喀斯特多山城市植物群落物種多樣性空間分異特征
——以安順市為例*

向杏信，王志泰,2，范春苗，鄧國平

(1.貴州大學 林學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學 風景園林規劃設計研究中心，貴州 貴陽 550025)

當前城市化進程速度日益加快，土地利用資源開發強度越來越大，城市化進程所帶來的問題引起眾多學者的廣泛關注[1]，尤其在城市林業生物多樣性上表現十分明顯[2]。目前城市林業生物多樣性研究主要集中在植物多樣性[3]、植物群落物種多樣性[4-5]、城市綠地系統多樣性保護[6]等，并且有向體形小的生物發展的趨勢，如草本植物多樣性[7-8]、浮游植物多樣性研究[9]等，在城市林業生物多樣性影響因素方面主要開展了城市化[10]、綠地景觀格局[11]對生物多樣性的影響研究，而在山地城市中涉及生物多樣性的研究主要有生物多樣性保護規劃[12]、綠地系統構建[13]、景觀格局[14]、城市森林物種多樣性[15]。雖然，關于城市林業生物多樣性方面的研究已非常廣泛，但是系統性探究城市林業植物群落物種多樣性差異性研究并不多見，尤其是針對特殊的喀斯特多山城市的相關研究鮮見報道。基于此，本研究選取山地城市中生態環境脆弱的喀斯特山地城市為研究對象，以典型喀斯特山地城市安順市為例，采用生物多樣性理論及其研究方法對喀斯特多山城市綠地植物群落物種多樣性進行初步研究，旨在揭示城市生物多樣性的分布規律及其差異特征，為生物多樣性保護規劃提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

安順市(25°21′～26°37′N，105°13′～106°33′E)，位于貴州省中西部，處于長江水系烏江流域和珠江水系北盤江流域的分水嶺地帶，是世界上典型的喀斯特地貌集中地區，喀斯特地貌占全域總面積84.9%。其平均氣溫在13.2～15.0 ℃，屬于“東部季風農業氣候區”，四季分明，降水多集中于5—8月，年平均無霜期280 d，年平均相對濕度80%，少日照、低輻射。境內大多為亞熱帶巖溶化高原山地，地表山嶺縱橫，孤立山體較多，山體分布散亂無序，且人為開墾的坡耕地較多，土地荒漠化情況嚴重。本研究選取范圍為安順市主城區規劃區(圖1)，面積為264.61 km2。

圖1 研究區的地理區位

1.2 數據與資料來源

以安順市2017年Pleiades高分辨率衛星影像圖(0.5 m空間分辨率)為基礎數據源，劃定1 000 m×1 000 m網格覆蓋整個研究區域，選定網格交界處為取樣點，在取樣點上設置植物群落調查樣地，通過實地調查研究區內樣地植物群落及其物種多樣性來獲得基礎數據。在Arc Map 10.2中利用Spatial Analyst Tools → Density → Kernel Density工具，對城市建設用地面積進行核密度分析，間接揭示城市發展進程。

1.3 研究方法

1.3.1 植物群落樣地設置、調查及植物群落物種多樣性指數測定

基于遙感影像，通過空間尺度分析，在整個研究區劃定1 000 m×1 000 m網格，網格交界處設取樣點，若取樣點落在建筑、道路等無植物的硬化設施以及農田上，則去除該樣點，共獲得有效取樣點93處(圖1)。在樣點上設置40 m×40 m的樣地，樣地內設置10 m×10 m喬木樣方4個，每個喬木樣方設5個4 m×4 m的灌木樣方、5個1m×1m的草本樣方[16]。

采用植物群落社會學調查方法[16]獲得基礎數據，包括調查記錄物種類型、多度、頻度、株高、冠幅、蓋度(郁閉度)等植被信息，利用手持GPS測量每個樣方的地理坐標、海拔、坡向信息。物種多樣性測定采用物種豐富度(S)、Margalef指數(R)、Shannon-Wiener(H′)指數、Pielou(J)指數、Simpson(D)指數等[17]。計算公式為：

R=(S-1)/lnN

①

H'=-∑Pilg(Pi)

