劉 勤,王玉寬,郭瀅蔓,彭培好,王可玥

1 中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所,成都 610041 2 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 成都 610059 3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049 4 北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,北京 100083

林盤是廣泛分布于成都平原的一種復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),主要由農(nóng)宅與周邊林木圍(嵌)合成集生活-生產(chǎn)-生態(tài)于一體的傳統(tǒng)農(nóng)村聚落單元,其規(guī)模不大,形態(tài)較規(guī)則(大多為近圓形),植被覆蓋率在20%以上(圖1)。林盤分布數(shù)量多、密度大,它是成都平原特殊的文化符號(hào)和生態(tài)資源[1- 3],具有支持、供給、調(diào)節(jié)等多種生態(tài)服務(wù)[4-5],建立了人與自然和諧共存的互動(dòng)關(guān)系[2,6],是區(qū)域生態(tài)安全和人居環(huán)境質(zhì)量的重要保障。但是,隨著城鄉(xiāng)一體化快速發(fā)展,傳統(tǒng)林盤不斷消失或破壞,導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及生態(tài)服務(wù)功能發(fā)生改變[7],生態(tài)環(huán)境質(zhì)量降低。

圖1 林盤及農(nóng)田景觀衛(wèi)星圖(來(lái)源：Google Earth)Fig.1 The satellite image of Linpan and farmland landscape

植物是林盤最重要的組分之一,其組成及結(jié)構(gòu)具有明顯的地域特征。近年來(lái),城市綠地[8-9]和城鄉(xiāng)交錯(cuò)帶綠地[10]的植物種類構(gòu)成與分布成為研究熱點(diǎn),但鄉(xiāng)村聚落綠地[11]方面,大多都是基于四旁林或農(nóng)村庭院[12-13]的普查或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),缺乏針對(duì)性和準(zhǔn)確性。林盤植物以喬木、灌叢、竹林為主,植被類型多樣[14],組成種類豐富[15],垂直結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。成都市正努力打造世界現(xiàn)代田園城市、生態(tài)文明城市和美麗鄉(xiāng)村,林盤保護(hù)及改造是其中重要內(nèi)容,但是當(dāng)前對(duì)于林盤植物種類及分布特征尚不十分清楚。本文選取不同區(qū)域、類型林盤,通過(guò)詳細(xì)的植物調(diào)查和林盤結(jié)構(gòu)分析,揭示其多樣性與林盤類型和結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián),為林盤植被保護(hù)和新農(nóng)村社區(qū)的植物配置提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

成都平原(又名川西平原)位于四川盆地西部,地勢(shì)平坦,氣候溫和,降雨充沛。本研究所選的成都市(成都平原主體)是林盤主要集中分布區(qū)(圖2),截至2014年,全市林盤數(shù)量約12.11萬(wàn)個(gè),居住人口為365.56萬(wàn)人,占全市農(nóng)村人口的72.40%[16]。

圖2 研究區(qū)與調(diào)查樣區(qū)分布圖Fig.2 Location of study area and survey area

2 研究方法及數(shù)據(jù)處理

2.1 典型林盤選取與結(jié)構(gòu)特征調(diào)查

本研究在成都市中心至西北山緣(52.06 km)沿線選取3個(gè)樣區(qū)(a德源、b新民、c唐昌,至中心城區(qū)直線距離分別17.40、24.90 km和32.40 km)不同類型(即規(guī)模、覆蓋度、房屋結(jié)構(gòu))的15個(gè)傳統(tǒng)林盤(圖3),經(jīng)實(shí)地考察和篩選表明,所選林盤具有典型性和代表性。采用小型無(wú)人機(jī)(DJI Phantom 3 Professional)進(jìn)行垂直拍攝,分辨率為4000×3000,拍攝時(shí)間2016年05月。通過(guò)Photoscan、Arcgis軟件對(duì)拍攝圖片進(jìn)行合成、校正和矢量化,并分析各組分的面積與結(jié)構(gòu)特征。

圖3 典型林盤調(diào)查Fig.3 Typical LinpanDY：德源；XM：新民；TC：唐昌；來(lái)源：自攝

2.2 林盤植物調(diào)查

為全面、準(zhǔn)確地識(shí)別林盤植物組成及分布特征,本研究對(duì)整個(gè)林盤內(nèi)植物開(kāi)展實(shí)地調(diào)查,時(shí)間為2016年06月,記錄指標(biāo)包括喬木(含竹類)種類、株數(shù)、高度、胸徑、冠幅,灌木種類、株數(shù)、高度、蓋度,草本植物(含藤本)種類、高度、蓋度及生長(zhǎng)狀況等。

