北京城市綠道植物多樣性及其群落特征*

殷麗峰，李薇，任斌斌

(1.北京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 102200；2.北京市園林科學(xué)研究院 園林綠地生態(tài)功能評(píng)價(jià)與調(diào)控技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100102)

城市化被認(rèn)為是造成自然環(huán)境破壞、生物棲息地流失和破碎化、生物多樣性降低的主要原因[1]。城市化影響下的城市生物多樣性在城市環(huán)境中、人為干擾下形成，與城市人居環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)，對(duì)于維持城市生態(tài)平衡和穩(wěn)定環(huán)境具有關(guān)鍵性作用[2-3]，是當(dāng)前城市生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)[4]。

綠道是一種連接主要公園、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、歷史古跡等的線性綠色開(kāi)敞空間，通常沿著自然廊道或人工廊道建立，類(lèi)型包括城市帶狀公園、林蔭大道、公園路和綠色廊道等[2]。城市綠道因其典型的廊道狀特征，在城市中發(fā)揮著重要的生態(tài)連線(ecological linkages)作用，具有傳輸、隔離、連接和保護(hù)等重要生態(tài)功能，在生物多樣性保護(hù)方面具有不可替代性[5]。目前，對(duì)于綠道生物多樣性相關(guān)研究國(guó)外先進(jìn)而成熟，研究?jī)?nèi)容涉及綠道網(wǎng)絡(luò)格局、綠道寬度、綠道植被以及綠道鄰近區(qū)域土地利用狀況等對(duì)生物多樣性的影響[6-9]；研究對(duì)象包括植物、鳥(niǎo)類(lèi)、昆蟲(chóng)以及哺乳類(lèi)動(dòng)物等[10-12]。國(guó)內(nèi)城市綠道建設(shè)起步于2010年前后，由廣東走向全國(guó)，多強(qiáng)調(diào)綠道慢行系統(tǒng)的休閑游憩功能，在生物多樣性研究領(lǐng)域則僅體現(xiàn)在對(duì)綠道中植物α多樣性指數(shù)的計(jì)算與分析方面，其他方面較少[2,13-14]。

植物多樣性是生物多樣性的重要指標(biāo)[15]，也是影響其他生物多樣性水平的重要因子；植物群落是研究植被的基本單元。按鄰近環(huán)境的不同，北京城市綠道劃分為濱水型和沿路型2類(lèi)，本研究以北京城市綠道為研究對(duì)象，在探索2類(lèi)綠道植物多樣性水平和植物群落特征的基礎(chǔ)上，探討我國(guó)城市綠道現(xiàn)存問(wèn)題與發(fā)展策略，從而為城市綠道規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理提供參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

北京(115.7°～117.4°E，39.4°～41.6°N)總面積16 412 km2，氣候?yàn)榈湫偷谋睖貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫12.3 ℃，年降水量400～600 mm，四季分明，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，地帶性植被類(lèi)型是暖溫帶落葉闊葉林。《北京市級(jí)綠道建設(shè)總體方案(2013—2017年)》于2013年7月23日正式通過(guò)市政府審議。以城市綠地系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以歷史文化景觀和自然生態(tài)資源為依托，北京規(guī)劃市級(jí)綠道1 260 km，覆蓋全市16區(qū)縣，貫通11個(gè)新城，在空間上形成“三環(huán)、三翼、多廊”的總體格局。本研究在對(duì)北京已建城市綠道全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，選擇五環(huán)內(nèi)具有代表性的綠道15條，包括沿路型9條、濱水型6條(表1)。

