黔中城市喀斯特山體遺存植物群落公園化利用響應(yīng)

湯 娜,王志泰,2,*

1 貴州大學(xué) 林學(xué)院,貴陽 550025 2 貴州大學(xué) 風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計研究中心,貴陽 550025

隨著全球城市化的進(jìn)程,人類與自然之間的聯(lián)系正在急劇減弱,給人類自身的健康和福祉帶來負(fù)面影響[1- 2]。城市遺存(近)自然生境不僅成為連接人與自然的重要紐帶[3],而且能夠向城市提供多種生態(tài)服務(wù)功能[4],尤其在保護(hù)城市生物多樣性[5]、城市居民體驗野性自然[6-7]、促進(jìn)市民身心健康[8]等方面具有重要且獨(dú)特的價值[2],是城市中非常珍貴的生態(tài)資源[9- 10]。盡管20世紀(jì)70年代一些發(fā)達(dá)國家就開始關(guān)注城市殘存自然生境的保護(hù)[9],將其作為城市可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容并實行立法保護(hù)或通過建設(shè)項目保留利用[11- 12],相關(guān)理論與實踐研究主要集中在城市基底對自然棲息地鳥類、昆蟲等動物的影響與城市自然棲息地的生態(tài)服務(wù)功能與價值方面,并取得了較好的成果[13- 15]。21世紀(jì)初,國內(nèi)學(xué)者初步總結(jié)了城市自然遺留地的概念及產(chǎn)生并進(jìn)行分類[16],在理論上提出各類型城市自然遺留地的保護(hù)與設(shè)計方法[17- 18],但停留在理論概念提出與呼吁階段,近幾年來國內(nèi)關(guān)于城市自然遺存的研究鮮見報道。在西部大開發(fā)戰(zhàn)略和城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略促進(jìn)下,城市快速擴(kuò)張,巖溶地區(qū)雖有大量喀斯特山體鑲嵌入城形成城市遺存自然山體,但由于人地關(guān)系緊張,城市喀斯特山體持續(xù)受到高強(qiáng)度人類活動的脅迫和侵占,部分山體被改造為公園[19- 20]。公園化利用對人工建設(shè)環(huán)境中的城市喀斯特山體(近)自然生境植物群落多樣性有沒有影響,這一問題關(guān)系著對城市遺存自然山體植被的保護(hù)與開發(fā)利用策略,而相關(guān)研究未見報道。

以貴州高原為中心的南方巖溶地區(qū),是全球喀斯特發(fā)育最典型、最復(fù)雜、景觀類型最豐富的一個片區(qū),也是面積最大、最集中的生態(tài)脆弱區(qū)[21]。貴陽市地處黔中巖溶地區(qū)腹地,遺存于城市的喀斯特山體資源豐富,形成典型的”城在山間,山在城中”喀斯特山地城市[21]。截止2018年,有527座錐狀喀斯特山體星羅棋布鑲嵌于中心城區(qū),總面積44.93 km2。2015年貴陽市啟動“千園之城”建設(shè),截至2019年,全市已建成城市公園、森林公園、山體公園、濕地公園、社區(qū)公園“五位一體”公園1025個,多數(shù)公園依托城市山體自然遺存而建?；诖?本研究以典型的喀斯特山地城市貴陽市為研究區(qū)域,以鑲嵌在城市建成環(huán)境中的城市山體遺存(城市自然山體)和公園化利用的城市山體遺存(城市山體公園)為研究對象,運(yùn)用群落生態(tài)學(xué)相關(guān)理論和方法,對城市自然山體和城市山體公園植物群落特征進(jìn)行對比分析,旨在揭示公園化利用對城市山體自然遺存的影響,為山地城市自然遺存生態(tài)保護(hù)和合理公園化利用提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究對象

1.1 研究區(qū)概況

貴陽市是貴州省會,位于典型的黔中巖溶區(qū)域的中心(106°07′—107°17′E,26°11′—26°55′N),地處云貴高原黔中山原丘陵中部,長江與珠江分水嶺地帶,地貌屬于以喀斯特山地、丘陵為主的巖溶丘原盆地地區(qū),屬于亞熱帶濕潤溫和型氣候,年平均氣溫為15.3℃,年平均總降水量為1129.5 mm,境內(nèi)地帶性植被為中亞熱帶濕潤性常綠闊葉林,歷史上植物資源極為豐富。至2018年,中心城區(qū)建成區(qū)規(guī)模為368.24 km2,建成區(qū)中心及周邊有527座城市山體遺存,形成典型的“城在山中,山在城中”的景觀格局,本研究以中心城區(qū)建成區(qū)作為研究區(qū)域。

