重慶市主城建成區(qū)主要綠地的植物種類構(gòu)成研究

劉時彥, 趙娟娟, 宋晨晨, 李明娟, 江南, 陳靜

重慶市主城建成區(qū)主要綠地的植物種類構(gòu)成研究

劉時彥, 趙娟娟*, 宋晨晨, 李明娟, 江南, 陳靜

西南大學(xué)園藝園林學(xué)院, 重慶 400715

采用分層隨機抽樣法調(diào)查了重慶市主城建成區(qū)道路、居住區(qū)、單位、公園四類主要綠地共132個, 從植物科屬、來源、生活型、區(qū)系、優(yōu)勢種、多樣性、入侵種七個方面分析了綠地植物種類構(gòu)成, 并采用雙向指示種分類 (TWINSPAN)分析植物群落。結(jié)果表明: (1)本次調(diào)查共記錄維管束植物135科376屬550種, 生活型以草本植物為主, 物種多樣性指數(shù)以居住區(qū)綠地最高而公園綠地最低; (2)外來植物占42%, 其中81%是引種的觀賞植物, 外來植物區(qū)系以熱帶成分為主; (3)喬灌植物優(yōu)勢種均為栽培植物, 草本80%優(yōu)勢種和90%主要群叢指示種為自生植物, 自生草本植物利用潛力巨大。(4)26種入侵植物中80%是草本植物, 且在四類綠地中分布均勻, 紅花酢漿草()、垂序商陸()、喜旱蓮子草()、小蓬草()四種危害較大的入侵植物已成為綠地主要群叢的指示種; (5)TWINSPAN分類得到喬灌和草本植物主要群叢類型及其物種多樣性。研究結(jié)果為城市綠地植物種類選擇提供參考。

TWINSPAN分類; 城市植物; 種類構(gòu)成; 城市綠地

0 前言

近年來我國快速城市化, 城市土地利用格局大幅改變, 城市中大范圍自然土地被人工綠地所取代。如何最大程度地發(fā)揮城市綠地植物的生態(tài)效益是目前生態(tài)研究的重點之一[1]。研究城市綠地植物構(gòu)成及格局對探索人為活動影響下的植物區(qū)系變化、城市綠化和城市植物多樣性的保護(hù)具有重要意義[2]。目前國內(nèi)關(guān)于城市建成區(qū)綠地植物種類構(gòu)成的研究, 主要集中在北京、上海、深圳、廈門等城市化程度較高的城市[2-5], 研究內(nèi)容主要涉及城市綠地植物的科屬構(gòu)成、來源構(gòu)成、區(qū)系構(gòu)成、多樣性構(gòu)成、入侵植物等方面, 而西南內(nèi)陸城市相關(guān)研究少見報道。

重慶市地理和氣候條件獨特, 有“山城”和“霧都”之稱, 作為我國西南內(nèi)陸發(fā)展的支點, 重慶在近二十年來飛速發(fā)展, 但目前重慶城市植物研究主要集中在消落帶植物[6]和園林植物[7], 對于城市建成區(qū)綠地的植物種類構(gòu)成少見研究報道。作為西南內(nèi)陸快速城市化的城市, 重慶城市綠地植物種類構(gòu)成現(xiàn)狀及其變化如何？城市綠地植物種類構(gòu)成存在哪些特點？本研究通過對重慶市主城建成區(qū)主要綠地進(jìn)行植物調(diào)查和分析, 進(jìn)行縱向和橫向的對比, 為城市綠地建設(shè)、管理、維護(hù)、優(yōu)化及城市生物多樣性保護(hù)和城市可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

重慶市地形以山地丘陵為主, 屬于中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)域, 冬季氣溫平均為6—8 ℃, 夏季氣溫平均為27—29 ℃, 年均降雨量為1129.8 mm, 年均氣溫為18.3 ℃。氣候特點呈現(xiàn)出冬季溫暖, 全年云霧多, 日照少的特點。重慶市主城區(qū)(東經(jīng)105°17′—110°11′, 北緯28°10′—32°13′)位于重慶市中西部, 青藏高原和長江中下游, 主要包括九大行政區(qū)域: 渝中區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)、北碚區(qū)、大渡口區(qū)、渝北區(qū)、巴南區(qū)。

1.2 植物調(diào)查方法

2017年8月, 采用分層隨機抽樣法調(diào)查重慶市主城建成區(qū)的四類主要綠地，包括道路綠地、居住區(qū)綠地、公園綠地和單位綠地, 調(diào)查區(qū)域主要集中在重慶市主城區(qū)內(nèi)環(huán)高速內(nèi), 兼顧北碚城區(qū)組團(tuán)(圖1)。本次共調(diào)查132個樣點, 每個樣點選取3個樣地, 調(diào)查的平均樣地面積為231.3 m2。