表1 調(diào)查樣地基本屬性

1.2 調(diào)查方法

采用典型取樣方法，依據(jù)北京人工植物群落特點(diǎn)，在綠道內(nèi)設(shè)置20 m × 20 m 的樣地(當(dāng)綠道寬度<20 m時(shí)，設(shè)置為10 m × 10 m的樣地)，按面積比法，將各綠道取樣比例設(shè)定為3%～5%，共計(jì)139個(gè)樣地。每個(gè)樣地分成4個(gè)10 m×10 m的樣方調(diào)查喬木層；樣地內(nèi)四角各設(shè)置1個(gè)5 m ×5 m的中樣方和1個(gè)1 m×l m的小樣方，分別調(diào)查灌木層與草本層。共計(jì)喬木樣方298個(gè)，灌木樣方556個(gè)，草本樣方556個(gè)。

記錄樣地面積、位置、周?chē)h(huán)境、群落結(jié)構(gòu)以及各層片的高度、蓋度等相關(guān)信息；喬木層進(jìn)行每木調(diào)查，記錄種名、高度、冠幅、胸徑等；灌木與草本層記錄種名、株數(shù)(叢數(shù))、高度、蓋度等。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 相對(duì)重要值計(jì)算

根據(jù)外業(yè)數(shù)據(jù)，計(jì)算各植物在其所在層片中的相對(duì)重要值。其中，喬木層和灌木層的相對(duì)重要值計(jì)算方法為：

相對(duì)重要值=(相對(duì)頻度+相對(duì)多度+相對(duì)顯著度)/3

草本層的相對(duì)重要值計(jì)算方法為：

相對(duì)重要值=(相對(duì)頻度+相對(duì)多度+相對(duì)蓋度+相對(duì)高度)/4

1.3.2 多樣性測(cè)度

本研究植物多樣性指數(shù)的計(jì)算采用α和β兩大類(lèi)多樣性指數(shù)[16]。α多樣性指數(shù)的測(cè)度選取了物種豐富度、Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)[17-19]，以及反映植物群落總體多樣性特征的群落多樣性指數(shù)[17]；β多樣性指數(shù)選用Jaccard相似性系數(shù)來(lái)反映不同群落物種間的相似性程度[16]。

分別計(jì)算綠道各植物群落中喬木層、灌木層和草本層植物的多樣性指數(shù)，其計(jì)算方法如下：

(1)物種豐富度

D=S(物種數(shù))

(2)Simpson多樣性指數(shù)H=1-ΣPi2

式中，Pi為第i種物種的相對(duì)重要值。

(3)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)

H=-ΣPilnPi

式中，Pi為第i種物種的相對(duì)重要值。

(4)Pielou均勻度指數(shù)

J=H/lnS

式中，H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，S為物種數(shù)。

(5)Jaccard β多樣性指數(shù)

式中，Cs為綠道相似性系數(shù)；a、b分別為兩綠道的物種數(shù)；c為兩綠道的共有物種數(shù)。

1.3.3 植物群落的數(shù)量分類(lèi)

根據(jù)所有喬木樣方中喬木層植物的相對(duì)重要值，采用二元指示種劃分方法(Twinspan)對(duì)群落進(jìn)行劃分[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物物種組成與來(lái)源分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)維管束植物205種(含變種、栽培品種)，隸屬63科138屬。其中，裸子植物6科9屬16種，雙子葉植物52科117屬171種，單子葉植物5科14屬18種；喬木76種，灌木47種，草本80種，藤本2種；所應(yīng)用的植物種類(lèi)主要集中于薔薇科(36種)、菊科(15種)、豆科(13種)中。濱水型綠道共有植物168種，喬木60種，灌木37種，草本69種，藤本2種，鄉(xiāng)土植物135種，占總種數(shù)的80.36%；沿路型綠道共有植物120種，喬木46種，灌木31種，草本43種，鄉(xiāng)土植物97種，占總種數(shù)的80.83%。

2.2 植物多樣性比較分析

2.2.1 α多樣性指數(shù)比較

α多樣性指數(shù)計(jì)算結(jié)果如表2所示，15條綠道中，物種豐富度、Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)等處于前三位分別為元大都城垣遺址公園、南長(zhǎng)河公園以及營(yíng)城建都濱水綠道等3條濱水型綠道；處于后三位的分別為德勝公園、順城公園以及金融街綠地等3條沿路型綠道。