1.2 研究對象

為更合理的選擇研究對象,運(yùn)用核密度分析法確定公園化利用山體和未被利用的對照山體。核密度分析是解釋相應(yīng)指標(biāo)的建筑或街區(qū)具體空間分布規(guī)律的一種分析工具,能夠較為直接地反映出相應(yīng)指標(biāo)建筑或街區(qū)的核心集聚區(qū)以及相應(yīng)的空間影響范圍,可以更為清晰與全面地反映出空間形態(tài)規(guī)律特征[22]。運(yùn)用ArcGIS 10.2軟件的Kernel Density分析工具,測算得貴陽市核密度分布圖(圖1),由圖1可知,貴陽市核密度分布整體上呈現(xiàn)中心城區(qū)密四周疏的格局,其核密度高值區(qū)域大部分分布在觀山湖區(qū)、南明區(qū)和云巖區(qū)的城區(qū)中心,花溪區(qū)、烏當(dāng)區(qū)和白云區(qū)存在小面積高值區(qū)域且因周邊為大型山脈及林地而出現(xiàn)斷層現(xiàn)象,其中6—9級低值區(qū)域多為大型山脈,故選取1—5級核密度等級內(nèi)(部分或完全鑲嵌在城市建設(shè)用地內(nèi)),面積在3—10 hm2左右的公園化利用山體分別為：泉湖公園(MP1)、塔山公園(MP2)、將軍山公園(MP3)、南郊公園(MP4)、夏木公園(MP5)、職業(yè)技術(shù)學(xué)院旁山體公園(MP6)、人防小區(qū)旁山體公園(MP7)、金域華府山體公園(MP8)8座公園,并選取相應(yīng)核密度等級的城市自然山體作為對照：大上海東側(cè)山體(NM1)、泛德制藥東側(cè)山體(NM2)、恒大城三期北側(cè)山體(NM3)、東盟小鎮(zhèn)內(nèi)山體(NM4)、美城新都南側(cè)山體(NM5)、益佰工業(yè)園東側(cè)山體(NM6)、三橋批發(fā)市場山體(NM7)、貴州大學(xué)北校區(qū)山體(NM8)、燕山雅筑西側(cè)山體(NM9)、尚善御景南側(cè)山體(NM10)、永勝完中山體(NM11)和中壩東北側(cè)山體(NM12),研究對象與對照山體的基本情況見(表1)。

圖1 貴陽市建成區(qū)核密度分布圖 Fig.1 Distribution of nuclear density in built up area of Guiyang City 圖中數(shù)字表示城市遺存自然山體編號

表1 山體公園與自然山體基本信息統(tǒng)計

2 研究方法

2.1 城市遺存自然山體公園化利用強(qiáng)度指標(biāo)及測算

為衡量8座山體公園的利用強(qiáng)度,本研究將山體公園中的基礎(chǔ)設(shè)施(道路、建筑)以及游人容量(最大、最小、適中游人容量)作為公園化利用程度指標(biāo),采用加權(quán)求和法與德爾菲法,得到各指標(biāo)的權(quán)重值。總體上公園化設(shè)施(0.52)權(quán)重值高于游人容量(0.48),各指標(biāo)權(quán)重值排序為園路(0.28)>活動場地面積(0.24)>最大游人容量(0.19)>最佳游人容量(0.16)>最小游人容量(0.13)(表2)。結(jié)合權(quán)重指標(biāo)值和本研究實際情況,將山體公園中各種園林景觀與設(shè)施的總面積/山體公園投影面積的百分比作為公園化開發(fā)建設(shè)強(qiáng)度(IPDC)指標(biāo),將游人容量作為公園化利用程度(DPU)指標(biāo),并根據(jù)德爾菲法進(jìn)行分級(表3)。

表2 公園化程度指標(biāo)權(quán)重值

表3 山體公園公園化程度劃分

2.2 群落調(diào)查方法

2.2.1樣帶樣方設(shè)置方案

參照《植物社會學(xué)理論與方法》和喀斯特地區(qū)植物演替特征進(jìn)行樣方設(shè)置,結(jié)合調(diào)查研究工作的可操作性,確定最小樣地面積為30 m×30 m(900 m2)[23- 24]。樣帶樣方設(shè)置按四方向法,以山頂為中心向山腳延伸,每方向設(shè)置3個樣點(山頂、山腰、山腳處各一個),縱向分析山體從山頂?shù)缴侥_的植物群落特征差異；設(shè)置嵌套型樣方,每個取樣點按喬、灌、草分別設(shè)置5個調(diào)查樣方,每個樣方之間的間隔不少于3—5 m。其中,喬木樣方大小10 m×10 m,灌木樣方大小3 m×3 m,草本樣方大小1 m×1 m。

