城市尺度上植被分类体系方案及其在上海市的运用

达良俊, 高志文, 杨永川, 宋 坤, 郭雪艳,梁 红, 夏体渊, 王华锋, 周 婷, 张代贵,田志慧, 胡远东, 贾 博

（1. 华东师范大学 生态与环境科学学院 上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室, 上海 200241;2. 华东师范大学 浙江天童森林生态系统国家野外科学观测研究站, 浙江 宁波 315114;3. 崇明生态研究院, 上海 202162; 4. 自然资源部大都市区国土空间生态修复工程技术创新中心,上海 200062; 5. 重庆大学 三峡库区生态环境教育部重点实验室, 重庆 400045;6. 司法鉴定科学研究院, 上海 200063; 7. 青岛农业大学 园林与林学院, 山东 青岛 266109;8. 昆明学院 农学与生命科学学院, 昆明 650214; 9. 海南大学 三亚南繁研究院, 海南 三亚 572024;10. 中山大学 生命科学学院 国家公园与自然教育研究院, 广州 510275;11. 吉首大学 生物资源与环境科学学院, 湖南 吉首 416000; 12. 上海市农业科学院 生态环境保护研究所,上海 201403; 13. 东北林业大学 园林学院, 哈尔滨 150040）

0 引言

植被分类是植被生态学研究的重要内容之一, 也是植被学基础研究成果向应用领域进行转化的桥梁. 1980年, 《中国植被》首次提出了一个较为完整的中国植被分类系统[1], 为中国植被分类系统的研究奠定了基础. 其后, 陆续有不同的植被分类体系方案被学界讨论, 如宋永昌等[2-3]对中国植被分类系统提出的一系列认知和建议. 此外, 新近《中国植被志》中也提出了3个初步纲领性文件对植被分类体系进行探讨[4-6]. 上述分类体系主要在全国尺度或者省域尺度上开展, 且主要针对自然植被类型开展.然而, 随着我国城市化水平的不断提升, 城市区域的自然植被逐渐被城市建筑物和栽培植被替代, 一些经历快速城市化的大都市 (如上海), 其市域范围内仅残存少量自然植被[7]. 以往基于自然植被的分类体系无法覆盖城市中植被类型的总和, 且无法体现该区域栽培植被与城市化之间的关系, 分类结果难以用于指导后续城市绿化的规划和建设. 鉴此, 建立具有学术科学性、应用可操作性的城市植被分类体系十分必要, 可为城市植被认知、保护、建设及管理提供理论依据和技术支撑.

1 城市植被认知与主要分类体系

尽管城市植被 (urban vegetation) 概念的提出已有四十余年, 但目前仍存在狭义和广义的两种认知. 前者主要关注城市中心建成区的栽培植被[8-9], 后者则认为城市植被是城市内一切自然生长的和人工栽培的各种植被类型的总称[10-12]. 基于以上两种不同的认知, 与自然植被类型划分以外貌为第一原则及依据不同, 城市植被类型的划分依据也存在两类不同的观点. 一类是以植被所处不同城市用地的功能类型为第一划分原则. 如Detwyler等[8]以美国城市为研究对象, 将其划分为间隙森林、公园-绿地、园林、草坪-间隙草地4个类型; 黄银晓等[9]以京津地区城市植被为研究对象的分类体系中, 包含了行道树-街头绿地、公园绿地、草地、水体绿地这4个类型; 我国住房和城乡建设部根据用地属性将城市绿地划分为公园绿地、防护绿地、广场用地、附属绿地及区域绿地等类型[13]. 此类划分方法主要是针对人工栽培起源的植被, 并未涉及自然起源属性的植被类型. 并且, 此类划分方式针对的是城市建成区范围内人工起源的植被, 而忽略了诸如自然和半自然起源的残存自然植被和杂草群落, 使其分类体系存在部分缺失.另一类则是强调植被的起源属性, 以植被受到的人为干扰程度作为第一划分原则及依据. Ohsawa等[14]将日本关东地区城市植被按人为干扰的强度划分为残存自然植被、杂草群落、栽培植被三大类型; Bornkamm[15]按应用栽培度 (指植被因人为影响而远离自然植被的程度,grade of hermorobiosis) 将城市植被划分为自然植被、近自然植被、非自然植被、远自然植被、结构组成非常简单的植被和特殊的人工植被6个类型; Miyawaki[16-18]将城市植被首先划分为自然植被及替代植被两大类型, 在此基础上根据欧洲植物社会学植被分类原理划分出群纲、群团、群丛等下级单位,并将其应用在日本多个以城市整个行政区域为对象的城市植被志书中. 其他学者也提出过类似的划分体系, 例如, 蒋高明[19]、高峻等[20]和Miyawaki[21]按植被起源性质将城市植被划分为自然植被、半自然植被和人工植被三大类. 由于栽培植被的物种组成与结构受到人为活动和人为意志的影响, 各层优势种具有高度的多样性, 群落中物种的组成与生境之间的关系并不紧密, 很难将其划分到群丛或者群丛组的水平. 此类划分方式虽然涵盖了市域范围内各起源类型的植被, 但未将不同起源类型植被的特殊性纳入其中, 使分类结果过于繁杂, 在后续的运用中存在诸多困难.