②

J=H′/lnS

③

D=1-∑Pi2

④

式中：N為總個體數量；S為總物種數量；lg為以10為底的對數；ln為以e為底的自然對數；Pi=ni/N，ni表示第i個物種的個體數量。

1.3.2 數據處理

植物群落物種多樣性Margalef指數、Shannon-Wiener指數、Pielou指數及Simpson指數等數據在Excel軟件進行整理與處理；植物群落物種多樣性之間的差異性分析在SPSS Statistics 20軟件中實現。

2 結果與分析

2.1 安順市整體的植物群落物種多樣性

表1結果表明，安順市中心城區規劃區內植物群落物種多樣性4種指數相較于喀斯特其他地區[18]均偏低。喀斯特山地城市植物生境因地表巖石裸露較高，大多數植被生長受此影響嚴重，且安順市正處于快速的城市發展建設過程中，區域內植被生態系統可能受此影響，導致植物群落物種多樣性指數較低；不同的調查研究區域內多樣性指數差距較大，由于某些樣點所在生境被建筑或其他不透水用地所隔離，易造成生態孤島，且在樣點內的植被大多受人為活動干擾，故多樣性指數比其他未受干擾的樣點低，差異明顯。

表1 安順市植物群落物種多樣性指數

2.2 不同綠地類型的植物群落物種多樣性

由表2可知，規劃區內不同綠地類型中植物群落物種多樣性存在有差異性，總體上區域綠地和公園綠地植物群落物種多樣性指數值相差不大，且高于附屬綠地、廣場綠地和防護綠地。這表明區域綠地受人為活動影響較小，其植物群落物種多樣性指數較高；附屬綠地、廣場綠地、防護綠地受人工種植因素影響較大，且大多數種植模式較為單一，植物多樣性指數偏低；安順市公園大多為山體公園或依山而建的綜合性公園，人工種植綠化偏少，故其植物多樣性指數偏高。

表2 不同綠地類型植物群落物種多樣性指數

2.3 不同方位的植物群落物種多樣性

安順市不同方位之間植物群落物種多樣性指數存在顯著性差異(表3)，整體上東北、東南方向植物多樣性指數高于其他區域，中心城區與西南區域植物群落物種多樣性指數較低。究其原因，中心城區為政治、經濟、文化的中心，許多植被所在生境人為干預強烈，而西南區域大多為連片的村莊與農田，故而兩個區域的植物多樣性較低。

表3 不同方位植物群落物種多樣性指數

2.4 人工綠地與自然綠地的植物群落物種多樣性比較

由表4可以看出，人工綠地與自然綠地植物群落物種多樣性存在顯著差異，人工綠地中各指數均低于自然綠地。大多數人工綠地是建立在美化、防護和生產等功能之上的，對生物多樣性關注較少，且大多數人工綠地種植以喬灌居多，草本植物種類較少且物種單一，并對綠地中的野生雜草進行清除等措施，這是人工綠地物種多樣性指數低于自然綠地的重要原因；在人工綠地與自然綠地的交錯區域，其植物群落物種多樣性指數與人工綠地差異不明顯而低于自然綠地，說明人為活動對區域內植物群落的影響是較大的，群落的自然演替受人為干擾影響嚴重，物種多樣性指數相對較低。

表4 人工與自然植物群落物種多樣性指數

2.5 不同海拔的植物群落物種多樣性比較

在不同海拔梯度上植物群落物種多樣性指數也存在顯著性差異(表5)，海拔1 400 m以上區域物種多樣性各指數高于海拔1 400 m以下的區域。溫度和濕度一般伴隨著海拔變化而改變，因而在一定程度上植物群落結構也會隨之改變，物種多樣性之間存在明顯差異；規劃區平均海拔1 102～1 694 m，在海拔較低區域存在有大量農用地和自然山體生境的交界區域，生境周邊人為活動頻繁，自然植被易受破壞，故植物群落物種多樣性較低。

表5 不同海拔植物群落物種多樣性指數

2.6 城市發展對植物群落物種多樣性的影響

因Shannon-Wiener指數既能反映樣地內物種數量多少，又能表示物種分布的均勻程度[16]，因此選擇Shannon-Wiener指數與代表城市發展的建筑核密度作對比分析，結果如圖2所示。在整體尺度上，建筑核密度較高區域，植物群落物種多樣性指數較低。城市的發展伴隨著建筑的興建與發展，從而形成人為活動的聚集，由此會對周邊植物生境造成一定的影響而導致其多樣性指數降低；在建筑核密度較高的中心城區內部也存在植物群落物種多樣性較高的區域，經調查這些區域大多為自然山體和山體公園，為提高人居環境質量而建設，對區域內山體和山體公園生境內植被加以保護，從而使得植物群落物種多樣性指數較其他建筑核密度高的區域所受影響較小。

