菏澤曹州牡丹園植物群落多樣性研究

陳強張玉林李桂榮韓蕙琳張鵬

(1.山東建筑大學(xué) 風(fēng)景園林研究中心，山東 濟南250101；2.山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 濟南250101)

0 引言

生物多樣性保護的實質(zhì)是對人居環(huán)境健康發(fā)展的保護，是城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性發(fā)展必不可少的前提，而植物多樣性作為生物多樣性的重要組成部分，被普遍認為是改善城市生態(tài)環(huán)境、塑造城市特色景觀的重要基礎(chǔ)[1-2]；其高低程度是城市生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展在健康度、豐富度、完整度、穩(wěn)定度、協(xié)調(diào)度以及可持續(xù)度等方面能力強弱的重要決定因素之一[3]。而植物群落作為城市生態(tài)系統(tǒng)的基本組成單位，是改善城市生態(tài)環(huán)境、維護城市生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，

構(gòu)建合理且科學(xué)的植物群落結(jié)構(gòu)，能使城市綠地系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地發(fā)揮其改善、美化城市環(huán)境的功能[4]。 城市綠地作為植物群落物種多樣性的承載者，目前已有眾多學(xué)者對國內(nèi)外各類綠地進行了植物多樣性相關(guān)研究，如土耳其的大學(xué)校園[5]、印度拉賈斯坦邦草原[6]、印度班加羅爾貧民窟[7]、伊朗吉蘭布加國家公園[8]、中歐斯洛伐克布拉迪斯拉發(fā)城市綠地[9]等地以及國內(nèi)的?？赱10]、廣州[11]、鄭州[12]、武漢[13]、上海[14]、太原[15-16]、杭州[17-18]、長春[19]、西寧[20]等城市的相關(guān)綠地。 但針對菏澤市城市綠地植物群落物種多樣性的調(diào)查研究很少，多局限于景觀分析、物種調(diào)研等方面[21-24]。 公園綠地作為城市綠地的重要組成部分，是城市生物多樣性最為豐富之所在[25]。 現(xiàn)以菏澤市國家AAAA 級旅游景區(qū)曹州牡丹園為例，統(tǒng)計、分析其植物群落物種組成及物種多樣性現(xiàn)狀，以期為今后的菏澤市公園綠地植物群落景觀營建、改造及植物多樣性保護、提升提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

菏澤，古稱曹州，位于山東省西南部，地理坐標位置為34°39′—35°52′N，114°45′—116°25′E，屬于暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，四季分明，累年平均降水量為655 mm，年均氣溫為13.5～13.9 ℃。 地處黃河下游地區(qū)，地勢東北低而西南高，地貌主要為平原、低山殘丘以及積水洼地，土壤主要為潮土類[26]。 曹州牡丹園，建于1982 年，國家AAAA 級旅游景區(qū)，地處菏澤市牡丹區(qū)的東北部，西臨牡丹北路，東倚人民路，南臨長城路，北至221 國道，總面積為106 hm2，園內(nèi)植物繁茂昌盛，是一個集游、賞、學(xué)、研為一體的城市化牡丹主題性公園[27-28]。

2 研究方法

2.1 調(diào)查方法

2.2 相關(guān)指標計算方法

根據(jù)雷金睿等[2]計算方法，分別計算綠地中喬木層、灌木層以及地被層植物的重要值及相關(guān)指標。

喬木層、灌木層、地被層重要值的計算式分別由式(1)～(3)表示為

喬木層重要值＝(相對密度＋相對頻度＋相對顯著度)/3 (1)

灌木層重要值＝(相對密度＋相對頻度＋相對蓋度)/3 (2)

地被層重要值＝(相對高度＋相對頻度＋相對蓋度)/3 (3)

相對密度、相對頻度、相對顯著度以及相對蓋度均為反映植物群落調(diào)查的最基本的群落特征數(shù)量指標，其公式分別由式(4)～(7)表示為

王爺照例不言語，也不像西北這邊的大男子主義會狠狠地剜自己老婆一眼。該干啥他還繼續(xù)干啥，聽到了也像是沒聽到。這么多年了，除了小時候聽父母話不讓他務(wù)弄木偶，誰曾改變過他想要做的事？根本就是一根筋!

