山西太原市綜合公園植物多樣性研究

呂碩 王美仙 李擘 董麗

多樣性的植物種類是組成整個(gè)城市生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，保護(hù)植物多樣性是城市生物多樣性保護(hù)的重點(diǎn)，同時(shí)植物多樣性也是中國國家生態(tài)園林城市評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。公園綠地是城市綠地的重要組成部分，已有學(xué)者對(duì)?？赱1-2]、武漢[3-5]、廣州[6]、鄭州[7-8]、杭州[9]、上海[10]、青島[11]、北京[12]開展公園綠地的植物多樣性研究，為這些城市進(jìn)行植物多樣性保護(hù)奠定基礎(chǔ)。一些其他國家也開展相似研究，如美國紐約城市公園[13]、美國亞利桑那—鳳凰城中心區(qū)域的城市公園[14]8788-8792、印度班加羅爾的城市公園[15]、波蘭南部的D?browski盆地的城市公園[16]等，建立植物多樣性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為后期植物多樣性的提升提供依據(jù)。

近年來，太原市重視植物多樣性的摸底和保護(hù)工作，積極準(zhǔn)備申報(bào)國家生態(tài)園林城市。在分析太原市綜合公園的植物種類組成和植物多樣性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，為太原市植物多樣性保護(hù)以及公園綠地建設(shè)提供參考。

1 太原市公園綠地現(xiàn)狀和研究區(qū)的選擇

1.1 太原市公園綠地現(xiàn)狀

太原市位于山西省中部，東、西、北三面環(huán)山，中、南部為河谷平原，平均海拔約800 m，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。主要分為迎澤區(qū)、杏花嶺區(qū)、晉源區(qū)、尖草坪區(qū)、萬柏林區(qū)、小店區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前公園綠地有450個(gè)，總面積為3 930.4 hm2。其中綜合公園36個(gè)，面積為3 033.9 hm2。綜合公園的數(shù)量較少，但面積較大，占全部公園綠地面積的77%（表1）。因此，對(duì)太原市綜合公園進(jìn)行植物多樣性研究，具有代表性和實(shí)際意義。

1.2 研究區(qū)的選擇

公園選擇覆蓋太原市各行政區(qū)以及不同建設(shè)時(shí)期，綜合考慮植物種類豐富和植物景觀較好的公園，最終選取綜合公園17個(gè)。其中迎澤區(qū)2個(gè)、杏花嶺區(qū)3個(gè)、晉源區(qū)3個(gè)、尖草坪區(qū)3個(gè)、萬柏林區(qū)4個(gè)、小店區(qū)1個(gè)以及歸屬市城建委的1個(gè)（表2）。

1.3 調(diào)研方法

2017年4—8月，根據(jù)各個(gè)公園的面積大小及植物種植現(xiàn)狀，每隔50～200 m布點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)于植物種類較為相似的相鄰樣方或?qū)嶋H場地中植物物種很少的樣方位置進(jìn)行調(diào)整，保證樣方的均勻布設(shè)。最終得到樣方227個(gè)，樣方大小為10 m×10 m。喬木記錄名稱、株數(shù)、高度、冠幅、胸徑、生長狀況等；灌木記錄名稱、株數(shù)、高度、冠幅、綠籬密度、生長狀況等；草本記錄名稱、應(yīng)用面積、高度、冠幅、生長狀況等。

木本植物種類相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)植物多樣性和景觀持續(xù)性貢獻(xiàn)較大，而草本植物特別是一、二年生種類的季節(jié)性變化較大，因此，除了植物豐富度以外，重要值、均勻度、多樣性指數(shù)只對(duì)木本植物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2 太原市綜合公園的植物組成與數(shù)量特征分析

2.1 植物組成分析

經(jīng)調(diào)研分析，太原市綜合公園中應(yīng)用的植物隸屬于78科164屬285種（含34品種），包含栽培種與野生種。其中，喬木105種，灌木74種，草本93種，藤本12種，竹類1種。常綠樹種27種，落葉樹種160種。主要為薔薇科（18屬54種）、木犀科（6屬17種）、菊科（13屬16種）、蝶形花科（7屬15種）、禾本科（11屬14種）等（表3）。

