太原市公園植物群落穩(wěn)定性研究

白慧強

山西農(nóng)業(yè)大學 林學院，山西 太谷 030801

植物群落的穩(wěn)定性是一個極為復雜的問題，它與植物群落結構、物種組成、群落多樣性等植被特征密切相關[1]。自然界中絕對穩(wěn)定的植物群落是不存在的，而且植物群落的穩(wěn)定性也與群落所處的階段有關，還與外界干擾及干擾的性質(zhì)和強度相關[2]。不同植物群落在不同演替階段有不同的穩(wěn)定特征。關于植物群落穩(wěn)定性的測定，目前還缺乏規(guī)范的、統(tǒng)一的方法和標準。穩(wěn)定性的測度方法和指標都以具體的研究對象為標準來確定。目前常用的穩(wěn)定性測度方法主要有以下幾種：鄭元潤提出的演替比較結合法，利用種群生態(tài)學的反饋調(diào)節(jié)原理，反應群落的發(fā)展演替情況[3]；彭少麟對植物群落的年齡結構進行植物群落的穩(wěn)定性分析[4]；岳天祥、馬世駿應用熱力學穩(wěn)定理論，研究植物群落的穩(wěn)定性[5]；趙勇、李樹人用主成分分析理論、模糊聚類理論和逐步回歸理論等多元方法，研究森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[6]；MGodron 法，起源于法國工業(yè)生產(chǎn)中，后將其引入植物生態(tài)學研究。它利用植物群落的植物種類數(shù)量與頻度進行穩(wěn)定性研究，從而反映群落的穩(wěn)定狀況[7]。

本文以太原市為例，利用M-Godron 穩(wěn)定性測度法，對公園植物群落的穩(wěn)定性與群落植被特征的相關性進行研究。分析城市各公園綠地植物群落的穩(wěn)定性，以期能從中得出一定規(guī)律，為城市綠地系統(tǒng)的深入研究提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

太原位于山西省境中央，太原盆地的北端，在我國北部地區(qū)黃河流域中部，地處南北同蒲和石太鐵路線的交匯處。地理坐標為東經(jīng)111°30′～113°09′，北緯37°27′～38°25′。區(qū)域輪廓呈蝙蝠形，東西橫距約144 km，南北縱約107 km，總面積6 989 km2。海拔最高點為2 670 m，最低點為760 m，平均海拔約800 m。夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。年平均氣溫9.5 ℃，無霜期平均202 d，年均降水量456 mm[8]。

2 研究方法

2.1 樣方歸屬

本文從太原市現(xiàn)有的公園選取人工建造，群落年齡均在10 年以上，15 個有代表性的公園樣地，46 個樣方數(shù)進行調(diào)查取樣。根據(jù)公園所處位置和人流量的大小分為3 類：中心公園、城郊公園、郊野公園。中心公園位于市、區(qū)中心，游人使用頻率較高，管理養(yǎng)護頻率也較高；郊野公園為位于城區(qū)邊緣或之外，交通比較便利，游人使用頻率較低，管理養(yǎng)護頻率也較低，具有郊野氣息的公園類型；城區(qū)公園為居于中心公園與郊野公園之間的公園類型。最終確定的公園及樣方歸屬情況如表1 所示。

表 1 調(diào)查樣方歸屬表Tab. 1 Basic information of surveyed quadrats in Taiyuan city

2.2 樣地設置和調(diào)查因子

根據(jù)公園植物群落特點，確定各個公園調(diào)查的樣地和樣方數(shù)量。記錄群落的物種組成、群落空間層次等。采用標準樣方調(diào)查法，喬木樣方的面積取20 m×20 m，記錄喬木名稱、株數(shù)、胸徑、高度、冠幅等；灌木樣方的面積取5 m×5 m，記錄灌木名稱、株數(shù)、高度、蓋度、綠籬密度等；草本樣方采用典型抽樣法，在標準樣地的四個角和中心取5 個1 m×1 m 的小樣方，記錄草本植物的名稱、株數(shù)/叢數(shù)、高度、蓋度等。

2.3 群落穩(wěn)定性研究方法

利用M-Godron 穩(wěn)定性測定方法，先計算出群落中不同種植物種的頻度，從大到小排列，然后，把頻度換算成相對頻度，按從大到小的順序逐步累積；同時，將群落內(nèi)植物種類的總和取倒數(shù)，按相對頻度的排列順序逐步累積起來。將植物種類百分數(shù)同累積相對頻度一一對應，畫出散點圖，并擬合成一條平滑的曲線。由于曲線的數(shù)值是百分數(shù)，因此將其數(shù)值乘以100 后，與（0，100）與（100，0）的連線有交點，交點即為所求點。交點坐標越接近（20，80），群落就越穩(wěn)定[9]。

采用EXCEL 軟件建立數(shù)學模型，模擬散點圖平滑曲線，大大提高了曲線的準確度和工作效率，方法如下[10]:

式中：y 為累積種百分數(shù)，x 為累積相對頻度，a，b，c 為EXCEL 擬合曲線后賦予方程的二次項系數(shù)，一次項系數(shù)和常數(shù)。

2.4 物種豐富度計算

式中，A 為單位面積，S 為群落中的物種數(shù)。

3 結果與分析

3.1 植物群落密度

經(jīng)過調(diào)查，得出各樣方內(nèi)喬木、灌木數(shù)量及灌喬比如表2 所示。

結果發(fā)現(xiàn)，喬灌比最接近1:6 的樣方為19 和27，分別屬于中心公園和郊野公園。另外，喬灌比較理想的樣方中心公園占比20%郊野公園占比10%，城區(qū)公園均不太理想。

