基于實踐教學的城市植物多樣性研究

謝春平，劉大偉，南程慧，韓維棟

(1. 廣東海洋大學 濱海農學院，廣東 湛江 524088；2. 南京森林警察學院 野生動植物物證技術國家林業(yè)和草原局重點實驗室，江蘇 南京 210023)

自20世紀后，世界各地城市化進程的速度和巨變程度超越了人類社會發(fā)展的各個階段，其所帶來的社會變革和城市環(huán)境變化都是前所未有的。大量人口聚集及城市不斷地膨脹與擴張，對城市生態(tài)環(huán)境的維護與發(fā)展提出了更高的要求。雖然城市通常被認為對本地植物多樣性有負面影響，但最近的全球和大陸城市生物多樣性分析表明，城市支持多樣化的植物類群[1]，并在珍稀瀕危物種的保護方面發(fā)揮了積極的作用[2]。因此，城市生物多樣性是城市生態(tài)系統(tǒng)健康的基礎[3]。城市植物多樣性不僅可以緩解目前城市突出的生態(tài)環(huán)境問題[4]，而且在維護城市生態(tài)平衡、改善城市環(huán)境、穩(wěn)定綠地系統(tǒng)，以及為其它物種提供食物鏈和棲息地等方面發(fā)揮了積極的作用[5]。所以，城市植物多樣性是城市永續(xù)發(fā)展的關鍵。

我國大學城是為了滿足高等教育大眾化和促進區(qū)域高科技發(fā)展需求而興起的新興城市區(qū)域[6-7]。在大學城構建良好的城市森林生態(tài)系統(tǒng)和優(yōu)美的綠化環(huán)境，不僅可以改善和提升局部氣候條件，為大學城的師生、工作人員、居民等提供舒適的學習工作場所，而且還可為相關專業(yè)的現(xiàn)場教學、科研提供便利[8]。因此，因地制宜地利用大學城植物資源開展相關生物多樣性、環(huán)境保護、生態(tài)學等課程的實踐教學具有較高的可行性。國內已有不少高校利用校園植物開展了相關實踐性教學[9-10]，但利用大學城作為一個實踐教學研究區(qū)域的，仍未見報道。

仙林大學城定位于南京三個副城之一，是江蘇省發(fā)展高等教育產業(yè)的重點地區(qū)，高檔社區(qū)和科研機構錯落分布。借鑒國外高尚人文社區(qū)的規(guī)劃，以高起點及綠色人文為主題的發(fā)展為目標，目前大學城已分布12所高校。這些高校既有綜合型大學，又有專業(yè)型院校，學科門類齊全。經初步了解，幾乎所有高校均開設有與生物多樣性保護相關的課程。因此，如何充分利用大學城現(xiàn)有植物資源進行教學，經濟高效地開展植物生物多樣性研究，讓學生充分認識到城市植物多樣性的重要性，是值得思考的教學議題。本研究以《普通生態(tài)學》、《生物多樣性保護》、《植物學》等相關課程的綜合實驗為基礎，以學生調查的結果為主要數(shù)據，對仙林大學城的植物多樣性進行初步總結分析，探討城市植物多樣性在日常實踐教學中的融合與優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

仙林大學城位于南京市東麓，占地47 km2，毗鄰棲霞山風景名勝區(qū)。本區(qū)域由過去的農牧場逐漸演變成南京市三個重要的衛(wèi)星城之一，是江蘇乃至全國重要的教育和高新技術產業(yè)新市區(qū)[11]。該區(qū)整體上屬寧鎮(zhèn)山脈一部分，具有低山丘陵地貌的特點，土壤以紫色土或黃棕壤中的紅沙土為主。該區(qū)屬亞熱帶季風氣候，季節(jié)更替明顯；年均降水量約為1 100 mm，年均氣溫為15.4℃，極端高溫和低溫分別出現(xiàn)在7月(39.7℃)和1月(-13.1℃)[12]。該區(qū)域雖然已經分布了大量的高校、商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)等，但在各大學校園內、羊山公園、靈山等區(qū)域仍保留了一定數(shù)量的次生林群落。這些群落內的優(yōu)勢植物主要有馬尾松(Pinusmassoniana)，刺槐(Robiniapseudoacacia)、構樹(Broussonetiapapyrifera)、黃檀(Dalbergiahupeana)、化香樹(Platycaryastrobilacea)、鹽膚木(Rhuschinensis)、栓皮櫟(Quercusvariabilis)和黃連木(Pistaciachinensis)等[13]。

