鎮(zhèn)江市低影響開發(fā)示范區(qū)植物群落特征與物種多樣性

夏 雯，蘆建國(guó)，景 蕾

（南京林業(yè)大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院，江蘇 南京210037）

隨著城市開發(fā)強(qiáng)度的增大，森林、河流、湖泊等自然斑塊大量消失，綠地缺乏連通性，破碎化程度嚴(yán)重，導(dǎo)致地表徑流系數(shù)劇增，洪澇災(zāi)害及水環(huán)境惡化問(wèn)題隨之而來(lái)［1］。狹義的低影響開發(fā)指在源頭采用小型、分散的技術(shù)維持場(chǎng)地開發(fā)前的水文特征，通過(guò)緩釋、滲透和滯蓄緩解城市徑流、降低城市面源污染的雨洪管理措施［2］。低影響開發(fā)區(qū)指建設(shè)改造過(guò)程中貫徹低影響開發(fā)理念的場(chǎng)地區(qū)域。有關(guān)低影響開發(fā)的研究主要集中在工程技術(shù)、水利工程、城鄉(xiāng)規(guī)劃與市政等方面。TENG等［3］研究發(fā)現(xiàn)：透水鋪裝地面產(chǎn)流時(shí)間超過(guò)10 min，能有效推遲雨水洪峰出現(xiàn)的時(shí)間。CARPENTER等［4］發(fā)現(xiàn)綠色屋頂在降雨較小的情況下會(huì)降低總懸浮物（TSS）濃度，同時(shí)還能防止懸浮物質(zhì)再懸浮和轉(zhuǎn)移。ZANDERS等［5］研究了固體顆粒粒徑對(duì)植草溝去除效能的影響，發(fā)現(xiàn)粒徑小于150 μm的固體顆粒越多，去除率越低。HEFTING等［6］研究表明：木本植被對(duì)氮元素的滯留效果更佳。NAGASE等［7］研究了植物的種類、多樣性及群落結(jié)構(gòu)對(duì)綠色屋頂徑流量的影響，表明草坪減少雨水徑流的效果最顯著，植物的大小、結(jié)構(gòu)、生物量對(duì)綠色屋頂徑流量的控制有顯著的影響。READ等［8］研究發(fā)現(xiàn)：植物能提高雨水去污能力，特別是在氮和磷方面；污染物去除能力的不同取決于物種在根系結(jié)構(gòu)和生理上的差異，以及對(duì)土壤理化和相關(guān)微生物群落的不同影響。黃婉梅［9］基于低影響開發(fā)（LID）設(shè)施結(jié)構(gòu)功能、環(huán)境條件等，總結(jié)了植物選擇和配置要點(diǎn)，并列舉了適生于福州地區(qū)的植物種類。王思思等［10］探討了低影響開發(fā)植物選擇和植物景觀營(yíng)造原則，并通過(guò)清華大學(xué)勝因院、深圳光明新區(qū)等案例說(shuō)明3種設(shè)施類型的植物選擇要求。盡管對(duì)植物在低影響開發(fā)設(shè)施功能效益方面有較多的研究，但針對(duì)植物選擇配置方面的研究甚少。鑒于此，本研究在鎮(zhèn)江市低影響開發(fā)示范區(qū)植物群落調(diào)研的基礎(chǔ)上，探究了低影響開發(fā)技術(shù)設(shè)施中植物選擇和配置模式，以期為長(zhǎng)江三角洲地區(qū)其他城市的低影響開發(fā)綠化建設(shè)提供基礎(chǔ)資料。