2.2.2調(diào)查內(nèi)容和指標(biāo)包括

野外調(diào)查時間為2019年的7—10月。記錄每個樣方的地理坐標(biāo)、海拔、坡向等信息。群落調(diào)查內(nèi)容和指標(biāo)包括：喬木的種名、數(shù)量、高度、胸徑、冠幅、生長狀況等；灌木(包括小喬木)的種名、高度、冠徑、株數(shù)、生長狀況等；草本的種名、株數(shù)或蓋度、生長狀況等。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1植物多樣性測定

本研究采用Margalef物種豐富度指數(shù)(R),反映植物群落中物種的豐富程度；采用Shannon-Wiener指數(shù)(H′)、Simpson指數(shù)(D)、和Pielou指數(shù)(Jh)體現(xiàn)植物物種數(shù)量、結(jié)構(gòu)和分布均勻程度的綜合量化指標(biāo)[25]。各指數(shù)分別為：

式中,n為總個體數(shù)量；S為總物種數(shù)量；ln為以e為底的自然對數(shù)；Pi=ni/n,ni表示第i個物種的個體數(shù)量。

2.3.2游人容量測定

參照喀斯特山體公園游人容量測算模型[26],結(jié)合喀斯特山體公園園路最大、最小、最佳行走間距,活動場所最大、最佳和最小人均游憩占有面積的計算方程,分別計算得到喀斯特山體公園最大容量、最佳容量和最小容量閾值。 公式分別為：

式中,Lr為喀斯特山體公園園路實際長度(m),Wi為喀斯特山體公園園路寬度(當(dāng)園路寬度<1 m 時,Wi=1；園路寬度在1.5—2 m時,Wi=2；園路寬度>2 m時,Wi=3),d為喀斯特山體公園園路周轉(zhuǎn)率,T為喀斯特山體公園總游憩時間(7:00—17:00,共計10 h),tr為游完喀斯特山體公園園路的時間,根據(jù)喀斯特山體公園園路實際行走速度測量V取值20 m/min。節(jié)假日、周末游人入園高峰期園路容量測算時,游人行走間距取最小值1.47 m,工作日或非入園高峰期時段園路容量測算行走間距取最大值3.5 m,通過計算以及測量游人在山體園路中實際行走狀態(tài),2.8 m的行走間距是滿足游人親密、社交范圍的最佳行走間距。

式中,S為喀斯特山體公園活動場地總面積,d為活動場地周轉(zhuǎn)率,T為山體公園游憩總時間(7:00—17:00,共計10 h),ts為喀斯特山體公園各類游憩活動平均游玩時間取值。周末、節(jié)假日及上午時段的入園高峰時段在園人數(shù)較大,人均游憩占有面積取最小值2.89 m2計算喀斯特山體公園的最大游人容量；工作日、天氣狀況不佳的平常日入園人數(shù)僅有高峰時期的三分之一,人均游憩面積取值8.8 m2計算為最小游人容量；經(jīng)測算得出喀斯特山體公園最佳人均游憩占有面積為5.15 m2。

由上述園路游人容量和活動場所游人容量公式,可綜合計算出喀斯特山體公園最大、最小和最佳游人容量,公式分別為：

喀斯特山體公園最大游人容量為：KHPTCCmax=Rrccmax+Rgccmax

喀斯特山體公園最小游人容量為：KHPTCCmin=Rrccmin+Rgccmin

喀斯特山體公園最佳游人容量為：KHPTCC=Rrcc+Rgcc

式中,KHPTCCmax為喀斯特山體公園最大游人容量,KHPTCCmin為喀斯特山體公園最小游人容量,KHPTCC為喀斯特山體公園最佳游人容量,Rrcc為公園園路容量,Rgcc為活動場地容量。

2.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel、SPSS Statistics 19.0等軟件對上述相關(guān)變量指標(biāo),采用方差分析、相關(guān)性分析、多元線性回歸分析等多元統(tǒng)計分析方法,分析植物群落結(jié)構(gòu)、物種組成及多樣性對公園化利用的響應(yīng)。