1.2 研究方法

將參與生物多樣性保護相關課程及本科畢業(yè)論文的學生(以小組形式)分派到仙林大學城的不同區(qū)域，對區(qū)域內的植物種類進行逐一記錄和拍照。對現(xiàn)場不能確定的物種采集標本及拍攝照片，通過查閱《江蘇植物志》和咨詢相關專業(yè)人員等方法進行種類確定。結合筆者前期的研究工作[11, 13-14]，將學生的調查結果進行核查統(tǒng)計，最終獲得仙林大學城植物多樣性的初步結果。

2 結果與分析

2.1 物種組成

綜合不同線路的調查結果表明，本區(qū)域共有種子植物304種，隸屬于98科242屬；其中裸子植物7科12屬16種，被子植物91科230屬288種(表1)。從各科所含種屬數(shù)量可以看出，薔薇科(Rosaceae)、菊科(Compositae)和禾本科(Gramineae)位列前三，它們所含種數(shù)和屬數(shù)均在10以上，分別為27、24、14和16、23、14。大戟科(Euphorbiaceae)、木蘭科(Magnoliaceae)、唇形科(Labiatae)、十字花科(Cruciferae)、毛茛科(Ranunculaceae)、木犀科(Oleaceae)和莧科(Amaranthaceae)分列4至11位，其種類數(shù)量均大于6個。上述11個科，雖然其科數(shù)僅占所有科數(shù)的11.22%，但它們包含了126個種，占所有種數(shù)的41.45%。含種數(shù)在4～5的科有13個，所含種數(shù)占整體的19.08%；代表科有?？?Moraceae)、蓼科(Polygonaceae)、松科(Pinaceae)、杉科(Taxodiaceae)、榆科(Ulmaceae)等。由此不難看出，本區(qū)域超過60%的種類均集中在這24個科中，在種類數(shù)量上占有較大的優(yōu)勢。

含2～3個種的科有38個，共有84種，占整體的27.63%；代表科有金縷梅科(Hamamelidaceae)、蠟梅科(Calycanthaceae)、石蒜科(Amaryllidaceae)、傘形科(Umbelliferae)、蕓香科(Rutaceae)、樟科(Lauraceae)等。僅含1個種的科有36個科，占整體種數(shù)的11.84%，其中較為典型的科有羅漢松科(Podocarpaceae)、海桐花科(Pittosporaceae)、商陸科(Phytolaccaceae)、莎草科(Cyperaceae)、鴨跖草科(Commelinaceae)、棕櫚科(Palmae)等。含1～3種的科在科數(shù)占比達75.51%，但種類數(shù)量卻遠不如其他優(yōu)勢科。

續(xù)表1 仙林大學城植物多樣性組成Table 1 Plant diversity in Xianlin college town

2.2 生活型分析

從生活型組成結構來看(表2)，本區(qū)域以草本植物居多有122種，占所有種類的40.13%。在所有草本植物的組成中，仍以菊科、禾本科、蝶形花科、唇形科、大戟科、十字花科等的種類居多；尤其是一些觀賞類的菊科和禾本科植物，在園林應用中占有較大比重。喬木有87種，占所有種類的28.62%；這些喬木構成了道路、綠化帶、隔離帶、防護林帶、街頭綠地等的主體結構，以薔薇科、榆科、木蘭科、杉科等為主。灌木種類的數(shù)量有69種，占所有種類的22.70%；它們構成了各種綠地林下層的主體結構，以片植或帶植的形式居多。種類最少的是藤本植物，僅有26種占所有種類的8.55%；葡萄科(Vitaceae)和葫蘆科(Cucurbitaceae)是藤本植物種類中較為集中的2個科，主要作為垂直綠化材料出現(xiàn)。

