西安市城市公園樹木多樣性特征研究

魏小芳, 石 輝, 段保正, 蔣子銀, 李 余

(西安建筑科技大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院, 教育部西北水資源與環(huán)境生態(tài)重點(diǎn)實驗室, 西安 710055)

西安市城市公園樹木多樣性特征研究

魏小芳, 石 輝, 段保正, 蔣子銀, 李 余

(西安建筑科技大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院, 教育部西北水資源與環(huán)境生態(tài)重點(diǎn)實驗室, 西安 710055)

生物多樣性的維持是城市公園的一項重要生態(tài)功能，在城市環(huán)境建設(shè)和城市綠地生態(tài)效益發(fā)揮中具有重要的價值。通過對西安市21個公園40個樣方的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)西安城市公園共有57種樹木，分屬31科46屬，本土樹種占46.2%，國內(nèi)引進(jìn)種占總數(shù)的27.2%，國外引進(jìn)種占總數(shù)的26.6%。所調(diào)查的21個公園物種豐富度Margalef指數(shù)為1.87，多樣性指數(shù)Simpson指數(shù)為0.76，Shannon-Wiener指數(shù)為1.66，Pielou均勻度指數(shù)為0.80，表現(xiàn)出中等水平的多樣性。西安城市公園以引進(jìn)種占優(yōu)勢的這種樹木組成，新建公園的較大樹徑，主要是人工配置的結(jié)果。說明社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對城市公園的生物多樣性有著重要的影響。

城市公園; 樹木; 生物多樣性

城市公園是由政府或公共團(tuán)體建設(shè)經(jīng)營，供公眾游憩、觀賞娛樂等的園林；是城市園林綠地系統(tǒng)的主體，也是城市植物多樣性最集中的地方[1]。研究城市公園的植物多樣性水平，對于認(rèn)識城市化對植物多樣性影響，城市植被的生態(tài)效益，以及合理的城市園林綠地建設(shè)和管理均具有重要的意義。

城市公園由于人為活動的影響，往往具有高層次的多樣性、微生境的異質(zhì)性、以及高的外來物種比例，成為重要的生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)[2-3]。Van der Veken等研究了比利時Turnhout城區(qū)的生物多樣性，發(fā)現(xiàn)1880—1999年這100多年有1/4的植物消失，其中適應(yīng)性廣的物種更為常見而對生境要求特殊的物種逐漸退化甚至消失[4]；Petr等對中歐的研究發(fā)現(xiàn)，1960—1990年代，中歐城市中與人關(guān)系密切的伴人植被(synanthropic vegetation)物種多樣性和豐富度顯著的降低[5]。在紐約的Pelham Bay公園，從1947年到1994年間，25.5%的鄉(xiāng)土植被消失，其中鄉(xiāng)土草本植被的消失速率遠(yuǎn)大于木本植被[6]。城市中，在本土植被物種多樣性減少的同時，還伴隨著外來物種的增加。根據(jù)文獻(xiàn)記錄，在紐約城市發(fā)展過程中578種本地物種消失的同時還增加了441種外來種[7]；Rhodora在100多年的城市化過程中喪失了300種的本地物種，增加了200多種外來物種[8]；在澳洲的Adelaide都市圈，近200 a(1836—2002)至少89種本土樹種喪失，與此同時增加了613種的外來物種[9]。目前，有關(guān)城市公園生物多樣性的研究主要集中在歐美，別的地區(qū)研究的相對較少。通過對北京市主要公園綠地植物的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，植物種類構(gòu)成以鄉(xiāng)土種為主體，引進(jìn)種也較為豐富，國內(nèi)、國外引進(jìn)種分別占到總種數(shù)的15.78%和12.72%[10]；同時公園的喬、灌木植物多樣性最高，公園、學(xué)校校園植物的總種數(shù)都占城區(qū)五環(huán)內(nèi)植物總種數(shù)的50%以上，是城區(qū)植物的物種庫[11]。在地處中亞熱帶常綠闊葉林向北亞熱帶落葉闊葉林過渡區(qū)域的武漢，即使本身的物種多樣性較高，其公園的外來物種仍占到公園綠地植物總量的48.1%[12]。對臺北[13]和廣州[14]等亞熱帶常綠地區(qū)的公園調(diào)查，發(fā)現(xiàn)城市樹木受到地理位置、城市歷史、土地利用和人口的巨大影響，其中城市的歷史文化對公園的物種多樣性影響更為顯著。因此，城市公園被認(rèn)為是改善城市生物多樣性的核心、同時也是主要的城市生物多樣性指示物，一般人認(rèn)為大的公園比小的公園更能維持更多的生物多樣性，但多樣性得分并不完全與公園大小存在相關(guān)性[15]。