表2 城市綠道植物α多樣性指數(shù)

不同類(lèi)型綠道對(duì)比分析，除灌木層和草本層的Pielou指數(shù)外，濱水型綠道各層次的各項(xiàng)多樣性指數(shù)均高于沿路型綠道。

2.2.2 β多樣性指數(shù)比較

濱水型綠道與沿路型綠道植物的β多樣性指數(shù)呈現(xiàn)出灌木層<喬木層<總體層<草本層的特點(diǎn)。其中，喬木層、草本層與總體的多樣性指數(shù)相近，灌木層植物的相似性最低，反映出在梯度上，綠道灌木層相似物種的組成最低。這與生境差異相關(guān)，濱水型綠道多配植中生性、耐水濕和喜濕植物，沿路型綠道特別是寬度較小時(shí)多選用抗污染、抗干旱、耐瘠薄植物，與淺根系的草本層植物相比，該差異在深根性的喬木、灌木中更為顯著；也與傳統(tǒng)植物配植手法和典型配植方式有關(guān)，例如，‘桃紅柳綠’是典型的濱水植物景觀，以圓柏(Sabinachinensis)為背景，片植榆葉梅(Prunustriloba)為前景，則是道路沿線常見(jiàn)的植物組合方式。

表3 不同層次植物β多樣性指數(shù)

從綠道兩兩比較的植物Jaccard β多樣性指數(shù)可以看出(表4)，順城公園與營(yíng)城建都濱水綠道及南長(zhǎng)河公園的植物物種相似性最低(0.145)，順城公園植物種類(lèi)匱乏，以抗污染、耐瘠薄植物為主，如圓柏、油松(Pinustabuliformis)、大葉黃楊(Euonymusjaponicus)等；后2者為濱水型綠道，種類(lèi)豐富，除白蠟(Fraxinuschinensis)、絳柳(SalixMatsudanaf.pendula)、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)、山桃(P.davidiana)、碧桃(P.persica‘Duplex’)等傳統(tǒng)常用濱水植物外，也選用了小花溲疏(Deutziaparviflora)、小紫珠(Callicarpadichotoma)、太平花(Philadelphuspekinensis)等觀花灌木以豐富景觀。明城墻遺址公園與南長(zhǎng)河公園的植物物種相似性最高(0.370)，這可能與明城墻遺址公園較好的小氣候環(huán)境下采用了較為豐富的植物有關(guān)。其余公園兩兩比較的植物Jaccard β多樣性指數(shù)大部分在0.15～0.30，且都遠(yuǎn)低于濱水型綠道與沿路型綠道兩類(lèi)綠道的總體植物Jaccard β多樣性指數(shù)。

2.3 數(shù)量分類(lèi)

對(duì)139個(gè)樣地喬木層重要值進(jìn)行Twinspan等級(jí)分類(lèi)，結(jié)合實(shí)際生態(tài)學(xué)意義，采用第5級(jí)分類(lèi)結(jié)果，將其劃分為15組，根據(jù)各層優(yōu)勢(shì)種和Twinspan劃分的指示種命名為15個(gè)植物群系(圖1、表5)。

圖1 139個(gè)樣地的Twinspan分類(lèi)

