菏泽曹州牡丹园植物群落多样性研究

陈强张玉林李桂荣韩蕙琳张鹏

(1.山东建筑大学 风景园林研究中心，山东 济南250101；2.山东建筑大学 土木工程学院，山东 济南250101)

0 引言

生物多样性保护的实质是对人居环境健康发展的保护，是城市生态系统可持续性发展必不可少的前提，而植物多样性作为生物多样性的重要组成部分，被普遍认为是改善城市生态环境、塑造城市特色景观的重要基础[1-2]；其高低程度是城市生态系统发展在健康度、丰富度、完整度、稳定度、协调度以及可持续度等方面能力强弱的重要决定因素之一[3]。而植物群落作为城市生态系统的基本组成单位，是改善城市生态环境、维护城市生态系统稳定的基础，

构建合理且科学的植物群落结构，能使城市绿地系统稳定、高效地发挥其改善、美化城市环境的功能[4]。 城市绿地作为植物群落物种多样性的承载者，目前已有众多学者对国内外各类绿地进行了植物多样性相关研究，如土耳其的大学校园[5]、印度拉贾斯坦邦草原[6]、印度班加罗尔贫民窟[7]、伊朗吉兰布加国家公园[8]、中欧斯洛伐克布拉迪斯拉发城市绿地[9]等地以及国内的海口[10]、广州[11]、郑州[12]、武汉[13]、上海[14]、太原[15-16]、杭州[17-18]、长春[19]、西宁[20]等城市的相关绿地。 但针对菏泽市城市绿地植物群落物种多样性的调查研究很少，多局限于景观分析、物种调研等方面[21-24]。 公园绿地作为城市绿地的重要组成部分，是城市生物多样性最为丰富之所在[25]。 现以菏泽市国家AAAA 级旅游景区曹州牡丹园为例，统计、分析其植物群落物种组成及物种多样性现状，以期为今后的菏泽市公园绿地植物群落景观营建、改造及植物多样性保护、提升提供理论依据。

1 研究区域概况

菏泽，古称曹州，位于山东省西南部，地理坐标位置为34°39′—35°52′N，114°45′—116°25′E，属于暖温带季风型大陆性气候，四季分明，累年平均降水量为655 mm，年均气温为13.5～13.9 ℃。 地处黄河下游地区，地势东北低而西南高，地貌主要为平原、低山残丘以及积水洼地，土壤主要为潮土类[26]。 曹州牡丹园，建于1982 年，国家AAAA 级旅游景区，地处菏泽市牡丹区的东北部，西临牡丹北路，东倚人民路，南临长城路，北至221 国道，总面积为106 hm2，园内植物繁茂昌盛，是一个集游、赏、学、研为一体的城市化牡丹主题性公园[27-28]。

2 研究方法

2.1 调查方法

2.2 相关指标计算方法

根据雷金睿等[2]计算方法，分别计算绿地中乔木层、灌木层以及地被层植物的重要值及相关指标。

乔木层、灌木层、地被层重要值的计算式分别由式(1)～(3)表示为

乔木层重要值＝(相对密度＋相对频度＋相对显著度)/3 (1)

灌木层重要值＝(相对密度＋相对频度＋相对盖度)/3 (2)

地被层重要值＝(相对高度＋相对频度＋相对盖度)/3 (3)

相对密度、相对频度、相对显著度以及相对盖度均为反映植物群落调查的最基本的群落特征数量指标，其公式分别由式(4)～(7)表示为

王爷照例不言语，也不像西北这边的大男子主义会狠狠地剜自己老婆一眼。该干啥他还继续干啥，听到了也像是没听到。这么多年了，除了小时候听父母话不让他务弄木偶，谁曾改变过他想要做的事？根本就是一根筋!

相对密度＝(一个种的密度/所有种的密度和)×100% (4)

相对频度＝(一个种的频度/所有种的频度总和)×100% (5)

相对显著度＝(该种所有个体胸面积之和/所有种个体胸面积总和)×100% (6)

相对盖度＝(植物地上部分垂直投影面积/样地面积)×100% (7)

2.3 物种多样性指数计算方法

参考张宜芹物种多样性计算方法[29]，分别计算乔木层、灌木层以及地被层的植物物种多样性指数，Gleason指数t、Margalef指数R分别由式(8)～(9)表示为