由于天然林的退化和不斷的損失，城市植被多樣性的維護(hù)在促進(jìn)全球生物多樣性保護(hù)中具有重要的地位[16]。然而，城市公園中表現(xiàn)出本土樹種和外來種的混合，這種大量引進(jìn)外來種的行為必然會改變其原有的生態(tài)系統(tǒng)功能[17]。因此對城市公園生物多樣性的進(jìn)一步研究，可有利于對這些問題的認(rèn)識。西安作為我國半濕潤地區(qū)的典型城市，有關(guān)城市公園生物多樣性的研究涉及較少；因此對西安城市公園中起主導(dǎo)生態(tài)功能的喬木多樣性進(jìn)行研究，以期對今后的城市綠地建設(shè)和功能維護(hù)、評價起到指導(dǎo)和借鑒作用。

1 材料方法

1.1 研究區(qū)概況

西安屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季冷暖干濕分明，春季升溫迅速，干燥多風(fēng)；夏季炎熱高溫，日照強(qiáng)烈；秋季涼爽濕潤，時有陰雨；冬季寒冷干燥，雨雪偏少。年無霜期226 d，年平均氣溫13.3℃，市區(qū)年平均降水量為584.9 mm，年平均濕度69.6%。經(jīng)過大規(guī)模的植樹造林活動和綠地建設(shè)，到2014年西安市公園綠地面積已達(dá)4 379.9萬m2，包括綜合公園如大唐芙蓉園、社區(qū)公園如勞動公園、專類公園如植物園、帶狀公園如唐城墻遺址公園、街旁綠地如唐大慈恩寺遺址公園等。

1.2 樣方調(diào)查

根據(jù)公園的規(guī)模和城市植物分布特點(diǎn)，確定各個公園的調(diào)查地點(diǎn)和樣方數(shù)量。樣方的大小為20 m×20 m；樣方之間的最小間距大于150 m，小于此間距不再設(shè)置樣方；共調(diào)查了21個公園，共設(shè)樣方40個。對樣地內(nèi)所有胸徑大于5 cm的樹種進(jìn)行生長狀況、種類和數(shù)量的記錄以及逐株的胸徑(D，即離地面1.3 m高處樹干的直徑)和株高(H，從地面到樹冠頂部的高度)的測量。樣方的一些情況見表1。

1.3 數(shù)據(jù)分析

(1) 物種豐富度指數(shù)：

(1)

(2) 多樣性指數(shù)：

(2)

(3)

(4)

式中：S表示群落中物種數(shù)目;N為個體總數(shù);Pi為第i種比例多度，Pi=Ni/N;Ni為第i種物種個體數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹種組成分析

在21個公園40個樣方中共調(diào)查各種樹木1335株，分屬31科46屬，共57種。其中國槐(Sophora japonicaL.)、大葉女貞(Ligustrum compactum)和紫葉李(Prunus cerasiferaEhrharf.)為出現(xiàn)頻率最高的樹種，分別為16.7，11.7%和6.4%；銀杏(Ginkgo bilobaL)、旱柳(Salix matsudanaKoidz)、刺柏(JuniperusL.)的出現(xiàn)頻率分別為37.8%，37.8%和31.1%；法桐(Platanus orientalis)、油松(Pinus tabulae formis)和雪松(Cedrus deodara)出現(xiàn)頻率均為28.9%；其余的各種樹種出現(xiàn)的頻率相對較??；說明這些樹種是西安城市公園建設(shè)中最常采用的樹種。國槐與大葉女貞不但出現(xiàn)的頻率較高，同時其在所有調(diào)查樹木中所占的比例也較高，為15.4%和12.4%；同樣出現(xiàn)頻率較高的紫葉李，其數(shù)量僅占調(diào)查樹木數(shù)量的6.3%；說明紫葉李在各個公園種植的較為廣泛但數(shù)量較少。油松雖然分布的頻率較低，但種植油松的公園較多，因此油松具有較高的數(shù)量。此外，常綠樹種包括大葉女貞、油松等14種，落葉樹種包括國槐、銀杏等39種，闊葉樹種占絕對優(yōu)勢，比例高達(dá)81.53%，而針葉樹僅有4科7屬。