2.2 植物應(yīng)用重要值分析

重要值是指植物群落中每一樹種的相對(duì)重要程度，是綜合衡量物種在群落中地位和作用的有效指標(biāo)。計(jì)算方法為：

相對(duì)重要值=相對(duì)頻度+相對(duì)顯著度+相對(duì)多度

其中，相對(duì)頻度= （某個(gè)種的頻度/同一生活型全部種的總頻度）×100%；相對(duì)顯著度=（某個(gè)種的斷面積/同一生活型全部種的總斷面積）×100%；相對(duì)多度=（某個(gè)種的株數(shù)/同一生活型全部種的總株數(shù)）×100%。

根據(jù)Raunkiaer的重要值5級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，1%～20%為A級(jí)，21%～40%為B級(jí)，41%～60%為C級(jí)，61%～80%為D級(jí)，81%～100%為E級(jí)。結(jié)果表明，太原市綜合公園重要值為A級(jí)的植物種類有124種，B級(jí)的植物種類有6種，C級(jí)的植物種類有1種，沒有D級(jí)、E級(jí)出現(xiàn)（表4）。C級(jí)為大葉黃楊1種，說明大葉黃楊在太原綜合公園中應(yīng)用非常廣泛，多以綠籬、樹球形式出現(xiàn)。B級(jí)中的6種木本植物包含3種喬木和3種灌木，多為鄉(xiāng)土樹種。A級(jí)中重要值為10%以上的植物有絳柳、紫丁香、油松、絲棉木、旱柳等，說明太原市公園綠地重視鄉(xiāng)土植物應(yīng)用，體現(xiàn)植物景觀的地域特色。

2.3 植物種類分析

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，植物種類最多的綜合公園是汾河公園，為145種；植物種類最少的綜合公園是南海子公園及義井公園，為51種。在太原市綜合公園中，具有悠長歷史的晉祠公園以及新建的汾河公園和玉門河公園植物種類明顯多于其他公園（表5）。說明歷史悠久、知名度高的公園植物種類更多。另外，近年來太原市對(duì)于新建公園的投入力度較大，植物種類應(yīng)用以及設(shè)計(jì)水平更高，因此新建公園綠地的植物種類更為豐富。

表1 太原市公園綠地統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of Taiyuan park green space

3 太原市綜合公園的植物多樣性特征分析

3.1 植物豐富度指數(shù)分析

物種豐富度指數(shù)反映了園林綠地中園林植物的豐富程度。采用Margalef物種豐富度指數(shù)Dma，公式如下：

式中，S為所有物種數(shù)，N為個(gè)體總數(shù)。

結(jié)果表明，太原市綜合公園的植物豐富度指數(shù)為26.42，其中喬木10.14，灌木7.12，草本8.97，即喬木層＞草本層＞灌木層，說明喬木應(yīng)用更為豐富。

太原市綜合公園中，喬木層豐富度最高的是汾河公園（6.40），最低的是迎澤公園（4.09）；灌木層豐富度最高的是汾河公園（1.34），最低的是渣山公園（0.28）；草本層豐富度最高的是汾河公園（5.53），最低的是渣山公園（0.56）（圖1）。因此，對(duì)于植物豐富度較高的公園，進(jìn)行植物多樣性保護(hù)和適當(dāng)提升。對(duì)于植物豐富度較低的公園，應(yīng)有針對(duì)性地提升公園的植物景觀層次和植物多樣性。

3.2 木本植物多樣性指數(shù)分析

多樣性指數(shù)是以各個(gè)種的相對(duì)多度來反映群落的物種多樣性。采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)Hp，公式如下：

式中，Pi=Ni/N，Ni為第i種物種個(gè)體數(shù)，N為個(gè)體總數(shù)。

表2 研究區(qū)的17個(gè)綜合公園詳情Tab.2 Details of 17 multi-functional parks in the study area

表3 太原市綜合公園植物優(yōu)勢(shì)科中的屬、種數(shù)量Tab.3 The number of genus and species of dominant plant families of Taiyuan multi-functional parks

表4 太原市綜合公園的部分木本植物相對(duì)重要值Tab.4 Relative importance values of some woody plants in Taiyuan multi-functional parks

表5 太原市綜合公園的植物組成Tab.5 Plant composition of Taiyuan multi-functional parks

結(jié)果表明，太原市綜合公園的木本植物多樣性指數(shù)為3.13，其中喬木為3.21，灌木為2.41，喬木層＞灌木層。表明喬木層的植物多樣性更為豐富，灌木層較為單一，喬木層的景觀效果優(yōu)于灌木層。

