鎮江市低影響開發示范區植物群落特征與物種多樣性

夏 雯，蘆建國，景 蕾

（南京林業大學 風景園林學院，江蘇 南京210037）

隨著城市開發強度的增大，森林、河流、湖泊等自然斑塊大量消失，綠地缺乏連通性，破碎化程度嚴重，導致地表徑流系數劇增，洪澇災害及水環境惡化問題隨之而來［1］。狹義的低影響開發指在源頭采用小型、分散的技術維持場地開發前的水文特征，通過緩釋、滲透和滯蓄緩解城市徑流、降低城市面源污染的雨洪管理措施［2］。低影響開發區指建設改造過程中貫徹低影響開發理念的場地區域。有關低影響開發的研究主要集中在工程技術、水利工程、城鄉規劃與市政等方面。TENG等［3］研究發現：透水鋪裝地面產流時間超過10 min，能有效推遲雨水洪峰出現的時間。CARPENTER等［4］發現綠色屋頂在降雨較小的情況下會降低總懸浮物（TSS）濃度，同時還能防止懸浮物質再懸浮和轉移。ZANDERS等［5］研究了固體顆粒粒徑對植草溝去除效能的影響，發現粒徑小于150 μm的固體顆粒越多，去除率越低。HEFTING等［6］研究表明：木本植被對氮元素的滯留效果更佳。NAGASE等［7］研究了植物的種類、多樣性及群落結構對綠色屋頂徑流量的影響，表明草坪減少雨水徑流的效果最顯著，植物的大小、結構、生物量對綠色屋頂徑流量的控制有顯著的影響。READ等［8］研究發現：植物能提高雨水去污能力，特別是在氮和磷方面；污染物去除能力的不同取決于物種在根系結構和生理上的差異，以及對土壤理化和相關微生物群落的不同影響。黃婉梅［9］基于低影響開發（LID）設施結構功能、環境條件等，總結了植物選擇和配置要點，并列舉了適生于福州地區的植物種類。王思思等［10］探討了低影響開發植物選擇和植物景觀營造原則，并通過清華大學勝因院、深圳光明新區等案例說明3種設施類型的植物選擇要求。盡管對植物在低影響開發設施功能效益方面有較多的研究，但針對植物選擇配置方面的研究甚少。鑒于此，本研究在鎮江市低影響開發示范區植物群落調研的基礎上，探究了低影響開發技術設施中植物選擇和配置模式，以期為長江三角洲地區其他城市的低影響開發綠化建設提供基礎資料。

1 研究區自然概況

鎮江（31°37′～32°19′N， 118°58′～119°58′E）位于江蘇省西南部， 處于長江下游， 寧鎮山脈和長江三角洲的過渡帶上。土地總面積38.43萬hm2，市區三面環山，一面臨水，素有 “城市山林”的美譽。地勢以丘陵崗地為主要的地貌特征。市內有三山、茅山、西津渡等名勝古跡［11］。鎮江屬于北亞熱帶季風氣候，四季分明，溫暖濕潤。市區平均氣溫為15.6℃，降水量為1 088.2 mm。土壤類型以黃棕壤和水稻土為主。鎮江典型地帶性植被類型為針闊混交林和落葉常綠闊葉混交林，以櫟屬Quercus的落葉種類和馬尾松Pinus massoniana為主要建群種［12］。鎮江境內有麻櫟Quercus acutissima，白櫟Quercus fabri，黃連木Pistacia chinensis，楓楊Pterocarya stenoptera等落葉闊葉樹種和青岡櫟Cyclobalanopsis glauca，苦櫧Castanopsis sclerophylla，石楠Photinia serrulata，冬青Ilex chinensis等常綠闊葉樹種，外來引進樹種有黑松Pinus thunbergii，鄉土栽培樹種杉木Cunninghamia lanceolata和泡桐Paulownia fortunei等。

