南通市干線公路綠化植物多樣性調(diào)查和分析

肖威 紀(jì)易凡 殷明

摘要：公路綠化植物多樣性的研究和利用對于提升公路綠化建設(shè)質(zhì)量和水平具有重要意義。以江蘇省南通市主要干線公路G15、G228、G204、S334和S335為研究對象，運用群落學(xué)方法對5條公路綠化帶人工植物群落的物種組成、數(shù)量特征、物種多樣性及群落相似性等進(jìn)行調(diào)查和比較分析。結(jié)果表明，植物群落物種數(shù)表現(xiàn)為喬木種類﹥灌木種類﹥草本種類，喬木在群落結(jié)構(gòu)組成中占據(jù)主導(dǎo)地位。在綠化帶喬木層中楊樹（Populus simonii var. przewalskii）、女貞（Ligustrum lucidum）、中山杉（Taxodium hybrid ‘Zhongshanshan）和香樟（Cinnamomum camphora）的重要值較高。在灌木層中夾竹桃（Nerium indicu）、紅葉石楠（Photinia×fraseri）和海桐（Pittosporum tobira）重要值較高。利用Shannon-Wiener指數(shù)表征5條公路喬木層植物多樣性，排序為G204>S334>G15>G228>S335。公路間群落相似系數(shù)均介于0.29～0.42，相似度較高。揭示了南通地區(qū)公路綠化植物群落結(jié)構(gòu)特征和景觀特點，可為公路綠化植被的科學(xué)管理提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：干線公路;植物群落;重要值;多樣性指數(shù)

中圖分類號： TU985.18 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）22-0183-05

公路綠化是我國國土綠化的重要組成部分，如何通過對植物多樣性的研究和應(yīng)用來提高公路綠化的景觀多樣性和景觀質(zhì)量，已經(jīng)成為當(dāng)前我國公路綠化研究的重點課題之一[1-4]。前人對公路植物多樣性的研究大多是針對公路周邊自然植物群落物種多樣性，并以此來推測運用這些植物材料構(gòu)建人工植物群落的可能性和可行性，對于已建成公路人工植物群落的研究則較缺乏[5]。例如龔琴等通過對廣梧高速公路兩側(cè)野生鄉(xiāng)土植物資源的調(diào)查，提出公路兩側(cè)綠化帶和邊坡的植物群落構(gòu)建模式[6];謝振華等應(yīng)用數(shù)量生態(tài)學(xué)方法對京珠高速公路（衡陽段）鄉(xiāng)土植物種類進(jìn)行研究，并提出力求使路段沿線的植被恢復(fù)獲得最佳效果的喬灌草配置模式[7];殷云龍等通過對江蘇全省干線公路綠化樹種資源的調(diào)查，分析樹種結(jié)構(gòu)因子與地理和經(jīng)濟的關(guān)系[8]。由于江蘇省公路網(wǎng)的整體格局已基本形成，公路綠色通道體系已由建設(shè)階段進(jìn)入恢復(fù)和重建階段，因此迫切需要對公路綠地系統(tǒng)的植物多樣性開展系統(tǒng)研究，以便為公路綠化植物群落構(gòu)建和景觀質(zhì)量提升提供理論依據(jù)。本研究運用群落學(xué)法對5條公路綠化帶植物群落的物種組成、數(shù)量特征、物種多樣性及群落相似性等進(jìn)行調(diào)查和比較分析，揭示江蘇省南通地區(qū)干線公路綠化植物群落的結(jié)構(gòu)特征和景觀風(fēng)貌，以期為南通市乃至其他類似地區(qū)的公路綠化管理和景觀質(zhì)量提升提供借鑒，為構(gòu)建近自然人工植被群落提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查線路和調(diào)查樣帶設(shè)置

按公路等級分別選取G15、G228、G204、S334和S335作為研究對象，其中3條縱向干線，2條橫向干線，具有區(qū)域代表性，這5條干線公路基本反映了當(dāng)前南通市干線公路綠化的整體水平。每隔10 km選取一段公路綠化典型段作為調(diào)查樣帶，共選定48個調(diào)查樣帶，具體見圖1。