3 結(jié)果與分析

3.1 兩類型山體植物群落結(jié)構(gòu)與物種組成分析

3.1.1兩種類型山體植物群落結(jié)構(gòu)分析

兩類型山體植物群落垂直結(jié)構(gòu)樣方數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見表4,可以看出山體公園群落結(jié)構(gòu)均以4層和3層復(fù)合結(jié)構(gòu)為主,連續(xù)性強(qiáng),而自然山體植物群落垂直結(jié)構(gòu)主要為喬—灌—草斷層甚至單一結(jié)構(gòu)。其中,NM4號山體喬木、灌木缺失的樣方高達(dá)20個,該山體位于貴安新區(qū),山體周邊大規(guī)模新區(qū)城市建設(shè)挖掘破壞使山體部分基巖裸露,生存環(huán)境嚴(yán)酷；NM1號、NM2號NM5號和NM12號4座山體均存在5—12個喬木缺失樣方。黔中地區(qū)是貴州省喀斯特地貌分布最廣的區(qū)域,也是人口密度和人口數(shù)量最多的區(qū)域,長期的人類活動干擾使得該區(qū)域植被長期處于退化狀態(tài)[27],導(dǎo)致遺存于城市建成環(huán)境之中的自然山體植物群落結(jié)構(gòu)中多少喬木層的現(xiàn)象,自然山體部分樣地群落結(jié)構(gòu)趨于簡單化。MP1號、MP2號、MP4號和MP8號山體公園出現(xiàn)喬木缺失現(xiàn)象,但均在3個樣方以內(nèi),由此可見,山體公園雖受公園化建設(shè)和人為干擾的影響,但公園建設(shè)選址常會人為地選擇植被較好的山體建園,而且在建園過程中人工綠化增加了一定數(shù)量的喬木,從這個意義上來講,城市遺存自然山體的公園化利用有利于植物群落結(jié)構(gòu)的完善,但是由于喀斯特山體生境條件嚴(yán)酷,土壤稀少、水土流失嚴(yán)重,公園化利用一方面通過人為措施豐富植物種類和群落結(jié)構(gòu)的同時,也會加劇水土流失等負(fù)面影響,因此在日常維持中需要加大對人工綠植的養(yǎng)護(hù)。

表4 山體公園與自然山體植物群落垂直結(jié)構(gòu)樣方數(shù)

將喬木胸徑劃分為小、中、較大、大、特大5個齡組,分別為：Ⅰ(≤10 cm)；Ⅱ(11—20 cm)；Ⅲ(21—30 cm)；Ⅳ(31—40 cm)；Ⅴ(41 cm及以上)[28]。由圖2可知,兩類型山體喬木徑級結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)倒J分布型,喬木平均個體數(shù)隨齡組增加而減少,小徑級喬木數(shù)量在整個群落中占明顯優(yōu)勢,中、較大齡組喬木個體數(shù)較少,大、特大齡組喬木個體數(shù)極少。但通過對比得知,山體公園≤10 cm徑級喬木平均株數(shù)明顯高于自然山體,分別為442株和206株。這一結(jié)果進(jìn)一步說明了喬木層植物數(shù)量的增加與公園化利用有直接關(guān)系,其結(jié)果與更多人為公園建設(shè)的選址和栽植有關(guān)。其次,近年來生態(tài)環(huán)境建設(shè)以及山體植被資源管理強(qiáng)化后,減少和杜絕了樵采砍伐等人為干擾,自然山體的小徑級喬木得以更新。由圖2可知,兩類型山體喬木高度均隨胸徑的增加呈明顯增加趨勢。其中,自然山體45 cm徑級喬木平均高度顯著高于山體公園,這可能與不同山體生境條件和植物生長狀況以及不同植物種的生長特性有關(guān),關(guān)于這一現(xiàn)象的具體原因還有待進(jìn)一步調(diào)查與分析。

圖2 山體公園與自然山體喬木徑級結(jié)構(gòu)數(shù)量特征Fig.2 Quantitative characteristics of tree diameter class structure in mountain parks and natural mountains

3.1.2兩種類型山體植物群落物種組成分析

本次調(diào)查共計記錄植物155科457屬604種。其中,自然山體共142科377屬474種;山體公園共132科349屬437種。各公園物種組成情況統(tǒng)計結(jié)果見表5,通過方差分析可知,整體上兩類型山體平均物種數(shù)無顯著性差異(山體公園153種,自然山體149種),但不同樣山之間物種數(shù)量差異較大。自然山體中NM4號和NM5號物種數(shù)明顯低于其他自然山體,分別為107種和123種。一般認(rèn)為斑塊越小越容易受到外圍環(huán)境或基底中各種干擾的影響[29],NM4號和NM5號山體周邊城市建設(shè)破壞和耕種等強(qiáng)烈人為干擾,加之山體面積較小(分別為3.65 hm2與3.85 hm2),抗干擾能力弱,山體邊緣受到干擾后內(nèi)部植物群落反映強(qiáng)烈,導(dǎo)致物種數(shù)明顯低于其他幾個山體。另外,有研究表明過度的游憩活動會導(dǎo)致生境植物群落結(jié)構(gòu)與組成發(fā)生一定程度改變以適應(yīng)環(huán)境的變化[30]。山體公園中MP2號為重度公園化利用山體,基礎(chǔ)設(shè)施面積占比較高,公園化開發(fā)建設(shè)強(qiáng)度指標(biāo)高達(dá)27.11%,物種數(shù)為110種,明顯低于其他7個公園?？梢娺m度的公園化利用對山體植物群落的物種豐富度和結(jié)構(gòu)有一定的積極作用,但過度公園化利用則會產(chǎn)生負(fù)面影響。

