杨凌乔灌草型绿地植物群落空间结构特征*

童明坤,王迪海,洪森先,陈 婕,穆 佳,王 定

(西北农林科技大学林学院,陕西杨凌 712100)

乔灌草型绿地是一种常见的城市休闲绿地,由于美景度和可及度高而受到人们的青睐。它的典型配置方式为:乔木呈疏林状种植,其下配置丛状、块状或绿篱状灌木,在空闲地铺设草坪。它具有复层冠层结构和高密度的根系分布,群落结构复杂。城市绿地系统的功能不仅依赖于绿地面积的数量,而且依赖于植物个体、群落、生态系统、景观等在不同尺度上结构的合理性。系统结构决定系统功能,只有系统结构保持完整有序才能保证系统功能的完整性和连续性。因此,开展乔灌草型绿地植物群落空间结构研究,探索绿地植物群落空间结构特征,对城市园林绿化建设有着重要的理论与实践意义。

前人对城市绿地空间结构的研究,主要是针对公园、风景名胜区、道路等大型公共场所的绿地形状、绿地群落垂直结构等特征对绿地生态效益(包括滞尘、降温、增湿、释氧、固碳等)的影响[1-4]。本文尝试以杨凌地区典型乔灌草型绿地植物群落为研究对象,通过调查和测算住宅区绿地的水平结构、垂直结构和树种组成结构指标,来比较和揭示杨凌区绿地植物群落的空间结构特征,为城市园林绿地建设提供参考。

1 研究区概况

杨凌位于陕西省关中腹地,地势北高南低,呈三层台阶结构,最高海拔 530.1 m,最低海拔403.2 m。年平均气温12.9℃,日照2 196 h,年平均降水量660mm,属大陆性暖温带季风气候。本次调查地点设在西北农林科技大学南北校区、水保所和教稼园等绿地面积较大的地段。

2 研究方法

2.1 调查样地的选择

根据绿地面积和植物分布的特点,采用典型样方法进行调查,选取面积适当、树种适度,能反应主要绿地类型结构特点的样方。根据实际情况,西农北校区-小树林北面(R)、小树林南面(P)、三号楼西面(N)、西区食堂以东(O),西农南校区—国际交流中心东(Q)、二号楼前(D)、银杏路北(H)、教稼园-西北亭东南(W)、西北亭北(M)水保所人工降雨大厅东侧(K)样地面积分别设置成 18.9 m×20.9m、19.4m ×20 m、26.1 m×15 m、19.4m ×20m、15.4m ×22.6m、21.3m×18 m、14.2m ×22.3m、16.8m ×21.1m、23.9 m×9.3 m、20 m×17.5 m。在样地内进行每木(乔木、灌木)调查,记录样地乔灌木的株树、树种总数、树高、冠幅、枝下高、参照树的总株树等内容,并计算各样地的密度、间距、覆盖度、乔灌草比例、林层比、树种丰富度等,进行比较分析。

2.2 水平结构度量的主要指标

密度D=N/S

式中N乔灌木株数;S为样方面积。它表示乔灌木株数与样方面积的比例。

式中r为第i单株到其最近相邻单株的距离;N为每公顷株数;n为样地林木株数。它是反映间距的指标,即相邻最近树单株距离的平均值与随机分布下期望的平均距离之比。若R=1,则林木为随机分布;R＜1,则林木为聚集分布;R趋近于0,表明树木之间的距离越来越密集[5]。

覆盖度C=Sl/S

式中Sl为某一树种覆盖面积,S为样方面积。它是林木树冠的垂直投影面积的比例。

式中n为相邻树木的株数,Sij的取值定义是:如果参照树i与相邻数木j不属于同一层,那么Sij的取值就是1;如果参照树 i与相邻树木j属于同一层,那么Sij的取值就是0。它是参照树i与n株最近相邻树木中与参照树属于不同林层的林木所占比例。即根据杨凌区绿地的实际情况,结合前人研究方法,按照参照树高＜3m、3～6m、6～9m等三个水平划分林层,比较参照树与相邻树木所在林层的异同。

式中N为参照树的总株数;Si为第i株参照树的林层比。其中,参照树的选择方法是:以每株树木(i)为对象,根据该对象与标准地4条边的最近距离d。以及与周围树木间的距离D y取n=4株最近相邻木;当n株最近相邻木与该对象的距离D y均小于或等于该对象与标准地4条边的最近距离do+0.3,即Dy＜do+0.3时,则该树木将作为考察对象,称为参照树,否则不予考察。