相對密度＝(一個種的密度/所有種的密度和)×100% (4)

相對頻度＝(一個種的頻度/所有種的頻度總和)×100% (5)

相對顯著度＝(該種所有個體胸面積之和/所有種個體胸面積總和)×100% (6)

相對蓋度＝(植物地上部分垂直投影面積/樣地面積)×100% (7)

2.3 物種多樣性指數(shù)計算方法

參考張宜芹物種多樣性計算方法[29]，分別計算喬木層、灌木層以及地被層的植物物種多樣性指數(shù)，Gleason指數(shù)t、Margalef指數(shù)R分別由式(8)～(9)表示為

式中:S為樣方內(nèi)所有物種數(shù)，個；A為樣地面積，m2；N為所有物種的個體數(shù)之和，個。

優(yōu)勢度指數(shù)Simpson指數(shù)D由式(10)表示為

式中:Ni為第i個物種的個體數(shù)，個；Pi＝Ni/N是一個個體屬于第i類的概率。

Shannon-Wiener指數(shù)H′由式(11)表示為

Pielou均勻度指數(shù)Jsw由式(12)表示為

3 結(jié)果與分析

3.1 曹州牡丹園植物科、屬、種統(tǒng)計分析

經(jīng)統(tǒng)計分析，曹州牡丹園公園調(diào)查樣點內(nèi)共有維管束植物81 種，隸屬于36 科66 屬，其中裸子植物有3 科6 屬10 種、被子植物有31 科52 屬63 種、單子葉植物2 科8 屬8 種，植物物種數(shù)分別占公園應(yīng)用植物總數(shù)的12.34%、77.78%和9.88%，表明公園植物應(yīng)用以被子植物為主，裸子植物次之，單子葉植物應(yīng)用最少。

曹州牡丹園植物配置以落葉植物為主，共計65 種，常綠植物16 種，與落葉植物之比為1∶4.06，應(yīng)注意提高常綠植物應(yīng)用比率；在常綠植物中，喬木10 種、灌木6 種，常綠灌木應(yīng)用較少；在曹州牡丹園這一牡丹主題公園中，灌木類植物牡丹的應(yīng)用比率較高，并多有大面積種植，致使冬季來臨時，牡丹園會出現(xiàn)大面積的牡丹敗落后的荒涼蕭條景象，應(yīng)注意加大常綠灌木應(yīng)用比率，豐富冬季牡丹園景觀，讓牡丹園的美不局限于春季的牡丹花開，夏季的滿目蒼翠，秋季的碩果金黃。 此外，喬木樹種作為整個植物群落景觀的骨干，應(yīng)注意適量提升常綠喬木樹種的應(yīng)用比例，進而豐富曹州牡丹園冬季季相景觀效果。

以曹州牡丹園植物物種調(diào)研統(tǒng)計結(jié)果，對比武漢市的歷史名園中山公園的植物物種調(diào)研統(tǒng)計結(jié)果64 科114 屬184 種[13]，發(fā)現(xiàn)曹州牡丹園的植物物種應(yīng)用的豐富度偏低；對比張萌等[30]的菏澤市植物物種應(yīng)用種類調(diào)查分析結(jié)果顯示的120 多科和900 余種，結(jié)果也是曹州牡丹園的植物物種應(yīng)用豐富度偏低，相差甚遠。 這些均表明菏澤市曹州牡丹園植物群落應(yīng)用物種豐富度較低，應(yīng)注意提高其植物群落物種豐富度，提高復(fù)層植物群落數(shù)量、質(zhì)量，進而提高植物群落穩(wěn)定性，提高城市生態(tài)效益。

公園植物科、屬、種概況見表1，其中，重復(fù)的科、屬不予統(tǒng)計。 曹州牡丹園的喬木、灌木以及草本類植物分別有25 科37 屬43 種、10 科17 屬21 種和10 科17 屬17 種。 其中，喬木類植物所占科、屬、種數(shù)最多，均超過灌木以及草本類植物的總科、屬、種數(shù)的兩倍；此外，灌木與草本植物的科、屬總數(shù)目相同，而植物物種總數(shù)灌木為21 種，草本為17 種，草本類植物總種數(shù)相對較少，但與其總屬數(shù)相同，這表明17 種草本植物均屬于單屬單種類植物，而灌木植物則是以單屬單種類植物為主。

表1 公園植物科、屬、種概況表

公園植物科屬種的大小順序見表2。 在曹州牡丹園植物物種應(yīng)用中，包含植物物種數(shù)＞10 種的僅有薔薇科，共計10 屬13 種；包含植物物種數(shù)在6 ～10 之間的僅有禾本科、豆科以及木犀科3 科，分別為7 屬7 種、5 屬6 種以及4 屬6 種；包含植物物種數(shù)在2 ～5 之間的有12 科，僅次于包含植物物種總數(shù)為1 種的20 科。