因城市綠地多為建筑、道路等分隔而成的綠地斑塊, 本次調(diào)查采用樣方與斑塊兩種單位相結(jié)合的取樣方法[8]。如果植物異質(zhì)性不高或異質(zhì)性高但無法斑塊取樣, 則采用傳統(tǒng)的樣方取樣, 設(shè)置20 m× 20 m的矩形樣方取樣; 如果植物異質(zhì)性較高且能有效完全取樣則采用斑塊取樣(圖2)。

對每個樣地中所有喬灌植物進(jìn)行普查, 設(shè)置3個1 m×1 m的樣方調(diào)查樣地內(nèi)的草本植物。調(diào)查主要指標(biāo)如下:

(1)喬木: 種名、株數(shù)、樹高、冠幅、胸徑; (2)灌木: 種名、株數(shù)、高度、長寬; (3)草本: 種名、株數(shù)、樣方總蓋度、高度、蓋度。

圖2 植物調(diào)查取樣單位的確定方法

Figure 2 Method for determining the sample unit of plant survey

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 重要值

喬灌植物重要值的計算公式:

草本植物重要值的計算公式:

式中:S為第種植物的重要值;為第種植物的相對密度;為第種植物的相對頻度;為第種植物的相對蓋度[9]。

1.3.2 物種多樣性指數(shù)

本研究采用Patrick 指數(shù)()、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)()、Pielou 均勻度指數(shù)()、Simpson 多樣性指數(shù)()來測定植物群落物種多樣性[10–11]。

(1)Patrick 指數(shù)()

=S#(3)

式中為Patrick 指數(shù),為樣方植物總種數(shù)。

(2)Shannon—Wiener 指數(shù)()

式中為Shannon—Wiener 指數(shù),為第種植物的株數(shù)與植物群落總株數(shù)的比值。

(3)Pielou 均勻度指數(shù)(J)

式中為Pielou均勻度指數(shù),為第種植物的株數(shù)與植物群落總株數(shù)的比值,為樣方植物總種數(shù)。

(4)Simpson 指數(shù)(D)

式中為Simpson 指數(shù),為第種植物的株數(shù)與植物群落總株數(shù)的比值,為樣方植物總種數(shù)。

1.3.3 TWINSPAN分類

使用 PC-ORD 5.0 軟件以喬灌草植物重要值為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 TWINSPAN 分類。將植物分為喬灌植物和草本植物兩大類計算, 剔除喬灌數(shù)據(jù)和草本數(shù)據(jù)中總頻度小于等于2 %的偶見種, 然后分別以樣地編號和樣方編號進(jìn)行TWINSPAN分類計算。參數(shù)設(shè)置: “假種(Pseudospecies)”切割水平采用5級, 各水平值分別是0.00、0.02、0.05、0.10、0.20; 每次分類的指示種最大數(shù)量為5個; 分類的最大水平數(shù)為6次; 分類最小種組采用5個; 最終結(jié)果矩陣顯示的最大物種數(shù)為200。

2 結(jié)果與分析

2.1 物種構(gòu)成

本次調(diào)查共記錄包括變種、品種及亞種維管束植物135科376屬550種。其中, 草本植物具有最多的科數(shù)、屬數(shù)和種數(shù)。植物物種數(shù)最多的5個科依次為菊科(Compositae)、禾本科(Gramineae)、薔薇科(Rosaceae)、豆科(Leguminosae)、莎草科(Cypera-ceae); 植物物種數(shù)最多的3個屬依次為榕屬()、女貞屬()、冷水花屬(); 單種科49科, 占總科數(shù)的36%; 單種屬266屬, 占總屬數(shù)的71%。

四類綠地的物種多樣性指數(shù)見表1。物種多樣性指數(shù)最高的是居住區(qū)綠地, 最低的是公園綠地, 單位綠地和道路綠地相差不大。

2.2 來源構(gòu)成

以《中國植物志》對植物原產(chǎn)地及其分布地的記錄為基礎(chǔ), 結(jié)合文獻(xiàn)查閱、引種栽培記載及地方植物志等, 劃分鄉(xiāng)土植物、外來植物, 并將外來植物劃分為國內(nèi)外來植物、國外外來植物。

