北京中心城區小微綠地的蝴蝶多樣性特征*

佘珺瑩 韓 丹 王 成 殷魯秦 孫振凱 韓叢海

1 中國林業科學研究院林業研究所 國家林業和草原局城市森林研究中心 北京 100091

2 中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600

3 北京市園林綠化局 北京 100013

城市生物多樣性是城市生態文明的重要組成部分,是城市生態系統健康穩定的基礎[1]。隨著人們物質生活水平不斷提高,生活在一個環境優美、鳥語花香的城市之中,逐漸成為廣大市民的美好愿景[2]。城市綠地是城市中一種特殊的生態系統,不僅具有綠化、美化、改善城市小氣候的功能[3],還可增強城市景觀的自然性,為城市居民提供良好的生活環境,為城市生物提供適宜的生境[4]。小微綠地,也稱口袋公園,是指規模很小的城市開放空間,它們常呈斑塊狀散落或隱藏在城市結構中,直接為當地居民服務[5]。與大中型公園綠地相比,分布在社區、街邊、商業區等地帶的城市小微綠地具有面積小、分布廣、形式靈活、類型多樣、可進入性強、可達性高的特點,與人們的生活息息相關,日益成為城市居民鍛煉身體、日常休閑、娛樂交流的重要去處。同時,小微綠地也發揮了補充、串聯大型公園綠地的作用,是城市區域生態廊道的重要組成部分,其生態功能特別是生物多樣性承載功能如何是值得研究的問題。

蝴蝶作為重要的環境指標[6],是自然生態系統的重要組成部分,兼具觀賞價值和教育意義[7-8]。蝴蝶既是對氣候和棲息地等環境變化快速響應的物種,也是反映野生動植物多樣性變化的標志性物種[9-11]。城市不同綠地類型的蝴蝶多樣性狀況是其對城市環境壓力響應程度的反映,與綠地的形態特征、植被構成、管理方式等因素有關。目前國內對城市蝴蝶的研究多集中在綜合公園等大中型綠地、周邊自然保護區,而對中心城區小微綠地蝴蝶的研究比較少。因此,本研究以城區小微綠地的蝴蝶群落為對象,分析其群落物種組成和空間分布差異,為科學評價城市小微綠地對維持蝴蝶多樣性的作用提供依據,也有助于指導城市小微綠地的科學規劃建設。

1 研究區概況

北京(115°25′—117°30′E,39°26′—41°03′N)地處中國華北平原北部,為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候,夏季高溫多雨,冬季寒冷干燥,中心城區包括東城、西城、海淀、豐臺、石景山及朝陽6個區。近年來,北京加強中心城區的綠化建設[2],突出森林樹木為主的綠地建設模式,僅在2015—2020年新增綠地3 600 hm2,新建城市休閑公園190處、小微綠地460處[12]。

2 研究方法

2.1 小微綠地選擇

本研究采用分層隨機抽樣法,選擇北京中心城區面積1～4 hm2獨立建成的48個小微綠地開展蝴蝶多樣性調查,其中三環內城市區域、三環到四環城市區域、四環到五環城市區域各選擇16個。

2.2 蝴蝶調查

于蝴蝶主要活動期(2020年7月中旬、8月上旬、8月下旬、9月上旬)選擇晴朗無風天氣,采用樣線法進行調查。野外調查觀測在9:00-17:00時間段進行,調查路線盡量覆蓋綠地的所有區域及植被類型。調查時沿調查路線緩慢勻速前進,控制行走速度為1 km·h-1,采用網捕法調查蝴蝶的種類和數量。將捕捉到的蝴蝶放置在三角紙袋內帶回實驗室,制成標本后,依據《中國蝴蝶分類與鑒定》[13]《中國蝴蝶圖鑒》[14]對其進行鑒定。

2.3 數據處理

利用SPSS軟件對采樣數據進行統計分析,采用Margalef種類豐富度指數、Shannon多樣性指數、Pielou物種均勻度指數和Simpson種類優勢度指數分析小微綠地蝴蝶物種多樣性和群落結構特征[15]。

3 結果與分析

3.1 小微綠地蝴蝶種類組成

48個小微綠地中共記錄到蝴蝶1 144只,隸屬于4科13屬16種,分別是粉蝶科(Pieridae)、鳳蝶科(Papilionidae)、蛺蝶科(Nymphalidae)和灰蝶科(Lycaenidae)?；业瞥霈F5個屬的蝴蝶,蛺蝶科和粉蝶科都出現3個屬,鳳蝶科出現2個屬；蛺蝶科和灰蝶科都出現5種蝴蝶,粉蝶科和鳳蝶科都出現3種蝴蝶(表1)。

