北京城市绿道植物多样性及其群落特征*

殷丽峰，李薇，任斌斌

(1.北京交通职业技术学院，北京 102200；2.北京市园林科学研究院 园林绿地生态功能评价与调控技术北京市重点实验室，北京 100102)

城市化被认为是造成自然环境破坏、生物栖息地流失和破碎化、生物多样性降低的主要原因[1]。城市化影响下的城市生物多样性在城市环境中、人为干扰下形成，与城市人居环境和可持续发展密切相关，对于维持城市生态平衡和稳定环境具有关键性作用[2-3]，是当前城市生态学的研究热点[4]。

绿道是一种连接主要公园、自然保护区、风景名胜区、历史古迹等的线性绿色开敞空间，通常沿着自然廊道或人工廊道建立，类型包括城市带状公园、林荫大道、公园路和绿色廊道等[2]。城市绿道因其典型的廊道状特征，在城市中发挥着重要的生态连线(ecological linkages)作用，具有传输、隔离、连接和保护等重要生态功能，在生物多样性保护方面具有不可替代性[5]。目前，对于绿道生物多样性相关研究国外先进而成熟，研究内容涉及绿道网络格局、绿道宽度、绿道植被以及绿道邻近区域土地利用状况等对生物多样性的影响[6-9]；研究对象包括植物、鸟类、昆虫以及哺乳类动物等[10-12]。国内城市绿道建设起步于2010年前后，由广东走向全国，多强调绿道慢行系统的休闲游憩功能，在生物多样性研究领域则仅体现在对绿道中植物α多样性指数的计算与分析方面，其他方面较少[2,13-14]。

植物多样性是生物多样性的重要指标[15]，也是影响其他生物多样性水平的重要因子；植物群落是研究植被的基本单元。按邻近环境的不同，北京城市绿道划分为滨水型和沿路型2类，本研究以北京城市绿道为研究对象，在探索2类绿道植物多样性水平和植物群落特征的基础上，探讨我国城市绿道现存问题与发展策略，从而为城市绿道规划、设计和管理提供参考依据。

1 研究方法

1.1 研究区域概况

北京(115.7°～117.4°E，39.4°～41.6°N)总面积16 412 km2，气候为典型的北温带半湿润大陆性季风气候，年均气温12.3 ℃，年降水量400～600 mm，四季分明，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，地带性植被类型是暖温带落叶阔叶林。《北京市级绿道建设总体方案(2013—2017年)》于2013年7月23日正式通过市政府审议。以城市绿地系统为基础，以历史文化景观和自然生态资源为依托，北京规划市级绿道1 260 km，覆盖全市16区县，贯通11个新城，在空间上形成“三环、三翼、多廊”的总体格局。本研究在对北京已建城市绿道全面调查的基础上，选择五环内具有代表性的绿道15条，包括沿路型9条、滨水型6条(表1)。

表1 调查样地基本属性

1.2 调查方法

采用典型取样方法，依据北京人工植物群落特点，在绿道内设置20 m × 20 m 的样地(当绿道宽度<20 m时，设置为10 m × 10 m的样地)，按面积比法，将各绿道取样比例设定为3%～5%，共计139个样地。每个样地分成4个10 m×10 m的样方调查乔木层；样地内四角各设置1个5 m ×5 m的中样方和1个1 m×l m的小样方，分别调查灌木层与草本层。共计乔木样方298个，灌木样方556个，草本样方556个。

记录样地面积、位置、周围环境、群落结构以及各层片的高度、盖度等相关信息；乔木层进行每木调查，记录种名、高度、冠幅、胸径等；灌木与草本层记录种名、株数(丛数)、高度、盖度等。

1.3 数据处理

1.3.1 相对重要值计算

根据外业数据，计算各植物在其所在层片中的相对重要值。其中，乔木层和灌木层的相对重要值计算方法为：

相对重要值=(相对频度+相对多度+相对显著度)/3

草本层的相对重要值计算方法为：

相对重要值=(相对频度+相对多度+相对盖度+相对高度)/4

1.3.2 多样性测度

本研究植物多样性指数的计算采用α和β两大类多样性指数[16]。α多样性指数的测度选取了物种丰富度、Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数[17-19]，以及反映植物群落总体多样性特征的群落多样性指数[17]；β多样性指数选用Jaccard相似性系数来反映不同群落物种间的相似性程度[16]。

分别计算绿道各植物群落中乔木层、灌木层和草本层植物的多样性指数，其计算方法如下：

(1)物种丰富度

D=S(物种数)

