北京中心城区小微绿地的蝴蝶多样性特征*

佘珺莹 韩 丹 王 成 殷鲁秦 孙振凯 韩丛海

1 中国林业科学研究院林业研究所 国家林业和草原局城市森林研究中心 北京 100091

2 中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600

3 北京市园林绿化局 北京 100013

城市生物多样性是城市生态文明的重要组成部分,是城市生态系统健康稳定的基础[1]。随着人们物质生活水平不断提高,生活在一个环境优美、鸟语花香的城市之中,逐渐成为广大市民的美好愿景[2]。城市绿地是城市中一种特殊的生态系统,不仅具有绿化、美化、改善城市小气候的功能[3],还可增强城市景观的自然性,为城市居民提供良好的生活环境,为城市生物提供适宜的生境[4]。小微绿地,也称口袋公园,是指规模很小的城市开放空间,它们常呈斑块状散落或隐藏在城市结构中,直接为当地居民服务[5]。与大中型公园绿地相比,分布在社区、街边、商业区等地带的城市小微绿地具有面积小、分布广、形式灵活、类型多样、可进入性强、可达性高的特点,与人们的生活息息相关,日益成为城市居民锻炼身体、日常休闲、娱乐交流的重要去处。同时,小微绿地也发挥了补充、串联大型公园绿地的作用,是城市区域生态廊道的重要组成部分,其生态功能特别是生物多样性承载功能如何是值得研究的问题。

蝴蝶作为重要的环境指标[6],是自然生态系统的重要组成部分,兼具观赏价值和教育意义[7-8]。蝴蝶既是对气候和栖息地等环境变化快速响应的物种,也是反映野生动植物多样性变化的标志性物种[9-11]。城市不同绿地类型的蝴蝶多样性状况是其对城市环境压力响应程度的反映,与绿地的形态特征、植被构成、管理方式等因素有关。目前国内对城市蝴蝶的研究多集中在综合公园等大中型绿地、周边自然保护区,而对中心城区小微绿地蝴蝶的研究比较少。因此,本研究以城区小微绿地的蝴蝶群落为对象,分析其群落物种组成和空间分布差异,为科学评价城市小微绿地对维持蝴蝶多样性的作用提供依据,也有助于指导城市小微绿地的科学规划建设。

1 研究区概况

北京(115°25′—117°30′E,39°26′—41°03′N)地处中国华北平原北部,为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候,夏季高温多雨,冬季寒冷干燥,中心城区包括东城、西城、海淀、丰台、石景山及朝阳6个区。近年来,北京加强中心城区的绿化建设[2],突出森林树木为主的绿地建设模式,仅在2015—2020年新增绿地3 600 hm2,新建城市休闲公园190处、小微绿地460处[12]。

2 研究方法

2.1 小微绿地选择

本研究采用分层随机抽样法,选择北京中心城区面积1～4 hm2独立建成的48个小微绿地开展蝴蝶多样性调查,其中三环内城市区域、三环到四环城市区域、四环到五环城市区域各选择16个。

2.2 蝴蝶调查

于蝴蝶主要活动期(2020年7月中旬、8月上旬、8月下旬、9月上旬)选择晴朗无风天气,采用样线法进行调查。野外调查观测在9:00-17:00时间段进行,调查路线尽量覆盖绿地的所有区域及植被类型。调查时沿调查路线缓慢匀速前进,控制行走速度为1 km·h-1,采用网捕法调查蝴蝶的种类和数量。将捕捉到的蝴蝶放置在三角纸袋内带回实验室,制成标本后,依据《中国蝴蝶分类与鉴定》[13]《中国蝴蝶图鉴》[14]对其进行鉴定。

2.3 数据处理

利用SPSS软件对采样数据进行统计分析,采用Margalef种类丰富度指数、Shannon多样性指数、Pielou物种均匀度指数和Simpson种类优势度指数分析小微绿地蝴蝶物种多样性和群落结构特征[15]。

3 结果与分析

3.1 小微绿地蝴蝶种类组成

48个小微绿地中共记录到蝴蝶1 144只,隶属于4科13属16种,分别是粉蝶科(Pieridae)、凤蝶科(Papilionidae)、蛱蝶科(Nymphalidae)和灰蝶科(Lycaenidae)。灰蝶科出现5个属的蝴蝶,蛱蝶科和粉蝶科都出现3个属,凤蝶科出现2个属；蛱蝶科和灰蝶科都出现5种蝴蝶,粉蝶科和凤蝶科都出现3种蝴蝶(表1)。

