不同土地利用方式影响下的城市森林植物多样性格局

张飞飞，周 澎，文美平*，袁 超，陈 强

(1.中国科学院遥感与数字地球研究所，北京 100101；2.锡林郭勒盟环境保护监测站，内蒙古锡林浩特 026000)



不同土地利用方式影响下的城市森林植物多样性格局

张飞飞1，周 澎2，文美平1*，袁 超1，陈 强1

(1.中国科学院遥感与数字地球研究所，北京 100101；2.锡林郭勒盟环境保护监测站，内蒙古锡林浩特 026000)

以厦门城市森林林下层植被为对象，选用α多样性指数及β多样性指数，运用去势对应分析、主成分分析等方法定量研究市区、郊区相思林下植物多样性格局。结果表明：郊区草本层α多样性指数低于城区。城区草本层β多样性随着城市化强度减弱而逐渐增加，灌木层β多样性随着城市化强度降低而降低。郊区森林群落草本层β多样性随着城市化强度增强逐渐增加，而灌木层β多样性随着城市化强度降低呈先增后降趋势。

城市森林；植物多样性；环境梯度；土地利用

城市化进程严重影响群落结构、植物多样性格局。城市植被生物多样性降低影响生态系统的稳定，进而威胁城市生态安全[1]。国外学者多关注城郊植物多样性对比[2-3]、城乡梯度上不同退化程度森林指示物种[4]、污染因子对植物多样性影响[5]、土地利用方式对植物多样性影响[6]及入侵种的研究[7]等。国内研究如河北遵化植物多样性分布研究[8]，太原城郊的植物多样性对比[9]，城市化对生物多样性影响研究进展[10-11]，北京植物群落的干扰胁迫抵抗力分析[12]，不同干扰措施对毛竹林植物种群格局影响[13]，城市绿地常见木本植物组成对鸟类群落影响等[14]。相对国外研究，国内研究集中体现在对植物多样性影响因子认识不足，仅停留于多样性描述的水平，缺乏针对人为干扰环境变量的定量研究。

该研究以厦门城市森林灌草植被为对象，梯度分析植物多样性及其分布格局，辨识不同邻接用地类型对于植物多样性格局的影响，阐明植物多样性城市化梯度格局及成因，为城市植物多样性保护提供决策支持。

1 研究区概况

厦门地处闽东南沿海，117°53′～118°25′ E，24°25′～24°54′ N，为亚热带季风海洋性气候，均温为20.7 ℃，降雨为1 143.5 mm，湿度为78%。以低山、台地等类型地貌为主，地势西北高，东南低。地带性植被为亚热带的常绿阔叶林。研究区位置如图1所示。

2 研究方法与数据处理

2.1 样带设置依据厦门市土地利用状况，以厦门核心商业区为中心，沿城市化环境梯度的变化方向，建立南北向的生态样带(如图1所示)。主要包括厦门万石山和集美天马山之间的区域，覆盖主要的城市土地用地类型，如居住、公共设施、工业、交通、养殖和未利用地。

2.2 野外调查于2009年7～9月，在研究区样带的残留城市森林生境上采样，并在2010～2012年间进行植物样本的样地重复核查，确认植物种。以相思纯林的灌草群落为对象，运用系统采样法，乔木样方为10 m×10 m大小，灌木样方为5 m×5 m大小，草本样方为1 m×1 m大小。记录植物种种名、高度、盖度和丛径(冠幅)等信息。

2.3 数据处理植物群落多样性分析应考虑个体径级和高度等因素，否则将影响物种多样性测度结果和可比性[15]。因此，该研究所采用的多样性计算均基于重要值[16]：植物多样性指数基于重要值α(Partrick丰富度指数、Simpson多样性指数、Shannon指数及Pielou均匀度指数[17])和β(Jaccard相似性系数[18])两类指数。应用DPS3.01软件计算多样性指标[17]， SPSS13.0软件进行基本数据分析[19]， CANOCO4.5软件对于生境因子进行DCA排序[20]。

3 结果与分析

3.1 总体植被状况对研究的植物种数量进行统计后，发现除了台湾相思(Abrusprecatorius)、马尾松(Pinusmassoniana)等建群种之外，仍有豺皮樟(Litsearotundifoliavar.oblongifolia)、潺槁树(Litseaglutinosa)、黄栀子(Gardeniajasminoides)、算盘子(Glochidionpuberum)、盐肤木(Rhuschinensis)、荩草(Arthraxonhispidus)、扇叶铁线蕨(Adiantumflaballulatum)、鸡屎藤(Paederiascandens)、南蛇藤(CelastrusorbiculatusThunb)、雀梅藤(Sageretiathea(Osbeck)Johnst)、崖豆藤(Millettiawight)、野雉尾(Onychiumjaqomicum)等植物。草本优势植物种以豨签重要值最高占到48.83%，灌木优势植物种以马樱丹为主，重要值占到32.93%，而其他植物种均在10%左右。

3.2 城郊梯度植物多样性格局研究发现，城区与郊区草本植物的Partrick丰富度指数在所有α植物多样性指数中为最高，其中城区Partrick丰富度指数为4.7，高于郊区的Partrick丰富度指数(3.3)。城区与郊区草本植物的Simpson多样性指数在所有α植物多样性指数中为最低，取值范围在0.35～0.42之间。城区草本植物的Shannon多样性指数及Pielou均匀度指数均值则高于对应郊区多样性指数(图2)。