式中:S为样方内所有物种数，个；A为样地面积，m2；N为所有物种的个体数之和，个。

优势度指数Simpson指数D由式(10)表示为

式中:Ni为第i个物种的个体数，个；Pi＝Ni/N是一个个体属于第i类的概率。

Shannon-Wiener指数H′由式(11)表示为

Pielou均匀度指数Jsw由式(12)表示为

3 结果与分析

3.1 曹州牡丹园植物科、属、种统计分析

经统计分析，曹州牡丹园公园调查样点内共有维管束植物81 种，隶属于36 科66 属，其中裸子植物有3 科6 属10 种、被子植物有31 科52 属63 种、单子叶植物2 科8 属8 种，植物物种数分别占公园应用植物总数的12.34%、77.78%和9.88%，表明公园植物应用以被子植物为主，裸子植物次之，单子叶植物应用最少。

曹州牡丹园植物配置以落叶植物为主，共计65 种，常绿植物16 种，与落叶植物之比为1∶4.06，应注意提高常绿植物应用比率；在常绿植物中，乔木10 种、灌木6 种，常绿灌木应用较少；在曹州牡丹园这一牡丹主题公园中，灌木类植物牡丹的应用比率较高，并多有大面积种植，致使冬季来临时，牡丹园会出现大面积的牡丹败落后的荒凉萧条景象，应注意加大常绿灌木应用比率，丰富冬季牡丹园景观，让牡丹园的美不局限于春季的牡丹花开，夏季的满目苍翠，秋季的硕果金黄。 此外，乔木树种作为整个植物群落景观的骨干，应注意适量提升常绿乔木树种的应用比例，进而丰富曹州牡丹园冬季季相景观效果。

以曹州牡丹园植物物种调研统计结果，对比武汉市的历史名园中山公园的植物物种调研统计结果64 科114 属184 种[13]，发现曹州牡丹园的植物物种应用的丰富度偏低；对比张萌等[30]的菏泽市植物物种应用种类调查分析结果显示的120 多科和900 余种，结果也是曹州牡丹园的植物物种应用丰富度偏低，相差甚远。 这些均表明菏泽市曹州牡丹园植物群落应用物种丰富度较低，应注意提高其植物群落物种丰富度，提高复层植物群落数量、质量，进而提高植物群落稳定性，提高城市生态效益。

公园植物科、属、种概况见表1，其中，重复的科、属不予统计。 曹州牡丹园的乔木、灌木以及草本类植物分别有25 科37 属43 种、10 科17 属21 种和10 科17 属17 种。 其中，乔木类植物所占科、属、种数最多，均超过灌木以及草本类植物的总科、属、种数的两倍；此外，灌木与草本植物的科、属总数目相同，而植物物种总数灌木为21 种，草本为17 种，草本类植物总种数相对较少，但与其总属数相同，这表明17 种草本植物均属于单属单种类植物，而灌木植物则是以单属单种类植物为主。

表1 公园植物科、属、种概况表

公园植物科属种的大小顺序见表2。 在曹州牡丹园植物物种应用中，包含植物物种数＞10 种的仅有蔷薇科，共计10 属13 种；包含植物物种数在6 ～10 之间的仅有禾本科、豆科以及木犀科3 科，分别为7 属7 种、5 属6 种以及4 属6 种；包含植物物种数在2 ～5 之间的有12 科，仅次于包含植物物种总数为1 种的20 科。

综上，曹州牡丹园调研样方内共计有36 科植物，蔷薇科植物物种应用最为广泛，约占总种数16.06%；单科单属单种植物共计20 种，约占总科数55.56%，所以在科的组成上仍是以单种科为主体。

公园植物优势科中的属、种数量见表3。 经统计分析，由表3 可以看出，曹州牡丹园所应用的植物种类主要集中于蔷薇科(10 属13 种)、禾本科(7 属7 种)、豆科(5 属6 种)、木犀科(4 属6 种)、松科(3 属4 种)以及柏科(2 属5 种)，6 科植物分别约占公园应用植物总属、种数的46.97%与50.62%，表明排序前6 的植物科具有较高的优势度，而其他30 科植物则应用较少；但排序前6 的植物科也有较大的差异，排序第1 的蔷薇科的所占属数目是排序第6 的柏科的5 倍，所占种数目是柏科所占总种数的2.6 倍，应用优势度差异较大。