表2 仙林大學城植物生活型Table 2 Lifeform of plant in Xianlin college town

2.3 頻度分析

圖1所示為各調查樣線內不同物種出現(xiàn)的頻度。從喬木的分布頻度可以看出[圖1(a)]，頻度≥30%的喬木有8種，分別為刺槐、重陽木(Bischofiapolycarpa)、石榴(Punicagranatum)、楓楊(Pterocaryastenoptera)、復羽葉欒樹(Koelreuteriabipinnata)、槐(Sophorajaponica)、禿瓣杜英(Elaeocarpusglabripetalus)和落羽杉(Taxodiumdistichum)。其次，頻度在20%～30%(不含30%，下同)的有28種，如合歡(Albiziajulibrissin)、枇杷(Eriobotryajaponica)、枸骨(Ilexcornuta)、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)、二喬玉蘭(Magnolia×soulangeana)、紫薇(Lagerstroemiaindica)、楓香樹(Liquidambarformosana)和日本晚櫻(Cerasusserrulatevar.lannesiana)等。頻度在10%～20%的喬木有22種，包括二球懸鈴木(Platanus×acerifolia)、無患子(Sapindussaponaria)、櫸樹(Zelkovaserrata)、棕櫚(Trachycarpusfortunei)、樟(Cinnamomumcamphora)、三角槭(Acerbuergerianum)等。頻度小于10%的喬木有29種，如池杉(Taxodiumdistichumvar.imbricatum)、白皮松(Pinusbungeana)、榔榆(Ulmusparvifolia)、七葉樹(Aesculuschinensis)等。

在灌木種類中[圖1(b)]，海桐(Pittosporumtobira)、夾竹桃(Neriumindicum)、紅花檵木(Loropetalumchinensevar.rubrum)、金絲桃(Hypericummonogynum)和冬青衛(wèi)矛(Euonymusjaponicus)位列前5，它們的頻度均在30%以上，突出反映了本區(qū)域灌木種類的分布情況。頻度在20%～30%的灌木有15種，如木芙蓉(Hibiscusmutabilis)、火棘(Pyracanthafortuneana)、錦繡杜鵑(Rhododendronpulchrum)、蠟梅(Chimonanthuspraecox)等。頻度在10%～20%的灌木有22種，如八角金盤(Fatsiajaponica)、結香(Edgeworthiachrysantha)、野迎春(Jasminummesnyi)、月季花(Rosachinensis)、錦帶花(Weigelaflorida)等。頻度小于10%的灌木有27種，如闊葉十大功勞(Mahoniabealei)、南天竹(Nandinadomestica)、雀梅藤(Sageretiathea)、榆葉梅(Amygdalustriloba)等。

在草本植物中[圖1(c)]，狗牙根(Cynodondactylon)和稗(Echinochloacrusgalli)是出現(xiàn)頻度最高的，分別為43.14%和41.18%；余下物種出現(xiàn)頻度均<40%。頻度在30%～40%的草本植物有20種，典型的有馬唐(Digitariasanguinalis)、車前(Plantagoasiatica)、蒲公英(Taraxacummongolicum)、三脈紫菀(Asterageratoides)、斑地錦(Euphorbiamaculata)、一年蓬(Erigeronannuus)等；這些植物集中在禾本科、菊科、大戟科等少數(shù)幾個優(yōu)勢科內。頻度在20%～30%的草本植物有33種，如活血丹(Glechomalongituba)、鐵莧菜(Acalyphaaustralis)、鱧腸(Ecliptaprostrata)、酢漿草(Oxaliscorniculata)、爵床(Justiciaprocumbens)、蘇門白酒草(Conyzasumatrensis)等。頻度在10%～20%的草本植物有32種，如廣布野豌豆(Viciacracca)、繁縷(Stellariamedia)、鬼針草(Bidenspilosa)、蛇莓(Duchesneaindica)、碎米薺(Cardaminehirsuta)、諸葛菜(Orychophragmusviolaceus)等。頻度小于10%的草本植物有35種，如酸模(Rumexacetosa)、婆婆納(Veronicapolita)、反枝莧(Amaranthusretroflexus)、龍葵(Solanumnigrum)、野胡蘿卜(Daucuscarota)等。