圖2 植物群落物種多樣性和建筑核密度對比

3 討論與結論

3.1 討論

3.1.1 喀斯特山地城市植物群落物種多樣性差異性特征

研究結果表明，喀斯特山地城市林業生物多樣性受地形地貌特征影響嚴重，安順市整體植物群落物種多樣性偏低，且在不同區域差異明顯。安順正處于高速發展的階段，在城市擴張過程中，隨著各種人為的干擾，導致植物群落物種多樣性在不同的空間表現出明顯差異性。整體而言，城市周邊區域植物群落物種多樣性遠高于中心城區，中心城區由于人口聚集、活動密集且強度較高，使該區域內物種數量較少，種類越來越簡單，物種組成、分布愈發不均勻[19-20]，植物群落物種多樣性也較低。比較不同組分下植物群落物種多樣性差異可知，不同組分中多樣性差異明顯，因植物多樣性的影響因素較多，要在多影響因素下維持城市內較好的生態環境，需要解析其主導因素并協調好多方面因素。上述結果可知，地形地貌等自然條件和人類干擾活動是城市植物群落物種多樣性的主要影響因素，在喀斯特這一特殊地貌環境背景下，人為活動能對植物群落物種多樣性造成巨大的影響，如何合理的規劃建設引導城市的可持續健康發展，減少城市內人為活動對自然生境的破壞是亟需解決的一個問題。

3.1.2 喀斯特山地城市植物群落物種多樣性規劃的探討

本文通過探討城市植物群落物種多樣性特征及其影響因素，旨在為喀斯特山地城市植物群落物種多樣性規劃提供一定的參考。科學合理的城市植物群落物種多樣性保護與建設規劃，有利于城市林業生物多樣性保護，能更好的保護城市的生態環境。喀斯特脆弱生態系統退化的一個重要驅動力是強烈的人為活動干擾[21]，由本研究的差異性分析結果可知，植物群落物種多樣性與城市的發展有顯著的負相關關系，因此在喀斯特山地城市生態環境脆弱區如何協調好兩者之間的關系顯得尤為重要。植物群落物種多樣性保護規劃在對物種保護、緩沖區構建及生態廊道建立等過程中，對城市內部聯系以及自身的發展會有一定的影響，規劃過程中應采取相應措施以加強各用地之間的聯系程度，如構建生態型綠道、公共綠地[22]、濕地保護[23]等。由研究結果可知：中心城區內部也出現有植物群落物種多樣性較高的區域，大多為鑲嵌于建成區的自然山體和山體公園中，這是因為在安順建設國家園林城市中，對城市內部的自然山體及山體公園規劃保護措施得當，自然山體與山體公園生境受干擾程度較低。由此可見，在山地城市中，城市空間發展適應于自然山水條件的引導和制約[24]，深入分析遺存于城市建成區內自然山體植物群落物種多樣性較高的機理，在城市擴張過程中合理控制人為活動對自然山體的干擾，并對山體周圍劃定保護范圍，盡可能地保護城市內的生態環境。

3.2 結論

安順市植物群落物種多樣性指數偏低，且在不同區域內多樣性指數差異較大。不同綠地類型、不同方位等條件下植物群落物種多樣性差異性明顯，植物物種多樣性指數由高到低為的順序為：區域綠地、公園綠地、附屬綠地、防護綠地、廣場綠地；空間分布上城市化較為發達的中心區和西南方位上植物物種多樣性較低，東北方位最高；自然綠地的植物群落物種多樣性高于人工綠地和半人工、半自然綠地；海拔1 400 m以上區域植物物種多樣性高于海拔1 400 m以下區域。規劃區內建筑核密度較高區域植物群落物種多樣性指數一般較低。在城市擴張過程中盡量減少人為活動對山體的干擾，通過采取相應措施來調節人類活動與自然環境之間的關系，如合理構建生態廊道等，加強不同用地類型間的內在聯系，使城市綠地成為一個有機的生態系統以有利于維持和發展城市生物多樣性。