表2 公园植物科属种的大小顺序表

表3 公园植物优势科中的属、种数量表

3.2 曹州牡丹园植物应用频度分析

经统计分析，在曹州牡丹园调查的43 个样方中，乔木层、灌木层以及地被层中的各种植物的出现的频数不同，反映了各种植物在曹州牡丹园分布的均匀程度的差异。 公园植物出现频度排序见表4。由表4 可知，曹州牡丹园的乔木层、灌木层植物频数应用差异以排序前3 的植物较为明显，其中，乔木层紫叶李(14 次)、银杏(10 次)的应用频数最高，在应用频数排序前7 的植物中，常绿植物仅包括雪松(8 次)，这足以表明其在曹州牡丹园公园绿地中的受青睐程度；而灌木层植物物种以红叶石楠(17 次)、牡丹(13 次)出现频数为最高，其中牡丹的出现频数分布排第2，这呼应了曹州牡丹园“牡丹”这一公园主题；此外，小乔木紫薇、金银木以灌木景观呈现，在灌木层植物出现频数中分别排第3 与第6，表明其景观配置效果较好，深受景观设计者喜爱，才多次以小乔木做灌木景观配置形式出现。 相对乔木层与灌木层植物出现频数而言，地被层排序前6的植物的应用频数差异较小，整体缓慢下降，其中地被层植物应用频数最高的为狗牙根与黑麦草，均为7 次。 总之，在乔木层、灌木层以及地被层植物出现频数排序中，以地被层植物出现频数差异最小，整体分布也较为均匀，而乔木层与灌木层植物出现频数则差异较大，尤其是灌木层第1 与第6 应用差异达13 次之高，相对地被层植物而言，乔木层、灌木层的植物分布均匀程度较低。

表4 公园植物出现频度排序表

排序前6 的各层的植物出现频数之和所占相应各层植物出现总频数的比例，乔木层为45.28%，将近乔木层植物总频数(106 次)的一半，而灌木层62.50%与地被层68.63%都超过了灌木层总频数和(80 次)、地被层总频数和(51 次)的一半，表明菏泽市曹州牡丹园各层排序前6 的植物具有较高的优势度。 但排序前6 的植物物种出现频度多，优势度高，则表明其他大多数物种出现频数较少，曹州牡丹园的乔木层、灌木层以及地被层的植物物种应用的整体均匀程度的下降；而各层均匀程度相对来说，表现为乔木层＞灌木层＞地被层。

3.3 曹州牡丹园植物应用重要值分析

根据乔木层、灌木层以及地被层植物重要值排序(见表5)，公园乔木层植物重要值排序以排序前2 的植物重要值差异较为明显，其它差异则较小，排序前三的植物分别为紫叶李、银杏与雪松，这与乔木层频数分布排序前3(见表4)的植物种类结果一致；灌木层植物以重要值排序第2 ～5 的植物差异较大，以红叶石楠、牡丹的重要值最高，且差异较小，这与灌木层频数分布排序前2(见表4)的植物种类结果一致；相对乔木层、灌木层排序前6 的植物物种的重要值数值差异，地被层植物物种则表现为重要值差异较小，整体排序呈缓慢下降，排序前2 的植物分别为匍匐剪股颖、香附子，这与地被层频数分布排序前2(见表4)的植物种类结果完全不同，但重要值排序前6 的植物种类与频数分布排序前6(见表4)的完全一致，这也表明排序前6 的植物应用差异较小。

表5 乔木层、灌木层、地被层植物重要值排序表

综上，公园植物重要值排序与频数应用排序前6 的植物基本相同，尤其是地被层，植物种类完全一样；就排序前6 的各层的植物重要值之和来说，乔木层为51.87%、灌木层为69.04%、地被层为67.46%，均超过50%，公园排序前6 的植物优势度较为明显。

3.4 曹州牡丹园植物物种多样性分析

曹州牡丹园乔木层、灌木层以及地被层植物物种多样性指数见表6。 曹州牡丹园的物种丰富度指数S、Gleason指数t以及Margalef指数R均为乔木层＞灌木层＞地被层，表明曹州牡丹园植物群落景观以乔木层植物最为丰富，灌木层次之，地被层植物种类最少，仅有17 种，这与李秀伟[23]统计的菏泽市地被植物应用种类结果97 种差异显著，应注意在突出优势种植物的同时，增加地被植物应用的物种数目，提高丰富度；丰富度指数排序与太原市综合公园的植物丰富度指数排序结果一样[16]，均为乔木层植物物种最为丰富，地被层丰富度最低。 总之，应注意有针对性地提升曹州牡丹园的植物群落景观层次和各层植物多样性，进而提高植物群落稳定性，在丰富公园植物景观效果的同时提高其生态效益。