藤本植物出現(xiàn)的頻度要比其他生活型的低[圖1(d)]，均在30%以下。常見的有葎草(Humulusscandens)、烏蘞莓(Cayratiajaponica)、紫藤(Wisteriasinensis)、常春藤(Hederasinensis)等。除少數(shù)幾種觀賞栽培外，多數(shù)為野生。

圖1 仙林大學城不同生活型物種分布頻度Fig. 1 Frequency pattern of species for different lifeform in Xianlin college town

2.4 典型群落

仙林大學城在建設過程中即已將“城市融入自然、自然深入城市”的理念貫穿其中，因此其各類植物群落在本區(qū)域隨處可見(圖2)。第一類是以道路綠化為主的群落[圖2(d)]，包括中央隔離帶、非機動車道、人行道等。這一類主要以高大的行道樹作為群落上層，如二球懸鈴木、水杉、復羽葉欒樹、廣玉蘭(Magnoliagrandiflora)、銀杏(Ginkgobiloba)等，在林下配以其他花灌和草本植物。第二類植物群落以街心公園為代表[圖2(a)]，其主要以周邊居民的休閑游憩功能為主，除少數(shù)女貞(Ligustrumlucidum)、香樟(Cinnamomumcamphora)、櫸樹(Zelkovaschneideriana)等大喬木外，多數(shù)配以桂花、紅楓、石楠(Photiniaserratifolia)等灌木，形成立體景觀；但這類群落地面被硬化，幾乎沒有草本植物。第三類群落類型以開放式生態(tài)公園為主[圖2(b)]，典型代表為九鄉(xiāng)河生態(tài)公園，有大面積的草坪綠地，在其中點綴諸如櫻花(Cerasussp.)、紫葉李(Prunuscerasiferaf.atropurpurea)等小喬木，灌木種類較少。第四類為防護林帶[圖2(e)]，主要是各居民區(qū)、高校、河岸等區(qū)域的隔離帶，以雪松(Cedrusdeodara)、楊樹(Populussp.)、日本珊瑚樹(Viburnumodoratissimumvar.awabuki)等大喬或高籬為主。最后一類是近自然的次生林群落[圖2(c)]，典型代表有羊山湖公園、各高校建設過程中保留的植被；主要有構樹、黃連木、野漆(Toxicodendronsuccedaneum)、牡荊(Vitexnegundovar.cannabifolia)、六月雪(Serissajaponica)等植物構成；群落結構相對復雜，物種較為豐富。因此，從本區(qū)域典型的群落結構可以看出，仙林大學城人工群落構的建過程中既“以人為本”滿足了周邊居民的日常需求，又兼顧了“植物群落自然性”盡可能與自然群落接近。

圖2 仙林大學城典型植物群落概貌Fig.2 Outline of typical plant communities in Xianlin college town注：圖(a)～(e)分別表示為街心公園、生態(tài)公園綠地、自然群落、道路及防護林帶。

3 結論與討論

通過對仙林大學城植物多樣性的調查表明，該區(qū)域共有種子植物304種，隸屬于98科242屬，其中薔薇科、菊科和禾本科在物種組成上占有較大優(yōu)勢。生活型的分析結果表明，草本植物占有最大比例，其后依次是喬木、灌木和藤本植物。各物種出現(xiàn)的頻度中，喬木以刺槐、重陽木和石榴等頻度較高，灌木以海桐、夾竹桃和紅花檵木較為突出，禾本科和菊科的種類在頻度上較高，而藤本植物頻度普遍偏低。區(qū)域內同時具有人工植物群落和次生群落；在人工群落的構建過程中因地制宜，喬、灌、草立體式配置，具有較好的群落結構特征。在此基礎上，對仙林大學城植物多樣性及其教育功能的拓展做如下討論：