1.2 植物群落調(diào)查方法

在植物生長最茂盛、植株形態(tài)特征最明顯的7—9月進(jìn)行植物群落調(diào)查。在樣帶選取時，以一個完整的綠化模式為單位，選擇群落結(jié)構(gòu)完整、植物種類豐富、觀賞價值高、具有代表性的模式段，選取樣帶長度為500～800 m。在實地調(diào)研時，首先要確定樣帶起止樁號、長度、寬度。調(diào)查使用的工具主要有圍尺、卷尺、測高儀、數(shù)碼相機、行車記錄儀等，調(diào)查方式包括拍攝視頻和照片、記錄各樣帶內(nèi)公路綠化寬度、立地條件、植物種類組成等情況，分別調(diào)查和測定喬木層、灌木層、草本層的相關(guān)數(shù)據(jù)。喬木層（高度>2 m）測定指標(biāo)包括種名、胸徑、樹高、冠幅、冠形、植株密度、種植形式、郁閉度、樹木抵觸情況、葉脫落情況等;灌木層（高度≤2 m）測定指標(biāo)：種名、高度、地徑、植被面積、植株密度、種植形式、應(yīng)用形式、郁閉度、健康等級等;草本層測定指標(biāo)包括種名、高度、植被面積、長勢情況等。公路綠地中的地被多為草本或匍匐藤本植物，成片栽植，分別統(tǒng)計同一種類的覆蓋面積。部分?jǐn)?shù)量較少的野生雜草只記錄種名，不進(jìn)行面積統(tǒng)計。

1.3 群落特征參數(shù)計算

群落特征參數(shù)包括相對多度（relative abundance，RA）、相對頻度（relative frequency，RF）、蓋度（cover-degree）即相對投影蓋度（relative cover-degree，RC）和相對顯著度（relative dominance，RD）[9-10]，以此計算喬、灌木重要值（importance value）。其中：

喬木重要值=相對多度+相對頻度+相對顯著度;

灌木重要值=相對頻度+相對投影蓋度。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，公路綠化以喬木和灌木為主，地被草本層在公路綠化群落中的地位和作用相對較小，因此著重對喬木層、灌木層植物重要值進(jìn)行計算分析。

1.4 群落物種多樣性調(diào)查

按照Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)分析方法進(jìn)行多樣性調(diào)查[11]。

1.5 群落相似度調(diào)查

群落相似度以2區(qū)域或2群落的共有種數(shù)量與所有種的比值即相似系數(shù)來表示[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 喬木層植物生長狀況分析

在南通市公路綠地系統(tǒng)中喬木層是植物群落中最主要的組成部分。由表1可知，喬木總密度最大的干線公路是G204，為 1 548株/hm2;其次是S334、G228，分別為1 129、 1 018株/hm2，這3條為近幾年新建或擴建的干線公路，按江蘇省公路綠色通道建設(shè)要求高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)而成，喬木植株總密度均超過1 000株/hm2，但喬木平均胸徑、平均高度和平均冠徑相對較小，其中G228全線緊貼海岸布設(shè)，地質(zhì)、水文條件較為惡劣，全線鹽漬土路段長達(dá)72 km，含鹽量為5%～8%，占全線長度的14%，潮汐、海水、海風(fēng)、鹽霧等對公路綠化的影響極大，植物生長條件較差，因此喬木平均胸徑、樹高、冠徑均最小;S335與G15公路綠化帶建成時間較長，喬木平均胸徑、樹高、冠幅較大，其中G15公路兩側(cè)綠化植物由于生長時間較長，且速生楊樹較多，所以喬木的平均胸徑、樹高、冠幅最大。5條公路，植物群落的常綠喬木種數(shù)均低于落葉喬木種數(shù)。

植物物種數(shù)最多的干線公路是G228，共有59種;其次是G204，共有50種;最少的是S335，共有30種;G15和S334的物種數(shù)分別為48種和40種。5條公路調(diào)查樣帶中的木本植物物種數(shù)均大于20種，其中G228最為豐富，有51種;S335最少，為24種;G204、G15和S334分別為47種、36種和33種。草本植物種數(shù)最豐富的是G15，共有12種;其次是G228，有8種;G204最少，為3種;S334的草本植物種數(shù)和S335一樣，均為6種。通過比較5條公路的喬木、灌木和草本植物物種數(shù)可知，5條公路的草本植物種類所占比例均較低，G15的草本植物占比最大，喬 ∶ 灌 ∶ 草接近2 ∶ 1 ∶ 1。5條干線公路普遍存在草本植物數(shù)量過低的情況，可能是由于林帶樹木覆蓋度過高，間隙小，不利于野生種入侵。