2.3 數(shù)據(jù)分析處理

按照常規(guī)的分類方法,記錄植物的名稱(科、屬和種名)、地理分布、生活型和物種來(lái)源等信息；通過(guò)SPSS軟件的最小顯著差異法和配對(duì)樣本T檢驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)合林盤所處的區(qū)位與結(jié)構(gòu)特征,揭示林盤的植物種類及分布規(guī)律。

3 研究結(jié)果

3.1 林盤結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)典型林盤的航拍圖片及空間分析表明(表1),成都平原林盤的形態(tài)較規(guī)則(近圓形),規(guī)模普遍不大,平均面積為6678.87 m2,最大值為12385 m2,最小面積僅為1630 m2。林盤的植被覆蓋度為43.5%—76.9%,主要為喬木林覆蓋,部分林盤以竹林分布為主,其他綠地類型所占比例相對(duì)較小。林木與房屋的排列形式及結(jié)構(gòu)來(lái)看,林盤內(nèi)植物與農(nóng)宅基本呈圍合或嵌套關(guān)系,平均圍合度達(dá)75.62%,植物、房屋以及其他組成要素共成一體。林盤面積和覆蓋水平不同,導(dǎo)致內(nèi)部房屋數(shù)量和結(jié)構(gòu)差異,其值為4—37間,結(jié)構(gòu)包括土木和磚混,林盤面積越大,房屋數(shù)量越多,磚混結(jié)構(gòu)修建年限較短,房屋更大、更高,修建中可能造成植被破壞。

3.2 植物組成特征

3.2.1 植物種類

調(diào)查結(jié)果顯示,林盤內(nèi)維管束植物合計(jì)106科254屬310種。其中,蕨類植物9科9屬10種,裸子植物7科11屬11種,被子植物90科234屬289種。從生活型來(lái)看,林盤內(nèi)喬木81種,灌木39種,草本169種,藤本10種,竹類11種。植物科的構(gòu)成中,種數(shù)最多的依次為菊科(31種)、禾本科(24種)、薔薇科(17種)、百合科(10種)和豆科(9種),數(shù)量占總種數(shù)的29.35%。屬的構(gòu)成中,含種較多(3種以上)的有榕屬、蓼屬、女貞屬、蒿屬、簕竹屬、木蘭屬、茄屬和樟屬,其余大多為單種屬。整體而言,林盤植物的種類較山區(qū)明顯偏少,但對(duì)于維護(hù)平原生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義。

根據(jù)出現(xiàn)頻次,喬木分布較多的為喜樹(Camptothecaacuminata)、樸樹(Celtissinensis)、柚(Citrusmaxima)、銀杏(Ginkgobiloba)、楓楊(Pterocaryastenoptera)、構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)、女貞(Ligustrumlucidum)、桂花(Osmanthusfragrans)、皂莢(Gleditsiasinensis)、桉(Eucalyptusrobusta)、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)；灌木分布較多的是梔子(Gardeniajasminoides)、冬青衛(wèi)矛(Euonymusjaponicus)、蠟梅(Chimonanthuspraecox)、山茶(Camelliajaponica)、小蠟(Ligustrumsinense)、鹽膚木(Rhuschinensis)、棕竹(Rhapisexcelsa)、臭牡丹(Clerodendrumbungei)；常見(jiàn)草本為接骨草(Sambucuschinensis)、龍葵(Solanumnigrum)、牛筋草(Eleusineindica)、珊瑚櫻(Solanumpseudocapsicum)、喜旱蓮子草(Alternantheraphiloxeroides)、車前(Plantagoasiatica)、垂序商陸(Phytolaccaamericana)、杠板歸(Polygonumperfoliatum)、淡竹葉(Lophatherumgracile)、蝴蝶花(Irisjaponica)、葎草(Humulusscandens)等；常見(jiàn)的藤本植物為三裂蛇葡萄(Ampelopsisdelavayana)、薯蕷(Dioscoreapolystachya)、何首烏(Fallopiamultiflora)、常春藤(Hederasinensis)等；竹類以慈竹(Bambusaemeiensis)和箬竹(Indocalamustessellatus)為主。

表1 林盤的組成及結(jié)構(gòu)調(diào)查表

3.2.2 物種來(lái)源

從物種來(lái)源分析(表2),林盤的310類植物中,四川本地種236種,占總數(shù)76.13%；國(guó)內(nèi)引進(jìn)種35種,占總數(shù)11.29%；世界引進(jìn)種39種,占總數(shù)的12.58%。這表明成都林盤的植物種類構(gòu)成以鄉(xiāng)土種為主,引進(jìn)種數(shù)量較少,可以適當(dāng)加強(qiáng)相關(guān)的引種和栽培工作,但必須因地制宜,降低外來(lái)種擴(kuò)散和入侵風(fēng)險(xiǎn)。