表5 山體公園與自然山體植物科、屬、種組成

兩類型山體植物群落生活型構(gòu)成統(tǒng)計結(jié)果見表6,表6結(jié)果可以看出兩類型山體各生活型平均物種數(shù)量無顯著差異,且存在較大相似性。其中,兩類型山體喬木常綠落葉比均為1∶1.9,均以落葉喬木樹種為主；山體公園和自然山體藤本常綠落葉比分別為1.5∶1和1.2∶1,均以落葉藤本為主；山體公園和自然山體灌木常綠落葉比分別為1∶1.7和1∶1.8,均以常綠灌木為主；兩類型山體多年生、一年生草本比均為1∶1.8,均以多年生草本為主。兩類型山體整體上均呈現(xiàn)出草本>灌木>喬木>藤本的趨勢。一方面,喀斯特植被尤其是鑲嵌在高異質(zhì)性城市環(huán)境中的城市自然遺存山體植被,植物群落及土壤環(huán)境更容易受外部環(huán)境影響而發(fā)生改變,以適應(yīng)周邊干擾環(huán)境并維持群落結(jié)構(gòu)與組成。另一方面,不同植物種對外界環(huán)境干擾脅迫的適應(yīng)能力和植物本身特性的差異也可能是造成該結(jié)果的原因。本研究中自然山體長期受到強(qiáng)烈干擾后喬、灌植物生長嚴(yán)重受到限制,而草本植物尤其是環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的多年生草本植物則在群落中占據(jù)一定的優(yōu)勢。如MP4號山體表現(xiàn)為城市建設(shè)挖掘等嚴(yán)重破壞后生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性失衡,部分樣地喬、灌急劇減少或消失,芒草、藎草等環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的草本植物迅速占據(jù)了大量生長空間(表4)。兩類型山體植物生活型與平均物種數(shù)呈現(xiàn)出較大相似性也從側(cè)面反映出山體公園化并不是影響喀斯特城市自然遺存山體植物組成的主要原因,其植物群落結(jié)構(gòu)與組成是周邊城市基質(zhì)、山體生境條件、人為干擾以及土壤、光照、地形、氣候等多個因子協(xié)同作用的結(jié)果。

表6 山體公園與自然山體植物群落生活型構(gòu)成

3.2 兩種類型山體植物群落物種多樣性與分布格局分析

3.2.1兩種類型山體植物群落物種多樣性分析

兩類型山體植物多樣性指數(shù)結(jié)果(表7)可以看出,山體公園多樣性指數(shù)整體高于自然山體,盡管差異性不十分明顯,但整體兩類型山體植物多樣性存在顯著性差異。通過對比分析山體公園各山體之間的多樣性差異可以看出：(1)不同公園化程度山體多樣性存在顯著差異,相關(guān)性分析表明,IPDC、DPU與多樣性指數(shù)之間均存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,主要表現(xiàn)為重度公園化利用山體各多樣性指數(shù)顯著低于中度、輕度公園化利用山體。這說明強(qiáng)烈的旅游活動可能會導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到破壞、多樣性下降,而適度水平干擾或較低水平干擾程度則有利于物種豐富度增加,這與許多研究結(jié)論一致[31]。(2)不同山體公園面積多樣性指數(shù)整體表現(xiàn)為≥5 hm2(如MP1、MP4、MP7號公園)山體公園多樣性指數(shù)顯著低于≤5 hm2(MP3、MP5、MP6號公園),相關(guān)性結(jié)果也表明公園面積與多樣性指數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,這說明山體公園多樣性指數(shù)并不隨面積的增加而呈上升趨勢。究其原因可能是山體公園化利用后生態(tài)環(huán)境相對穩(wěn)定,并進(jìn)行人工栽植綠化與養(yǎng)護(hù)管理,一定程度上減弱了斑塊面積對多樣性的影響。(3)自然山體多樣性指數(shù)與山體面積無顯著相關(guān)關(guān)系,說明喀斯特城市自然山體的面積并不是影響其物種多樣性的主要因素。可能是因為喀斯特自然生境本就存在巖石裸露、石漠化的嚴(yán)重生態(tài)問題并且十分普遍[32],喀斯特山地城市地形地貌復(fù)雜,景觀格局破碎度較高,加之不同山體生態(tài)環(huán)境條件、周邊用地性質(zhì)、人類活動頻繁程度及干擾方式不一,導(dǎo)致自然山體面積對多樣性指數(shù)影響較小；(4)兩類型山體植物多樣性與核密度等級呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,核密度高值區(qū)域(2—3級)多樣性指數(shù)顯著低于核密度低值區(qū)域(4—5)。核密度能夠反映自然遺存山體周邊建筑或街區(qū)的分布情況,核密度等級越高,該區(qū)域建筑密度及相應(yīng)的人口密度則越高,相對于周邊多為自然生境或城市綠地的低核密度區(qū)域,高核密度區(qū)域用地性質(zhì)更復(fù)雜,對自然遺存山體的干擾更大,可能導(dǎo)致多樣性指數(shù)降低。Alex Saunders等人在城市植被覆蓋驅(qū)動因素研究中表明,城市植被覆蓋/多樣性與周邊居住密度、人口密度、建筑面積覆蓋率呈顯著負(fù)相關(guān),與周邊植被覆蓋度呈顯著正相關(guān)[33]。本研究結(jié)果進(jìn)一步映證了周邊用地性質(zhì)復(fù)雜、高建筑與人口密度的城市環(huán)境會對城市生境完整性、植物多樣性起到負(fù)面作用。