由图3可知，城区与郊区灌木植物的Partrick丰富度指数在所有α植物多样性指数中为最高，其中城区Partrick丰富度指数达到6.5，略高于郊区的Partrick丰富度指数(6.3)。城区与郊区灌木植物的Simpson多样性指数在所有α植物多样性指数中为最低，这与其本身的计算公式及取值范围有关。

整理城市森林草本、灌木植物多样性指数、密度数据，提取相关重要植被数量特征信息，将原始数据转换后，进行DCA排序。由结果可以清晰看到，研究区所涉及的植物调查样方均按照明显的城市化梯度排列(图4)。

3.3 不同用地类型的植物多样性格局由于植物的α多样性指数仅是对于每个群落或者样方的植物多样性特征进行描述，然而为了能够清楚地反映不同环境梯度上物种的构成差异或替代程度，就必须计算群落间的β多样性。

城区不同用地类型的草本植物群落β多样性如表1所示，在所有不同土地利用类型之间的植物群落β多样性数值，以交通用地和居住用地之间的0.250 1为最高，表明交通用地和居住用地的绿地属性用途一致，因此二者在草本植物组成上具有一定相似性。交通用地和商业用地之间最低为0.130 6，表明用地类型差异是造成植物群落β多样性低的主要原因。

表1 城区不同用地类型的草本植物群落β多样性

城区不同用地类型灌木植物群落β多样性如表2所示，在所有植物群落β多样性中，以工业用地和商业用地之间的0.400 7达到最高，表明其用地属性主要是以实现灌木植物的生态功能为主。居住用地和商业用地之间最低为0.170 5，表明不同用地类型对于灌木植物群落β多样性影响至关重要。

表2 城区不同用地类型的灌木植物群落β多样性

由表3可知，郊区不同用地类型的草本植物群落β多样性指标差异并不显著。其中，由于养殖用地和工业用地的草本植物组成与其他用地类型相似，因此二者与其他用地类型具有较高的β多样性。而郊区养殖用地和工业用地之间的草本植物群落β多样性为最高，达到0.331 0。

表3 郊区不同用地类型的草本植物群落β多样性

由表4可知，郊区灌木层植物群落β多样性指标差异较大。其中，以郊区商业用地和居住用地之间的植物群落β多样性为最高，达0.380 8。而郊区商业用地和未利用地之间的灌木植物群落β多样性为0，表明二者之间无相似植物组成。

4 讨论

4.1 环境梯度分析梯度分析方法由来已久，在环境与生态学领域中广为应用。在城市生态学研究领域，已有许多专家学者做了有益的尝试。如张金屯基于“城—郊—乡”梯度格局分析美纽约州的森林植被变化[16]、王应刚等对太原植物种类环境梯度调查[9]、马克明等在遵化的城乡梯度物种变化研究[8]。α多样性指数被证明是一种理想的了解每个群落、样方的植物多样性特征[21]，在该研究的梯度分析中，也得到了较好的效果。

4.2 土地利用方式影响已有研究表明，土地利用类型对植物多样性格局影响深刻[22]。而一些特定的土地利用类型，往往伴生具有指示意义的植物种类[23]。同时，植被斑块的边缘效应也是影响植物多样性格局的主要因素，叠加土地利用影响，由此产生的交互作用更加复杂，需要进一步深入研究。

在郊区森林群落草本层β多样性研究中，养殖用地与工业用地之间的群落相似性达到最高值0.33，表明养殖用地对于周边环境的效应(尤其是对于植物多样性格局的影响)与工业用地已经十分接近，从侧面反映出郊区养殖业的集约化经营已经逐步取代了传统的粗放型养殖模式。郊区不同用地类型森林群落的灌木层β多样性研究表明，未利用地与居住用地之间的灌木群落相似性达到最低，印证了伴人物种在非人类聚居区的缺失。商业用地与居住用地灌木群落之间的相似性达到最高值0.38，表明郊区居住用地和商业用地的受人为干扰活动方式较为一致，均以散步、游憩为主。

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Land Use Effect on the Urban Forest Plant Diversity Pattern

ZHANG Fei-fei1, ZHOU Peng2, WEN Mei-ping1*et al

(1. Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101; 2. Xilinguole Meng Environmental Protection Monitoring Station, Xilinhaote, Inner Mongolia 026000)

Taking Xiamen understory vegetation as study object, selecting α and β diversity index, detrended correspondence analysis, principal component analysis were adopted to quantitatively study urban, suburban forest plant diversity. The results showed that urban herb layer α diversity indexes were higher than the suburb’s. Urban herb layer β diversity indexes incresed with urbanization degree reducing, shrub layer β diversity indexes decreased with urbanization degree reducing. Suburb herb layer β diversity indexes incresed with urbanization degree increasing, shrub layer β diversity indexes first incresed then decreased with urbanization degree reducing.

Urban forest; Plant diversity; Environment gradient; Land use

国家自然科学青年基金(41101501)；国家自然科学面上基金(41471423，41371540)资助。

张飞飞(1981-)，男，江苏淮安人，助理研究员，硕士，从事植被遥感研究。*通讯作者。

2014-12-30

S 718

A

0517-6611(2015)04-238-03