山西运城市园林植物组成和多样性及其对环境因素的响应

薄伟，王松，康红梅，秦国杰，刘琛彬，武敏，薛新平

(山西省农业科学院园艺研究所，山西 太原 030031)

随着生态城市的快速发展，人们对城市园林绿地的关注也随之提升.园林植物作为园林绿地不可或缺的组成部分，对改善城市生态环境、创造特色园林景观起着重要作用[1].而城市绿地中的植物多样性也有助于维持城市绿地系统的平衡稳定.目前，对城市园林植物应用已有大量的研究报道，包括城市植物资源组成和多样性调查[2-4]、不同类型城市绿地植物物种多样性分析[5]等.发展园林城市易丢失乡土植物，增加外来物种，使城市园林植物组成和多样性发生变化[6]，因此，探究创建园林城市背景下的植物组成和多样性已成为城市园林研究的焦点之一.

数量分类和排序是分析植物群落生态关系的重要手段，其中以主分量分析(PCA)、对应分析(CA)和冗余分析(RDA)等方法在群落生态学中应用较多.其中冗余分析是以线性模型为基础，原始数据包含了植物和环境两个方面，能够解释植物种类与环境因素的因果关系，并验证分类结果，在揭示植物与环境间的生态关系中有着广泛的应用[7].

运城市是山西省十佳魅力城市，在园林绿地规划中已开始借鉴一线城市的绿化模式，绿地面积大幅增加，这在一定程度上促进了城市人与自然的和谐发展[8].近年来，运城市正积极向国家园林城市迈进，开展园林植物调查研究，提出有价值的园林植物配置决策方案，对运城创建国家园林城市、打造生态宜居家园具有重要意义.

目前，许多园林从业者已对运城绿地彩叶植物、行道树[9-11]、园林杂草[12]以及盐湖周边植物[13]，国道、省道景观植物[14]进行了调查研究，而关于运城市盐湖区典型道路网络及居民区绿地所应用的植物种类、配置类型等问题很少涉及.本研究通过对运城市盐湖区道路绿带和居住区园林绿地的植物应用种类和配置模式进行实地调查，并分析其物种多样性及物种多样性与居住区特征的相关性，旨在为更好地建设城市园林绿地、打造可持续植物景观提供参考依据.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

运城位于E 110°15′～112°04′，N 34°35′～35°49′，总面积13 968 km2，海拔350～400 m，地处暖温带大陆性季风气候区，冬季干寒，夏秋季多雨，降雨量约占全年的70%左右，年均降水量约600 mm，全年最低、最高温分别出现在1月(均温-2.2℃)和7月(均温27.4℃)[11,15].

1.2 研究方法

于2019年5～6月，对运城盐湖区各级干道进行实地线路调查，同时采用生物学五点取样法[16-17]，在具有代表性的12个居住区(高、中、低档小区，图1)园林绿地中分别随机划分若干10 m×10 m、4 m×4 m、2 m×2 m的标准样地分别进行乔、灌、草本植物物种多样性调查.记录数据包括：居住绿地面积、位置、园林植物种类、数量、观赏特征以及群落垂直结构类型等，并计算应用频度[14].

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2010对调研数据进行统计分析、作图，并参照任斌斌等[18]的方法，分别计算居住区园林绿地乔木、灌木和草本植物的物种多样性指数.公式如下：

物种丰富度：N=S(物种数)

Simpson多样性指数：H=1-∑Pi2

Shannon-Wiener多样性指数：

H=-∑pilnPi

Pielou均匀度指数：J=H/lnS

其中，Pi=Ni/N，Ni为第i种物种个体数，i=1，2，3，…，S，N为个体总数.

选取3类植物的物种多样性指数作为测度指标，以居住区绿地面积、配套设施、景观类型、周边环境和绿地位置作为环境变量因素(表1)，采用Canoco5.0对其进行排序分析，进一步了解居住区植物物种多样性与居住区特征的相关性.

图1 运城市居住区样地分布图

表1 居住区环境因素

2 结果与分析

2.1 运城市道路园林绿地调研概况

调研道路样地71个，总长度约126 km，其中属于城市主干道路21条，次干道路15条，快速路1条，支路小巷34条；从道路断面形式来看，五板四带式28条、一板两带式28条、三板两带式10条，四板三带式3条，六板五带式和两板三带式均为1条，仅占总数的1.4%.行道树树种主要为国槐(Sophorajaponica)、女贞(Ligustrumlucidum)、臭椿(Ailanthusaltissima)、油松(Pinustabuliformis)、栾树(Koelreuteriapaniculata)、悬铃木(Platanusacerifolia)、雪松(Cedrusdeodara)、金叶榆(Ulmuspumila)等.