表2 林盤植物的物種來(lái)源

3.2.3 植物區(qū)系地理成分

研究區(qū)內(nèi)的植物占中國(guó)全部15個(gè)分布類型(表3),主要以北溫帶成分(占比22.31%)和泛熱帶分布(占比16.12%)為主,其次為世界分布和東亞分布,占比分別為9.09%和8.68%,而中國(guó)特有屬7個(gè),占比2.89%。由此可見(jiàn),林盤植物的區(qū)系分布類型較為多樣,熱帶亞熱帶成分和溫帶成分豐富,分布比例較為接近,這與成都市的氣候條件相符,也表現(xiàn)出植物區(qū)系明顯的過(guò)渡性特征。

表3 林盤植物屬的分布區(qū)類型[17]

3.3 植物分布特征

3.3.1 不同區(qū)位

按照與成都中心城區(qū)的直線距離將林盤劃分為近郊區(qū)(德源)、中郊區(qū)(新民)和遠(yuǎn)郊區(qū)(唐昌)3種類型。由圖4可見(jiàn),近郊區(qū)林盤植物211種(喬木58種),中郊區(qū)169種(喬木45種),遠(yuǎn)郊區(qū)245種(喬木73種)；單個(gè)林盤的物種平均分布數(shù)量也呈現(xiàn)相同規(guī)律。這表明遠(yuǎn)郊區(qū)林盤的植物種類明顯(P<0.05)更多,其次是近郊區(qū),而中郊區(qū)相對(duì)較少。

圖4 不同區(qū)位林盤的物種差異Fig.4 The species number of different-location Linpans不同大寫字母表示各處理具有顯著性差異,P<0.05

3.3.2 不同規(guī)模

按照占地面積將林盤劃分為大型(≥9000 m2)、中型(5000—9000 m2)和小型(≤5000 m2)3種規(guī)模。由圖5可見(jiàn),各類規(guī)模林盤調(diào)查的物種總數(shù)和單個(gè)林盤物種平均數(shù)量均表現(xiàn)為大型林盤最豐富,其次為中型林盤,而小型林盤顯著減少。這表明在一定程度上林盤的規(guī)模與植物物種多樣性具有顯著(P<0.05)相關(guān)性。

圖5 不同規(guī)模林盤的物種差異Fig.5 The species number of different-scale Linpans

3.3.3 不同覆蓋水平

按照植被覆蓋度將林盤劃分為高覆蓋(≥70%)、中等覆蓋(50%—70%)和低覆蓋(≤50%)3種類別。由圖6可見(jiàn),各類林盤調(diào)查的物種總數(shù)和單個(gè)林盤物種平均數(shù)量沒(méi)有明顯的變化特征,數(shù)量無(wú)顯著差異。這表明林盤植物種類與其覆蓋水平關(guān)系不大,即并非覆蓋度越高(或越低)物種類型越豐富。

圖6 不同覆蓋度林盤的物種差異Fig.6 The species number of different-coverage Linpans

3.3.4 不同房屋結(jié)構(gòu)

按照林盤內(nèi)土木結(jié)構(gòu)房屋數(shù)量占總數(shù)(土木+磚混結(jié)構(gòu))比例將林盤劃分為高比例(≥70%)、中等比例(50%—70%)和低比例(≤50%)3種類別。由圖7可見(jiàn),各類林盤調(diào)查的物種總數(shù)和單個(gè)林盤物種平均數(shù)量隨土木結(jié)構(gòu)房屋所占比例升高而增多,且中、高等比例和低比例物種數(shù)量具有顯著(P<0.05)差異性。

圖7 不同房屋形態(tài)林盤的物種差異Fig.7 The species number of different-housing structure Linpans

4 結(jié)論與討論

通過(guò)調(diào)查和分析,成都平原林盤的形態(tài)較規(guī)則,規(guī)模普遍不大(平均面積為6678.87 m2),植被覆蓋水平43.5%—76.9%,植物與農(nóng)宅呈圍合或嵌套關(guān)系,房屋密度適中。林盤內(nèi)維管束植物合計(jì)106科254屬310種,以被子植物(90科234屬289種)為主,喬木(81種)占有一定比重。這較已有的結(jié)果偏多[15-16],林盤物種多樣性明顯少于成都山區(qū)(208科1130屬3127種)[18]和建成區(qū)園林植物種類(約1000余種)[19],但高于其他平原地區(qū)[20]。林盤是特殊的景觀類型和文化符號(hào),也是農(nóng)戶賴以生存的生產(chǎn)-生活-生態(tài)空間,內(nèi)部植物具有重要的生態(tài)服務(wù)功能[4],如提供木柴、食物、動(dòng)物棲息地,固碳釋氧和調(diào)節(jié)氣候等。與普遍的農(nóng)戶庭院植物多樣性低,組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,物種相似度高[21-22]相比,林盤擁有外圍防護(hù)林帶,兼具人工管理和自然生長(zhǎng)屬性,植物種類較多,結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜?？傮w來(lái)看,林盤植物的種類并不算多,但發(fā)揮著十分重要的生態(tài)功能[23-24],人為活動(dòng)對(duì)林盤的干擾較大,植被保育應(yīng)該數(shù)量、結(jié)構(gòu)和功能提升綜合考慮。