郭柯等[5]在归纳综合《中国植被》[1]和宋永昌等[2-3]的分类体系的基础上, 提出了“中国植被分类系统修订方案”. 该方案根据优势植物生活型、群落布局结构和功能将城市植被划分为城市森林、城市草地、城市湿地、城市行道树及城市公园植被五大类. 其结合了传统分类原则与城市功能类型, 也应属于综合型划分方案的一种 (表1). 此分类方案中城市公园植被与城市森林、城市草地、城市湿地等类型存在包含和交叉的关系, 分类结果不利于各植被类型之间的比较研究.

表1 国内外城市植被类型划分体系比较Tab. 1 Comparison of different urban vegetation classification systems around the world

2 城市尺度上植被分类体系方案

城市植被的类型划分在满足植被生态学理论意义的同时, 也应发挥其指导城市植被保护、恢复重建及养护管理的应用价值. 本质上, 市域或建成区均为人为划定的行政区范围, 其并不具有自然属性的边界. 鉴于此, 本文认同宋永昌[12]广义城市植被的定义, 即城市植被是城市内一切自然生长的和人工栽培的各种植被类型的总称. 由于城市存在持续的高强度的人为干扰, 城市自然植被大多呈片段化、岛屿化的零星状分布格局, Ohsawa等[14]将其称为城市残存自然植被 (remnant vegetation). 自然植被严格来讲是指没有受到人为干扰而在自然状态下发育生长的植被[22], 包括气候顶级群落、地形顶级群落、土壤顶级群落等. 城市的残存自然植被尽管受到不同程度的人为干扰, 若种类组成、群落结构及功能动态并未发生基本改变, 此类植被仍可被认为属于广义的自然植被范畴. 通过对种类组成、群落结构的调查分析来诊断群落所处演替阶段, 被判定为气候顶极、地形顶极及土壤顶极的群落属于自然植被. 城市残存的自然植被仍保存着较为完整的地带性, 以及对区域地形和土壤的适应性特征,是城市区域本土生物多样性的核心与生态源地, 为区域次生演替提供种源并发送生物多样性信息的同时, 也是城市植被恢复、重构近自然型“生命地标”的参考蓝本[23-24]. 替代植被包括次生植被和栽培植被. 一般每个自然植被类型都有数个特定的替代植被类型, 替代植被在分布上比自然植被占据更大的比重, 甚至在大多数城市区域自然植被已不复存在, 余下的城市植被类型均为替代植被. 其中, 次生植被主要指自然植被由于干扰被破坏后所形成的植被类型. 另外, 本文将人为干扰消失后, 进入自然次生演替过程的阶段性城市人工群落也归为次生植被范畴. 从外貌上看, 其群落类型包含森林、灌丛、自生杂草群落、沼泽和水生植被.

因此, 从对区域植被保护、恢复及管理的视角, 按其起源属性将植被首先划为自然植被和替代植被, 并按人为干扰强度进一步将替代植被划分为次生植被和栽培植被, 可据此确定区域植被保护的优先顺序及其等级, 并为植被恢复重建目标的设定, 以及养护与管理模式的制定提供指导参考.

2.1 基于“起源-干扰”类型原则的划分

本文首先以综合属性“起源-干扰”作为划分的基本原则, 将城市植被划分为自然植被 (natural vegetation)、次生植被 (secondary vegetation) 和栽培植被 (cultivation vegetation) 三大类型, 以体现城市植被与自然植被和农业植被有所不同的特殊性. 而在分类体系中, 针对“起源-干扰”类型是否需要相应地设立新的高级分类单位, 需要进一步商讨, 以期达成共识.

自然植被下级单位的划分采用郭柯等[5]划分方案, 次生植被中的草本植被 (草地), 采用生活型(植被型) -生长型 (群系组) -优势种类型 (群落类型) 三级分类方法[25-27].