表1 北京中心城区小微绿地蝴蝶群落种类组成

从蝴蝶种类数量占比看,小微绿地优势蝴蝶科为粉蝶科,数量578只,占总量50.5%；蛱蝶科数量272只,占23.8%；灰蝶科数量212只,占18.5%；凤蝶科数量82只,占7.2%。菜粉蝶、黄钩蛱蝶、点玄灰蝶为北京中心城区小微绿地的优势种,大红蛱蝶、小红蛱蝶、琉璃灰蝶、红珠灰蝶、金凤蝶为少见种。与周边公园绿地的同期观察结果相比,蝴蝶种类偏少,但菜粉蝶、黄钩蛱蝶均表现为两类绿地中的优势物种,小红蛱蝶、点玄灰蝶、琉璃灰蝶、红珠灰蝶为公园绿地中的常见种,而大红蛱蝶则为公园绿地中的少见种。

3.2 小微绿地蝴蝶区系组成

本研究以《中国蝶类志》[16]等资料作为划分蝶类区系成分的主要依据,将实验记录的16种蝴蝶划分为古北种和广布种。16种蝴蝶中,有7种属于古北种区系,占总数的43.8%,分别为东亚豆粉蝶、白钩蛱蝶、柳紫闪蛱蝶、东亚燕灰蝶、红珠灰蝶、金凤蝶和丝带凤蝶；有9种属于广布种区系,占总数的56.2%,分别为菜粉蝶、云粉蝶、点玄灰蝶、蓝灰蝶、琉璃灰蝶、小红蛱蝶、大红蛱蝶、黄钩蛱蝶和柑橘凤蝶(表2)。

表2 北京市中心城区小微绿地蝴蝶区系组成

3.3 小微绿地蝴蝶多样性特征

通过对蝴蝶多样性指数的分析可知,北京中心城区五环内小微绿地蝴蝶群落的物种丰富度指数为0.013,多样性指数为1.659,均匀度指数为0.599,优势度指数为0.473(表3)。该结果表明北京中心城区小微绿地中蝴蝶多样性较低,这可能与小微绿地内适宜蝴蝶活动、生存、栖息的植被构成和生境类型程度等因素有关。

表3 北京市中心城区小微绿地蝴蝶多样性指数

北京中心城区小微绿地蝴蝶群落的丰富度指数为灰蝶科＞蛱蝶科＞凤蝶科＞粉蝶科,多样性指数为灰蝶科＞蛱蝶科＞粉蝶科＞凤蝶科,均匀度指数为灰蝶科＞蛱蝶科＞粉蝶科＞凤蝶科,优势度指数为粉蝶科＞蛱蝶科＞灰蝶科＞凤蝶科。灰蝶科物种丰富度、多样性指数、均匀度指数都最高,优势度指数次于粉蝶科和蛱蝶科,说明灰蝶科在该区域的物种相对丰富,群落结构比较稳定。蛱蝶科的多样性指数和均匀度指数都仅次于灰蝶科,优势度指数次于粉蝶科,表明蛱蝶科在该地区的物种相对丰富,且种类间的个体数量存在一定差异,出现了优势种。粉蝶科的多样性指数和均匀度指数都偏低,而优势度指数最高,说明研究区域的粉蝶科物种丰富度较低,但优势种集中。凤蝶科的多样性指数、均匀度指数和优势度指数都最低,表明研究区域凤蝶科的物种丰富度较低,物种分布呈现不均匀状态。

3.4 小微绿地蝴蝶多样性分布差异

根据北京环路特征,将绿地分为4个不同区域,分别是二环内城市区域(UZ1)、二环到三环城市区域(UZ2)、三环到四环城市区域(UZ3)、四环到五环城市区域(UZ4)。蝴蝶群落在四环到五环区域的4种群落多样性指数最高(表4)。除物种均匀度指数外,二到三环内区域群落多样性指数最低(表4),二到三环区域内小微绿地的蝴蝶物种数量较低(图1)。这表明不同区域内小微绿地的蝴蝶丰富度未表现出明显的由城市中心向外递减的梯度变化规律。

图1 北京中心城区小微绿地蝴蝶种类数空间分布

表4 不同城市区域蝴蝶群落多样性指数差异

从图2可以看出,菜粉蝶在小微绿地中出现概率最高,广泛分布在91.7%的小微绿地中,其次是黄钩蛱蝶分布在75%的小微绿地中,丝带凤蝶、红珠灰蝶、金凤蝶3种蝴蝶仅被观测到分布在一个小微绿地中。从不同小微绿地之间的物种差异来看,具有较高相似性蝴蝶物种的小微绿地分别是石榴庄城市休闲公园(SLZ)、广阳谷城市森林公园(GYG)、丁香园(DXY)、北极寺公园(BJS)和西冉城市生态公园(XR)。实地调查发现,以上5个小微绿地具有以下共同特点:绿地中有复杂的垂直结构复层植物群落,虽然是人工种植,但采用的多是近自然式植物种植方式；绿地中存在蝴蝶寄主植物和蜜源植物,乡土蜜源植物在数量上占优势；绿地内的蝴蝶多出现在草花圃、花镜等花量大且郁闭度较低的斑块。