2.2 运城市园林植物种类构成

由表2可知，83个调查样地所应用的园林植物种类共有122种，其中乔木53种，灌木45种，草本18种，藤本6种，分属于65科、98属，其中常绿乔灌木有12科17属，占运城植物的15.6%.调研样地中藤本植物仅占植物总数的4.9%.

城区园林植物多为乔木、灌木和草本，共有116种，占园林植物总数的95.1%；乔木、灌木、草本、藤本的比例为 26.5∶22.5∶9∶3.绿地植被中多数乔木和灌木为落叶树种，共79种，占园林植物总数的64.8%，其中，乔木、灌木比例约为9∶7.常绿植物应用率较低，仅19种，占总数的15.6%.样地植物的应用主要集中在蔷薇科(Rosaceae)(占20.0%)、豆科(Leguminosae)(占13.8%)、槭树科(Aceraceae)(占9.2%)、木犀科(Oleaceae)(占9.2%)等少数大科中.常绿乔灌木多集中在松科(Pinaceae)和蔷薇科(Rosaceae).调查绿地中，园林植物优势属主要有槐属(Sophora)、桃属(Amygdalus)、槭属(Acer)、杨属(Populus)和鸢尾属(Iris)等.

表2 运城市城区常用园林绿化植物的种类构成

2.3 运城市道路绿地园林植物种类及其应用模式

通过实地调查，运城城区各道路绿地所应用的园林植物在数量、种类和种植模式上都存在一定差异(表3).从生物多样性来看，与城市次干道、支路小巷相比，城市主干道的园林植物种类和数量均有明显增加.城市新建主干道的绿地植物多样性与同级已有街道相比差异较小，但新建次干道应用的园林植物种类则显著高于同级老旧道路.另外，在旧街区的园林绿地中，植物垂直结构多以单乔木、乔灌、少量乔灌草的相互组合为主，植物群落的层次较为单一.

表3 运城城区部分主要道路绿地园林绿化植物种类

续表3 Continuedtable3调查地点Investigationsites乔木Arbor常绿Evergreen落叶Defoliation灌木Shrub常绿Evergreen落叶Defoliation草本Herb藤本Vine种数Speciesnumber植物种植模式Cultivationmodel工农街GongnongStreet4103152135单乔木、乔灌、乔灌草、灌草Singletree,arbor-shrub,arbor-shrub-grass,shrub-grass禹都东街YududongStreet3134144139单乔木、乔灌草、乔灌Singletree,arbor-shrub-grass,arbor-shrub学苑路XueyuanRoad614320245单乔木、乔灌、乔灌草、灌丛Singletree,arbor-shrub,arbor-shrub-grass,shrubs安邑路AnyiRoad412314235单乔木、乔灌、乔灌草、灌丛Singletree,arbor-shrub,arbor-shrub-grass,shrubs禹西路YuxiRoad35212123单乔木、乔灌、乔灌草、灌丛Singletree,arbor-shrub,arbor-shrub-grass,shrubs中银路ZhongyinRoad5135184247单乔木、乔灌、乔灌草Singletree,arbor-shrub,arbor-shrub-grass魏风街WeifengStreet49211329单乔木、乔灌、乔灌草Singletree,arbor-shrub,arbor-shrub-grass周西路ZhouxiRoad514415442单乔木、乔灌、乔灌草Singletree,arbor-shrub,arbor-shrub-grass韩信路HanxinRoad5153122138单乔木、乔灌、乔灌草Singletree,arbor-shrub,arbor-shrub-grass铺安街PuanStreet36212225单乔木、乔灌、乔灌草Singletree,arbor-shrub,arbor-shrub-grass潞村街LucunStreet352123126单乔木、乔灌、乔灌草Singletree,arbor-shrub,arbor-shrub-grass

2.4 运城市绿地主要植物应用频度

在调查的道路网络和居住区园林绿地中，乔灌木具有较高的应用频率，而草本、藤本植物的应用频率较低.其中草本植物的选择范围集中在鸢尾科(Iridaceae)、菊科(Asteraceae)、百合科(Liliaceae)、锦葵科(Malvaceae)等少数科中，而五叶地锦(Parthenocissusquinquefolia)、葡萄(Vitisvinifera)在藤本植物中的应用频度较高.

图2列出运城调查绿地中排前10名的乔木种类，其中应用最多的是国槐，频度为73.13%，其次是女贞和龙柏(Sabinachinensis)，分别为68.66%、56.72%.