2.3 树种组成结构的主要指标

式中S表示树种数,N表示个体总数。树种丰富度采用M argalef指数(R),用以反映绿地中绿化树种的丰富度。

式中Pi=n/N为第i个树种的个体树种,i=1,2,3,…S;N为个体总数。H值越大,树种多样性越高。树种多样性采用Shannon-W iener指数(H),主要反映绿地树种类型的丰富程度,是丰富度合格树种均匀程度的综合反映。计算公式为:

式中 H为Shannon-W iener指数,S为物种数。树种均匀度采用Piclon指数(J),用以反映绿地树种中各种个体数量比例的均匀程度,其值越大,树种均匀度越高。

3 结果与分析

3.1 绿地水平结构

采用密度、间距、覆盖度3个指标进行绿地水平结构的比较分析。

3.1.1 样地群落密度 调查结果显示(图1),10个样地的群落密度在130～971株/hm2。大小顺序为:R＞M＞H=Q＞W＞P＞N＞O＞G＞D,乔木高大、冠幅较大且灌木较多。

3.1.2 间距 韩轶等报道,R值在0.2～0.5时,绿地观赏效果相对较好,聚集分布(R＜1)比均匀分布(R＞1)、随机分布(=1)的景观效果好,所以群落的平面结构应以聚集分布为主,均匀分布为辅,减少随机分布[6]。通过对调查样地聚集指数R的计算。

结果表明(图2),10个样地的R值为3.040 0～13.200 0,R值全部大于1,10个样地群落全为均匀分布。其中,10个样地的R值大小顺序是:D＞N＞R＞H＞P＞Q＞W＞K＞M＞O。

3.1.3 覆盖度 根据调查计算(图3),10个样地的乔木层覆盖度为0.093 8～1.000,大小顺序是:K＞N＞H＞Q＞O＞M＞R＞P＞W＞D。其中,K、N、H和Q样地的覆盖度分别是1.000、0.989 1、0.666 0和0.534 1,都大于0.5。而覆盖度在0.5以上的群落稍显杂乱,景观效果普遍较差。所以O、M、R、P、W 和D 样地比 K、N、H 和Q 样地的景观效果要好一些。

图1 10个样地群落密度的比较

图2 10个样地聚集指数的比较

图3 10个样地乔灌木覆盖度的比较

3.2 绿地垂直结构

采用乔灌草比例和林层比2个指标进行绿地垂直结构比较分析。

根据北京市园林科学研究所古润泽等研究指出:北京市绿地中乔灌草合理种植比例约是1∶6∶20∶29,也就是说在29 m2的绿地上应设计1株乔木、6株灌木、20 m2草坪[7]。本次调查结果表明(表1),10个样地中除了D、P、M、E样地以外,其余6个样地中,乔木数量都大于灌木数量,灌木数量明显偏低。但草坪面积较大,其覆盖超过地面的80%。10个样地的林层比由大到小的顺序是N=O＞H＞W=M＞K＞R＞D=P＞Q,说明10个样地的群落错落有致的效果依次降低。

表1 5个样地垂直结构指标的比较

3.3 绿地树种组成

在进行树种组成结构指标比较分析时,采用指数 R、H、J和 M,按照整个样地、样地乔木层和样地灌木层3个水平分别计算。

3.3.1 树种丰富度指数R 计算得出10个样地的R值为0.985 4～3.402 9,大小顺序是:K＞H＞N＞Q＞W＞R=O＞P＞D＞M(图4)。由此得出,K样地的树种丰富度最好,H和N样地次之,D和M样地较低。

3.3.2 树种多样性指数H 计算得出10个样地的H值为1.054 9～2.231 6,大小顺序是:K＞H＞N＞Q＞W ＞R=O＞P＞M＞D(图5)。因此,K样地的树种多样性最高,H和 N样地的次之,M和D样地的较低。

图4 树种丰富度

3.3.3 树种均匀度指数J 计算得出10个样地的J值为0.693 1～0.968 8,大小顺序是:H＞N＞D＞Q＞W ＞K＞R=O＞M＞P(图6)。整体上,H和N样地的均匀度较好;D和Q的均匀度次之,M和P的均匀度较差。