表1 北京中心城區小微綠地蝴蝶群落種類組成

從蝴蝶種類數量占比看,小微綠地優勢蝴蝶科為粉蝶科,數量578只,占總量50.5%；蛺蝶科數量272只,占23.8%；灰蝶科數量212只,占18.5%；鳳蝶科數量82只,占7.2%。菜粉蝶、黃鉤蛺蝶、點玄灰蝶為北京中心城區小微綠地的優勢種,大紅蛺蝶、小紅蛺蝶、琉璃灰蝶、紅珠灰蝶、金鳳蝶為少見種。與周邊公園綠地的同期觀察結果相比,蝴蝶種類偏少,但菜粉蝶、黃鉤蛺蝶均表現為兩類綠地中的優勢物種,小紅蛺蝶、點玄灰蝶、琉璃灰蝶、紅珠灰蝶為公園綠地中的常見種,而大紅蛺蝶則為公園綠地中的少見種。

3.2 小微綠地蝴蝶區系組成

本研究以《中國蝶類志》[16]等資料作為劃分蝶類區系成分的主要依據,將實驗記錄的16種蝴蝶劃分為古北種和廣布種。16種蝴蝶中,有7種屬于古北種區系,占總數的43.8%,分別為東亞豆粉蝶、白鉤蛺蝶、柳紫閃蛺蝶、東亞燕灰蝶、紅珠灰蝶、金鳳蝶和絲帶鳳蝶；有9種屬于廣布種區系,占總數的56.2%,分別為菜粉蝶、云粉蝶、點玄灰蝶、藍灰蝶、琉璃灰蝶、小紅蛺蝶、大紅蛺蝶、黃鉤蛺蝶和柑橘鳳蝶(表2)。

表2 北京市中心城區小微綠地蝴蝶區系組成

3.3 小微綠地蝴蝶多樣性特征

通過對蝴蝶多樣性指數的分析可知,北京中心城區五環內小微綠地蝴蝶群落的物種豐富度指數為0.013,多樣性指數為1.659,均勻度指數為0.599,優勢度指數為0.473(表3)。該結果表明北京中心城區小微綠地中蝴蝶多樣性較低,這可能與小微綠地內適宜蝴蝶活動、生存、棲息的植被構成和生境類型程度等因素有關。

表3 北京市中心城區小微綠地蝴蝶多樣性指數

北京中心城區小微綠地蝴蝶群落的豐富度指數為灰蝶科＞蛺蝶科＞鳳蝶科＞粉蝶科,多樣性指數為灰蝶科＞蛺蝶科＞粉蝶科＞鳳蝶科,均勻度指數為灰蝶科＞蛺蝶科＞粉蝶科＞鳳蝶科,優勢度指數為粉蝶科＞蛺蝶科＞灰蝶科＞鳳蝶科?；业莆锓N豐富度、多樣性指數、均勻度指數都最高,優勢度指數次于粉蝶科和蛺蝶科,說明灰蝶科在該區域的物種相對豐富,群落結構比較穩定。蛺蝶科的多樣性指數和均勻度指數都僅次于灰蝶科,優勢度指數次于粉蝶科,表明蛺蝶科在該地區的物種相對豐富,且種類間的個體數量存在一定差異,出現了優勢種。粉蝶科的多樣性指數和均勻度指數都偏低,而優勢度指數最高,說明研究區域的粉蝶科物種豐富度較低,但優勢種集中。鳳蝶科的多樣性指數、均勻度指數和優勢度指數都最低,表明研究區域鳳蝶科的物種豐富度較低,物種分布呈現不均勻狀態。

3.4 小微綠地蝴蝶多樣性分布差異

根據北京環路特征,將綠地分為4個不同區域,分別是二環內城市區域(UZ1)、二環到三環城市區域(UZ2)、三環到四環城市區域(UZ3)、四環到五環城市區域(UZ4)。蝴蝶群落在四環到五環區域的4種群落多樣性指數最高(表4)。除物種均勻度指數外,二到三環內區域群落多樣性指數最低(表4),二到三環區域內小微綠地的蝴蝶物種數量較低(圖1)。這表明不同區域內小微綠地的蝴蝶豐富度未表現出明顯的由城市中心向外遞減的梯度變化規律。

圖1 北京中心城區小微綠地蝴蝶種類數空間分布

表4 不同城市區域蝴蝶群落多樣性指數差異

從圖2可以看出,菜粉蝶在小微綠地中出現概率最高,廣泛分布在91.7%的小微綠地中,其次是黃鉤蛺蝶分布在75%的小微綠地中,絲帶鳳蝶、紅珠灰蝶、金鳳蝶3種蝴蝶僅被觀測到分布在一個小微綠地中。從不同小微綠地之間的物種差異來看,具有較高相似性蝴蝶物種的小微綠地分別是石榴莊城市休閑公園(SLZ)、廣陽谷城市森林公園(GYG)、丁香園(DXY)、北極寺公園(BJS)和西冉城市生態公園(XR)。實地調查發現,以上5個小微綠地具有以下共同特點:綠地中有復雜的垂直結構復層植物群落,雖然是人工種植,但采用的多是近自然式植物種植方式；綠地中存在蝴蝶寄主植物和蜜源植物,鄉土蜜源植物在數量上占優勢；綠地內的蝴蝶多出現在草花圃、花鏡等花量大且郁閉度較低的斑塊。