太原市不同綜合公園綠地的Shannon-Wienner多樣性指數(shù)差異較大（圖2）。其中，喬木和灌木的多樣性指數(shù)最高的都是汾河公園，分別為3.13、2.48。數(shù)值最低的都是映山湖公園，分別為1.18、0.06。可根據(jù)公園的植物多樣性指數(shù)，有針對(duì)性地增加喬木、灌木的不同層次。

3.3 木本植物均勻度指數(shù)分析

均勻度指數(shù)是園林綠地中衡量植物分布均勻程度的指標(biāo)。采用Pielou均勻度指數(shù)J，公式為J=H/lnS，式中H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，即Hp=-∑（PilnPi），S為物種數(shù)。Pielou均勻度指數(shù)反映的是植物群落多樣性的均勻程度，數(shù)值高則說明植物分布均勻，植物多樣性相對(duì)就低。

結(jié)果表明，太原市綜合公園的木本植物均勻度指數(shù)為0.60，其中喬木為0.69，灌木為0.56，即喬木層＞灌木層。表示喬木在綜合公園中的分布更為均勻，成線或成片種植；灌木應(yīng)用則更為集中，作為局部點(diǎn)景種植。

各個(gè)公園的喬木層均勻度指數(shù)變化相對(duì)均衡（圖3）。其中，喬木層均勻度數(shù)值最高的是國防文化廣場（0.94），數(shù)值最低的是映山湖公園（0.73）；灌木層均勻度數(shù)值最高的是龍?zhí)豆珗@（0.87），數(shù)值最低的是長風(fēng)商務(wù)區(qū)大平臺(tái)景觀綠化和映山湖公園（0.09）。

1 太原市綜合公園的植物Margalef豐富度指數(shù)Plant Margalef richness index of Taiyuan multi-functional parks

2 太原市綜合公園的木本植物Shannon-Wienner多樣性指數(shù)Shannon-Wienner diversity index of woody plants in Taiyuan multi-functional parks

3 太原市綜合公園的木本植物Pielou均勻度指數(shù)Pielou evenness index of woody plants in Taiyuan multi-functional parks

4 太原市17個(gè)綜合公園的木本植物豐富度、均勻度、多樣性比較Comparison of woody plant richness,evenness and diversity of 17 multi-functional parks in Taiyuan City

3.4 木本植物多樣性綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)各公園木本植物的Marglef豐富度、Shannon-Wienner多樣性和Pielou均勻度，綜合評(píng)價(jià)木本植物的多樣性水平，有利于各公園開展有針對(duì)性的植物多樣性保護(hù)和提升工作。Marglef豐富度指數(shù)在各綜合公園中差異顯著，數(shù)值跨度較大（2.70～11.24）。其中，豐富度指數(shù)最高的是汾河公園（11.24），最低的是映山湖公園（2.70）。Shannon-Wienner多樣性指數(shù)在各綜合公園中差異較小。其中，多樣性指數(shù)最高的是玉門河公園（3.34），最低的是映山湖公園（1.19）（圖4）。Pielou均勻度指數(shù)在各綜合公園中總體數(shù)量變化較為均衡。其中，均勻度指數(shù)最高的是國防文化廣場（0.91），最低的是映山湖公園（0.45）。均勻度較高的公園，說明植物種類較單一，植物景觀不夠豐富。

綜合以上3項(xiàng)指標(biāo)，分析得出木本植物多樣性總體評(píng)價(jià)較高的公園為汾河公園、玉門河公園和晉祠公園；較低的為映山湖公園、長風(fēng)商務(wù)區(qū)大平臺(tái)景觀綠化、南海子公園。

4 結(jié)論與討論

太原市綜合公園中應(yīng)用植物種類共78科164屬285種（含34品種），其中，喬木105種、灌木74種、草本93種、藤本12種、竹類1種。趙娟娟等[17]調(diào)查了北京五環(huán)內(nèi)的53處公園，共記錄植物種類96科283屬492種，其中，喬木122種，灌木101種，草本255種，藤本14種。其認(rèn)為喬木、灌木植物種類的豐富度不高，但草本植物種類豐富，與重視引種和保護(hù)草本層有關(guān)。可以看出，太原市綜合公園與北京城市公園的植物多樣性存在差距，尤其在灌木和草本植物種類上差距較大?？芍攸c(diǎn)提升灌木及多年生草本植物種類的應(yīng)用。太原市綜合公園的植物應(yīng)用中，重要值較高的多為鄉(xiāng)土植物，說明太原市綜合公園重視鄉(xiāng)土植物應(yīng)用，后期可在繼續(xù)加強(qiáng)鄉(xiāng)土植物應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提升彩葉植物、觀花觀葉植物等新優(yōu)植物的應(yīng)用。