图3表明，大叶黄杨(Buxusmegistophylla)为应用最多的灌木种类，占80.60%；石榴(Punicagranatum)第2，为56.72%；运城市市花月季(Rosachinensis)列第3，为55.22%.其中大叶黄杨、金叶女贞(Ligustrum×vicaryi)、小叶女贞(Ligustrumquihoui)主要应用于城市的各级道路绿化带，而柽柳(Tamarixchinensis)、无花果(Ficuscarica)等则多配置在居住区的园林绿地当中.

草本、藤本植物应用最多的前2名依次为鹅绒藤(Cynanchumchinense)(43.28%)、蜀葵(Althaearosea)(34.33%)，其次，应用频度在20%～30%的草本、藤本植物种类也有4种，以蓝蝴蝶(Iristectorum)的应用频度最高，为29.85%(图4).同时还发现，草坪草也在各调查绿地中得到大面积应用.

2.5 运城市园林植物观赏性配比、观赏特征分布特点

如图5所示，在实地调查的园林绿地中观花植物种类最多，有47种，占总数的38.52%；其次是观叶植物为34种，占27.87%；观果和观形植物占比较少.在观果植物中，石榴、栾树在运城市园林绿地中应用相对较多，分别达到56.72%和40.30%，而南天竹(Nandinadomestica)仅丛植于1处高档住宅区楼前.

1：国槐；2：女贞；3：龙柏；4：臭椿；5：榆树；6：悬铃木；7：雪松；8：栾树；9：龙爪槐；10：构树.

1：大叶黄扬；2：石榴；3：月季；4：紫叶李；5：木槿；6：金叶女贞；7：紫荆；8：红叶碧桃；9：碧桃；10：小叶女贞；11：紫薇.

从各类型观赏特征植物在城市主要道路绿地中的分布比例来看(图6)，观花植物在各道路绿地中得到了广泛应用(36.64%)，其次为观形植物(28.32%)和观叶植物(26.88%).另外，同一观赏特征植物在多数道路绿地中的应用比例较小，而韩信路、条山街则突出了部分观赏特征，应用的观花、观叶植物比例波动较大.

1：鹅绒藤；2：蜀葵；3：蓝蝴蝶；4：萱草；5：竹子；6：葡萄；7：地锦；8：锦葵；9：凌霄；10：紫藤.

图5 运城城市园林绿地中植物观赏性配比及其比例

2.6 运城城市居住区植物物种多样性基本特征分析

由表4可知，运城居住区绿地植物物种丰富度表现为乔木层>草本层>灌木层，其余物种多样性指数均呈灌木层>乔木层>草本层的趋势.可见，在运城城市居住区园林绿地中，灌木层物种构成最为复杂；其次为乔木层、草本层.

2.7 运城城市居住区植物物种多样性与居住区环境相关性分析

对运城城市12个居住区植物物种多样性指标和5个反映居住区特征的环境因素进行RDA(冗余)分析(表5).结果显示，本研究中的城市居住区植物多样性信息总变异中的69.7%能够被绿地面积、绿地景观类型、周边环境等5个变量解释.其中，前两个轴上共解释了65.59%的变异信息，约占94.1%的植物多样性-居住区环境关系累积贡献率.

图6 四类观赏特征植物在道路中的分布比例

表4 运城城市绿地植物物种多样性

图7是植物物种多样性与居住区特征的RDA二维排序图.图中物种多样性与环境因素箭头的夹角代表相关性，夹角越小，相关性越高，且箭头同向为正相关，反向则为负相关.箭头的长短反映环境因素对于物种多样性的影响程度.由图6可以看到，绿地景观类型是对植物多样性影响较大的环境因素.其中，绿地景观类型与灌木层物种丰富度相关性最强，与乔本层物种丰富度、灌木层Simpson指数、Shannon-Wiener指数也具有较强的正相关.即拥有高端景观水体、创意园林小品以及优质园林植物景观的居住区可获得更高的上述指标值，而周边环境则与植物物种多样性指标均具有一定的负相关性.

S(T)，Simpson(T)，S-W(T)，Pielou(T)分别代表乔木层的物种丰富度，Simpson指数，Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数；S(S)，Simpson(S)，S-W(S)，Pielou(S)分别代表灌木层的物种丰富度，Simpson指数，Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数；S(H)，Simpson(H)，S-W(H)，Pielou(H)分别代表草本层的物种丰富度，Simpson指数，Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数；Space，Site，Types，Environment，Facilities分别代表居住区面积、位置、景观类型、周边环境和配套设施.