1 研究區(qū)自然概況

鎮(zhèn)江（31°37′～32°19′N， 118°58′～119°58′E）位于江蘇省西南部， 處于長(zhǎng)江下游， 寧鎮(zhèn)山脈和長(zhǎng)江三角洲的過(guò)渡帶上。土地總面積38.43萬(wàn)hm2，市區(qū)三面環(huán)山，一面臨水，素有 “城市山林”的美譽(yù)。地勢(shì)以丘陵崗地為主要的地貌特征。市內(nèi)有三山、茅山、西津渡等名勝古跡［11］。鎮(zhèn)江屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，溫暖濕潤(rùn)。市區(qū)平均氣溫為15.6℃，降水量為1 088.2 mm。土壤類型以黃棕壤和水稻土為主。鎮(zhèn)江典型地帶性植被類型為針闊混交林和落葉常綠闊葉混交林，以櫟屬Q(mào)uercus的落葉種類和馬尾松Pinus massoniana為主要建群種［12］。鎮(zhèn)江境內(nèi)有麻櫟Quercus acutissima，白櫟Quercus fabri，黃連木Pistacia chinensis，楓楊Pterocarya stenoptera等落葉闊葉樹種和青岡櫟Cyclobalanopsis glauca，苦櫧Castanopsis sclerophylla，石楠Photinia serrulata，冬青Ilex chinensis等常綠闊葉樹種，外來(lái)引進(jìn)樹種有黑松Pinus thunbergii，鄉(xiāng)土栽培樹種杉木Cunninghamia lanceolata和泡桐Paulownia fortunei等。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

共調(diào)查江蘇大學(xué)、江濱公園、松盛園和金山綠地等48個(gè)樣地（表1），調(diào)查面積為0.727 hm2。示范區(qū)建設(shè)改造內(nèi)容主要有透水鋪裝、雨水花園、生態(tài)濾池、傳輸型草溝等，設(shè)計(jì)目標(biāo)為有效應(yīng)對(duì)30 a一遇降雨、年徑流總量控制率75%、面源污染削減60%。在保證景觀連續(xù)性的前提下，以100 m2標(biāo)準(zhǔn)樣地為主，部分樣地以實(shí)際綠地面積作為景觀單元加以分析［13］。每個(gè)樣地設(shè)置2個(gè)2 m×2 m的灌木樣方和2個(gè)1 m×1 m的草本樣方，共設(shè)樣方204個(gè)，記錄喬木層中胸徑（距地面1.3 m處的樹干直徑）大于4 cm的植物種名、株數(shù)、高度、胸徑、冠幅等信息；灌木層（包含直徑小于4 cm的喬木）植物種名、株數(shù)、高度、蓋度等數(shù)據(jù)；草本層植物種名、蓋度等信息［14］。同時(shí)采用GPS定位，記錄了樣地的經(jīng)緯度、面積、郁閉度。

表1 樣地基本概況Table 1 Basic situation of sample plots

2.2 數(shù)據(jù)處理

植物群落數(shù)量特征是指包含多度、高度、密度、體積等一系列的特征參數(shù)，是近代群落分析方法的基礎(chǔ)［15］。城市綠地植物景觀配置多為單一樣地間的比較，且城市綠地植物群落是人工選擇的結(jié)果，因此本研究不涉及頻度。重要值的計(jì)算并不固定，需視群落實(shí)際情況和易獲取的數(shù)據(jù)而定［16］。（1）重要值。喬木層重要值（IV）=相對(duì)密度+相對(duì)顯著度，灌木層重要值（IV）=相對(duì)密度+相對(duì)投影蓋度，草本層重要值（IV）=相對(duì)投影蓋度。相對(duì)密度=某物種的密度/同一生活型物種的密度之和×100%；相對(duì)顯著度=某物種的胸高斷面積/同一生活型物種的胸高斷面積之和×100%；相對(duì)投影蓋度=某物種的投影面積/同一生活型物種的投影面積之和×100%。（2）物種多樣性指數(shù)。選取Gleason指數(shù)（d），Simpson指數(shù)（D），Shannon-Wiener指數(shù)（H），Pielou指數(shù)（J）來(lái)分析群落物種多樣性，具體計(jì)算公式參考文獻(xiàn)［17-18］。（3）聚類分析。利用SPSS 24.0對(duì)48個(gè)樣地的面積（x1）、物種豐富度（x2）、喬木豐富度（x3）、 喬木高度（x4）、喬木胸徑（x5）、 喬木投影面積（x6）、喬木密度（x7）、 灌木豐富度（x8）、 灌木高度（x9）、 灌木投影面積（x10）、 灌木密度（x11）、 草本豐富度（x12）、 草本投影面積（x13）、 灌喬密度比（x14）、 灌喬投影面積比（x15）等 15 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析和R型因子分析［19］。