3.3.4 树种单调度指数 M 计算得出10个样地的M值为0.125 0～0.413 6,大小顺序是:H＜K＜N＜Q＜W＜R=O＜N＜M ＜P(图7)。整体上,H样地的树种单调最低,说明此物种个体配置最好,其次是K和N样地稍高,P样地的单调度最高,也就是物种个体配置最差。

图5 树种多样性

图6 树种均匀度

图7 树种单调度

4 结论与讨论

根据报道,群落密度保持在300～1 500株/hm2较为合理;密度＜300株/hm2,群落过于疏松,无法形成基本的群落结构,也不能发挥其应有的生态功能;密度大于＞1 500株/hm2,群落繁乱且植株大多矮小,空间堵塞感较强,给人极大的心理压力[8]。

本次调查结果表明,水平结构上,10个样地的植株密度较为合理,但是O、G、D样地的稍小一些,显得单调空旷;从间距上看,10个样地都是均匀分布,此种结构不太合理。今后城市规划应以聚集分布为主,均匀分布为辅,减少随机分布,从而获得较好的景观效果;从覆盖度上看,乔木覆盖度Q和M样地的景观效果要好于W、K、N和H样地,后三者的群落稍显杂乱,应注意及时修剪;灌木N、K 样地比Q、M 样地好,结构合理。

垂直结构上,10个样地的灌木数量明显偏低,调节好乔灌草比例适当增加灌木数量,加强草坪的美化效果;N、O、H、W、M、K、R、D、P 和 Q 的林层比表明,10个样地的群落错落有致的效果依次降低。其中,D、P、Q样地的乔灌草型空间结构不够合理,应注重乔灌草的搭配比例。

树种组成结构上,从整体上看,在树种丰富度、多样性、均匀度方面,K,H样地的3项指数值较高,树种丰富度、多样性、均匀度也较好,N,Q和W样地次之,P,M样地则较低。在树种单调度方面,J样地树种单调度指数最低,也就是说其树种个体配置最好,其次是K和N样地,而M和P样地的单调度指数则较高,所以树种单调度较大。

此次调查涉及了杨凌区典型的绿地植物群落,大致揭示了杨凌区绿地植物群落的基本情况。通过植物群落及生长状况调查,分析群落结构稳定性和合理性,结合群落动态发育过程和变化特征的预测,在杨凌区绿地植物群落构建和调整时可因地制宜,从增加物种丰富度,大力增加乡土树种的比例,优化绿地植物群落结构等方面对群落景观加以优化调整。

(1)增加树种丰富度,调节树种多样性,构建高物种多样性的植物群落。

建群种对整个植物群落的外貌起决定性作用。目前杨凌区植物群落中的优势树种出现频率过高,覆盖度过大,占的生存空间也是最宽广的,而灌木群落中的树种较少,没有构成典型的乔灌草绿地群落景观。因此,应加大灌木层植株群落构建。另外,也应增加一些景观效果好且覆盖度小的乔木,并适当控制优势种群在整个植物群落中的比例,达到景观功能与生态功能的协调。

将物种丰富度与均匀度结合,将多样性的物种应用于群落中,使群落的物种丰富度明显增加,加上恰当的配置方式,使群落结构单一的缺陷明显改观。

(2)优化绿地植物群落结构 ,充分发挥绿地综合效益。

多样性和复杂性造就植物群落的稳定性,如果配置的植物群落结构和物种组成合理,则群落趋于稳定。应在水平和垂直空间上合理布局树种,以减缓或避免竞争,构建长效、健康的植物群落景观。杨凌区绿地植物群落中普遍存在过密的现象,应适当抽稀和创造林隙来优化调控群落结构。在抽稀调整时,可以采用不规则抽稀方式,调整群落空间的异质性 ,为林下植物的生长、更新创造良好生活环境。

各类绿地植物群落的构建应以创建近自然式植物群落为原则。细化、优化杨凌区绿地植物群落设计,克服目前绿地植物群落构建中单纯采用“常绿乔木 +色块色带”模式的不足,遵循自然演替规律,借鉴潜在自然植被群落的种类组成和结构特点,营造以乔木为骨架和木本植物为主体的乔、灌、草复层群落。优先应用乡土植物 ,结合一些适应杨凌区生态环境条件的驯化植物,上层配置喜阳的落叶速生先锋树种,下层种植演替顶极阶段的耐荫常绿树种,建设高生物量、高多样性、高生态效应、少管护的近自然型、有杨凌区地域特色的植物群落,形成具自然属性的城市新一类地标。

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