表7 山體公園與自然山體植物群落物種多樣性指數(shù)

3.2.2兩種類型山體植物群落物種多樣性坡位、坡向分析

由表8兩類型山體植物多樣性坡位坡向分析可知：坡位上,自然山體多樣性指數(shù)整體表現(xiàn)為山腰/山腳>山頂,山體公園多樣性指數(shù)整體表現(xiàn)為山腰>山腳>山頂,兩類型山體的山頂植物多樣性均最低,這主要原因是喀斯特山體因水土流失,山頂巖石祼露率高,土壤稀少,現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)山頂部位植被覆蓋率低,植物主要以能適應(yīng)喀斯特環(huán)境的少數(shù)灌木為主,生長于石頭縫隙之中,因此植物多樣性均較低,另外,山體公園建設(shè)常在山頂設(shè)置活動場地、眺望觀景亭廊等景觀服務(wù)設(shè)施,也是游人相對集中的區(qū)域,在自然與人為共同作用下導(dǎo)致其植物多樣性低。相比較而言,山腰位置受人為干擾低,而且累積了從山頂及上部雨水沖刷的土壤及植物種子,土壤水肥條件適中,資源可利用率最高,植物多樣性最高。兩類型山體山腳、山腰處植物多樣性指數(shù)在坡向上無明顯差異,坡向和坡位是影響山地城市植物多樣性分布的重要地形因子[34]。一般情況下,坡向不同光照不同從導(dǎo)致不同坡向的生境條件差異,而城市喀斯特山體周邊高樓林立,貴陽市中心城區(qū)山體相對高度一般為50—100 m之間,山腰及以下陽坡已無光照優(yōu)勢,這可能是導(dǎo)致山體中下部不同坡向植物多樣性無明顯差異的主要原因。

表8 山體公園與自然山體不同坡向坡位植物群落物種多樣性

3.2.3兩種類型山體植物豐富度相關(guān)性分析

對山體公園植物群落物種多樣性與公園化利用程度不同指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果(表9)表明,8個因子與物種豐富度之間存在一定的相關(guān)性：(1)公園面積與物種多樣性指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān),與園路面積、最小游人容量呈顯著正相關(guān)；(2)核密度等級與物種豐富度、Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān),與IPDC、DPU呈顯著正相關(guān)；(4)IPDC、DPU與物種數(shù)、多樣性指數(shù)之間均存在顯著性負(fù)相關(guān)；(3)IPDC和DPU之間存在顯著正相關(guān)。結(jié)合前述結(jié)果分析可以推測,公園化利用強(qiáng)度與山體公園物種多樣性密切相關(guān),公園化利用強(qiáng)度是IPDC和DPU的直接體現(xiàn),公園化基礎(chǔ)設(shè)施是提高游客量最直接的方法,基礎(chǔ)設(shè)施占山體公園面積比例越高,山體開發(fā)力度、游人容量及隨之而來的游人活動干擾則越大,若山體公園無限開發(fā)、擴(kuò)展游憩空間,所占比例超過山體生境可承受的安全閾值范圍,則會對山體生態(tài)環(huán)境資源造成嚴(yán)重破壞[26],在一定程度上公園化游憩空間布局還會影響植物分布格局。