表5 15個(gè)植物群系基本特征

如圖1所示，群系1是由北京鄉(xiāng)土樹(shù)種構(gòu)成的典型常綠針葉林群落，具有極強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性，包括樣地6、7、13等14個(gè)樣地；群系2由北京鄉(xiāng)土植物構(gòu)成，兼具較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性與觀賞性，包括樣地32、36、72等8個(gè)樣地；群系3上層以枝大蔭濃的落葉性高大喬木為主體，并適當(dāng)點(diǎn)綴常綠針葉樹(shù)，具有較好的生態(tài)改善功能，包括樣地1、19、26等17個(gè)樣地；群系4以展現(xiàn)常綠針葉林景觀為主，油松占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，包括樣地3、8、10等28個(gè)樣地；群系5為針闊混交林，展現(xiàn)四季景觀，包括樣地2、5、24等20個(gè)樣地；群系6為針闊混交林，包括樣地37、79、104等4個(gè)樣地；群系7為毛白楊(Populustomentosa)純林，是綠道建設(shè)前的原有樹(shù)種，包括樣地17和樣地126，僅存在于元大都遺址公園和南長(zhǎng)河公園2條綠道中；群系8包括樣地4、14、54等4個(gè)樣地，零散應(yīng)用于北二環(huán)城市公園等4條城市綠道中；群系9為綠道建設(shè)前的原有樹(shù)種，包括樣地18、38、63等6個(gè)樣地；群系10上層喬木以觀花小喬木為主體，多位于綠道中的慢行道兩側(cè)或單側(cè)，包括樣地15、22、31等8個(gè)樣地；群系11僅包括樣地95，應(yīng)用于營(yíng)城建都綠道中；群系12包括樣地93、99、101等5個(gè)樣地；群系13包括樣地9、61、132等3個(gè)樣地；群系14包括樣地11、41、46等17個(gè)樣地；群系15包括樣地42和樣地56。

在所有植物群系中，包含樣方數(shù)量處于前5位的依次為群系4、群系5、群系3、群系14以及群系1，其共同特點(diǎn)是群系建群種均為北京鄉(xiāng)土樹(shù)種。涉及綠道數(shù)量最多的群系為群系5和群系14，分別有11條綠道中擁有油松-白蠟群系和銀杏(Ginkgobiloba)群系，再者為群系3，共有10條綠道擁有絳柳群系。可以看出，油松群系、油松-白蠟群系、銀杏群系以及絳柳群系是北京城市綠道植物景觀營(yíng)造最常采用人工群落類(lèi)型。

在所有綠道中，擁有群落數(shù)量最多的為元大都城垣遺址公園，具有12種群系類(lèi)型，其次為營(yíng)城建都濱水綠道和南長(zhǎng)河公園，均具有8種群系類(lèi)型，以上3條綠道均為濱水型綠道。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

(1)綠道是具有通道和屏障雙重功能的景觀要素，不同鄰近環(huán)境對(duì)其功能的發(fā)揮和植物多樣性產(chǎn)生顯著影響[2，15]。從我國(guó)綠道建設(shè)所強(qiáng)調(diào)的休閑游憩功能出發(fā)，濱水綠道比沿路綠道更受使用者青睞，在濱水綠道中采用豐富的植物材料、營(yíng)造引人入勝的植物景觀成為設(shè)計(jì)師的重要任務(wù)[21]，這也在本研究中得到進(jìn)一步證實(shí)。一方面，濱水型綠道比沿路型綠道擁有更為豐富的植物多樣性和植物群落類(lèi)型；另一方面，在對(duì)二者進(jìn)行β多樣性指數(shù)比較時(shí)，二者在灌木層的相似度最低，其次為喬木層。這與生境條件和植物的生態(tài)習(xí)性相關(guān)，沿路型綠道多以抗污染、抗瘠薄的植物為主，濱水型綠道多選擇中生性、耐水濕和喜濕的植物；也與設(shè)計(jì)師應(yīng)用了更為豐富的觀花灌木以營(yíng)造富有季相變化的植物景觀有關(guān)。從綠道的生物多樣性保護(hù)功能出發(fā)，道路的屏障效應(yīng)阻礙著生物的移動(dòng)和擴(kuò)散；而水系則為生物的遷移、擴(kuò)散和棲息提供更多的可能。因此，同等寬度條件下，與水系相結(jié)合的綠道通常具有更強(qiáng)的生物多樣性保育功能，本研究中濱水型綠道的草本層物種豐富度特別是自生植物明顯高于沿路型，或許也與此有關(guān)。在未來(lái)的城市綠道規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，濱水型綠道作為城市破碎斑塊最重要的橋梁和紐帶應(yīng)得到進(jìn)一步重視，為充分發(fā)揮其生物多樣性保育功能，植物景觀營(yíng)造應(yīng)倡導(dǎo)鄉(xiāng)土性、多樣性和自然性，以為其他生物提供本土、多樣和自然的生境。