2.2 植物群落物種的數(shù)量特征分析

2.2.1 喬木層物種數(shù)量特征 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，喬木層主要樹種有楊樹（Populus simonii var. przewalskii）、銀杏（Ginkgo biloba）、雪松（Cedrus deodara）、香樟 （Cinnamomum camphora）、紫薇（Lagerstroemia indica）、柳樹（Salix babylonica）、女貞（Ligustrum lucidum）、櫸樹（Zelkova serrata）、黃山欒樹（Koelreuteria paniculata）、合歡（Albizia julibrissin）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、中山杉（Taxodium hybrid ‘Zhongshanshan）、檉柳（Tamarix chinensis）、枇杷（Eriobotrya japonica）、二喬玉蘭（Yulania×soulangeana）、垂絲海棠（Malus halliana）、紫葉李（Prunus cerasifera f. atropurpurea）、廣玉蘭（Magnolia grandiflora）、喜樹（Camptotheca acuminata）、池杉（Taxodium distichum var. imbricatum）、桂花（Osmanthus fragrans）、無患子（Sapindus saponaria）和日本晚櫻（Cerasus serrulata var. lannesiana）。由表2可知，在5條干線公路的喬木層中，重要值排在前面的樹種表現(xiàn)出了一定的相似性，G15、G228、G204和S334的喬木重要值排在前3位的樹種既有針葉樹，也有闊葉樹，且針葉樹表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢，由此可見，在公路綠化造林中，針闊葉混合運用較為常見。G228和G204的喬木重要值最大的樹種均是常綠闊葉樹種女貞，其他3條公路的調(diào)查樣帶中女貞也表現(xiàn)出較強的優(yōu)勢度，由此可見，女貞在南通市干線公路綠化植物群落中占有優(yōu)勢地位。其他表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢的常綠闊葉骨干樹種還有香樟和廣玉蘭等。總體來看，在落葉闊葉樹種中櫸樹、銀杏、黃山欒樹和柳樹等在各群落中均有較大的優(yōu)勢，尤其是銀杏和櫸樹作為秋色葉景觀樹種優(yōu)勢十分明顯。另外紫薇、紫葉李作為干線公路綠地系統(tǒng)中重要的觀花小喬木，應(yīng)用十分廣泛，且優(yōu)勢地位明顯，重要值排名均在前5位。從重要值排名前3位的植物群落來看，G228、G204和S334的物種相似度較高。各群落間重要值排在后幾位的樹種則各不相同，無太大的一致性，主要以闊葉樹種為主，有落葉樹種，也有常綠樹種。

2.2.2 灌木層物種數(shù)量特征 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，灌木層主要樹種有夾竹桃（Nerium indicum）、蜀檜（Sabina chinensis cv. Pyramidalis）、火棘（Pyracantha fortuneana）、蚊母樹（Distylium racemosum）、大葉黃楊（Buxus megistophylla）、海桐（Pittosporum tobira）、木槿（Hibiscus syriacus）、金邊黃楊（Euonymus japonicus var. aurea-marginatus）、木芙蓉（Hibiscus mutabilis）、紅葉石楠（Photinia×fraseri）、金森女貞（Ligustrum japonicum ‘Howardii）、海濱木槿（Hibiscus hamabo）、云南黃馨（Jasminum mesnyi）、鋪地柏（Juniperus procumbens）、桃葉珊瑚（Aucuba chinensis）、短穗竹（Semiarundinaria densiflora）、紫荊（Cercis chinensis）、粉花繡線菊（Spiraea japonica）和日本珊瑚樹（Viburnum odoratissimum var. awabuki）。由表3可知，5條干線公路植物群落灌木重要值排名靠前的樹種也表現(xiàn)出了很強的相似性，重要值排前3位的主要為夾竹桃、紅葉石楠和海桐，其中夾竹桃表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。由于夾竹桃萌發(fā)能力強，樹形和綠量龐大，花色繁茂，常作為綠化帶前景樹種應(yīng)用。蜀檜、夾竹桃、紅葉石楠、海桐、金邊黃楊、木槿、金森女貞等在5條干線公路綠地中優(yōu)勢明顯，這是由于這些植物對干旱等惡劣環(huán)境的適應(yīng)性較強，對汽車尾氣污染具有較強的抗性，是用于中分帶綠化的適宜樹種。

