重庆市主城建成区主要绿地的植物种类构成研究

刘时彦, 赵娟娟, 宋晨晨, 李明娟, 江南, 陈静

重庆市主城建成区主要绿地的植物种类构成研究

刘时彦, 赵娟娟*, 宋晨晨, 李明娟, 江南, 陈静

西南大学园艺园林学院, 重庆 400715

采用分层随机抽样法调查了重庆市主城建成区道路、居住区、单位、公园四类主要绿地共132个, 从植物科属、来源、生活型、区系、优势种、多样性、入侵种七个方面分析了绿地植物种类构成, 并采用双向指示种分类 (TWINSPAN)分析植物群落。结果表明: (1)本次调查共记录维管束植物135科376属550种, 生活型以草本植物为主, 物种多样性指数以居住区绿地最高而公园绿地最低; (2)外来植物占42%, 其中81%是引种的观赏植物, 外来植物区系以热带成分为主; (3)乔灌植物优势种均为栽培植物, 草本80%优势种和90%主要群丛指示种为自生植物, 自生草本植物利用潜力巨大。(4)26种入侵植物中80%是草本植物, 且在四类绿地中分布均匀, 红花酢浆草()、垂序商陆()、喜旱莲子草()、小蓬草()四种危害较大的入侵植物已成为绿地主要群丛的指示种; (5)TWINSPAN分类得到乔灌和草本植物主要群丛类型及其物种多样性。研究结果为城市绿地植物种类选择提供参考。

TWINSPAN分类; 城市植物; 种类构成; 城市绿地

0 前言

近年来我国快速城市化, 城市土地利用格局大幅改变, 城市中大范围自然土地被人工绿地所取代。如何最大程度地发挥城市绿地植物的生态效益是目前生态研究的重点之一[1]。研究城市绿地植物构成及格局对探索人为活动影响下的植物区系变化、城市绿化和城市植物多样性的保护具有重要意义[2]。目前国内关于城市建成区绿地植物种类构成的研究, 主要集中在北京、上海、深圳、厦门等城市化程度较高的城市[2-5], 研究内容主要涉及城市绿地植物的科属构成、来源构成、区系构成、多样性构成、入侵植物等方面, 而西南内陆城市相关研究少见报道。

重庆市地理和气候条件独特, 有“山城”和“雾都”之称, 作为我国西南内陆发展的支点, 重庆在近二十年来飞速发展, 但目前重庆城市植物研究主要集中在消落带植物[6]和园林植物[7], 对于城市建成区绿地的植物种类构成少见研究报道。作为西南内陆快速城市化的城市, 重庆城市绿地植物种类构成现状及其变化如何？城市绿地植物种类构成存在哪些特点？本研究通过对重庆市主城建成区主要绿地进行植物调查和分析, 进行纵向和横向的对比, 为城市绿地建设、管理、维护、优化及城市生物多样性保护和城市可持续发展提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

重庆市地形以山地丘陵为主, 属于中亚热带湿润季风气候区域, 冬季气温平均为6—8 ℃, 夏季气温平均为27—29 ℃, 年均降雨量为1129.8 mm, 年均气温为18.3 ℃。气候特点呈现出冬季温暖, 全年云雾多, 日照少的特点。重庆市主城区(东经105°17′—110°11′, 北纬28°10′—32°13′)位于重庆市中西部, 青藏高原和长江中下游, 主要包括九大行政区域: 渝中区、江北区、沙坪坝区、九龙坡区、南岸区、北碚区、大渡口区、渝北区、巴南区。

1.2 植物调查方法

2017年8月, 采用分层随机抽样法调查重庆市主城建成区的四类主要绿地，包括道路绿地、居住区绿地、公园绿地和单位绿地, 调查区域主要集中在重庆市主城区内环高速内, 兼顾北碚城区组团(图1)。本次共调查132个样点, 每个样点选取3个样地, 调查的平均样地面积为231.3 m2。

因城市绿地多为建筑、道路等分隔而成的绿地斑块, 本次调查采用样方与斑块两种单位相结合的取样方法[8]。如果植物异质性不高或异质性高但无法斑块取样, 则采用传统的样方取样, 设置20 m× 20 m的矩形样方取样; 如果植物异质性较高且能有效完全取样则采用斑块取样(图2)。

对每个样地中所有乔灌植物进行普查, 设置3个1 m×1 m的样方调查样地内的草本植物。调查主要指标如下:

(1)乔木: 种名、株数、树高、冠幅、胸径; (2)灌木: 种名、株数、高度、长宽; (3)草本: 种名、株数、样方总盖度、高度、盖度。

图2 植物调查取样单位的确定方法

Figure 2 Method for determining the sample unit of plant survey

1.3 数据处理

1.3.1 重要值

乔灌植物重要值的计算公式:

草本植物重要值的计算公式:

式中:S为第种植物的重要值;为第种植物的相对密度;为第种植物的相对频度;为第种植物的相对盖度[9]。

1.3.2 物种多样性指数

本研究采用Patrick 指数()、Shannon-Wiener 多样性指数()、Pielou 均匀度指数()、Simpson 多样性指数()来测定植物群落物种多样性[10–11]。

(1)Patrick 指数()

=S#(3)

式中为Patrick 指数,为样方植物总种数。

(2)Shannon—Wiener 指数()

式中为Shannon—Wiener 指数,为第种植物的株数与植物群落总株数的比值。

(3)Pielou 均匀度指数(J)

式中为Pielou均匀度指数,为第种植物的株数与植物群落总株数的比值,为样方植物总种数。

(4)Simpson 指数(D)