3 結(jié)果與分析

3.1 植物科屬分析

在鎮(zhèn)江調(diào)查的48個(gè)植物群落樣地中，共有植物181種，隸屬于74科147屬，分別占江蘇省現(xiàn)有植物科的37.37%，種的7.66%。蕨類植物1科1屬1種，裸子植物6科10屬12種，被子植物67科136屬168種。草本植物種類最多，占物種總數(shù)的36.67%。鄉(xiāng)土植物和外來(lái)植物分別占總數(shù)的46.96%和53.00%。就科而言，含有10種以上的科僅有薔薇科Rosaceae（11屬18種）和菊科Asteraceae（11屬12種），大部分科集中在5種及其以下，其中單種科有38種。5～10種的科包括豆科Leguminosae（7屬8種），木犀科Oleaceae（4屬7種），忍冬科Caprifoliaceae（4屬6種），禾本科Gramineae（8屬8種）和百合科Liliaceae（6屬7種）等7科51屬66種植物。就屬而言，所有屬均分布在5種及其以下，表明屬在組成上具有極高的分散性。

3.2 植物群落數(shù)量特征分析

3.2.1 喬木層 由表2可知：?jiǎn)棠緦又参锕?8種，重要值排名前5的有楓楊、樟樹、全緣葉欒樹、櫻花、銀杏，其重要值分別為27.65%，26.16%，21.76%，16.11%和15.98%。楓楊的重要值最高，雖然在48個(gè)樣地中僅出現(xiàn)過(guò)1次且株數(shù)也較少，但是其生長(zhǎng)多年，平均胸徑高達(dá)54 cm。樟樹的重要值僅次于楓楊，在11個(gè)樣地中出現(xiàn)，頻度為22.92%。全緣葉欒樹的株數(shù)和出現(xiàn)的頻度均為最高，占據(jù)很大的優(yōu)勢(shì)。這些樹種能很好地適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?，植物形態(tài)質(zhì)感或季相景觀較好。

表2 喬木層物種的數(shù)量特征Table 2 Quantitative characteristics of tree layer

3.2.2 灌木層 由表3可知：灌木層植物共42種，重要值排名前5的有紅葉石楠、金森女貞、金絲桃、毛鵑、錦帶花，其重要值分別為40.50%，33.35%，19.17%，17.68%和12.25%。紅葉石楠株數(shù)、頻度等各項(xiàng)指標(biāo)均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。排名前5的灌木重要值之和高達(dá)122.95%，占所有灌木重要值之和的61.48%，這些灌木花葉兼美，響應(yīng)了 “珍貴化、彩葉化”的號(hào)召，豐富了冬季的景觀效果，在城市綠地中常作基礎(chǔ)栽植。

表3 灌木層物種的數(shù)量特征Table 3 Quantitative characteristics of shrubs layer

3.2.3 草本層 由表4可知：草本層植物共17種，重要值排名前5的有狗牙根、鳶尾、麥冬、美人蕉、玉簪，其重要值分別為32.12%，23.04%，8.72%，8.47%和6.74%，其重要值之和高達(dá)80%。在調(diào)研區(qū)中狗牙根作為地表覆蓋層，避免地表裸露，影響植物景觀效果。鳶尾具有較強(qiáng)的耐旱耐濕能力，在樣地中常作林下地被或水邊栽植，是優(yōu)良的水陸兩棲植物。

3.3 植物群落結(jié)構(gòu)因子分析

通過(guò)因子載荷矩陣可明確15個(gè)變量的因子歸屬（表5）。主因子1代表喬木性狀因子，在喬木高度、喬木投影面積、喬木胸徑上有較高的因子載荷。主因子2代表灌喬性狀比值因子，在灌喬密度比、灌喬投影面積比上有較高的因子載荷。主因子3代表灌木多樣性因子，在物種豐富度、灌木豐富度上有較高

表4 草本層物種的數(shù)量特征Table 4 Quantitative characteristics of herb layer

的因子載荷。主因子4代表草本性狀因子，在草本投影面積、草本豐富度上有較高的因子載荷。主因子5代表喬木多樣性因子，在喬木豐富度、喬木密度上有較高的因子載荷。由此可見，鎮(zhèn)江市基于低影響開發(fā)的植物群落信息主要集中在喬木性狀因子、灌喬性狀比值因子、灌木多樣性因子、草本性狀因子以及喬木多樣性因子等5個(gè)因子，這5個(gè)主因子的累積貢獻(xiàn)率高達(dá)80.63%。