3.2 植物群落豐富度

經(jīng)過調(diào)查，得出各樣方內(nèi)喬木種、灌木種及草本種數(shù)量計算出豐富度指數(shù)如表3 所示。

結果表明，豐富度最高的兩個樣方為19 和27 號，他們分別屬于中心公園和郊野公園。中心公園豐富度較高的樣方占20%左右，城區(qū)公園豐富度都較低，郊野公園豐富度較高的樣方占25%。

表 2 群落物種密度Tab. 2 Community species density in surveyed quadrats

表 3 群落物種豐富度Tab. 3 Community species richness in surveyed quadrats

3.3 植物群落穩(wěn)定性

調(diào)查的植物種類共有121 種，依據(jù)群落總種數(shù)的累積種百分數(shù)及相對應的累積相對頻度進行平滑曲線模擬，得到散點圖并求出交點坐標，模擬結果見表4。

表 4 植物群落穩(wěn)定性Tab. 4 Plant community stability of surveyed quadrats

從表4 可以看出，其中最穩(wěn)定的是19、27 兩個樣方，他們的歐式距離平方為7.37、3.48，坐標點為（21.92，78.08）和（21.32，78.68）與（20，80）非常接近。它們分別屬于中心公園和郊野公園。樣方號為2、4、5、19、26、27、28、29、40、43 等10 個樣方植物群落穩(wěn)定性稍差，其他36 個樣方穩(wěn)定性較差。穩(wěn)定性最差的兩個樣方號為25、38。25 號樣方?jīng)]有交點坐標，38 號交點坐標與（20，80）交點的歐式距離也很遠。

結合表2、表3 可以看出的穩(wěn)定性結果與群落物種豐富度關系較為密切，穩(wěn)定性高的樣方，其物種豐富度也較高，反之也成立。兩者的變化趨勢基本一致。而穩(wěn)定性較高的樣方內(nèi)，灌木與喬木的比值接近6:1；穩(wěn)定性差的樣方內(nèi)，灌木與喬木的比值則遠離6:1。這也與北京市園林科研所陳自新等提出的喬、灌、草配植的適宜比例為1:6:20:29，即在29 m2的綠地上應設計1 株喬木、6 株灌木、20 m2草坪的理論建議基本相符。較穩(wěn)定的19 號（學府公園）與27 號（太原森林公園），這兩個樣方內(nèi)植物群落都具有喬、灌、草結構，物種豐富，各層植物種類多樣，平面布局密度合理。加上后期養(yǎng)護管理較及時，能幫助群落維持其穩(wěn)定狀態(tài)。而較不穩(wěn)定25 號（西海子公園）和38 號（玉泉山森林公園）樣方，群落空間結構只有喬木和草本兩層，缺乏灌木層，群落豐富度較差，喬灌比例嚴重失調(diào)，同時游人干擾多，養(yǎng)護頻率低，群整體穩(wěn)定性較低。

結合樣地歸屬，我們可以知道：19 號和27 號樣方喬灌比最合理、豐富度最高、穩(wěn)定性也最好，它們分別歸屬于中心公園和郊野公園。其中，中心公園的喬灌比、豐富度占比均達到20%左右，郊野公園喬灌比和豐富度占比為30%和10%，城區(qū)公園的表現(xiàn)較差。這可能與它們建植初期的物種組成有關，與游人及外界干擾有關，也與后期管理養(yǎng)護頻率有關。

（續(xù)表 4）

4 結論與討論

上述穩(wěn)定性結果與太原市實際情況基本相符，表明所選擇的穩(wěn)定性計算方法可行。而且，群落物種的豐富度越高，群落越穩(wěn)定；種植密度越合理群落越穩(wěn)定；群落空間層次結構越合理群落越穩(wěn)定。另外，群落穩(wěn)定性與外界游人干擾情況和后期的管理養(yǎng)護有關，在植物群落演變過程中，適度的管理養(yǎng)護對群落穩(wěn)定性能起到重要的作用；群落穩(wěn)定性還與群落內(nèi)植物生長狀況、常綠落葉比例等很多因素有關。因此，為了維持植物群落的穩(wěn)定性，給游人帶來更舒適的景觀感受，我們提出如下建議：

1. 構建植物群落時，在保證以鄉(xiāng)土樹種為主的前提下，適當增加適應性較強的外來樹種比例，提高植物群落的物種豐富度、多樣性，如：引入花灌木和彩葉樹種的比例，滿足景觀觀賞要求；

2. 營造喬-灌-草復合層次結構，保證合理的種植密度使喬灌比例接近1:6，同時，北方植物群落的落葉樹比重大于常綠樹；

3. 減少公園綠地游人的干擾度，適當增加被干擾群落的養(yǎng)護管理頻度，及時補栽受損植物，及時清理廢紙屑等丟棄物，及時清除雜草、枯枝落葉，提高群落景觀質(zhì)量。

4. 由于中心公園更貼近居民，游人使用頻率較高，其管護頻率也較高，因此，建議在合理的范圍之內(nèi)，適當增加外來引進樹種比例，營造豐富多樣的公園景觀；郊野公園的使用頻率較低，而養(yǎng)護頻率也較低，則需要在建設初期構建合理的空間層次結構和平面密度結構，以鄉(xiāng)土樹種為主，降低外來樹種比例，營造鄉(xiāng)土郊野的自然環(huán)境氛圍。城區(qū)公園游人量和管護頻度居于中心公園和郊野公園之間，其鄉(xiāng)土和外來樹種比例與構建和管護成本居于上述兩者之間即可。

總之，必須建植和管護相結合，才能使植物群落保持旺盛的生命力，為居民生活帶來良好的綠地景觀氛圍。