2.2 基于功能类型原则的细分

对于栽培植被, 在“起源-干扰”原则之后, 本文建议增加功能类型的新划分原则, 将栽培植被进一步划分为人工林地植被 (artificial forest land vegetation)、景观绿地植被 (landscape green land vegetation)、农业植被 (agricultural vegetation) 三大类型. 功能类型之后仍沿用郭柯等[5]划分方案.其中, 人工林地植被涵盖了生态公益林 (水源涵养林、水土保持林、防风固沙林和护岸林等)、经济林(橡胶林)、果林 (桃林、橘林及梨林等); 景观绿地依据住建部于2017年颁发的《城市绿地分类标准》[13]进行判定, 其涵盖了景观林、行道树、景观灌丛、景观草地及景观水生植被, 郭柯等[5]分类体系中的城市公园植被也属于本分类体系中景观绿地植被的范畴; 农业植被划分则采用郭柯等[5]分类体系中对于农业植被的划分方案.

在具体划分中, 栽培植被中的森林植被型组, 由于其物种组成与结构受到人为活动及人为意志的影响, 各层优势种具有高度的多样性, 群落中物种的组成与生境之间的关系并不紧密, 其划分到群丛或者群丛组的水平将造成分类结果过于繁杂, 不利于后续的应用. 因此, 为保证分类体系的实用性与科学性, 栽培植被群落在群系及以上的单位上进行划分即可[28-29].

2.3 基于“起源-干扰-功能”类型的划分方案

本文的中国城市植被分类体系是基于“起源-干扰-功能”类型为基本原则的综合型分类体系. “起源-干扰-功能”类型的下级单位则采用郭柯等[5]的“中国植被分类系统修订方案”, 即高级分类单位基于生态外貌, 而中、低级单位则以种类组成和群落结构为原则, 进而构建“起源-干扰-功能”类型-外貌类型-优势种类型的城市植被分类体系. 外貌类型可按照等级高低进一步设置植被型组、植被型和植被亚型等不同分类等级; 优势种类型可按照等级高低进一步设置群系组、群系、亚群系、群丛组、群丛等不同分类等级.

3 中国城市植被分类体系方案在上海的应用

本文将城市植被分类体系方案在上海进行了应用尝试[25-27,29-31]. 分类结果表明, 其自然植被类型划分出4个植被型组、5个植被型及14个群落类型, 主要为分布在沿海大金山岛上的常绿阔叶的红楠(Machilus thunbergii) 群落及落叶阔叶的朴树 (Celtis sinensis) 群落等[32]; 次生植被类型可划分为4个植被型组、14个植被型、46个群系组、42个群系及154个群落类型, 主要为分布于佘山地区、江湾机场的迹地森林灌木群落及城市杂草群落, 包括落叶阔叶的麻栎 (Quercus acutissima)林、杂草群落的代表性群落刺果毛茛 (Ranunculus muricatus) 群落和齿果酸模 (Rumex dentatus)群落等[25,33-34]. 栽培植被的人工林地植被、景观绿地植被及农业植被等主要分布于外环林带、城市建成区、城市湿地公园及城郊地区农田, 包括人工森林、灌木及草本群落, 群落物种组成多样, 可被划分为200个以上的群系[28,33,35](表2).

表2 城市植被分类体系及其在上海市的应用示例Tab. 2 Urban vegetation classification system and its application in Shanghai

4 结语

中国城市植被的研究已经历了三十余年的发展历程, 在不同的城市开展了大量的工作, 积累了丰富的群落资料, 但由于一直未能形成统一的分类体系, 致使各研究之间难以进行全面的对比分析和整合, 影响了城市植被生态学的快速发展. 本文的“起源-干扰”划分原则将更有利于城市管理者确定不同植被类型中植被的保护优先级, 如自然植被中的香樟群落, 其保护等级应高于栽培植被的香樟群落.其次, 替代植被中的次生植被包含大量的杂草和自生植物群落, 其是城市化的最佳指示类群, 是城市次生演替的先锋群落. 本文采用生活型 (植被型) -生长型 (群系组) -优势种类型 (群落类型) 的三级分类方法对杂草和自生植物群落进行分类, 可充分体现城市植被的特殊性, 该划分方案已在哈尔滨、杭州和上海等地被广泛应用[25-27]. 此外, 将栽培植物依据其功能进一步进行划分会更便于城市管理者快速掌握城市区域植被的资源状况, 以利于后续城市区域植被的保护和利用, 发挥城市植被生态效益服务功能. 本文依据“起源-干扰-功能”类型的植被划分基本原则, 进而构建了城市尺度上“起源-干扰-功能”类型-外貌类型-优势种类型的植被分类系统体系方案, 在对“中国植被分类系统修订方案”补充的同时, 以期与城市植被研究的同行共同探讨, 最终形成具有共识的中国城市植被分类体系与调查规范.

致谢本文的成稿离不开城市生态与植被工程实验室 (Urban Ecology & Vegetation Engineering Science Laboratory,UEVE) 早期从事城市植被研究的各位同仁积累的大量城市样方数据及植被分类的经验, 在此表示诚挚的感谢.