(2)Simpson多样性指数H=1-ΣPi2

式中，Pi为第i种物种的相对重要值。

(3)Shannon-Wiener多样性指数

H=-ΣPilnPi

式中，Pi为第i种物种的相对重要值。

(4)Pielou均匀度指数

J=H/lnS

式中，H为Shannon-Wiener多样性指数，S为物种数。

(5)Jaccard β多样性指数

式中，Cs为绿道相似性系数；a、b分别为两绿道的物种数；c为两绿道的共有物种数。

1.3.3 植物群落的数量分类

根据所有乔木样方中乔木层植物的相对重要值，采用二元指示种划分方法(Twinspan)对群落进行划分[20]。

2 结果与分析

2.1 植物物种组成与来源分析

据统计，本次调查共发现维管束植物205种(含变种、栽培品种)，隶属63科138属。其中，裸子植物6科9属16种，双子叶植物52科117属171种，单子叶植物5科14属18种；乔木76种，灌木47种，草本80种，藤本2种；所应用的植物种类主要集中于蔷薇科(36种)、菊科(15种)、豆科(13种)中。滨水型绿道共有植物168种，乔木60种，灌木37种，草本69种，藤本2种，乡土植物135种，占总种数的80.36%；沿路型绿道共有植物120种，乔木46种，灌木31种，草本43种，乡土植物97种，占总种数的80.83%。

2.2 植物多样性比较分析

2.2.1 α多样性指数比较

α多样性指数计算结果如表2所示，15条绿道中，物种丰富度、Simpson指数、Shannon-Wiener指数等处于前三位分别为元大都城垣遗址公园、南长河公园以及营城建都滨水绿道等3条滨水型绿道；处于后三位的分别为德胜公园、顺城公园以及金融街绿地等3条沿路型绿道。

表2 城市绿道植物α多样性指数

不同类型绿道对比分析，除灌木层和草本层的Pielou指数外，滨水型绿道各层次的各项多样性指数均高于沿路型绿道。

2.2.2 β多样性指数比较

滨水型绿道与沿路型绿道植物的β多样性指数呈现出灌木层<乔木层<总体层<草本层的特点。其中，乔木层、草本层与总体的多样性指数相近，灌木层植物的相似性最低，反映出在梯度上，绿道灌木层相似物种的组成最低。这与生境差异相关，滨水型绿道多配植中生性、耐水湿和喜湿植物，沿路型绿道特别是宽度较小时多选用抗污染、抗干旱、耐瘠薄植物，与浅根系的草本层植物相比，该差异在深根性的乔木、灌木中更为显著；也与传统植物配植手法和典型配植方式有关，例如，‘桃红柳绿’是典型的滨水植物景观，以圆柏(Sabinachinensis)为背景，片植榆叶梅(Prunustriloba)为前景，则是道路沿线常见的植物组合方式。

表3 不同层次植物β多样性指数

从绿道两两比较的植物Jaccard β多样性指数可以看出(表4)，顺城公园与营城建都滨水绿道及南长河公园的植物物种相似性最低(0.145)，顺城公园植物种类匮乏，以抗污染、耐瘠薄植物为主，如圆柏、油松(Pinustabuliformis)、大叶黄杨(Euonymusjaponicus)等；后2者为滨水型绿道，种类丰富，除白蜡(Fraxinuschinensis)、绦柳(SalixMatsudanaf.pendula)、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)、山桃(P.davidiana)、碧桃(P.persica‘Duplex’)等传统常用滨水植物外，也选用了小花溲疏(Deutziaparviflora)、小紫珠(Callicarpadichotoma)、太平花(Philadelphuspekinensis)等观花灌木以丰富景观。明城墙遗址公园与南长河公园的植物物种相似性最高(0.370)，这可能与明城墙遗址公园较好的小气候环境下采用了较为丰富的植物有关。其余公园两两比较的植物Jaccard β多样性指数大部分在0.15～0.30，且都远低于滨水型绿道与沿路型绿道两类绿道的总体植物Jaccard β多样性指数。

2.3 数量分类

对139个样地乔木层重要值进行Twinspan等级分类，结合实际生态学意义，采用第5级分类结果，将其划分为15组，根据各层优势种和Twinspan划分的指示种命名为15个植物群系(图1、表5)。

图1 139个样地的Twinspan分类

表5 15个植物群系基本特征

如图1所示，群系1是由北京乡土树种构成的典型常绿针叶林群落，具有极强的生态适应性，包括样地6、7、13等14个样地；群系2由北京乡土植物构成，兼具较强的生态适应性与观赏性，包括样地32、36、72等8个样地；群系3上层以枝大荫浓的落叶性高大乔木为主体，并适当点缀常绿针叶树，具有较好的生态改善功能，包括样地1、19、26等17个样地；群系4以展现常绿针叶林景观为主，油松占有绝对优势，包括样地3、8、10等28个样地；群系5为针阔混交林，展现四季景观，包括样地2、5、24等20个样地；群系6为针阔混交林，包括样地37、79、104等4个样地；群系7为毛白杨(Populustomentosa)纯林，是绿道建设前的原有树种，包括样地17和样地126，仅存在于元大都遗址公园和南长河公园2条绿道中；群系8包括样地4、14、54等4个样地，零散应用于北二环城市公园等4条城市绿道中；群系9为绿道建设前的原有树种，包括样地18、38、63等6个样地；群系10上层乔木以观花小乔木为主体，多位于绿道中的慢行道两侧或单侧，包括样地15、22、31等8个样地；群系11仅包括样地95，应用于营城建都绿道中；群系12包括样地93、99、101等5个样地；群系13包括样地9、61、132等3个样地；群系14包括样地11、41、46等17个样地；群系15包括样地42和样地56。