2 研究方法

2.1 樣地設置

共調查江蘇大學、江濱公園、松盛園和金山綠地等48個樣地（表1），調查面積為0.727 hm2。示范區建設改造內容主要有透水鋪裝、雨水花園、生態濾池、傳輸型草溝等，設計目標為有效應對30 a一遇降雨、年徑流總量控制率75%、面源污染削減60%。在保證景觀連續性的前提下，以100 m2標準樣地為主，部分樣地以實際綠地面積作為景觀單元加以分析［13］。每個樣地設置2個2 m×2 m的灌木樣方和2個1 m×1 m的草本樣方，共設樣方204個，記錄喬木層中胸徑（距地面1.3 m處的樹干直徑）大于4 cm的植物種名、株數、高度、胸徑、冠幅等信息；灌木層（包含直徑小于4 cm的喬木）植物種名、株數、高度、蓋度等數據；草本層植物種名、蓋度等信息［14］。同時采用GPS定位，記錄了樣地的經緯度、面積、郁閉度。

表1 樣地基本概況Table 1 Basic situation of sample plots

2.2 數據處理

植物群落數量特征是指包含多度、高度、密度、體積等一系列的特征參數，是近代群落分析方法的基礎［15］。城市綠地植物景觀配置多為單一樣地間的比較，且城市綠地植物群落是人工選擇的結果，因此本研究不涉及頻度。重要值的計算并不固定，需視群落實際情況和易獲取的數據而定［16］。（1）重要值。喬木層重要值（IV）=相對密度+相對顯著度，灌木層重要值（IV）=相對密度+相對投影蓋度，草本層重要值（IV）=相對投影蓋度。相對密度=某物種的密度/同一生活型物種的密度之和×100%；相對顯著度=某物種的胸高斷面積/同一生活型物種的胸高斷面積之和×100%；相對投影蓋度=某物種的投影面積/同一生活型物種的投影面積之和×100%。（2）物種多樣性指數。選取Gleason指數（d），Simpson指數（D），Shannon-Wiener指數（H），Pielou指數（J）來分析群落物種多樣性，具體計算公式參考文獻［17-18］。（3）聚類分析。利用SPSS 24.0對48個樣地的面積（x1）、物種豐富度（x2）、喬木豐富度（x3）、 喬木高度（x4）、喬木胸徑（x5）、 喬木投影面積（x6）、喬木密度（x7）、 灌木豐富度（x8）、 灌木高度（x9）、 灌木投影面積（x10）、 灌木密度（x11）、 草本豐富度（x12）、 草本投影面積（x13）、 灌喬密度比（x14）、 灌喬投影面積比（x15）等 15 個指標進行相關性分析和R型因子分析［19］。

3 結果與分析

3.1 植物科屬分析

在鎮江調查的48個植物群落樣地中，共有植物181種，隸屬于74科147屬，分別占江蘇省現有植物科的37.37%，種的7.66%。蕨類植物1科1屬1種，裸子植物6科10屬12種，被子植物67科136屬168種。草本植物種類最多，占物種總數的36.67%。鄉土植物和外來植物分別占總數的46.96%和53.00%。就科而言，含有10種以上的科僅有薔薇科Rosaceae（11屬18種）和菊科Asteraceae（11屬12種），大部分科集中在5種及其以下，其中單種科有38種。5～10種的科包括豆科Leguminosae（7屬8種），木犀科Oleaceae（4屬7種），忍冬科Caprifoliaceae（4屬6種），禾本科Gramineae（8屬8種）和百合科Liliaceae（6屬7種）等7科51屬66種植物。就屬而言，所有屬均分布在5種及其以下，表明屬在組成上具有極高的分散性。

3.2 植物群落數量特征分析

3.2.1 喬木層 由表2可知：喬木層植物共28種，重要值排名前5的有楓楊、樟樹、全緣葉欒樹、櫻花、銀杏，其重要值分別為27.65%，26.16%，21.76%，16.11%和15.98%。楓楊的重要值最高，雖然在48個樣地中僅出現過1次且株數也較少，但是其生長多年，平均胸徑高達54 cm。樟樹的重要值僅次于楓楊，在11個樣地中出現，頻度為22.92%。全緣葉欒樹的株數和出現的頻度均為最高，占據很大的優勢。這些樹種能很好地適應當地氣候，植物形態質感或季相景觀較好。