綜上，曹州牡丹園調(diào)研樣方內(nèi)共計有36 科植物，薔薇科植物物種應(yīng)用最為廣泛，約占總種數(shù)16.06%；單科單屬單種植物共計20 種，約占總科數(shù)55.56%，所以在科的組成上仍是以單種科為主體。

公園植物優(yōu)勢科中的屬、種數(shù)量見表3。 經(jīng)統(tǒng)計分析，由表3 可以看出，曹州牡丹園所應(yīng)用的植物種類主要集中于薔薇科(10 屬13 種)、禾本科(7 屬7 種)、豆科(5 屬6 種)、木犀科(4 屬6 種)、松科(3 屬4 種)以及柏科(2 屬5 種)，6 科植物分別約占公園應(yīng)用植物總屬、種數(shù)的46.97%與50.62%，表明排序前6 的植物科具有較高的優(yōu)勢度，而其他30 科植物則應(yīng)用較少；但排序前6 的植物科也有較大的差異，排序第1 的薔薇科的所占屬數(shù)目是排序第6 的柏科的5 倍，所占種數(shù)目是柏科所占總種數(shù)的2.6 倍，應(yīng)用優(yōu)勢度差異較大。

表2 公園植物科屬種的大小順序表

表3 公園植物優(yōu)勢科中的屬、種數(shù)量表

3.2 曹州牡丹園植物應(yīng)用頻度分析

經(jīng)統(tǒng)計分析，在曹州牡丹園調(diào)查的43 個樣方中，喬木層、灌木層以及地被層中的各種植物的出現(xiàn)的頻數(shù)不同，反映了各種植物在曹州牡丹園分布的均勻程度的差異。 公園植物出現(xiàn)頻度排序見表4。由表4 可知，曹州牡丹園的喬木層、灌木層植物頻數(shù)應(yīng)用差異以排序前3 的植物較為明顯，其中，喬木層紫葉李(14 次)、銀杏(10 次)的應(yīng)用頻數(shù)最高，在應(yīng)用頻數(shù)排序前7 的植物中，常綠植物僅包括雪松(8 次)，這足以表明其在曹州牡丹園公園綠地中的受青睞程度；而灌木層植物物種以紅葉石楠(17 次)、牡丹(13 次)出現(xiàn)頻數(shù)為最高，其中牡丹的出現(xiàn)頻數(shù)分布排第2，這呼應(yīng)了曹州牡丹園“牡丹”這一公園主題；此外，小喬木紫薇、金銀木以灌木景觀呈現(xiàn)，在灌木層植物出現(xiàn)頻數(shù)中分別排第3 與第6，表明其景觀配置效果較好，深受景觀設(shè)計者喜愛，才多次以小喬木做灌木景觀配置形式出現(xiàn)。 相對喬木層與灌木層植物出現(xiàn)頻數(shù)而言，地被層排序前6的植物的應(yīng)用頻數(shù)差異較小，整體緩慢下降，其中地被層植物應(yīng)用頻數(shù)最高的為狗牙根與黑麥草，均為7 次。 總之，在喬木層、灌木層以及地被層植物出現(xiàn)頻數(shù)排序中，以地被層植物出現(xiàn)頻數(shù)差異最小，整體分布也較為均勻，而喬木層與灌木層植物出現(xiàn)頻數(shù)則差異較大，尤其是灌木層第1 與第6 應(yīng)用差異達13 次之高，相對地被層植物而言，喬木層、灌木層的植物分布均勻程度較低。

表4 公園植物出現(xiàn)頻度排序表

排序前6 的各層的植物出現(xiàn)頻數(shù)之和所占相應(yīng)各層植物出現(xiàn)總頻數(shù)的比例，喬木層為45.28%，將近喬木層植物總頻數(shù)(106 次)的一半，而灌木層62.50%與地被層68.63%都超過了灌木層總頻數(shù)和(80 次)、地被層總頻數(shù)和(51 次)的一半，表明菏澤市曹州牡丹園各層排序前6 的植物具有較高的優(yōu)勢度。 但排序前6 的植物物種出現(xiàn)頻度多，優(yōu)勢度高，則表明其他大多數(shù)物種出現(xiàn)頻數(shù)較少，曹州牡丹園的喬木層、灌木層以及地被層的植物物種應(yīng)用的整體均勻程度的下降；而各層均勻程度相對來說，表現(xiàn)為喬木層＞灌木層＞地被層。