鄉(xiāng)土植物321種, 外來植物229種, 分別占植物總種數(shù)的58%、42%, 外來植物占比較大。

外來植物中, 國內(nèi)外來植物110種, 占植物總種數(shù)的20%, 植物來源以華東沿海地區(qū)和華南地區(qū)為主, 占國內(nèi)外來植物總種數(shù)的82%; 國外外來植物119種, 占植物總種數(shù)的21%, 來源以美洲和亞洲為主, 占國外外來植物總種數(shù)的76%。外來植物中有185種是引種的觀賞植物, 占外來植物總種數(shù)的81%。可見，城市建成區(qū)外來植物被引種與其觀賞性有密切關(guān)系。

表1 各綠地物種多樣性指數(shù)

植物來源在四類綠地中的分布均以鄉(xiāng)土植物占絕對優(yōu)勢, 國內(nèi)外來植物略高于國外外來植物。道路綠地的鄉(xiāng)土植物種數(shù)相對較少, 其余三類綠地物種來源分布差別不大(圖3)。

2.3 生活型構(gòu)成

根據(jù)《中國植物志》將植物生活型分為常綠喬木、落葉喬木、常綠灌木、落葉灌木、多年生草本、一年生草本、草質(zhì)藤本和木質(zhì)藤本, 其比例約為11:7:13:2:23:21:2:1, 各生活型物種數(shù)見圖4。

植物生活型在四類綠地中的分布(圖5)以草本植物為主, 草本植物中以多年生草本為主。除常綠喬木在道路綠地中分布相對較少外, 各類綠地中生活型的分布較為均勻。

圖3 不同來源植物在各類綠地中的分布

Figure 3 The distribution of plants of different origin in various types of green space

圖4 建成區(qū)主要綠地植物生活型構(gòu)成

Figure 4 Life form composition for plants of the main green space in the built-up area

圖5 植物生活型在各類綠地中的分布

Figure 5 Distribution of plant life forms in various green space

2.4 區(qū)系構(gòu)成

綠地植物376個屬的區(qū)系地理分布涉及14個地理區(qū)域類型和13個地理區(qū)變型[12](表2)。其中, 鄉(xiāng)土植物以泛熱帶和北溫帶成分為主, 共占32.6%; 國內(nèi)外來植物以泛熱帶和熱帶亞洲(印度—馬來西亞)成分為主, 共占33.6%; 國外外來植物以熱帶、亞洲熱帶美洲間斷分布成分為主, 共占47.9%?？傮w上, 植物區(qū)系來源以泛熱帶成分為主。

2.5 優(yōu)勢種構(gòu)成

喬木、灌木、草本植物重要值前十的植物中, 喬灌植物優(yōu)勢種均為人工栽培植物, 草本優(yōu)勢種除細(xì)葉結(jié)縷草和麥冬外均為自生植物(表3)。榕樹、綠黃葛樹、紅花檵木、細(xì)葉結(jié)縷草、麥冬這5種植物具有相對較高的重要值, 即在重慶市主城建成區(qū)主要綠地中應(yīng)用量較大。另外，草本植物中入侵植物喜旱蓮子草已成為優(yōu)勢植物, 綠地植物入侵問題必須加以重視。

2.6 入侵植物構(gòu)成

根據(jù)我國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的第一批、第二批、第三批、第四批外來入侵物種名單, 重慶市主城建成區(qū)主要綠地外來入侵植物共26種(表4)。

入侵植物生活型以草本植物為主, 共15種, 占入侵植物總種數(shù)的58%; 草本植物中又以一年生草本為主, 共12種, 占入侵草本植物總種數(shù)的80%、植物總種數(shù)的46%。因此未來在對入侵種的防治過程中, 要重視草本植物, 尤其是一年生草本植物, 可針對性制定防治計劃。

表2 建成區(qū)主要綠地植物屬的區(qū)系構(gòu)成

表3 建成區(qū)主要綠地重要值前十的喬灌草植物

表4 建成區(qū)主要綠地入侵植物名單

入侵植物種數(shù)在四類綠地中的分布較均勻, 生活型均以草本植物為主(圖6), 因此在入侵植物防治時需要注意關(guān)注草本入侵植物。

2.7 TWINSPAN分類結(jié)果與分析

根據(jù)城市綠地植物特點, 喬灌植物多為栽培植物而草本植物多為自生植物, 將喬灌植物和草本植物分別進(jìn)行分類。剔除不含喬灌或草本植物的樣地后, TWINSPAN分類將393個喬灌樣地劃分為47組。其中樣地數(shù)大于總量2%的有13組, 共249個樣地, 占總樣地量的63.4%(表5); 將1181個草本樣方劃分為60組。其中樣地數(shù)大于總量2%的有14組, 共781個樣方, 占總樣地量的66.1%(表6)。