表2 喬木層物種的數量特征Table 2 Quantitative characteristics of tree layer

3.2.2 灌木層 由表3可知：灌木層植物共42種，重要值排名前5的有紅葉石楠、金森女貞、金絲桃、毛鵑、錦帶花，其重要值分別為40.50%，33.35%，19.17%，17.68%和12.25%。紅葉石楠株數、頻度等各項指標均占絕對優勢。排名前5的灌木重要值之和高達122.95%，占所有灌木重要值之和的61.48%，這些灌木花葉兼美，響應了 “珍貴化、彩葉化”的號召，豐富了冬季的景觀效果，在城市綠地中常作基礎栽植。

表3 灌木層物種的數量特征Table 3 Quantitative characteristics of shrubs layer

3.2.3 草本層 由表4可知：草本層植物共17種，重要值排名前5的有狗牙根、鳶尾、麥冬、美人蕉、玉簪，其重要值分別為32.12%，23.04%，8.72%，8.47%和6.74%，其重要值之和高達80%。在調研區中狗牙根作為地表覆蓋層，避免地表裸露，影響植物景觀效果。鳶尾具有較強的耐旱耐濕能力，在樣地中常作林下地被或水邊栽植，是優良的水陸兩棲植物。

3.3 植物群落結構因子分析

通過因子載荷矩陣可明確15個變量的因子歸屬（表5）。主因子1代表喬木性狀因子，在喬木高度、喬木投影面積、喬木胸徑上有較高的因子載荷。主因子2代表灌喬性狀比值因子，在灌喬密度比、灌喬投影面積比上有較高的因子載荷。主因子3代表灌木多樣性因子，在物種豐富度、灌木豐富度上有較高

表4 草本層物種的數量特征Table 4 Quantitative characteristics of herb layer

的因子載荷。主因子4代表草本性狀因子，在草本投影面積、草本豐富度上有較高的因子載荷。主因子5代表喬木多樣性因子，在喬木豐富度、喬木密度上有較高的因子載荷。由此可見，鎮江市基于低影響開發的植物群落信息主要集中在喬木性狀因子、灌喬性狀比值因子、灌木多樣性因子、草本性狀因子以及喬木多樣性因子等5個因子，這5個主因子的累積貢獻率高達80.63%。

表5 R型因子載荷矩陣Table 5 R type factor loading matrix

3.4 植物群落多樣性分析

48個樣地群落據植物景觀單元所處的位置分為4類：道路綠地、濱水綠地、節點綠地和邊緣綠地。綜合而言，邊緣綠地和道路綠地的多樣性指數較高。由于邊緣區綠地植物選配與一般性綠地相似，無需考慮植物耐淹耐旱性，選擇范圍廣，且人為干擾小，喬木層植物種類多為原有綠地保存下來的植被，植被種類豐富，因此邊緣綠地喬木層多樣性指數最高，Shannon-Wiener指數H為1.84～2.46。灌木層多樣性指數表現為道路綠地＞邊緣綠地＞節點綠地＞濱水綠地。濱水綠地灌木層植物種類主要集中在紅葉石楠、金森女貞、毛鵑等，以色塊形式大面積栽植，模式單一。其他不同立地位置綠地類型的Gleason指數d均表現出灌木＞喬木＞草本的一致趨勢。相比于喬灌，草本層多樣性指數最低，也再次說明了示范區比較注重喬灌層的景觀效果，忽略了草本景觀的營造。草本層各項指數沒有表現出一定的規律（表6）。