3.3 曹州牡丹園植物應(yīng)用重要值分析

根據(jù)喬木層、灌木層以及地被層植物重要值排序(見表5)，公園喬木層植物重要值排序以排序前2 的植物重要值差異較為明顯，其它差異則較小，排序前三的植物分別為紫葉李、銀杏與雪松，這與喬木層頻數(shù)分布排序前3(見表4)的植物種類結(jié)果一致；灌木層植物以重要值排序第2 ～5 的植物差異較大，以紅葉石楠、牡丹的重要值最高，且差異較小，這與灌木層頻數(shù)分布排序前2(見表4)的植物種類結(jié)果一致；相對喬木層、灌木層排序前6 的植物物種的重要值數(shù)值差異，地被層植物物種則表現(xiàn)為重要值差異較小，整體排序呈緩慢下降，排序前2 的植物分別為匍匐剪股穎、香附子，這與地被層頻數(shù)分布排序前2(見表4)的植物種類結(jié)果完全不同，但重要值排序前6 的植物種類與頻數(shù)分布排序前6(見表4)的完全一致，這也表明排序前6 的植物應(yīng)用差異較小。

表5 喬木層、灌木層、地被層植物重要值排序表

綜上，公園植物重要值排序與頻數(shù)應(yīng)用排序前6 的植物基本相同，尤其是地被層，植物種類完全一樣；就排序前6 的各層的植物重要值之和來說，喬木層為51.87%、灌木層為69.04%、地被層為67.46%，均超過50%，公園排序前6 的植物優(yōu)勢度較為明顯。

3.4 曹州牡丹園植物物種多樣性分析

曹州牡丹園喬木層、灌木層以及地被層植物物種多樣性指數(shù)見表6。 曹州牡丹園的物種豐富度指數(shù)S、Gleason指數(shù)t以及Margalef指數(shù)R均為喬木層＞灌木層＞地被層，表明曹州牡丹園植物群落景觀以喬木層植物最為豐富，灌木層次之，地被層植物種類最少，僅有17 種，這與李秀偉[23]統(tǒng)計的菏澤市地被植物應(yīng)用種類結(jié)果97 種差異顯著，應(yīng)注意在突出優(yōu)勢種植物的同時，增加地被植物應(yīng)用的物種數(shù)目，提高豐富度；豐富度指數(shù)排序與太原市綜合公園的植物豐富度指數(shù)排序結(jié)果一樣[16]，均為喬木層植物物種最為豐富，地被層豐富度最低。 總之，應(yīng)注意有針對性地提升曹州牡丹園的植物群落景觀層次和各層植物多樣性，進而提高植物群落穩(wěn)定性，在豐富公園植物景觀效果的同時提高其生態(tài)效益。

曹州牡丹園的物種多樣性總數(shù)Simpson指數(shù)D、Shannon-Wiener指數(shù)H′也均表現(xiàn)為喬木層＞灌木層＞地被層，與任斌斌等[31]的物種總多樣性研究結(jié)果一致，這主要是由于改造后曹州牡丹園在植物景觀配置上，注重強調(diào)喬木層的骨干作用及其景觀效果，致使其植物種類往往超過灌木層、地被層植物；但其喬木層、灌木層指數(shù)差異又較小，主要是因為曹州牡丹園是以牡丹為主題的公園，灌木類植物牡丹的專類展示較多；而地被層植物多樣性指數(shù)最低，主要是由于地被層的草本植物在園林綠化中廣泛應(yīng)用的品種僅有草地早熟禾、沿階草、結(jié)縷草等極少數(shù)物種，并且隨著城市發(fā)展以及園林綠化的愈來愈精細化的管理，公園植物群落內(nèi)野生雜草基本上被拔除，致使曹州牡丹園植物物種總多樣性大大降低。 總之，曹州牡丹園內(nèi)，以喬木層的植物多樣性更為豐富，灌木層次之，地被層最為單一，景觀效果也較為單調(diào)，應(yīng)注意有針對性的提高各層植物群落物種多樣性，進而降低景觀單調(diào)度，提升景觀效果。

