不同土地利用方式影響下的城市森林植物多樣性格局

張飛飛，周 澎，文美平*，袁 超，陳 強

(1.中國科學院遙感與數字地球研究所，北京 100101；2.錫林郭勒盟環境保護監測站，內蒙古錫林浩特 026000)

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不同土地利用方式影響下的城市森林植物多樣性格局

張飛飛1，周 澎2，文美平1*，袁 超1，陳 強1

(1.中國科學院遙感與數字地球研究所，北京 100101；2.錫林郭勒盟環境保護監測站，內蒙古錫林浩特 026000)

以廈門城市森林林下層植被為對象，選用α多樣性指數及β多樣性指數，運用去勢對應分析、主成分分析等方法定量研究市區、郊區相思林下植物多樣性格局。結果表明：郊區草本層α多樣性指數低于城區。城區草本層β多樣性隨著城市化強度減弱而逐漸增加，灌木層β多樣性隨著城市化強度降低而降低。郊區森林群落草本層β多樣性隨著城市化強度增強逐漸增加，而灌木層β多樣性隨著城市化強度降低呈先增后降趨勢。

城市森林；植物多樣性；環境梯度；土地利用

城市化進程嚴重影響群落結構、植物多樣性格局。城市植被生物多樣性降低影響生態系統的穩定，進而威脅城市生態安全[1]。國外學者多關注城郊植物多樣性對比[2-3]、城鄉梯度上不同退化程度森林指示物種[4]、污染因子對植物多樣性影響[5]、土地利用方式對植物多樣性影響[6]及入侵種的研究[7]等。國內研究如河北遵化植物多樣性分布研究[8]，太原城郊的植物多樣性對比[9]，城市化對生物多樣性影響研究進展[10-11]，北京植物群落的干擾脅迫抵抗力分析[12]，不同干擾措施對毛竹林植物種群格局影響[13]，城市綠地常見木本植物組成對鳥類群落影響等[14]。相對國外研究，國內研究集中體現在對植物多樣性影響因子認識不足，僅停留于多樣性描述的水平，缺乏針對人為干擾環境變量的定量研究。

該研究以廈門城市森林灌草植被為對象，梯度分析植物多樣性及其分布格局，辨識不同鄰接用地類型對于植物多樣性格局的影響，闡明植物多樣性城市化梯度格局及成因，為城市植物多樣性保護提供決策支持。

1 研究區概況

廈門地處閩東南沿海，117°53′～118°25′ E，24°25′～24°54′ N，為亞熱帶季風海洋性氣候，均溫為20.7 ℃，降雨為1 143.5 mm，濕度為78%。以低山、臺地等類型地貌為主，地勢西北高，東南低。地帶性植被為亞熱帶的常綠闊葉林。研究區位置如圖1所示。

2 研究方法與數據處理

2.1 樣帶設置依據廈門市土地利用狀況，以廈門核心商業區為中心，沿城市化環境梯度的變化方向，建立南北向的生態樣帶(如圖1所示)。主要包括廈門萬石山和集美天馬山之間的區域，覆蓋主要的城市土地用地類型，如居住、公共設施、工業、交通、養殖和未利用地。

2.2 野外調查于2009年7～9月，在研究區樣帶的殘留城市森林生境上采樣，并在2010～2012年間進行植物樣本的樣地重復核查，確認植物種。以相思純林的灌草群落為對象，運用系統采樣法，喬木樣方為10 m×10 m大小，灌木樣方為5 m×5 m大小，草本樣方為1 m×1 m大小。記錄植物種種名、高度、蓋度和叢徑(冠幅)等信息。

2.3 數據處理植物群落多樣性分析應考慮個體徑級和高度等因素，否則將影響物種多樣性測度結果和可比性[15]。因此，該研究所采用的多樣性計算均基于重要值[16]：植物多樣性指數基于重要值α(Partrick豐富度指數、Simpson多樣性指數、Shannon指數及Pielou均勻度指數[17])和β(Jaccard相似性系數[18])兩類指數。應用DPS3.01軟件計算多樣性指標[17]， SPSS13.0軟件進行基本數據分析[19]， CANOCO4.5軟件對于生境因子進行DCA排序[20]。

3 結果與分析

3.1 總體植被狀況對研究的植物種數量進行統計后，發現除了臺灣相思(Abrusprecatorius)、馬尾松(Pinusmassoniana)等建群種之外，仍有豺皮樟(Litsearotundifoliavar.oblongifolia)、潺槁樹(Litseaglutinosa)、黃梔子(Gardeniajasminoides)、算盤子(Glochidionpuberum)、鹽膚木(Rhuschinensis)、藎草(Arthraxonhispidus)、扇葉鐵線蕨(Adiantumflaballulatum)、雞屎藤(Paederiascandens)、南蛇藤(CelastrusorbiculatusThunb)、雀梅藤(Sageretiathea(Osbeck)Johnst)、崖豆藤(Millettiawight)、野雉尾(Onychiumjaqomicum)等植物。草本優勢植物種以豨簽重要值最高占到48.83%，灌木優勢植物種以馬櫻丹為主，重要值占到32.93%，而其他植物種均在10%左右。

3.2 城郊梯度植物多樣性格局研究發現，城區與郊區草本植物的Partrick豐富度指數在所有α植物多樣性指數中為最高，其中城區Partrick豐富度指數為4.7，高于郊區的Partrick豐富度指數(3.3)。城區與郊區草本植物的Simpson多樣性指數在所有α植物多樣性指數中為最低，取值范圍在0.35～0.42之間。城區草本植物的Shannon多樣性指數及Pielou均勻度指數均值則高于對應郊區多樣性指數(圖2)。