從物種來源分析，在西安公園中的57個樹種中，本土樹種16種，占本次調(diào)查的46.2%；國內(nèi)引進(jìn)種27種，占總數(shù)的27.2%，國外引進(jìn)種8種，占總數(shù)的26.6%。表現(xiàn)出西安城市公園樹木種類構(gòu)成以本土樹種為主的特征。公園常用的本土樹種有國槐、油松、旱柳、刺柏等。

2.2 植被多樣性指數(shù)

通過對公園樹木多樣性進(jìn)行分析，從整體來看，西安公園中物種豐富度Margalef指數(shù)為1.87，Simpson和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分別為0.76，1.66，均勻度Pielou指數(shù)為0.80。西安植物園與勞動公園是樹種最為豐富的公園，其Margalef指數(shù)分別為3.66，3.76；Simpson指數(shù)分別為0.91，0.89；Shannon-Wiener指數(shù)分別為2.45，2.37；Pielou指數(shù)指數(shù)分別為0.91，0.85。與之相反，唐城墻遺址公園是樹木生物多樣性最低的公園，調(diào)查樣方中僅只有銀杏、國槐2個物種。由于城市公園里的喬木大多是從苗圃移植而來的，它們的種類、數(shù)量是人為配置的，為了達(dá)到園林美化的效果，所選擇的植物物種配置就比較均勻，因此各公園的均勻度大體相同。

與其他城市相比，北京[10]城市公園喬木的Margalef，Simpson及Shannon-Wiener指數(shù)均偏高，而均勻度指數(shù)卻較低；與鄭州[18]相比，西安公園喬木的Margalef和Simpson指數(shù)偏低，而Shannon-Wiener和均勻度指數(shù)偏高；而杭州、南京[19]城市公園喬木的Margalef指數(shù)分別為1.52，1.18，Simpson指數(shù)分別為0.65，0.54，Shannon-Wiener指數(shù)分別為1.23，0.95，Pielou指數(shù)分別為0.77，0.68，對比發(fā)現(xiàn)，同樣是歷史較為悠久的古城，西安城市公園喬木的多樣性水平較高，主要是由于西安城市公園喬木分布更為均勻；與廈門[20]比較發(fā)現(xiàn)除西安城市公園喬木的Shannon-Wiener指數(shù)偏小，其他指數(shù)均較廈門城市公園喬木的指數(shù)大；與青島[21]比較發(fā)現(xiàn)，西安城市公園喬木的均勻度指數(shù)較高，其他各項多樣性指數(shù)均低于青島城市公園喬木的多樣性指數(shù)；與武漢[22]城市公園喬木的多樣性比較發(fā)現(xiàn)，西安城市公園喬木的多樣性指數(shù)較低；南寧[23]城市公園的多樣性指數(shù)及均勻度指數(shù)均比西安市的低；而與保定市[24]比較發(fā)現(xiàn)，西安市公園喬木的均勻度指數(shù)較高，其他指數(shù)均偏低(表2)?？梢钥闯觯鱾€城市公園喬木的生物多樣性水平差異較為明顯，這主要與城市歷史、公園設(shè)計、植物選擇、管理和人類的干擾程度等有關(guān)?？傮w上看，西安市城市公園喬木的多樣性指數(shù)居中，而均勻度指數(shù)偏高，表明西安市城市公園喬木的多樣性水平居中，而喬木的群落分布狀況較好。

表2 我國部分城市公園樹木多樣性的比較

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，外來種的Margalef指數(shù)、Simpson指數(shù)及Shannon-Wiener指數(shù)均高于本地種，僅Pielou指數(shù)低于本地種(表3)；說明本地種的物種豐富度及多樣性水平均較外來種的低，而均勻度高于外來種。可能在建園初期大多種植本地種，而隨著園林綠化管理，砍掉了部分本地種，引進(jìn)了較多的外來物種，且隨著近些年來綠化程度的不斷提高，對外來種的種植量不斷增加，從而使得外來種的多樣性水平較高；而本地種由于多年的種植歷史，樹木的生長趨于穩(wěn)定，分布更為均勻，所以其均勻度水平較好。

2.3 樹種胸徑及樹高分布

西安城市公園中喬木胸徑基本呈現(xiàn)偏左正態(tài)分布，平均胸徑為19.1 cm，胸徑大于40 cm的占3.37%。從西安城市公園喬木胸徑分布圖(圖1A)中可以看出，其胸徑主要集中在10～20 cm。西安城市公園內(nèi)分布最廣的六種樹種的平均胸徑大小依次為：國槐(26.3 cm)>法桐(22.4 cm)>女貞(16.9 cm)>油松(15.1 cm)>銀杏樹(14.1 cm)>紫葉李(11.4 cm)。株高也呈偏左正態(tài)分布，主要分布在4.8～6.8 m，徑階兩端分布比例較少，平均株高為7.2 m，株高大于14.8 m的占2.20%。從株高分布圖(圖1B)中可以看出西安城市喬木的株高主要集中在4.8～6.8 m，其一部分可能是由于建成時間較短，另一部分可能是因為城市園林綠化管理對樹木高度的控制。