表5 R型因子載荷矩陣Table 5 R type factor loading matrix

3.4 植物群落多樣性分析

48個(gè)樣地群落據(jù)植物景觀單元所處的位置分為4類：道路綠地、濱水綠地、節(jié)點(diǎn)綠地和邊緣綠地。綜合而言，邊緣綠地和道路綠地的多樣性指數(shù)較高。由于邊緣區(qū)綠地植物選配與一般性綠地相似，無(wú)需考慮植物耐淹耐旱性，選擇范圍廣，且人為干擾小，喬木層植物種類多為原有綠地保存下來(lái)的植被，植被種類豐富，因此邊緣綠地喬木層多樣性指數(shù)最高，Shannon-Wiener指數(shù)H為1.84～2.46。灌木層多樣性指數(shù)表現(xiàn)為道路綠地＞邊緣綠地＞節(jié)點(diǎn)綠地＞濱水綠地。濱水綠地灌木層植物種類主要集中在紅葉石楠、金森女貞、毛鵑等，以色塊形式大面積栽植，模式單一。其他不同立地位置綠地類型的Gleason指數(shù)d均表現(xiàn)出灌木＞喬木＞草本的一致趨勢(shì)。相比于喬灌，草本層多樣性指數(shù)最低，也再次說(shuō)明了示范區(qū)比較注重喬灌層的景觀效果，忽略了草本景觀的營(yíng)造。草本層各項(xiàng)指數(shù)沒(méi)有表現(xiàn)出一定的規(guī)律（表6）。

表6 各綠地類型的多樣性指數(shù)Table 6 Diversity indexes of each green space type

3.5 群落聚類分析

聚類分析發(fā)現(xiàn)：以喬木層物種重要值為數(shù)據(jù)源的聚類效果不顯著，與實(shí)際情況有一定出入，而以灌木層為依據(jù)能較直觀地反映樣地實(shí)際情況。因此，本研究以灌木層物種重要值為數(shù)據(jù)源進(jìn)行Q型聚類。統(tǒng)計(jì)42種灌木種類，構(gòu)建48×42數(shù)據(jù)矩陣，根據(jù)樣地群落外貌和聚類圖，認(rèn)為選擇歐氏距離d=10時(shí)能真實(shí)反映樣地群落灌木層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。當(dāng)d=10時(shí)，可將48個(gè)樣地主要?jiǎng)澐譃橐韵?個(gè)類型（圖 1）。①包括 2， 5， 9，10，12，14， 19， 22， 24， 25， 26， 35， 36， 38， 48等15個(gè)樣地。當(dāng)d=10時(shí)，聚類結(jié)果在一定程度上還不明朗。當(dāng)d=5時(shí)，聚類結(jié)果較理想， 樣地 2， 5， 9， 12， 19， 22， 26， 36，38聚為一類，該類型樣地灌木層均缺失。樣地24，25聚為一類，該類灌木層以海桐Pittosporum tobira為優(yōu)勢(shì)種。樣地 10，14，35，48各自聚為一類。②包括1，3，8，16，29，31，34、41等8個(gè)樣地。該類型灌木層優(yōu)勢(shì)種是紅葉石楠，重要值都在120%以上，伴生植物有桂花。該群落物種豐富、觀賞性高。③包括11，15，18，27，28，47等6個(gè)樣地。金森女貞是該類型的優(yōu)勢(shì)種，伴生植物有南天竹，梔子Gardenia jasminoides，結(jié)香Edgeworthia chrysantha，茶梅Camellia sasanqua等觀花觀葉灌木。該群落季相景觀變化明顯，觀賞價(jià)值高，在示范區(qū)綠地中可大面積推廣應(yīng)用。④包括23，33，39，40，46樣地。灌木層優(yōu)勢(shì)種為毛鵑，重要值高達(dá)100%以上。桂花和紅楓Acer palmatum為該類型的次優(yōu)勢(shì)種，除樣地46外，其他樣地均位于江濱公園，立地條件較為相似。該群落灌木層物種豐富，群落結(jié)構(gòu)相近。⑤包括7，20，45樣地。該類型是以金絲桃為優(yōu)勢(shì)種的代表類群。金絲桃耐半陰，樟樹、全緣葉欒樹為金絲桃生長(zhǎng)提供半陰環(huán)境。

