對(duì)保護(hù)區(qū)域生物多樣性提供理論依據(jù)。

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[2] 沈 波，苗國麗，江曉東，等.寧波城市園林植物多樣性調(diào)查研究[J].福建林業(yè)科技,2011,38(4):134-138.

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The influence of urbanization to plant diversity in arid environment

Li Miao1,2Ji Wenli1

(1.Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China;2.Xi’an Yanta District Greening Team, Xi’an 710000, China)

Combining with the geographical environment of Gansu Huan country, this paper analyzed the plant species, quantity and distribution situation of urban-suburban-rural three ring layers in the four corners of the world, discussed the influence of urbanization to plant diversity in arid environment, put forward the greening suggestions of some urban.

urbanization, arid environment, plant specie, biodiversity

1009-6825(2017)12-0203-03

2017-02-18

李 苗(1987- )，女，在職工程碩士，助理工程師

TU986.1

A