图2 北京市小微绿地不同种类蝴蝶分布概率图

4 讨论与结论

4.1 讨论

4.1.1 城市小微绿地对维持蝴蝶多样性的作用

有研究发现北京城市公园分布有30余种蝴蝶[17-18]。本次调查的小微绿地中蝴蝶的种类数较少,仅16种,其中粉蝶科、蛱蝶科居多,与北京大型公园中发现的蝴蝶优势物种高度相似。在不透水地表高度覆盖的城市景观中,绿色空间的蝴蝶等生物多样性水平主要取决于两个生态过程:从城市外围源地向城区可用生境斑块定殖,以及在镶嵌各类生境斑块的城市基质中扩散[19]。周围山地、农田以及城市中大型绿地是城市生物多样性的重要物种池,而小微绿地更有可能成为联结大型生境的生态跳岛,发挥生态廊道的连通效应。

北京市在世界动物地理区划属于古北区[20],中心城区小微绿地以古北界蝶类占主导地位,区系构成以东洋界和古北界共有的广布种为主,表明北京中心城区小微绿地中大部分蝴蝶种类地理分布范围较广,可能对环境的适应较强。菜粉蝶在各小微绿地中广泛分布,它作为北京、芝加哥、首尔等全球多个城市地区优势蝶类[21],对特定生境的依赖性不强,能适应大多数城市环境,可被视为城市适应物种。丝带凤蝶在北京近郊山地多处可见,金凤蝶在北京近郊农田地区多见,但丝带凤蝶、金凤蝶在小微绿地中呈现的却是稀少种状态。这表明小微绿地可能对特定物种的生境提供能力不强,但能成为菜粉蝶、黄钩蛱蝶、云粉蝶等城区广泛分布物种的可用栖息地。蝶类对环境变化敏感及对寄主较为专一,虽然有一定的迁飞能力,但它们的分布仍是以寄主为中心[22]。由此,为了引入周边蝴蝶物种池中的稀少种,提高小微绿地的生物多样性水平,应根据其所在城市位置如靠近山体或农田等,种植特定物种所需的寄主植物,提高其成为城市稀少种生境的潜力。

4.1.2 小微绿地的蝴蝶多样性分布变化的影响因素

城市的历史背景、分布区域、分类特征等因素会影响蝴蝶多样性,高度城市化地区的蝴蝶种类较少,特化种蝴蝶的数量随着城市化进程的加快而减少[23]。有研究指出,蝴蝶群落组成随城市化梯度而变化,蝴蝶多样性在亚城区即适度干扰区域达到峰值,而相对多度沿自然区域到城市区域呈递减趋势[24-26]。北京城市公园中蝴蝶多样性距离城市中心越远,多样性越高[18]。本研究结果发现,小微绿地蝴蝶多样性沿环路梯度的变化趋势不明显,这与北京市大型公园的蝴蝶多样性随着与城市中心距离的增加而增加的趋势有所不同。这可能与小微绿地规模小、受人为活动和城市环境影响大等特征有关,其主要蝴蝶种类是适应了城市环境的种类,因此没有表现出与大型公园绿地承载的敏感蝴蝶物种一样的变化。

4.1.3 小微绿地与蝴蝶的关系

有研究表明,北京公园中植物群落的结构和植物资源对蝴蝶多样性的影响较大[27]。在调查中也发现,小微绿地的植被结构多对蝴蝶多样性影响可能更为显著,二环内2017—2019年建成的将近4 hm2的广阳谷城市森林公园和近2 hm2的安德城市森林公园,因其贯彻了乡土树种、自然植被等城市森林建设理念,绿地内有较为丰富的人工栽培蜜源植物,如鼠尾草(Salvia japonica)、糯米条(Abelia chinensis)、天人菊(Gaillardia pulchella)、八宝景天(Hylotelephium spectabile)等,吸引了多种蝶类前来活动。乡土草本植物更能维持稳定的蝴蝶种群,而具有丰富花蜜的人工栽培植物能成为蝴蝶重要的补充性蜜源[17]。由此推测,小微绿地蝴蝶群落受植物种类影响较大,因此对于即使受人为活动影响较大的小微绿地来说,如果合理选择与配置本地蝴蝶的寄主植物和蜜源植物,保证花蜜的季节性供应,采用近自然管护模式和复层的群落垂直结构,也能维持比较高的蝴蝶生物多样性水平。

4.2 结论

相对于公园绿地,北京五环内城市区域的小微绿地中分布的蝴蝶物种丰富度较低,且蝴蝶多样性并未表现出明显的沿环路梯度的变化趋势。在北京二环内城市区域中,部分新建的小微绿地因其近自然植被种植具有丰富的蜜源、食源植物资源,吸引了较多的蝴蝶物种。由此,通过近自然的城市森林建设方法,针对性地配置植物资源和结构,城市环境中小微绿地也有可能发挥蝴蝶等生物多样性保护的作用,成为联结大型生境的生态跳岛。