(1)植物多樣性資源豐富，可開展相應課程的實踐教學。本區(qū)域雖然已從過去的農牧場變?yōu)楝F(xiàn)在以高校、商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)為主導的區(qū)域，但仍存有較為豐富的植物資源，同時還部分保留了原有植被。從植物種類來看，區(qū)域內有種子植物98科，包括了裸子植物的主要科，如松科、杉科、柏科等。同時日常教學中的重點被子植物科，除世界廣布科外(菊科、禾本科等)，還有榆科、木蘭科、樟科、殼斗科等我國各植被類型中較為重要的代表性科。從現(xiàn)有的植被類型來看，雖然人工群落占有較大的比重，但自然或半自然植物群落在區(qū)域內仍有保留。此類自然或半自然植物群落的結構完整，喬灌草植物資源豐富，較好地體現(xiàn)了區(qū)域的植被特征，其所反映出來的生物多樣和景觀格局是生態(tài)學等相關課程實踐教學的良好素材[15]。同時，讓學生通過對仙林大學城植物種類結構的調查與對比研究，可深刻理解城市化過程中城市植物種類的發(fā)展和演變過程[3]，并能夠對區(qū)域植物資源的開發(fā)利用有著更為深刻的理解。

(2)豐富的城市植物多樣性資源為日常實踐教學帶來了極大的便利性。一方面，城市植物多數(shù)是學生熟悉的植物，在開展生態(tài)學(如群落結構、種群生態(tài)、多樣性指數(shù)等實驗)、環(huán)境科學等(如植物葉片對重金屬的吸附、植物對水體凈化等實驗)相關實踐教學時較易完成。本區(qū)域內出現(xiàn)的多數(shù)高頻植物，如刺槐、重陽木、石榴、海桐、金絲桃、狗牙根等均是在植物學教學中常引用的例子，學生對它們的熟悉程度較高，避免了因植物分類困難造成的實驗窘境。另一方面，在城市開展實踐教學不僅在安全性、經濟性方面有較好的保障，更大程度上利于教師的現(xiàn)場指導，而不受野外特定時間或路程等因素的限制。

(3)深度拓展大學城植物教育功能，增強學生生態(tài)環(huán)境保護意識?，F(xiàn)階段，創(chuàng)新教育已滲透在大學教學過程的各個環(huán)節(jié)[16]，因此利用城市植物多樣性資源是開展生物學、生態(tài)學、環(huán)境學等課程創(chuàng)新教育的極好材料。利用仙林大學城的植物組成與群落類型可為大學生創(chuàng)新課題提供諸如以下的科學問題：a. 通過人工群落與自然群落的對比，探討如何構建近自然的城市人工群落；b. 植物多樣性對人居環(huán)境有何重要性，如何體現(xiàn)出來；c. 區(qū)域內的外來入侵植物分布格局如何，如何防范與清除外來入侵植物。諸如此類的科學問題，不僅可以使學生較好地理解理論知識，而且可進一步深入探討問題的機理，為學生后續(xù)的深造提供了前期基礎。此外，在進行創(chuàng)新教育的同時，也能更好地讓學生了解到城市化帶來的各類問題，提升了對環(huán)境保護的意識，在潛移默化過程中達到了課程思政的目的。

(4)區(qū)域植物多樣性具有較大的提升空間，可豐富鄉(xiāng)土樹種。仙林大學城在綠化上雖然已努力做到道路、公園、廣場等植物盡可能豐富與多樣，但部分區(qū)域植物多樣性仍較單一。首先，從生活型的比例來看，灌木仍有較大的提升空間。除了園林運用中常見的灌木外，可適當豐富一些鄉(xiāng)土灌木，如雀梅藤、白鵑梅(Exochordaracemosa)、山胡椒(Linderaglauca)、繡線菊(Spiraeasalicifolia)等。灌木種類的增加與豐富，不僅可以降低養(yǎng)護成本，并且通過近自然植物群落的構建凸顯城市地域特色[17]。其次，考慮到大學城的教育功能，應適當引種華東地區(qū)分布的保護植物或中國特有植物，如金錢松(Pseudolarixamabilis)、寶華玉蘭(Magnoliazenii)、鵝掌楸(Liriodendronchinense)、浙江楠(Phoebechekiangensis)、銀縷梅(Parrotiasubaequalis)、青檀(Pteroceltistatarinowii)、秤錘樹(Sinojackiaxylocarpa)等。當然，機械地增加植物多樣性而不去考慮物種對環(huán)境的適應性是不可取的，這不僅達不到健康群落的構建效果，還有可能增加園林植被后期管護和維護成本。因此，應在現(xiàn)有植物種類的基礎上，適當逐步增加，將有限的植物資源種類均衡運用[18]。