4 結(jié)論與討論

鎮(zhèn)江市低影響開發(fā)示范區(qū)共有維管束植物181種，隸屬于74科147屬。含有10種以上的科僅有薔薇科（11屬18種）和菊科（11屬12種），屬在組成上具有極高的分散性，以全緣葉欒樹和紅葉石楠為優(yōu)勢(shì)種的植物景觀模式應(yīng)用普遍。

多樣性分析可知：邊緣綠地喬木層樹種的多樣性最豐富。在多樣性的研究中，除了考慮物種數(shù)之外，還需考慮物種聚集程度和個(gè)體分布均勻程度。Simpson指數(shù)是對(duì)物種集中性的度量，在喬木層位于0.78～0.89，差異較小；Shannon-Wiener指數(shù)是對(duì)稀有種的敏感指數(shù)，在喬木層位于1.84～2.46，差異較顯著，邊緣綠地高達(dá)2.46，遠(yuǎn)高于濱水綠地（1.84）。喬木層Pielou指數(shù)均在0.77以上，均勻度程度較高。濱水綠地和節(jié)點(diǎn)綠地喬木層豐富度指數(shù)相近，但節(jié)點(diǎn)綠地的Shannon-Wiener指數(shù)較大，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)綠地物種間數(shù)量分布更均勻，Pielou指數(shù)也證實(shí)了這一點(diǎn)。對(duì)灌木層而言，道路和邊緣綠地的多樣性指數(shù)表現(xiàn)出很高的一致性，濱水綠地多樣性指數(shù)最小。對(duì)草本層而言，濱水綠地和節(jié)點(diǎn)綠地豐富度相似，但濱水綠地Simpson指數(shù)遠(yuǎn)高于節(jié)點(diǎn)綠地，說(shuō)明前者的物種集中性強(qiáng)，Pielou指數(shù)也表現(xiàn)出高度一致性。綜合而言，各綠地類型物種多樣性均表現(xiàn)出灌木＞喬木＞草本的一致趨勢(shì)，物種豐富度總體偏低，群落內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)單一。

圖1 灌木層聚類圖Figure 1 Cluster diagram of shrub layer

聚類分析在群落分類中應(yīng)用效果較好，能科學(xué)地反映植物群落結(jié)構(gòu)與生境環(huán)境［20］。通過(guò)聚類可知紅葉石楠、金森女貞、毛鵑群系是3個(gè)主要的低影響植物景觀類型。紅花檵木Loropetalum chinense耐旱耐瘠薄，適應(yīng)性強(qiáng)，其群系主要分布在立地條件較為惡劣的路側(cè)。十大功勞喜陰耐旱，邊緣綠地幾乎常年處于干旱狀態(tài)且能提供蔭蔽環(huán)境，其群系主要分布在邊緣綠地，反映出低影響植物景觀的主要類型和群落結(jié)構(gòu)實(shí)際情況。由R型分析可知喬木性狀、灌喬性狀比值、灌木多樣性、草本性狀以及喬木多樣性是影響鎮(zhèn)江市示范區(qū)植物群落結(jié)構(gòu)的主要因子。

植物群落是微觀尺度上實(shí)現(xiàn)城市綠地可持續(xù)雨水管理的重要媒介。如何提高植物在低影響開發(fā)設(shè)施中的功能效益，及優(yōu)化低影響植物景觀是今后研究的重點(diǎn)。主要包括2個(gè)方面的內(nèi)容：①通過(guò)控制性試驗(yàn)篩選適用于低影響開發(fā)植物景觀且生態(tài)和景觀效益俱佳的植物材料，并制定栽植、養(yǎng)護(hù)管理的技術(shù)細(xì)則；②根據(jù)種間關(guān)系原理、增加草本植物的應(yīng)用，構(gòu)建地被層［21］，提高生物多樣性，增強(qiáng)群落生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性?？纱罅ν茝V花葉芒Scanthus sinensis，花葉蘆竹Arundo donax，斑葉芒Miscanthus等種類。