曹州牡丹园的物种多样性总数Simpson指数D、Shannon-Wiener指数H′也均表现为乔木层＞灌木层＞地被层，与任斌斌等[31]的物种总多样性研究结果一致，这主要是由于改造后曹州牡丹园在植物景观配置上，注重强调乔木层的骨干作用及其景观效果，致使其植物种类往往超过灌木层、地被层植物；但其乔木层、灌木层指数差异又较小，主要是因为曹州牡丹园是以牡丹为主题的公园，灌木类植物牡丹的专类展示较多；而地被层植物多样性指数最低，主要是由于地被层的草本植物在园林绿化中广泛应用的品种仅有草地早熟禾、沿阶草、结缕草等极少数物种，并且随着城市发展以及园林绿化的愈来愈精细化的管理，公园植物群落内野生杂草基本上被拔除，致使曹州牡丹园植物物种总多样性大大降低。 总之，曹州牡丹园内，以乔木层的植物多样性更为丰富，灌木层次之，地被层最为单一，景观效果也较为单调，应注意有针对性的提高各层植物群落物种多样性，进而降低景观单调度，提升景观效果。

就曹州牡丹园的植物群落Pielou均匀度指数Jsw而言，也表现为乔木层＞灌木层＞地被层，表明曹州牡丹园乔木层物种的个体分布最为均匀，在发挥优势种的突出地位时，兼顾其他物种的配置均衡；灌木层均匀程度较乔木层次之，地被层均匀程度最低，这也与物种丰富度有关，乔木层植物物种丰富度最高，灌木层次之，地被层物种丰富度最低，植物种类共计仅17 种，所以，也应注意提高其植物物种种类的丰富度。

就物种均匀度而言，曹州牡丹园的均匀度指数Jsw的计算结果与上述指数计算结果一致，也表现为乔木层＞灌木层＞地被层，表明曹州牡丹园，乔木层物种的个体分布最为均匀，灌木层次之，地被层均匀程度为最低，这与石家庄市公园绿地植物物种配置均匀程度分析结果一致[25]，主要是由于公园的整个植物配置基本上都是人为规划设计的，乔木类植物高大且品种丰富、景观效果多变，为突出其在整个植物群落中的背景(基调)特点，其植物物种设计分布相对较为均匀，不占绝对优势，不过于突出，所以，乔木层植物物种均匀程度高于灌木层、地被层植物；灌木层均匀程度较乔木层次之，地被层均匀程度为最低，这也与物种丰富度有关，乔木层植物物种丰富度最高，灌木层次之，地被层物种丰富度最低，植物种类共计仅17 种，所以，也应注意提高其植物物种种类丰富度；此外，地被层植物均匀度最低，也有设计师在景观规划时，为过分追求整齐、统一的景观效果，而往往将少数几种植物作为绝对优势种设计种植，并将野生杂草剔除，使地被层植物物种均匀度大大降低。 总之，应注重提升曹州牡丹园的灌木层、地被层植物种类应用多样性，增强蒲公英(Taraxacum mongolicum)、紫花地丁(Viola phillipina)的乡土地被植物应用，构建复杂而稳定的植物群落，追求自然且具有乡土特色的景观面貌。

表6 公园乔木层、灌木层以及地被层植物物种多样性指数表

4 结论

通过上述研究可知:

(1) 菏泽市曹州牡丹园植物物种应用共计36 科66属81 种，其中乔木43 种、灌木21 种、草本17 种、常绿植物16 种、落叶植物65 种。 物种总应用种类偏低，应注意提高总物种丰富度，以丰富植物群落层次，提高复层植物群落的数量与质量，进而提高生态效益；曹州牡丹园常绿植物应用较少，尤其是灌木层，作为一个以“牡丹”为主题的城市公园，灌木类植物牡丹的大面积种植会产生春季满目花开、冬季满目萧条的景观效果，应注意加大常绿灌木应用比率，丰富冬季的牡丹园景观效果，让冬季也有景可观、有景可赏。

(2) 根据曹州牡丹园植物应用频度及重要值排序前6 的植物分析，乔木层、灌木层以及地被层植物的应用频数之和与重要值之和均约为50%，具有较高优势度，优势种突出，优势科为蔷薇科、禾本科、豆科、木犀科等。 在发挥优势种突出作用的同时，均衡其他植物种类种植，丰富景观效果。

(3) 针对物种多样性，物种丰富度指数S、Gleason指数t、Margalef指数R以及物种总多样性Simpson指数D、Shannon-Wiener指数H′和物种均匀度指数Jsw都均为乔木层＞灌木层＞地被层，乔木层物种多样性最高，灌木层次之，地被层最低，应用物种最少，且多以大面积黑麦草、草地早熟禾、匍匐剪股颖等草坪草植物种植，乡土特色草本植物应用较少，应提升乡土特色植物物种应用比率，打破整齐、单一的大面积草坪草种植习惯，营建具有自然乡土气息特色的植物景观面貌。