自然山體植物群落物種多樣性相關(guān)性分析(表10)可知：(1)山體面積與核密度等級呈顯著負(fù)相關(guān),與物種數(shù)呈顯著正相關(guān),與多樣性指數(shù)無顯著相關(guān)關(guān)系；(2)核密度等級與物種數(shù)、多樣性指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；(3)物種數(shù)與物種多樣性指數(shù)呈顯著正相關(guān)。由以上分析可以推測,山體面積、周邊城市基質(zhì)干擾對城市自然山體物種數(shù)與物種多樣性有顯著影響,但具體影響范圍與機(jī)制還有待進(jìn)一步調(diào)查與研究。

表10 自然山體植物群落物種多樣性相關(guān)性分析

由表9、10可知,各相關(guān)指標(biāo)與山體公園、自然山體物種豐富度呈顯著相關(guān)關(guān)系,通過多元線性回歸分析,剔除對物種豐富度影響不顯著的變量,得出山體公園與自然山體各多樣性指數(shù)回歸方程。

表9 山體公園植物群落物種多樣性相關(guān)性分析

山體公園植物群落物種多樣性回歸方程擬合結(jié)果分別為：

YR=2.324X1+0.697X2-0.039X3-0.007X4-0.005X5+0.0148X8-9.957 (R2=0.323)

YH=0.018X1+0.027X2-0.002X3+0.001X8+0.157 (R2=0.275)

YD=0.023X1+0.002X2-0.001X3-7.418X5+0.700 (R2=0.190)

YJH=0.008X1-0.001X2-5.158X4-3.540X5+9.220X8+0.311 (R2=0.151)

式中,自變量X1為山體面積、X2核密度等級、X3為物種數(shù)、X4園路面積、X5活動場地面積、X6為最小游人容量、X7為最大游人容量、X8為最佳游人容量；因變量YR為Species richness指數(shù)、YH為Shannon-Wiener指數(shù)、YD為Simpson指數(shù)、YJH為Pielou指數(shù)。

通過對多元線性回歸分析,得出自然山體植物群落物種各多樣性回歸方程擬合結(jié)果,分別為：

YR=-0.032X1-0.267X2+0.039X3+3.585 (R2=0.166)

YH=-0.007X1-0.015X2+0.003X3+0.558 (R2=0.168)

YD=-0.004X1-0.004X2+0.002X3+0.619 (R2=0.142)

YJH=-0.005X1-0.001X2+0.001X3+0.241 (R2=0.146)

式中,自變量X1為山體面積、X2核密度等級、X3為物種數(shù)；因變量YR為Species richness指數(shù)、YH為Shannon-Wiener指數(shù)、YD為Simpson指數(shù)、YJH為Pielou指數(shù)。

由上述兩類型山體多樣性指數(shù)回歸分析擬合結(jié)果與R2值可知,山體公園YR的R2為0.323,擬合程度較好；YH、YD、YJH3個指數(shù)R2均在0.3以下,擬合程度較低；其中山體面積、核密度等級與最佳游人容量是影響山體公園各物種豐富度指數(shù)的主要因素。自然山體各多樣性指數(shù)R2值均在0.2以下,擬合程度較低,但均在小于0.01的顯著級別下通過T檢驗。上述結(jié)果說明,城市遺存自然山體及公園化利用的山體的植物群落多樣性受到多方面因素的影響,但上述相關(guān)影響指標(biāo)并不能很好地解釋不同山體的植物群落物多樣性之間的差異,還需更深入地調(diào)查研究揭示其影響機(jī)理。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)整體而言,黔中巖溶地區(qū)城市遺存自然山體長期受土地利用強(qiáng)烈變化與人類活動干擾使得該地區(qū)植被長期處于退化狀態(tài),導(dǎo)致自然山體植物群落結(jié)構(gòu)中多缺少喬木層的現(xiàn)象,植物群落結(jié)構(gòu)趨于簡單化；公園化利用自然山體建設(shè)選址常會人為地選擇植被較好的山體建園,以及人工栽植等原因,使得公園化利用的山體植物群落結(jié)構(gòu)優(yōu)于自然山體。

(2)整體上兩類型山體平均物種數(shù)與各生活型平均物種數(shù)無顯著性差異,但各山體之間物種數(shù)量差異較大；各生活型平均物種數(shù)量整體表現(xiàn)為草本>灌木>喬木>藤本,其中,兩類型山體落葉喬木、落葉藤本和多年生草本植物所占比例明顯高于常綠喬木、常綠藤本和一年生草本植物,兩類山體灌木均表現(xiàn)為常綠灌木物種數(shù)高于落葉物種。