式中为Simpson 指数,为第种植物的株数与植物群落总株数的比值,为样方植物总种数。

1.3.3 TWINSPAN分类

使用 PC-ORD 5.0 软件以乔灌草植物重要值为标准进行 TWINSPAN 分类。将植物分为乔灌植物和草本植物两大类计算, 剔除乔灌数据和草本数据中总频度小于等于2 %的偶见种, 然后分别以样地编号和样方编号进行TWINSPAN分类计算。参数设置: “假种(Pseudospecies)”切割水平采用5级, 各水平值分别是0.00、0.02、0.05、0.10、0.20; 每次分类的指示种最大数量为5个; 分类的最大水平数为6次; 分类最小种组采用5个; 最终结果矩阵显示的最大物种数为200。

2 结果与分析

2.1 物种构成

本次调查共记录包括变种、品种及亚种维管束植物135科376属550种。其中, 草本植物具有最多的科数、属数和种数。植物物种数最多的5个科依次为菊科(Compositae)、禾本科(Gramineae)、蔷薇科(Rosaceae)、豆科(Leguminosae)、莎草科(Cypera­ceae); 植物物种数最多的3个属依次为榕属()、女贞属()、冷水花属(); 单种科49科, 占总科数的36%; 单种属266属, 占总属数的71%。

四类绿地的物种多样性指数见表1。物种多样性指数最高的是居住区绿地, 最低的是公园绿地, 单位绿地和道路绿地相差不大。

2.2 来源构成

以《中国植物志》对植物原产地及其分布地的记录为基础, 结合文献查阅、引种栽培记载及地方植物志等, 划分乡土植物、外来植物, 并将外来植物划分为国内外来植物、国外外来植物。

乡土植物321种, 外来植物229种, 分别占植物总种数的58%、42%, 外来植物占比较大。

外来植物中, 国内外来植物110种, 占植物总种数的20%, 植物来源以华东沿海地区和华南地区为主, 占国内外来植物总种数的82%; 国外外来植物119种, 占植物总种数的21%, 来源以美洲和亚洲为主, 占国外外来植物总种数的76%。外来植物中有185种是引种的观赏植物, 占外来植物总种数的81%。可见，城市建成区外来植物被引种与其观赏性有密切关系。

表1 各绿地物种多样性指数

植物来源在四类绿地中的分布均以乡土植物占绝对优势, 国内外来植物略高于国外外来植物。道路绿地的乡土植物种数相对较少, 其余三类绿地物种来源分布差别不大(图3)。

2.3 生活型构成

根据《中国植物志》将植物生活型分为常绿乔木、落叶乔木、常绿灌木、落叶灌木、多年生草本、一年生草本、草质藤本和木质藤本, 其比例约为11:7:13:2:23:21:2:1, 各生活型物种数见图4。

植物生活型在四类绿地中的分布(图5)以草本植物为主, 草本植物中以多年生草本为主。除常绿乔木在道路绿地中分布相对较少外, 各类绿地中生活型的分布较为均匀。

图3 不同来源植物在各类绿地中的分布

Figure 3 The distribution of plants of different origin in various types of green space

图4 建成区主要绿地植物生活型构成

Figure 4 Life form composition for plants of the main green space in the built-up area

图5 植物生活型在各类绿地中的分布

Figure 5 Distribution of plant life forms in various green space

2.4 区系构成

绿地植物376个属的区系地理分布涉及14个地理区域类型和13个地理区变型[12](表2)。其中, 乡土植物以泛热带和北温带成分为主, 共占32.6%; 国内外来植物以泛热带和热带亚洲(印度—马来西亚)成分为主, 共占33.6%; 国外外来植物以热带、亚洲热带美洲间断分布成分为主, 共占47.9%。总体上, 植物区系来源以泛热带成分为主。

2.5 优势种构成

乔木、灌木、草本植物重要值前十的植物中, 乔灌植物优势种均为人工栽培植物, 草本优势种除细叶结缕草和麦冬外均为自生植物(表3)。榕树、绿黄葛树、红花檵木、细叶结缕草、麦冬这5种植物具有相对较高的重要值, 即在重庆市主城建成区主要绿地中应用量较大。另外，草本植物中入侵植物喜旱莲子草已成为优势植物, 绿地植物入侵问题必须加以重视。

2.6 入侵植物构成

根据我国生态环境部发布的第一批、第二批、第三批、第四批外来入侵物种名单, 重庆市主城建成区主要绿地外来入侵植物共26种(表4)。

入侵植物生活型以草本植物为主, 共15种, 占入侵植物总种数的58%; 草本植物中又以一年生草本为主, 共12种, 占入侵草本植物总种数的80%、植物总种数的46%。因此未来在对入侵种的防治过程中, 要重视草本植物, 尤其是一年生草本植物, 可针对性制定防治计划。

表2 建成区主要绿地植物属的区系构成

表3 建成区主要绿地重要值前十的乔灌草植物

表4 建成区主要绿地入侵植物名单

入侵植物种数在四类绿地中的分布较均匀, 生活型均以草本植物为主(图6), 因此在入侵植物防治时需要注意关注草本入侵植物。

2.7 TWINSPAN分类结果与分析

根据城市绿地植物特点, 乔灌植物多为栽培植物而草本植物多为自生植物, 将乔灌植物和草本植物分别进行分类。剔除不含乔灌或草本植物的样地后, TWINSPAN分类将393个乔灌样地划分为47组。其中样地数大于总量2%的有13组, 共249个样地, 占总样地量的63.4%(表5); 将1181个草本样方划分为60组。其中样地数大于总量2%的有14组, 共781个样方, 占总样地量的66.1%(表6)。