在所有植物群系中，包含样方数量处于前5位的依次为群系4、群系5、群系3、群系14以及群系1，其共同特点是群系建群种均为北京乡土树种。涉及绿道数量最多的群系为群系5和群系14，分别有11条绿道中拥有油松-白蜡群系和银杏(Ginkgobiloba)群系，再者为群系3，共有10条绿道拥有绦柳群系。可以看出，油松群系、油松-白蜡群系、银杏群系以及绦柳群系是北京城市绿道植物景观营造最常采用人工群落类型。

在所有绿道中，拥有群落数量最多的为元大都城垣遗址公园，具有12种群系类型，其次为营城建都滨水绿道和南长河公园，均具有8种群系类型，以上3条绿道均为滨水型绿道。

3 讨论与结论

3.1 讨论

(1)绿道是具有通道和屏障双重功能的景观要素，不同邻近环境对其功能的发挥和植物多样性产生显著影响[2，15]。从我国绿道建设所强调的休闲游憩功能出发，滨水绿道比沿路绿道更受使用者青睐，在滨水绿道中采用丰富的植物材料、营造引人入胜的植物景观成为设计师的重要任务[21]，这也在本研究中得到进一步证实。一方面，滨水型绿道比沿路型绿道拥有更为丰富的植物多样性和植物群落类型；另一方面，在对二者进行β多样性指数比较时，二者在灌木层的相似度最低，其次为乔木层。这与生境条件和植物的生态习性相关，沿路型绿道多以抗污染、抗瘠薄的植物为主，滨水型绿道多选择中生性、耐水湿和喜湿的植物；也与设计师应用了更为丰富的观花灌木以营造富有季相变化的植物景观有关。从绿道的生物多样性保护功能出发，道路的屏障效应阻碍着生物的移动和扩散；而水系则为生物的迁移、扩散和栖息提供更多的可能。因此，同等宽度条件下，与水系相结合的绿道通常具有更强的生物多样性保育功能，本研究中滨水型绿道的草本层物种丰富度特别是自生植物明显高于沿路型，或许也与此有关。在未来的城市绿道规划和设计中，滨水型绿道作为城市破碎斑块最重要的桥梁和纽带应得到进一步重视，为充分发挥其生物多样性保育功能，植物景观营造应倡导乡土性、多样性和自然性，以为其他生物提供本土、多样和自然的生境。

(2)稳定的乡土植物群落对于维护城市生态系统平衡和生物多样性保护具有重要作用[22]。从植物群落角度出发，北京城市绿道植物群落多以乡土植物为建群种，油松群系、油松-白蜡群系、银杏群系等4个乡土植物群落得到广泛应用，对生物多样性保护具有积极的一面。从植物应用角度出发，北京地区和北京城市绿地系统分别拥有维管束植物2 056种[23]和615种(品种)[24]，城市绿道植物分别占全市和绿地系统植物资源的9.97%和33.33%；此外，乡土植物所占比例为80%左右，虽高于全市绿地平均水平[24]，但与《城市园林绿化评价标准》中Ⅰ级绿化要求存在差距。在我国，城市绿道重“道”轻“绿”问题严重[25]，不仅常有完整绿地被慢行系统割裂问题，也常因景观因素而大量使用外来植物和园艺栽培品种。外来植物存在生态入侵、破坏种间竞争等风险，园艺栽培品种则常因不结实、结实量少等造成绿地内鸟类食物资源匮乏，而影响其繁育。因此，如何采用丰富多样的乡土植物材料构建稳定的乡土植物群落，并进一步优化绿道植物多样性布局应成为城市绿道生态功能提升的重要内容。

(3)城市绿道的植物多样性保护功能综合而复杂，与其宽度、长度等均存在密切关系[2]，但在城市有限的用地空间中，科学评价基址条件，合理平衡各项功能需求，如何提高绿道单位面积的生态功效值得深入研究。

3.2 结论

(1)本次调查共发现维管束植物205种，隶属63科138属。滨水型绿道共有植物168种，沿路型绿道共有植物120种。

(2)α多样性指数计算结果显示，除灌木层和草本层的Pielou指数外，滨水型绿道各层次的各项多样性指数均高于沿路型绿道。滨水型绿道与沿路型绿道植物二者的β多样性指数呈现出灌木层<乔木层<总体层<草本层的特点。

(3)对139个样地乔木层重要值进行Twinspan等级分类，将其划分为15组，结合分类将其命名为15个植物群系，油松群系、油松-白蜡群系、银杏群系以及绦柳群系是北京城市绿道植物景观营造最常采用人工群落类型。在所有绿道中，拥有群落数量较多的为元大都城垣遗址公园、营城建都滨水绿道和南长河公园，三者均为滨水型绿道。