昆山市公園植物群落結構和物種組成及優化策略?

王任翔 王金虎

蘇州科技大學 江蘇蘇州 215009

植物群落是公園生態功能的基礎,直接決定公園的結構和功能[1]。提高城市生態系統穩定性的主要措施是營造近自然植物群落,昆山市地處我國東部沿海平原地區,自古以來為重要的農業耕作區,天然的植物群落已不復存在[2]。因此,為了給今后更科學地建設和管理昆山市城市綠化提供依據,我們應用法瑞學派植物群落學的研究方法,對昆山市公園中的植物群落進行抽樣調查,旨在了解現有公園植物群落主要垂直層片物種組成、公園植物群落的物種多樣性水平、有哪些種處于重要地位以及重要樹種的年齡結構。在分析現狀后提出相應的優化策略,進一步提升綠地系統的生態服務功能,這對昆山市的可持續發展具有重要意義,也為周邊城市公園建設提供參考。

1 自然地理概況和研究方法

1.1 自然地理概況

昆山位于東經120°48′21″—121°09′04″、北緯31°06′31″—31°32′36″,地處江蘇省東南部、上海與蘇州之間。北至東北與常熟、太倉兩市相連,南至東南與上海嘉定、青浦兩區接壤,西與吳江、蘇州交界。總面積931.51 km2,其中約超過24%是水面[3]。昆山市位于亞熱帶季風氣候區,氣候溫和濕潤,四季分明；年平均氣溫15.5℃,年平均降水量1 097.1 mm。

1.2 研究方法

通過資料研究和路線踏查確定植物分布的重要點,以典型抽樣法抽樣調查公園植物重要分布點的植物種類組成,累計對7個公園共40個樣方進行調查(表1),在實地對每個種做出記錄,并通過拍攝照片、輔以采集標本等手段獲得數據,物種鑒定主要依據《中國植物志》[4]《江蘇植物志》[5]等權威志書。

表1 城市公園植物群落抽樣調查表

植物群落結構調查的方法主要按照法瑞學派[6],但喬木層調查的取樣面積則根據園林綠地的特點進行修訂[7],即在公園綠地中,借助道路、綠籬、圍墻等圍合框定設置一個調查樣地,其面積由實測獲得,而非統一固定。在昆山市公園中,成片種植、喬木種較單一的林地采用了20 m×20 m樣方的取樣方法。灌木與草本層的取樣根據樣地情況,在喬木樣地內分別取2 m×2 m和1 m×1 m的樣方不少于4個。各值的含義和統計方法如下:

1)密度＝(N/S)×100%(N為樣地內某種植物的個體數目；S為樣地面積)

2)頻度＝(N1/N)×100%(N1為該物種出現的樣方數；N為總樣方數)

3)蓋度,即投影蓋度＝(S1/S)×100%(S1為某種植物遮蓋樣地的面積；S為樣地面積)

4)顯著度:樣方內一個喬木種的胸徑(離地面1.3 m高處的樹干直徑)斷面積之和。

5)重要值與相對重要值:喬木層重要值＝(相對密度+相對頻度+相對顯著度)/3；喬木層相對重要值＝(相對密度+相對顯著度)/2；灌木層重要值＝(相對密度+相對頻度+相對蓋度)/3；草本層重要值＝(相對高度+相對頻度+相對蓋度)/3。其中,相對密度是同一樣地內一個種的個體數占同層(即喬木層或灌木層或草本層)全部種個體數的百分比；相對頻度是同一樣地內一個種的頻度占同層全部種頻度值總和的百分比；相對顯著度是同一樣地內一個種的顯著度占同層全部種顯著度值總和的百分比；相對蓋度是同一樣地內一個種的蓋度占同層全部種蓋度值總和的百分比；相對高度是同一樣地內一個種平均高度和占同層全部種平均高度值總和的百分比。

6)辛普森(Simpson)多樣性指數:D＝1-辛普森指數表示在一個群落中隨機抽取兩個屬于不同種的概率,它的值在0～1,值越大則多樣性越高[8]。

7)香農-威納(Shannon-Wiener)多樣性指數:

8)均勻度指數(Pielou均勻度指數):J＝H/lnS(H為Shannon-Wiener多樣性指數,S為物種數)。

2 結果與分析

2.1 公園植物群落主要垂直層片物種組成

2.1.1 喬木層

喬木層共有喬木97種,分屬33個科。根據表2中喬木重要值和株數所占比例可以看出,香樟和桂花在兩種統計方法中均位居前兩位,顯著高于其他種。因此,昆山市城市公園植物群落中喬木層對香樟和桂花的依賴較重。

表2 喬木層喬木重要值前20位

2.1.2 灌木層

在選取的40個樣方中,除了濱江公園3號樣地外,其余樣地均有灌木及喬木更新層。39個樣地灌木(包括喬木更新層)共有58種植物,包括灌木32種和喬木幼苗26種。灌木層中,紅花檵木的重要值最高,為7.69%,紅葉石楠次之,為5.34%。剔除喬木幼苗后,灌木(含常作灌木栽培的小喬木)的相對重要值中紅花檵木和紅葉石楠均在10%以上(表3),可見昆山市城市公園植物群落中灌木層對于紅花檵木和紅葉石楠的依賴度也較重。

2.1.3 草本層

多數樣地內的草本植物種類較豐富,草本植物共有91種,其中僅14種為人工栽培,可見野生草本植物占絕對優勢。全部草本中,其優勢地位(重要值)居前20位者見表4,其中栽培植物共6種,包括狗牙根和高羊茅2種草坪草和土麥冬、麥冬、吉祥草和紅花酢漿草4種地被植物；而野生植物則有14種,進一步說明野生草本植物的重要性。