(3)兩類型山體植物多樣性在坡位上表現(xiàn)為山頂植物多樣性指數(shù)顯著低于山腳和山腰處,兩類型山體在坡向上多存在顯著性差異,卻無明顯分布規(guī)律。山體公園各多樣性指數(shù)略高于自然山體,且存在顯著性差異；公園化利用程度對植物群落物種多樣性指數(shù)存在一定程度的影響,重度公園化利用山體各多樣性指數(shù)顯著低于中度、輕度公園化利用山體,適度的公園化利用對山體植物群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性有一定的積極作用,但過度公園化利用會產(chǎn)生負(fù)面影響；山體公園多樣性指數(shù)并不隨面積的增加而呈上升趨勢,面積≥5 hm2的山體公園多樣性指數(shù)顯著低于≤5 hm2的山體公園；自然山體多樣性指數(shù)與山體面積無顯著相關(guān)關(guān)系；城市建成區(qū)核密度低值區(qū)域山體多樣性指數(shù)高于核密度高值區(qū)域。

4.2 討論

人類活動引起的土地利用劇烈變化造成的棲息地破碎化甚至喪失,是城市生物多樣性受到威脅的重要驅(qū)動因素[10]。貴陽市作為典型的山地城市,其城市建設(shè)與布局受地形地勢的嚴(yán)重影響,城市發(fā)展與山體緊密結(jié)合,形成“城山鑲嵌”的喀斯特山地城市空間形態(tài)[19]。城市自然遺存山體生境作為一個分散并鑲嵌在異質(zhì)城市基質(zhì)中的自然殘留體系,不可避免的受到周邊城市基質(zhì)干擾。隨著喀斯特山地城市城市化進(jìn)程的不斷加快,不透水建設(shè)用地不斷脅迫侵占城市自然山體,山體斑塊數(shù)量和面積急劇減少并呈破碎化分布。長期人類活動干擾使該區(qū)域植被長期處于退化狀態(tài)[27],導(dǎo)致自然遺存山體植物群落結(jié)構(gòu)與組成趨于簡單化,多樣性降低。雖然,旅游活動作為一種局部性干擾,干擾程度一旦超過生態(tài)系統(tǒng)的安全閾值,則會嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境甚至發(fā)生逆向演替,但在一定區(qū)域或范圍內(nèi)適度人為干擾可以增加物種多樣性[32],維持較好的植物群落結(jié)構(gòu)。因此,在今后的山體公園建設(shè)中,應(yīng)合理規(guī)劃山體公園游憩空間布局與控制游人容量,加強(qiáng)公園維護(hù)與管理,以保持山體良好群落結(jié)構(gòu)與物種豐富度。

植物群落結(jié)構(gòu)與物種組成以及分布格局不僅受到關(guān)鍵的土壤養(yǎng)分、水分、地形等自然環(huán)境要素決定,還受到周邊環(huán)境干擾、環(huán)境變化等因素的影響[35- 36]。黔中喀斯特地區(qū)有著豐富的喀斯特自然遺存山體資源,但生態(tài)條件的特殊性和長期的人類活動干擾,導(dǎo)致該區(qū)域原始植被遭到破壞,石漠化加劇,脆弱生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生大面積退化,生態(tài)環(huán)境問題極其復(fù)雜[37]。除此之外,有研究表明,與保護(hù)區(qū)/生境相鄰的土地利用強(qiáng)度增加可能會增加邊緣效應(yīng),降低生境的完整性和生態(tài)價值[38]；城市植被覆蓋/多樣性與周邊居住密度、人口密度、建筑面積覆蓋率呈顯著負(fù)相關(guān)[33]。不僅如此,還有一系列研究表明社會經(jīng)濟(jì)地位、文化特征等因素與城市植物多樣性及分布格局顯著相關(guān)[39]。這也從側(cè)面反映出,黔中喀斯特城市自然遺存山體植物群落結(jié)構(gòu)與組成、多樣性以及分布格局等特征是對地形地貌、土壤、光照、周邊城市基質(zhì)以及公園化利用程度等環(huán)境因子長期變化的綜合反映。然而,周邊城市基質(zhì)、土壤等因素對黔中喀斯特城市自然遺存山體和山體公園植物群落結(jié)構(gòu)與組成、多樣性及分布格局的具體影響機(jī)制以及維持機(jī)理的相關(guān)理論與實踐研究還很薄弱,因此深入量化周邊城市基質(zhì)對城市自然山體和山體公園植物群落的影響是當(dāng)前喀斯特城市自然遺存山體資源保護(hù)的迫切需求。