圖2 北京市小微綠地不同種類蝴蝶分布概率圖

4 討論與結論

4.1 討論

4.1.1 城市小微綠地對維持蝴蝶多樣性的作用

有研究發現北京城市公園分布有30余種蝴蝶[17-18]。本次調查的小微綠地中蝴蝶的種類數較少,僅16種,其中粉蝶科、蛺蝶科居多,與北京大型公園中發現的蝴蝶優勢物種高度相似。在不透水地表高度覆蓋的城市景觀中,綠色空間的蝴蝶等生物多樣性水平主要取決于兩個生態過程:從城市外圍源地向城區可用生境斑塊定殖,以及在鑲嵌各類生境斑塊的城市基質中擴散[19]。周圍山地、農田以及城市中大型綠地是城市生物多樣性的重要物種池,而小微綠地更有可能成為聯結大型生境的生態跳島,發揮生態廊道的連通效應。

北京市在世界動物地理區劃屬于古北區[20],中心城區小微綠地以古北界蝶類占主導地位,區系構成以東洋界和古北界共有的廣布種為主,表明北京中心城區小微綠地中大部分蝴蝶種類地理分布范圍較廣,可能對環境的適應較強。菜粉蝶在各小微綠地中廣泛分布,它作為北京、芝加哥、首爾等全球多個城市地區優勢蝶類[21],對特定生境的依賴性不強,能適應大多數城市環境,可被視為城市適應物種。絲帶鳳蝶在北京近郊山地多處可見,金鳳蝶在北京近郊農田地區多見,但絲帶鳳蝶、金鳳蝶在小微綠地中呈現的卻是稀少種狀態。這表明小微綠地可能對特定物種的生境提供能力不強,但能成為菜粉蝶、黃鉤蛺蝶、云粉蝶等城區廣泛分布物種的可用棲息地。蝶類對環境變化敏感及對寄主較為專一,雖然有一定的遷飛能力,但它們的分布仍是以寄主為中心[22]。由此,為了引入周邊蝴蝶物種池中的稀少種,提高小微綠地的生物多樣性水平,應根據其所在城市位置如靠近山體或農田等,種植特定物種所需的寄主植物,提高其成為城市稀少種生境的潛力。

4.1.2 小微綠地的蝴蝶多樣性分布變化的影響因素

城市的歷史背景、分布區域、分類特征等因素會影響蝴蝶多樣性,高度城市化地區的蝴蝶種類較少,特化種蝴蝶的數量隨著城市化進程的加快而減少[23]。有研究指出,蝴蝶群落組成隨城市化梯度而變化,蝴蝶多樣性在亞城區即適度干擾區域達到峰值,而相對多度沿自然區域到城市區域呈遞減趨勢[24-26]。北京城市公園中蝴蝶多樣性距離城市中心越遠,多樣性越高[18]。本研究結果發現,小微綠地蝴蝶多樣性沿環路梯度的變化趨勢不明顯,這與北京市大型公園的蝴蝶多樣性隨著與城市中心距離的增加而增加的趨勢有所不同。這可能與小微綠地規模小、受人為活動和城市環境影響大等特征有關,其主要蝴蝶種類是適應了城市環境的種類,因此沒有表現出與大型公園綠地承載的敏感蝴蝶物種一樣的變化。

4.1.3 小微綠地與蝴蝶的關系

有研究表明,北京公園中植物群落的結構和植物資源對蝴蝶多樣性的影響較大[27]。在調查中也發現,小微綠地的植被結構多對蝴蝶多樣性影響可能更為顯著,二環內2017—2019年建成的將近4 hm2的廣陽谷城市森林公園和近2 hm2的安德城市森林公園,因其貫徹了鄉土樹種、自然植被等城市森林建設理念,綠地內有較為豐富的人工栽培蜜源植物,如鼠尾草(Salvia japonica)、糯米條(Abelia chinensis)、天人菊(Gaillardia pulchella)、八寶景天(Hylotelephium spectabile)等,吸引了多種蝶類前來活動。鄉土草本植物更能維持穩定的蝴蝶種群,而具有豐富花蜜的人工栽培植物能成為蝴蝶重要的補充性蜜源[17]。由此推測,小微綠地蝴蝶群落受植物種類影響較大,因此對于即使受人為活動影響較大的小微綠地來說,如果合理選擇與配置本地蝴蝶的寄主植物和蜜源植物,保證花蜜的季節性供應,采用近自然管護模式和復層的群落垂直結構,也能維持比較高的蝴蝶生物多樣性水平。

4.2 結論

相對于公園綠地,北京五環內城市區域的小微綠地中分布的蝴蝶物種豐富度較低,且蝴蝶多樣性并未表現出明顯的沿環路梯度的變化趨勢。在北京二環內城市區域中,部分新建的小微綠地因其近自然植被種植具有豐富的蜜源、食源植物資源,吸引了較多的蝴蝶物種。由此,通過近自然的城市森林建設方法,針對性地配置植物資源和結構,城市環境中小微綠地也有可能發揮蝴蝶等生物多樣性保護的作用,成為聯結大型生境的生態跳島。