表6 各綠地類型的多樣性指數Table 6 Diversity indexes of each green space type

3.5 群落聚類分析

聚類分析發現：以喬木層物種重要值為數據源的聚類效果不顯著，與實際情況有一定出入，而以灌木層為依據能較直觀地反映樣地實際情況。因此，本研究以灌木層物種重要值為數據源進行Q型聚類。統計42種灌木種類，構建48×42數據矩陣，根據樣地群落外貌和聚類圖，認為選擇歐氏距離d=10時能真實反映樣地群落灌木層的結構特點。當d=10時，可將48個樣地主要劃分為以下5個類型（圖 1）。①包括 2， 5， 9，10，12，14， 19， 22， 24， 25， 26， 35， 36， 38， 48等15個樣地。當d=10時，聚類結果在一定程度上還不明朗。當d=5時，聚類結果較理想， 樣地 2， 5， 9， 12， 19， 22， 26， 36，38聚為一類，該類型樣地灌木層均缺失。樣地24，25聚為一類，該類灌木層以海桐Pittosporum tobira為優勢種。樣地 10，14，35，48各自聚為一類。②包括1，3，8，16，29，31，34、41等8個樣地。該類型灌木層優勢種是紅葉石楠，重要值都在120%以上，伴生植物有桂花。該群落物種豐富、觀賞性高。③包括11，15，18，27，28，47等6個樣地。金森女貞是該類型的優勢種，伴生植物有南天竹，梔子Gardenia jasminoides，結香Edgeworthia chrysantha，茶梅Camellia sasanqua等觀花觀葉灌木。該群落季相景觀變化明顯，觀賞價值高，在示范區綠地中可大面積推廣應用。④包括23，33，39，40，46樣地。灌木層優勢種為毛鵑，重要值高達100%以上。桂花和紅楓Acer palmatum為該類型的次優勢種，除樣地46外，其他樣地均位于江濱公園，立地條件較為相似。該群落灌木層物種豐富，群落結構相近。⑤包括7，20，45樣地。該類型是以金絲桃為優勢種的代表類群。金絲桃耐半陰，樟樹、全緣葉欒樹為金絲桃生長提供半陰環境。

4 結論與討論

鎮江市低影響開發示范區共有維管束植物181種，隸屬于74科147屬。含有10種以上的科僅有薔薇科（11屬18種）和菊科（11屬12種），屬在組成上具有極高的分散性，以全緣葉欒樹和紅葉石楠為優勢種的植物景觀模式應用普遍。

多樣性分析可知：邊緣綠地喬木層樹種的多樣性最豐富。在多樣性的研究中，除了考慮物種數之外，還需考慮物種聚集程度和個體分布均勻程度。Simpson指數是對物種集中性的度量，在喬木層位于0.78～0.89，差異較小；Shannon-Wiener指數是對稀有種的敏感指數，在喬木層位于1.84～2.46，差異較顯著，邊緣綠地高達2.46，遠高于濱水綠地（1.84）。喬木層Pielou指數均在0.77以上，均勻度程度較高。濱水綠地和節點綠地喬木層豐富度指數相近，但節點綠地的Shannon-Wiener指數較大，說明節點綠地物種間數量分布更均勻，Pielou指數也證實了這一點。對灌木層而言，道路和邊緣綠地的多樣性指數表現出很高的一致性，濱水綠地多樣性指數最小。對草本層而言，濱水綠地和節點綠地豐富度相似，但濱水綠地Simpson指數遠高于節點綠地，說明前者的物種集中性強，Pielou指數也表現出高度一致性。綜合而言，各綠地類型物種多樣性均表現出灌木＞喬木＞草本的一致趨勢，物種豐富度總體偏低，群落內部結構相對單一。

圖1 灌木層聚類圖Figure 1 Cluster diagram of shrub layer

聚類分析在群落分類中應用效果較好，能科學地反映植物群落結構與生境環境［20］。通過聚類可知紅葉石楠、金森女貞、毛鵑群系是3個主要的低影響植物景觀類型。紅花檵木Loropetalum chinense耐旱耐瘠薄，適應性強，其群系主要分布在立地條件較為惡劣的路側。十大功勞喜陰耐旱，邊緣綠地幾乎常年處于干旱狀態且能提供蔭蔽環境，其群系主要分布在邊緣綠地，反映出低影響植物景觀的主要類型和群落結構實際情況。由R型分析可知喬木性狀、灌喬性狀比值、灌木多樣性、草本性狀以及喬木多樣性是影響鎮江市示范區植物群落結構的主要因子。

植物群落是微觀尺度上實現城市綠地可持續雨水管理的重要媒介。如何提高植物在低影響開發設施中的功能效益，及優化低影響植物景觀是今后研究的重點。主要包括2個方面的內容：①通過控制性試驗篩選適用于低影響開發植物景觀且生態和景觀效益俱佳的植物材料，并制定栽植、養護管理的技術細則；②根據種間關系原理、增加草本植物的應用，構建地被層［21］，提高生物多樣性，增強群落生態系統穩定性。可大力推廣花葉芒Scanthus sinensis，花葉蘆竹Arundo donax，斑葉芒Miscanthus等種類。