由圖3可知，城區與郊區灌木植物的Partrick豐富度指數在所有α植物多樣性指數中為最高，其中城區Partrick豐富度指數達到6.5，略高于郊區的Partrick豐富度指數(6.3)。城區與郊區灌木植物的Simpson多樣性指數在所有α植物多樣性指數中為最低，這與其本身的計算公式及取值范圍有關。

整理城市森林草本、灌木植物多樣性指數、密度數據，提取相關重要植被數量特征信息，將原始數據轉換后，進行DCA排序。由結果可以清晰看到，研究區所涉及的植物調查樣方均按照明顯的城市化梯度排列(圖4)。

3.3 不同用地類型的植物多樣性格局由于植物的α多樣性指數僅是對于每個群落或者樣方的植物多樣性特征進行描述，然而為了能夠清楚地反映不同環境梯度上物種的構成差異或替代程度，就必須計算群落間的β多樣性。

城區不同用地類型的草本植物群落β多樣性如表1所示，在所有不同土地利用類型之間的植物群落β多樣性數值，以交通用地和居住用地之間的0.250 1為最高，表明交通用地和居住用地的綠地屬性用途一致，因此二者在草本植物組成上具有一定相似性。交通用地和商業用地之間最低為0.130 6，表明用地類型差異是造成植物群落β多樣性低的主要原因。

表1 城區不同用地類型的草本植物群落β多樣性

城區不同用地類型灌木植物群落β多樣性如表2所示，在所有植物群落β多樣性中，以工業用地和商業用地之間的0.400 7達到最高，表明其用地屬性主要是以實現灌木植物的生態功能為主。居住用地和商業用地之間最低為0.170 5，表明不同用地類型對于灌木植物群落β多樣性影響至關重要。

表2 城區不同用地類型的灌木植物群落β多樣性

由表3可知，郊區不同用地類型的草本植物群落β多樣性指標差異并不顯著。其中，由于養殖用地和工業用地的草本植物組成與其他用地類型相似，因此二者與其他用地類型具有較高的β多樣性。而郊區養殖用地和工業用地之間的草本植物群落β多樣性為最高，達到0.331 0。

表3 郊區不同用地類型的草本植物群落β多樣性

由表4可知，郊區灌木層植物群落β多樣性指標差異較大。其中，以郊區商業用地和居住用地之間的植物群落β多樣性為最高，達0.380 8。而郊區商業用地和未利用地之間的灌木植物群落β多樣性為0，表明二者之間無相似植物組成。

4 討論

4.1 環境梯度分析梯度分析方法由來已久，在環境與生態學領域中廣為應用。在城市生態學研究領域，已有許多專家學者做了有益的嘗試。如張金屯基于“城—郊—鄉”梯度格局分析美紐約州的森林植被變化[16]、王應剛等對太原植物種類環境梯度調查[9]、馬克明等在遵化的城鄉梯度物種變化研究[8]。α多樣性指數被證明是一種理想的了解每個群落、樣方的植物多樣性特征[21]，在該研究的梯度分析中，也得到了較好的效果。

4.2 土地利用方式影響已有研究表明，土地利用類型對植物多樣性格局影響深刻[22]。而一些特定的土地利用類型，往往伴生具有指示意義的植物種類[23]。同時，植被斑塊的邊緣效應也是影響植物多樣性格局的主要因素，疊加土地利用影響，由此產生的交互作用更加復雜，需要進一步深入研究。

在郊區森林群落草本層β多樣性研究中，養殖用地與工業用地之間的群落相似性達到最高值0.33，表明養殖用地對于周邊環境的效應(尤其是對于植物多樣性格局的影響)與工業用地已經十分接近，從側面反映出郊區養殖業的集約化經營已經逐步取代了傳統的粗放型養殖模式。郊區不同用地類型森林群落的灌木層β多樣性研究表明，未利用地與居住用地之間的灌木群落相似性達到最低，印證了伴人物種在非人類聚居區的缺失。商業用地與居住用地灌木群落之間的相似性達到最高值0.38，表明郊區居住用地和商業用地的受人為干擾活動方式較為一致，均以散步、游憩為主。

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Land Use Effect on the Urban Forest Plant Diversity Pattern

ZHANG Fei-fei1, ZHOU Peng2, WEN Mei-ping1*et al

(1. Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101; 2. Xilinguole Meng Environmental Protection Monitoring Station, Xilinhaote, Inner Mongolia 026000)

Taking Xiamen understory vegetation as study object, selecting α and β diversity index, detrended correspondence analysis, principal component analysis were adopted to quantitatively study urban, suburban forest plant diversity. The results showed that urban herb layer α diversity indexes were higher than the suburb’s. Urban herb layer β diversity indexes incresed with urbanization degree reducing, shrub layer β diversity indexes decreased with urbanization degree reducing. Suburb herb layer β diversity indexes incresed with urbanization degree increasing, shrub layer β diversity indexes first incresed then decreased with urbanization degree reducing.

Urban forest; Plant diversity; Environment gradient; Land use

國家自然科學青年基金(41101501)；國家自然科學面上基金(41471423，41371540)資助。

張飛飛(1981-)，男，江蘇淮安人，助理研究員，碩士，從事植被遙感研究。*通訊作者。

2014-12-30

S 718

A

0517-6611(2015)04-238-03