就曹州牡丹園的植物群落Pielou均勻度指數(shù)Jsw而言，也表現(xiàn)為喬木層＞灌木層＞地被層，表明曹州牡丹園喬木層物種的個體分布最為均勻，在發(fā)揮優(yōu)勢種的突出地位時，兼顧其他物種的配置均衡；灌木層均勻程度較喬木層次之，地被層均勻程度最低，這也與物種豐富度有關(guān)，喬木層植物物種豐富度最高，灌木層次之，地被層物種豐富度最低，植物種類共計僅17 種，所以，也應(yīng)注意提高其植物物種種類的豐富度。

就物種均勻度而言，曹州牡丹園的均勻度指數(shù)Jsw的計算結(jié)果與上述指數(shù)計算結(jié)果一致，也表現(xiàn)為喬木層＞灌木層＞地被層，表明曹州牡丹園，喬木層物種的個體分布最為均勻，灌木層次之，地被層均勻程度為最低，這與石家莊市公園綠地植物物種配置均勻程度分析結(jié)果一致[25]，主要是由于公園的整個植物配置基本上都是人為規(guī)劃設(shè)計的，喬木類植物高大且品種豐富、景觀效果多變，為突出其在整個植物群落中的背景(基調(diào))特點，其植物物種設(shè)計分布相對較為均勻，不占絕對優(yōu)勢，不過于突出，所以，喬木層植物物種均勻程度高于灌木層、地被層植物；灌木層均勻程度較喬木層次之，地被層均勻程度為最低，這也與物種豐富度有關(guān)，喬木層植物物種豐富度最高，灌木層次之，地被層物種豐富度最低，植物種類共計僅17 種，所以，也應(yīng)注意提高其植物物種種類豐富度；此外，地被層植物均勻度最低，也有設(shè)計師在景觀規(guī)劃時，為過分追求整齊、統(tǒng)一的景觀效果，而往往將少數(shù)幾種植物作為絕對優(yōu)勢種設(shè)計種植，并將野生雜草剔除，使地被層植物物種均勻度大大降低。 總之，應(yīng)注重提升曹州牡丹園的灌木層、地被層植物種類應(yīng)用多樣性，增強蒲公英(Taraxacum mongolicum)、紫花地丁(Viola phillipina)的鄉(xiāng)土地被植物應(yīng)用，構(gòu)建復(fù)雜而穩(wěn)定的植物群落，追求自然且具有鄉(xiāng)土特色的景觀面貌。

表6 公園喬木層、灌木層以及地被層植物物種多樣性指數(shù)表

4 結(jié)論

通過上述研究可知:

(1) 菏澤市曹州牡丹園植物物種應(yīng)用共計36 科66屬81 種，其中喬木43 種、灌木21 種、草本17 種、常綠植物16 種、落葉植物65 種。 物種總應(yīng)用種類偏低，應(yīng)注意提高總物種豐富度，以豐富植物群落層次，提高復(fù)層植物群落的數(shù)量與質(zhì)量，進而提高生態(tài)效益；曹州牡丹園常綠植物應(yīng)用較少，尤其是灌木層，作為一個以“牡丹”為主題的城市公園，灌木類植物牡丹的大面積種植會產(chǎn)生春季滿目花開、冬季滿目蕭條的景觀效果，應(yīng)注意加大常綠灌木應(yīng)用比率，豐富冬季的牡丹園景觀效果，讓冬季也有景可觀、有景可賞。

(2) 根據(jù)曹州牡丹園植物應(yīng)用頻度及重要值排序前6 的植物分析，喬木層、灌木層以及地被層植物的應(yīng)用頻數(shù)之和與重要值之和均約為50%，具有較高優(yōu)勢度，優(yōu)勢種突出，優(yōu)勢科為薔薇科、禾本科、豆科、木犀科等。 在發(fā)揮優(yōu)勢種突出作用的同時，均衡其他植物種類種植，豐富景觀效果。

(3) 針對物種多樣性，物種豐富度指數(shù)S、Gleason指數(shù)t、Margalef指數(shù)R以及物種總多樣性Simpson指數(shù)D、Shannon-Wiener指數(shù)H′和物種均勻度指數(shù)Jsw都均為喬木層＞灌木層＞地被層，喬木層物種多樣性最高，灌木層次之，地被層最低，應(yīng)用物種最少，且多以大面積黑麥草、草地早熟禾、匍匐剪股穎等草坪草植物種植，鄉(xiāng)土特色草本植物應(yīng)用較少，應(yīng)提升鄉(xiāng)土特色植物物種應(yīng)用比率，打破整齊、單一的大面積草坪草種植習(xí)慣，營建具有自然鄉(xiāng)土氣息特色的植物景觀面貌。