表5 居住区植物物种多样性指标与环境因素RDA分析

3 讨论

本调查研究表明，运城城市道路网络和典型居住区园林植物共计65科、98属、122种，其中乔木53种，灌木45种，草本18种，藤本6种，其中行道树包括国槐、女贞、银杏、构树等园林观赏树种，这与师守国[11]对运城城区行道树的调查结果相似，但本研究得到了更多的道路植物种类，这与近年来运城加快绿化建设，积极打造国家园林城市有关.而乔木、灌木、草本、藤本的比例为26.5∶22.5∶9∶3，即栽植的园林植物多为乔灌木，草本和藤本应用种类相对较少.今后可基于当地环境特点，在城市园林中进一步增加草本、藤本植物种类，并与乔灌进行合理搭配，创造出更加丰富的植物景观[19].

在绿地调查中发现一方面存在乔灌木应用频率较高，林下草本应用频率较低的问题；另一方面，居住区内垂直绿化藤本的低利用率，也导致绿地建筑或园林小品的垂直立面长期裸露.这类问题在山西省内其他城市的园林绿化中也同样存在[4,20].因此，在城市绿地建设中，需重视野生草本的驯化，将提高地被植物的种类选择、栽植范围以及藤本类植物的垂直绿化覆盖度作为解决上述问题的必要措施.

以道路等级划分调查样地，发现城市主干道和部分次干道植物配置显著高于其他交通网络，原因是在道路规划中还配有沿街式景观步行园路.这种园路虽然可以满足居民近距离交通出行，也是城市绿色空间的有机组成部分，但在太原、大同等省内主要城市中并未见到[4,20].这些城市在今后的绿地建设中，可借鉴运城的道路景观设计，更好地构建可供行人通行、休息的特色园林空间.

另外，结合此次调研，在查阅《山西植物志》的基础上，发现仍有小檗科[21]、景天科[21]、唇形科[22]、槭树科[23]等许多分布于运城本地的植物尚未得到园林应用，建议对其进一步开发推广，以丰富运城地区的观赏植物资源.

物种多样性是反映某一区域内物种组成和丰富程度的重要指标[24].在本研究中，运城居住区绿地物种丰富度呈乔木层>灌木层>草本层的特征，其余物种多样性指数均为灌木层最高，其次为乔木层、草本层，这与黄世国等[25]、张志祥等[26]、邓贤兰等[27]得出的规律相同.可以认为，在整体的植物配置中，设计者注重了乔木的应用，但各个居住区栽植的乔木种类仍相对单一，导致乔木层的生态功能略弱于灌木层.而在草本植物中，受景观设计影响，为提高整齐度和绿视率，不仅常以一科草本品种覆盖于裸露地面，还在养护管理中剔除其他草本种类，导致草本层物种多样性下降、生态功能减退.基于上述问题，今后在居住区的园林规划中，应丰富乔木种类，增加鸢尾、玉簪、景天等应用频度极低，但观赏性较高、长势良好的草本品种，通过合理布置花坛、花境，营造多功能、多层次的生态园林景观.

物种多样性随外界环境的变化可认为是植物群落在协调自身的分布格局和物种应用，特别是在小面积样地，这些环境因素对植物群落的影响更为显著[28].在本研究中，居住区绿地景观类型对植物物种多样性影响较大.这就意味着，设置多元化的绿地景观是提高植物尤其是灌木层植物物种多样性的必要条件.绿地面积与灌木层植物物种多样性相关关系较强，说明面积越大，灌木种类越丰富.较大的绿地面积，需要相对丰富的园林景观，这就要求更加多样的植物材料，灌木作为层次变化丰富，空间感较强的植物种类也就相应得到了更多的应用.因此，在大面积绿地中打造精致的园林景观是实现灌木植物多样性的重要因素.本研究的配套设施涉及健身广场、童玩游乐场和喷泉音乐广场，并与灌木层植物物种多样性关系密切.这主要是由配有上述设施的居住群通常被定位为高档居住区，而其中的灌木应用种类又显著高于中低档小区所致.

4 结论

调查样地落叶树种应用较多，缺乏草本和藤本植物的合理搭配；在城市绿地中，4种观赏特征植物以观花和观叶植物种类较多，应用于道路绿带的植物类型较为全面均衡；居住区绿地以乔木层物种最为丰富，物种多样性指数呈灌木层>乔木层>草本层的趋势；居住区绿地景观类型、配套设施与灌木层植物物种多样性之间具有较强的正相关关系.