重慶市主城建成區主要綠地的植物種類構成研究

劉時彥, 趙娟娟, 宋晨晨, 李明娟, 江南, 陳靜

重慶市主城建成區主要綠地的植物種類構成研究

劉時彥, 趙娟娟*, 宋晨晨, 李明娟, 江南, 陳靜

西南大學園藝園林學院, 重慶 400715

采用分層隨機抽樣法調查了重慶市主城建成區道路、居住區、單位、公園四類主要綠地共132個, 從植物科屬、來源、生活型、區系、優勢種、多樣性、入侵種七個方面分析了綠地植物種類構成, 并采用雙向指示種分類 (TWINSPAN)分析植物群落。結果表明: (1)本次調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, 物種多樣性指數以居住區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, 外來植物區系以熱帶成分為主; (3)喬灌植物優勢種均為栽培植物, 草本80%優勢種和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。如何最大程度地發揮城市綠地植物的生態效益是目前生態研究的重點之一[1]。研究城市綠地植物構成及格局對探索人為活動影響下的植物區系變化、城市綠化和城市植物多樣性的保護具有重要意義[2]。目前國內關于城市建成區綠地植物種類構成的研究, 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], 研究內容主要涉及城市綠地植物的科屬構成、來源構成、區系構成、多樣性構成、入侵植物等方面, 而西南內陸城市相關研究少見報道。

重慶市地理和氣候條件獨特, 有“山城”和“霧都”之稱, 作為我國西南內陸發展的支點, 重慶在近二十年來飛速發展, 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], 對于城市建成區綠地的植物種類構成少見研究報道。作為西南內陸快速城市化的城市, 重慶城市綠地植物種類構成現狀及其變化如何？城市綠地植物種類構成存在哪些特點？本研究通過對重慶市主城建成區主要綠地進行植物調查和分析, 進行縱向和橫向的對比, 為城市綠地建設、管理、維護、優化及城市生物多樣性保護和城市可持續發展提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

重慶市地形以山地丘陵為主, 屬于中亞熱帶濕潤季風氣候區域, 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 ℃。氣候特點呈現出冬季溫暖, 全年云霧多, 日照少的特點。重慶市主城區(東經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域: 渝中區、江北區、沙坪壩區、九龍坡區、南岸區、北碚區、大渡口區、渝北區、巴南區。

1.2 植物調查方法

2017年8月, 采用分層隨機抽樣法調查重慶市主城建成區的四類主要綠地，包括道路綠地、居住區綠地、公園綠地和單位綠地, 調查區域主要集中在重慶市主城區內環高速內, 兼顧北碚城區組團(圖1)。本次共調查132個樣點, 每個樣點選取3個樣地, 調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, 本次調查采用樣方與斑塊兩種單位相結合的取樣方法[8]。如果植物異質性不高或異質性高但無法斑塊取樣, 則采用傳統的樣方取樣, 設置20 m× 20 m的矩形樣方取樣; 如果植物異質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行普查, 設置3個1 m×1 m的樣方調查樣地內的草本植物。調查主要指標如下:

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

圖2 植物調查取樣單位的確定方法

Figure 2 Method for determining the sample unit of plant survey

1.3 數據處理

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

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

(1)Patrick 指數()

=S#(3)

式中為Patrick 指數,為樣方植物總種數。

(2)Shannon—Wiener 指數()

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

(3)Pielou 均勻度指數(J)

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

(4)Simpson 指數(D)

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

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準進行 TWINSPAN 分類。將植物分為喬灌植物和草本植物兩大類計算, 剔除喬灌數據和草本數據中總頻度小于等于2 %的偶見種, 然后分別以樣地編號和樣方編號進行TWINSPAN分類計算。參數設置: “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量為5個; 分類的最大水平數為6次; 分類最小種組采用5個; 最終結果矩陣顯示的最大物種數為200。

2 結果與分析

2.1 物種構成

本次調查共記錄包括變種、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、屬數和種數。植物物種數最多的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, 占總科數的36%; 單種屬266屬, 占總屬數的71%。

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

2.2 來源構成

以《中國植物志》對植物原產地及其分布地的記錄為基礎, 結合文獻查閱、引種栽培記載及地方植物志等, 劃分鄉土植物、外來植物, 并將外來植物劃分為國內外來植物、國外外來植物。

鄉土植物321種, 外來植物229種, 分別占植物總種數的58%、42%, 外來植物占比較大。

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

表1 各綠地物種多樣性指數

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

2.3 生活型構成

根據《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、草質藤本和木質藤本, 其比例約為11:7:13:2:23:21:2:1, 各生活型物種數見圖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 建成區主要綠地植物生活型構成

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 區系構成

綠地植物376個屬的區系地理分布涉及14個地理區域類型和13個地理區變型[12](表2)。其中, 鄉土植物以泛熱帶和北溫帶成分為主, 共占32.6%; 國內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%。總體上, 植物區系來源以泛熱帶成分為主。

2.5 優勢種構成

喬木、灌木、草本植物重要值前十的植物中, 喬灌植物優勢種均為人工栽培植物, 草本優勢種除細葉結縷草和麥冬外均為自生植物(表3)。榕樹、綠黃葛樹、紅花檵木、細葉結縷草、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主要綠地中應用量較大。另外，草本植物中入侵植物喜旱蓮子草已成為優勢植物, 綠地植物入侵問題必須加以重視。

2.6 入侵植物構成

根據我國生態環境部發布的第一批、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的80%、植物總種數的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 建成區主要綠地植物屬的區系構成

表3 建成區主要綠地重要值前十的喬灌草植物

表4 建成區主要綠地入侵植物名單

入侵植物種數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注草本入侵植物。

2.7 TWINSPAN分類結果與分析

根據城市綠地植物特點, 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。其中樣地數大于總量2%的有14組, 共781個樣方, 占總樣地量的66.1%(表6)。