2.2.3 草本層物種數(shù)量特征 除麥冬（Ophiopogon japonicus）和蔥蘭（Zephyranthes candida）主要用于中分帶綠化外，草本層植物主要是指綠化帶的下層植物。對各調(diào)查樣帶草本層的植物種類進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計，由表4可知，主要栽培種有美人蕉（Canna indica）、白三葉（Trifolium repens）和蘆竹（Arundo donax）等，野生種有結(jié)縷草（Zoysia japonica）、互花米草（Spartina alterniflora）、二色補血草（Limonium bicolor）、蘿藦（Metaplexis japonica）、一年蓬（Erigeron annuus）和白茅（Imperata cylindrica）等。從種類來看，野生種已占到調(diào)查種類的50%。因此，隨著時間的推移，野生種的比例將會逐年增加。部分栽培草種可能很快會被野生草種取代。

2.3 群落的物種多樣性指數(shù)分析

由于公路植物群落中，喬木層相對重要，本研究對喬木層物種多樣性指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。由表5可知，5條干線公路喬木層Simpson指數(shù)由大到小的排序是S334>G204>G15>S335>G228，Shannon-Wiener指數(shù)由大到小的順序為G204>S334>G15>G228>S335。不同干線公路喬木層的Simpson指數(shù)差異不大，而Shannon-Wiener指數(shù)則差異較明顯，因此Shannon-Wiener指數(shù)可以更好地反映物種數(shù)與物種個體數(shù)之間的關(guān)系。然而，只考慮物種數(shù)和個體數(shù)量是不夠的，分析群落多樣性時還應(yīng)考慮群落中物種個體分布的均勻程度。Pielou均勻度指數(shù)則把群落中個體的均勻度納入了度量范圍，這里分別選用基于Simpson指數(shù)的Jsi和Shannon-Wiener指數(shù)的Jsw，5條干線公路的均勻度指數(shù)Jsi由高到低的排列順序為S334>S335>G15=G204>G228，指數(shù)Jsw和Jsi的排序相似。

2.4 群落相似性比較

從表6可以看出，G15和S334、G228和G204的群落物種相似性度最高，均為0.42，相似度最低的是G228和S334，為0.24。其他公路間兩兩比較的相似性系數(shù)均在0.29～0.42之間，說明5條干線公路植物群落間物種相似性均較大[12]，其景觀風(fēng)貌表現(xiàn)較為相似，共有種有銀杏、女貞、紫薇、夾竹桃、海桐等。

3 結(jié)論與討論

本研究中5條干線公路的植物群落物種數(shù)表現(xiàn)為喬木種類﹥灌木種類﹥草本種類，喬木在結(jié)構(gòu)配置中占據(jù)主導(dǎo)地位。這是由于喬木樹種具有生態(tài)適應(yīng)性廣、綠量大、養(yǎng)護成本低和固碳釋氧等生態(tài)效益高等優(yōu)點，體現(xiàn)了公路綠化注重生態(tài)效益的基本要求。5條干線公路的喬木層以楊樹、女貞、中山杉和香樟的重要值較高。櫸樹、銀杏、黃山欒樹、柳樹等喬木樹種，在干線公路綠化中的應(yīng)用也較為普遍。紫薇、紫葉李等色葉小喬木樹種的應(yīng)用較為普遍，主要作為綠化帶中景或前景樹種應(yīng)用。由于南通地區(qū)處于太平洋季風(fēng)氣候區(qū)，臺風(fēng)是影響該地區(qū)樹種選擇的重要因素之一。楊樹由于生長快，根系淺，每當(dāng)7—8月臺風(fēng)肆虐時，很容易發(fā)生大面積倒伏和折斷，不僅破壞路基，而且影響交通安全。因此在公路綠化中應(yīng)減少楊樹的使用，尤其是諸如G228這樣更易遭受臺風(fēng)襲擊的近海路段。中山杉屬生根性樹種，不僅耐水、耐鹽，而且抗臺風(fēng)抗病蟲害能力較強，在公路綠化中既可作為色葉喬木樹種種植，也可作為女貞、香樟等常綠樹種的背景樹種植。