表3 灌木層灌木重要值前20位

表4 草本層草本重要值前20位

2.2 公園植物群落物種多樣性指數

2.2.1 喬木層

喬木層種數從1～13種不等,平均5.4種,種數普遍欠豐富。喬木層辛普森多樣性指數和香農-威納指數分別在0～0.860 0和0～2.222 2,平均值分別為0.524 3和1.090 7(表5)。

表5 各樣地喬木層種數及多樣指數(香農-威納指數前20位)

無論是辛普森多樣性指數,還是香農-威納指數,它們均是對樣地中種數和個體均勻度的度量。周市體育生態公園5號樣地雖然喬木種數最多(13種),但辛普森多樣性指數排第7位,香農-威納指數排第5位。具體分析該樣地的13個樹種可知,它們的分配極不均勻,香樟與女貞兩者占了樣地內全部喬木個體數的59%,其他11種各僅有1～3株。因此,配植多樣性水平高的群落,不僅要物種數多,還要各種的個體較為均勻分配[9]。

2.2.2 灌木層

灌木層種數從0～19種不等,平均5.5種。該層超過10種的樣地共有5個,可見種類普遍不夠豐富。灌木層辛普森多樣性指數和香農-威納指數分別在0～0.880 0和0～2.202 9,平均值分別為0.707 5和1.554 6(表6)。

從多樣性指數值看,灌木層多樣性高低除了取決于配植的種數和植株的均勻度外,還在于公園植物群落的成熟度、周邊環境和撫育管理等,該層多樣性指數前10個樣地中的9個出現于森林公園。森林公園的植物群落類型較多,彼此連綿覆蓋于公園中,由于在管理上對群落內部地帶的地被層清理較少,因而其物種多樣性較高。

表6 各樣地灌木層種數及多樣指數(香農-威納指數前20位)

2.2.3 草本層

草本植物比喬木和灌木豐富得多,植物群落中種數在0～26種,其中65%的樣地在10種以上,多數為野生植物。草本層辛普森多樣性指數在0～0.947 7,平均0.795 9；香農-威納指數值在0～3.076 5,平均1.996 5(表7)。

表7 各樣地草本層種數及多樣指數(香農-威納指數前20位)

2.3 公園植物群落中喬木的年齡結構

按照園林綠化苗木規格,胸徑小于或等于10cm的為大苗,胸徑大于10cm而小于40cm的為成年樹,胸徑等于或大于40cm為老樹。對樣地內每種喬木的實測胸徑值按上述方法進行分類統計得到表8。由此可見,65.22%植株的胸徑等級屬于成年樹,27.91%的植株為老樹,而大苗僅占6.87%。

表8 公園植物群落喬木層各樹種年齡組成

香樟為昆山市公園植物群落中最重要的樹種,它的胸徑屬成年樹與老樹的占到99.08%,幾乎無大苗級植株。從香樟胸徑的平均值(24.38 cm)來看,該值屬于大樹級別,其標準差為±8.90,說明個體間胸徑差距不算大,從而推測同齡個體較多。目前這批香樟正值發揮最佳生態效益期,但隨著時間的推移,或許20～30年后,它們共同進入衰退期,如果沒有不斷更新,則將對城市綠地的可持續發揮生態效益產生不良的影響[10]。

對全部樹種和重要值前20位樹種的樹齡構成分析可見(圖1),成年樹占比最大,老樹次之,大苗占比最小,說明目前昆山市公園中喬木年齡結構基本合理,但重要樹種中也存在較多的近于同齡植株和大苗級苗木較少等不利于可持續發展的問題。因此,后續新植喬木時應考慮選用不同規格的苗木以及適量增加大苗級苗木。

圖1 公園植物群落中20種重要樹種的年齡組成圖

3 優化策略

昆山市目前的公園植被尚存在物種多樣性較低、單個樹種(香樟)占有量過大、樹齡單一且以成年樹和老樹為主等問題。產生這些問題的原因在于配植時的種數較少、種植時多用大規格同齡苗木、種植密度較大等。密植大規格苗木的植物群落能快速獲得綠化的效果,在后期可以通過強度較大的經營管理引導群落向地帶性植被方向演替。具體優化策略如下:

1)依據昆山市的氣候條件,建議面積在1 000 m2以上的植物群落種植中,通過斑塊的不同物種組合等配植方法達到喬木和灌木的種數各在8種以上[11]。

2)如果種植后不作疏伐管理,對于大多數林冠層闊葉樹種而言,株距應該在5～6 m；而少數冠形狹長的闊葉樹、處于第二亞冠層的小喬木和大部分的針葉樹,則株行距應在3 m[12]；草本植物層可通過播種、移植等方式進行。在移植種植中,植物不應占據全部地面,應留出本地野生草本地被植物的發生空間,以此可增加群落的自然度和物種多樣性[13]。

3)可選擇修枝、疏伐、開設林窗等方法提高林下的透光率,以引導群落向物種多樣化演替。林中空地有利于天然更新樹種的生長,也為補植創造條件[14]。增加物種多樣性是人工林窗制造的主要目的,因此伐去的植株應該選擇原本的常見種,而不是相反。此外,通過補植、林緣種植等方法增加植物群落的物種多樣性及景觀的觀賞性。目前,昆山市公園植物群落中垂直層次不夠豐富,灌木層種類也較少,因此補植的種除了可進入林冠層的樹種外,還應包括亞林冠層的樹種和灌木種。