(2)穩(wěn)定的鄉(xiāng)土植物群落對(duì)于維護(hù)城市生態(tài)系統(tǒng)平衡和生物多樣性保護(hù)具有重要作用[22]。從植物群落角度出發(fā)，北京城市綠道植物群落多以鄉(xiāng)土植物為建群種，油松群系、油松-白蠟群系、銀杏群系等4個(gè)鄉(xiāng)土植物群落得到廣泛應(yīng)用，對(duì)生物多樣性保護(hù)具有積極的一面。從植物應(yīng)用角度出發(fā)，北京地區(qū)和北京城市綠地系統(tǒng)分別擁有維管束植物2 056種[23]和615種(品種)[24]，城市綠道植物分別占全市和綠地系統(tǒng)植物資源的9.97%和33.33%；此外，鄉(xiāng)土植物所占比例為80%左右，雖高于全市綠地平均水平[24]，但與《城市園林綠化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅰ級(jí)綠化要求存在差距。在我國(guó)，城市綠道重“道”輕“綠”問(wèn)題嚴(yán)重[25]，不僅常有完整綠地被慢行系統(tǒng)割裂問(wèn)題，也常因景觀因素而大量使用外來(lái)植物和園藝栽培品種。外來(lái)植物存在生態(tài)入侵、破壞種間競(jìng)爭(zhēng)等風(fēng)險(xiǎn)，園藝栽培品種則常因不結(jié)實(shí)、結(jié)實(shí)量少等造成綠地內(nèi)鳥(niǎo)類(lèi)食物資源匱乏，而影響其繁育。因此，如何采用豐富多樣的鄉(xiāng)土植物材料構(gòu)建穩(wěn)定的鄉(xiāng)土植物群落，并進(jìn)一步優(yōu)化綠道植物多樣性布局應(yīng)成為城市綠道生態(tài)功能提升的重要內(nèi)容。

(3)城市綠道的植物多樣性保護(hù)功能綜合而復(fù)雜，與其寬度、長(zhǎng)度等均存在密切關(guān)系[2]，但在城市有限的用地空間中，科學(xué)評(píng)價(jià)基址條件，合理平衡各項(xiàng)功能需求，如何提高綠道單位面積的生態(tài)功效值得深入研究。

3.2 結(jié)論

(1)本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)維管束植物205種，隸屬63科138屬。濱水型綠道共有植物168種，沿路型綠道共有植物120種。

(2)α多樣性指數(shù)計(jì)算結(jié)果顯示，除灌木層和草本層的Pielou指數(shù)外，濱水型綠道各層次的各項(xiàng)多樣性指數(shù)均高于沿路型綠道。濱水型綠道與沿路型綠道植物二者的β多樣性指數(shù)呈現(xiàn)出灌木層<喬木層<總體層<草本層的特點(diǎn)。

(3)對(duì)139個(gè)樣地喬木層重要值進(jìn)行Twinspan等級(jí)分類(lèi)，將其劃分為15組，結(jié)合分類(lèi)將其命名為15個(gè)植物群系，油松群系、油松-白蠟群系、銀杏群系以及絳柳群系是北京城市綠道植物景觀營(yíng)造最常采用人工群落類(lèi)型。在所有綠道中，擁有群落數(shù)量較多的為元大都城垣遺址公園、營(yíng)城建都濱水綠道和南長(zhǎng)河公園，三者均為濱水型綠道。