5條干線公路的灌木層以夾竹桃、紅葉石楠和海桐的重要值較高，主要應(yīng)用于綠化帶內(nèi)側(cè)邊緣種植。蜀檜、紅葉石楠、海桐、金邊黃楊、木槿、金森女貞等在5條干線公路綠化中應(yīng)用也較為普遍，這是由于這些植物對鹽堿、干旱、高溫、凍害等極端環(huán)境的適應(yīng)性較強，尤其適合在中分帶種植。相對于喬木，灌木維持其良好景觀狀態(tài)的養(yǎng)護成本較高，一般在城市路段、中分帶和互通立交等精細(xì)管理的路段應(yīng)用頻率較高，在綠化帶種植中作為前景植物配置。

在公路綠化帶植物配置中，草本植物對于充實林緣邊際線，豐富林下空間，構(gòu)建開敞空間，保護水土生態(tài)等具有重要作用。例如麥冬（Ophiopogon japonicus）和蔥蘭（Zephyranthes candida）等體型較小的草種比較適合在中分帶種植;鳶尾（Iris tectorum）、美人蕉（Canna indica）和萱草（Hemerocallis fulva）等花型較大的觀花植物適合在互通立交區(qū)種植;二月蘭（Orychophragmus violaceus）和波斯菊（Cosmos bipinnatus）等具有自繁能力的草花適合粗放管理條件下的林帶和互通區(qū)種植。

5條干線公路喬木層的Shannon-Wiener指數(shù)由大到小的順序為G204>S334>G15>G228>S335。均勻度指數(shù)Jsi由高到低的排列順序為S334>S335>G15=G204>G228，這是由于G204綠化帶寬度大，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高，植物多樣性豐富，而G228由于臨近沿海灘涂，立地條件變化較大，在進(jìn)行綠化植物配置時，難以做到均勻一致。公路間群落相似系數(shù)均介于0.29～0.42，相似度較高，這是由于公路綠化植物的選擇來源比較單一，以常見綠化植物為主，綠化植物模式配置變化不大。在今后的公路綠化景觀改造和提升過程中很有必要引入“近自然森林”的概念，所謂近自然森林是指接近自然狀態(tài)的具有混交、復(fù)層、異齡等結(jié)構(gòu)特征的森林。與同齡林相比，近自然森林的林分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生物多樣性豐富，生態(tài)效益和景觀價值高，經(jīng)營成本低，林分生長量高，現(xiàn)已被廣泛認(rèn)為是能夠滿足森林可持續(xù)經(jīng)營的最有前景的營林方法[13-14]。高速公路綠色通道是一項永久性的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，在生態(tài)景觀結(jié)構(gòu)中起廊道作用，既是生物多樣性的生存場所，也是不同斑塊之間生物流通的橋梁。

總之，南通市及江蘇沿海地區(qū)土地資源豐富，但森林資源缺乏，生態(tài)林建設(shè)十分重要。本研究涉及的5條干線公路是南通市境內(nèi)生態(tài)廊道體系構(gòu)建的骨架，因此綠化帶建設(shè)的生態(tài)意義十分重要。在一些林帶寬度大、養(yǎng)護粗放的路段可按照營造近自然林的要求，創(chuàng)新種植模式。例如在樹種選擇方面，應(yīng)選擇自然更新能力強的樹種，如欒樹、南酸棗、楓香、無患子、香樟、棕櫚、女貞、烏桕、榔榆、旱柳、臭椿、香椿、牡荊、白榆、麻櫟、榿木、合歡、楓楊和檫木等[14];在種植模式方面，將上層陽性喬木樹種與下層耐陰樹種結(jié)合起來種植，為耐陰樹種更新和生長創(chuàng)造條件（圖2）。在現(xiàn)有林分密度高的地塊，適度降低林分密度，改善光照條件，為鄉(xiāng)土植物入侵創(chuàng)造條件等。

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