表3 西安市公園本地種與外來種多樣性的比較

圖1 西安公園樹木胸徑及樹高分布

3 討 論

城市景觀是一種高度的人工化的景觀，公園維持較高的生物多樣性，可以彌補(bǔ)由于城市化導(dǎo)致的生物多樣性的流失、改善公眾生活質(zhì)量，減輕由于城市環(huán)境帶來的心理壓力和降低各種犯罪率[25]；因此在城市發(fā)展過程中，以公園為主體的城市綠地建設(shè)受到廣泛的關(guān)注。由于城市的地理位置、土地特征、歷史的不同，使得公園的管理者在城市樹木的選擇方面具有不同的偏好。對觀賞綠化植物物種有意或無意的引入，成為外來植物增加的重要原因。最終使得城市公園的樹木成為外來種和本土種的混合物，在西安的公園外來種占到53.8%，本土種占46.2%；本土樹種與外來樹種共同構(gòu)成西安市城市公園的植物景觀。由于西安的地理環(huán)境特點(diǎn)，城市的發(fā)展以中心攤大餅的方式展開，沒有各種地貌的阻擋因素，因此極少存在各種自然生境的殘余斑塊；這樣一來，城市公園的物種只有極少部分是自然環(huán)境下遺留或自然入侵的所形成。城市公園需要提供更多的景觀美學(xué)，因此需要更多的不同樹種進(jìn)行搭配種植才能實現(xiàn)這一目的，社會經(jīng)濟(jì)狀況可促進(jìn)名貴樹木的引進(jìn)種植，使得稀有種增加，出現(xiàn)了由自然環(huán)境與植物多樣性之間的關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)與植物多樣性之間的關(guān)系現(xiàn)象[26]。這種大量外來種的引入，必然改變原有自然本土群落的特點(diǎn)，可能導(dǎo)致對鳥類等動物生物多樣性的影響[17]。

樹木的胸徑與樹木的年齡呈正相關(guān)，樹木的徑級分布在一定程度上可以反映出樹木的年齡結(jié)構(gòu)特征，西安城市公園喬木大多處于中幼齡階段。西安城市公園的常見樹種國槐和法桐的徑級表明了這兩種樹木種植歷史較為悠久。但一些建園相對較晚的公園，如革命公園(2004年)、唐城墻遺址公園(2008年)和木塔寺公園(2009年)的喬木胸徑相對較大，其中的一個主要原因是新建公園多選用大樹造林。紡織公園、勞動公園是在原有樹木的基礎(chǔ)上建造的，其樹木胸徑也較大。在自然群落中，大樹都是所在群落的關(guān)鍵種和優(yōu)勢種，對群落結(jié)構(gòu)和功能起到主導(dǎo)作用；但在城市公園中，大樹對所在群落有影響外，還成為公園中各種鳥類等動物的棲息地，目前對大樹在生物多樣性價值方面的研究還較少[27]。特別是目前流行的大樹進(jìn)城，既影響了樹木產(chǎn)地的環(huán)境，成本高、成活率低，且直接種植的大樹能否具有與自然生長形成大樹的生態(tài)功能和生物多樣性維持價值值得深入研究。

城市公園在建設(shè)之初，一般是作為荒地或建筑垃圾、城市生活垃圾等的堆積地，其適地土壤缺少自然的土壤剖面、新侵入體多，結(jié)構(gòu)差；大量混凝土的使用使得土壤的含鈣量增加、pH值升高[28]；但研究表明，混凝土土層能提高外來物種的比例，減少本土物種的多樣性；城市垃圾的傾倒和堆積會帶來一些營養(yǎng)物質(zhì)，甚至植物種子，但對植物的影響并沒有表現(xiàn)出預(yù)料中的顯著性[1]。由此導(dǎo)致的結(jié)果是雖然城市公園具有最多的樹種，但由于其植被主要以人工設(shè)計為主，自然植被極少參與。作為自然植被代表的鄉(xiāng)土樹種，一般在公園建設(shè)初期，被作為先鋒樹種來應(yīng)用；隨后在城市公園管理過程中，引進(jìn)外來物種的增加、先鋒樹種的砍伐，導(dǎo)致外來物種急劇增加，進(jìn)而導(dǎo)致外來物種的多樣性水平不斷提高，而鄉(xiāng)土樹種的多樣性水平降低。而由于鄉(xiāng)土植物可以真實地反映出當(dāng)?shù)氐募竟?jié)變化，符合地域文脈和認(rèn)知心理的城市意想，近幾年在城市園林構(gòu)建中應(yīng)用本土植物已經(jīng)成為熱點(diǎn)。