在植物豐富度指數(shù)上，面積大于10 hm2的綜合公園為9左右；面積小于10 hm2的公園為4左右。植物豐富度的大小，可能與面積大小及建設(shè)投入有一定關(guān)系。太原市所有綜合公園的植物豐富度為喬木層＞草本層＞灌木層，與繳麗莉等[18]對(duì)石家莊市公園綠地的植物豐富度分析結(jié)果顯示喬木豐富度最高這一研究結(jié)果一致?？梢酝茢?，在公園植物景觀設(shè)計(jì)中，喬木類更易于起到結(jié)構(gòu)和骨架作用，更易于展現(xiàn)整體的景觀效果，設(shè)計(jì)師往往重視喬木植物的應(yīng)用，而對(duì)于精細(xì)化的灌木和草本植物應(yīng)用還不夠。從植物多樣性指數(shù)來看，灌木層數(shù)值較低，說明灌木應(yīng)用較匱乏，應(yīng)進(jìn)一步發(fā)揮灌木層在植物群落中的空間圍合作用，增加中下層植物的多樣性。與歐陽子珞等[19]對(duì)西安三環(huán)內(nèi)公園的植物多樣性分析結(jié)果顯示西安的灌木樹種應(yīng)用較單一這一研究結(jié)果一致。通過與相似緯度區(qū)域的北京、石家莊、西安等城市公園的植物多樣性比較可看出，喬木種類應(yīng)用更多樣化，但灌木和草本種類的應(yīng)用都有待提高。

城市公園的植物多樣性的形成原因和影響因素很多，目前國內(nèi)外有突變選擇、生態(tài)位競爭假說、干擾假說，競爭平衡理論[20]等解釋生物多樣性的形成機(jī)制。首先，太原市城市公園的植物多樣性受地理和自然因子影響。劉世榮[21]指出氣溫、水分因子、海拔及其時(shí)空變化對(duì)植物多樣性的影響很大，地理和氣候因子在很大程度上決定了太原市現(xiàn)有的植物種類構(gòu)成。Satersdal等[22]研究了氣候變化對(duì)某一地區(qū)植物物種豐富度的影響。莊偉等[23]研究了采用生態(tài)恢復(fù)設(shè)計(jì)手段保護(hù)植物多樣性。因此，植物多樣性保護(hù)首先要對(duì)城市及區(qū)域尺度環(huán)境加以保護(hù)，避免極端天氣對(duì)植物多樣性的破壞。在此基礎(chǔ)上，選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀粭l件的植物種類，保證植物多樣性。其次，城市公園的植物多樣性在建設(shè)初期主要受設(shè)計(jì)理念和投入成本的影響較大。如太原市新建的汾河公園、玉門河公園等結(jié)合河道治理和公園綠化，對(duì)植物多樣性以及植物景觀營建的要求更高。Hope等[14]8788發(fā)現(xiàn)植物的多樣性存在“奢華效應(yīng)”，即植物物種的多樣性與建設(shè)投入成正比。因此，合理布局城市綠地，提高城市公園中植物的定居能力，進(jìn)行合理的建設(shè)投入，營造穩(wěn)定持續(xù)的植物群落非常重要。最后，城市公園的植物多樣性在建設(shè)完成后受到景觀更新和養(yǎng)護(hù)管理的影響較大。在自然條件下，樹種多樣性隨土壤肥力的增加而增加，但人工施肥的影響卻不盡相同，施用N肥降低北美草原的植物多樣性[24]，土壤Ca水平顯著影響草本植物多樣性[25]。因此，保護(hù)植物賴以生存的土壤，對(duì)木本植物進(jìn)行科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)，對(duì)栽培種類進(jìn)行適時(shí)更新，對(duì)野生種類進(jìn)行合理保護(hù)，以保證城市公園綠地中植物多樣性的可持續(xù)發(fā)展。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

文中圖表均由作者自繪。