城市公園代表的綠地，存在多種植物的組合，在促進(jìn)城市植物多樣性方面具有重要的潛力。然而城市高度的自我構(gòu)化，使得城市公園的生物多樣性和物種豐富多在同一地區(qū)也是不等價的；同時城市環(huán)境對物種的選擇與自然是不同的[29]。雖然城市公園培育了最多的樹種，但對城市公園中外來樹種和本土樹種分布格局的演變，植被群落和城市景觀之間的關(guān)系，城市文化的樹種組成都知之甚少，有待于進(jìn)一步的研究。

4 結(jié) 論

(1) 西安城市公園共有57種樹木，分屬31科46屬，其中闊葉樹種占絕對優(yōu)勢，本土樹種占本次調(diào)查的46.2%，國內(nèi)引進(jìn)種占總數(shù)的27.2%，國外引進(jìn)種占總數(shù)的26.6%，表明西安在公園建設(shè)過程中，形成了本土樹種與引進(jìn)種相結(jié)合的植物景觀。喬木的胸徑和株高均呈偏左正態(tài)分布，從胸徑分布中可以看出西安市城市公園的喬木大多仍處于中幼齡階段。

(2) 西安城市公園喬木的物種豐富度Margalef指數(shù)為1.87，多樣性指數(shù)Simpson指數(shù)為0.76，Shannon-Wiener指數(shù)為1.66，Pielou均勻度指數(shù)為0.80。與其他城市比較發(fā)現(xiàn)，西安市城市公園喬木層的多樣性水平居中，而群落分布狀況較好；西安城市公園本地種的多樣性水平低于外來種的多樣性水平。

(3) 西安城市擴(kuò)展過程中缺少自然生境的殘余斑塊，因此公園的植被以人工配置為主，極少有自然植被的入侵，可見社會經(jīng)濟(jì)水平對公園樹木的多樣性水平具有重要的影響。

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SpeciesDiversityofTreesinUrbanParksinXi′anCity

WEI Xiaofang, SHI Hui, DUAN Baozheng, JIANG Ziyin, LI Yu

(SchoolofEnvironmentandMunicipalEngineering,Xi′anUniversityofArchitectureandTechnology;KeyLaboratoryofWaterResourcesandEcologicalEnvironmentinNorthwest,MinistryofEducation,Xi′an710055,China)

The species biodiversity maintaining is an important ecological function of urban parks, which has great value in an urban landscape and ecological benefits of urban green space. The 40 plots with 20 m×20 m in 21 parks in Xi′an City were investigated. Among these urban parks, there are 57 species trees belonging to 31 families and 46 genera. The native species accounted for 46.2% of total species, the alien species from domestic and foreign introduction accounted 27.2% and 26.6% of total species. For species biodiversity index of trees in 21 investigated urban parks in Xi′an City， the Margalef species richness index was 1.87, the Simpson index was 0.76, Shannon-Wiener index was 1.66, Pielou uniformity index was 0.80. Compared with other cities, the results showed the moderate levels of tree diversity in Xi′an urban parks. The alien species were dominant in the tree species composition, the trees with larger diameter in newly constructed parks in Xi′an City resulted from artificial configuration. Thus, socio-economic development has the important influence on biodiversity in the city park.

urban parks; trees; biodiversity

2016-03-21

：2016-04-19

陜西省自然科學(xué)重點(diǎn)項目“城市生態(tài)系統(tǒng)中碳庫特征及演變規(guī)律對城市擴(kuò)張的響應(yīng)”(2014JZ011)

魏小芳(1990—),女,陜西省榆林市定邊人,碩士,研究生,研究方向為城市環(huán)境生態(tài)。E-mail:15212233367@163.com

石輝(1968—)，男,陜西省寶雞市眉縣人,博士,教授,研究方向為環(huán)境生態(tài)。E-mail:shihui06@126.com

S731.2

：A

：1005-3409(2017)02-0162-05