林盤植物中本地種236種,占總數(shù)76.13%；國(guó)內(nèi)引進(jìn)種35種,占總數(shù)11.29%；世界引進(jìn)種39種,占總數(shù)的12.58%。林盤中鄉(xiāng)土種占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),可以在今后植物栽培中適當(dāng)考慮引進(jìn)部分外來(lái)種,增加多樣性和異質(zhì)性,但應(yīng)避免引進(jìn)物種過(guò)多帶來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)[25]。隨著城鎮(zhèn)化快速推進(jìn),人們對(duì)于林盤植被的功能和依賴程度發(fā)生改變,傳統(tǒng)用材林減少,觀賞性栽培種增多,植被相似性較高[26]。成都市境內(nèi)植物入侵現(xiàn)象尚不普遍(園林入侵植物僅為57種)[27],林盤中入侵種類少,但是調(diào)查發(fā)現(xiàn),林盤植被缺乏管理后,可能出現(xiàn)植物入侵或惡性雜草叢生,如落葵薯(Anrederacordifolia)、喜旱蓮子草(Alternantheraphiloxeroides)、紫茉莉(Mirabilisjalapa)、葎草(Humulusscandens)等,破壞景觀,導(dǎo)致林盤植被結(jié)構(gòu)和功能退化。林盤植物的區(qū)系分布類型以北溫帶成分(22.31%)和泛熱帶分布(16.12%)為主,且熱帶亞熱帶成分和溫帶成分比例較為接近,表現(xiàn)出植物區(qū)系明顯的過(guò)渡性特征。這與已有的研究結(jié)果[28]相似,四川省處于熱帶與溫帶植物區(qū)系交錯(cuò)滲透的地帶[18],過(guò)渡性和輻射性是植物區(qū)系最大特點(diǎn),林盤植物的區(qū)系分布亦符合該區(qū)域的地理位置和氣候特征。

林盤植物分布特征來(lái)看,遠(yuǎn)郊區(qū)林盤的植物種類最多,其次分別是近郊區(qū)、中郊區(qū)；物種多樣性與林盤的規(guī)模呈顯著正相關(guān)關(guān)系,但是與植被覆蓋水平無(wú)明顯關(guān)系；同時(shí),土木結(jié)構(gòu)房屋占比高,林盤植物種類較多,且中、高等比例和低比例差異顯著。已有的研究表明,大部分建成區(qū)[10]、鄉(xiāng)村聚落[12]的物種豐富度呈現(xiàn)出距中心城區(qū)距離變大而增加的趨勢(shì),但是城鎮(zhèn)化背景下,農(nóng)村居民對(duì)植物的需求層次發(fā)生改變,大多由食用(供給服務(wù))變?yōu)橛^賞(景觀服務(wù))類型,導(dǎo)致物種多樣性快速變化[14]。不同區(qū)位變化程度具有差異[29-30],近郊區(qū)的植物種類可能比周圍遠(yuǎn)郊農(nóng)區(qū)高,主要表現(xiàn)為觀賞植物的增加。林盤遠(yuǎn)郊區(qū)植物受人為活動(dòng)干擾少,植被保存較完整,種類最多；近郊區(qū)靠近建成區(qū),大量原生植被遭受破壞,但栽培了一些觀賞或經(jīng)濟(jì)類植物,種類略多于中郊區(qū)。這僅反映出物種多樣性的變化趨勢(shì),但生境類型及穩(wěn)定性近郊區(qū)可能較低[31]。林盤植物種類與規(guī)模的分布特征和庭園類似,即規(guī)模越大物種豐富度較高[32]。因此,林盤的景觀格局是植物種類和分布特征的差異性因素之一,即斑塊面積、形狀和連通性等將影響物種多樣性[33-34]。房屋結(jié)構(gòu)及比例能夠反映林盤被改造或破壞程度,大規(guī)模的房屋修(改)建將破壞植被的完整性,可能導(dǎo)致植物種類減少。

綜上所述,本研究通過(guò)實(shí)地調(diào)查和分析,基本識(shí)別了林盤的形態(tài)結(jié)構(gòu)和植物組成,揭示了植物的分布特征。受限于調(diào)查樣本數(shù)量及其選擇的隨機(jī)性,研究結(jié)果可能存在一定誤差,但總體趨勢(shì)基本可信。當(dāng)前林盤保護(hù)和改造備受重視,一方面我們應(yīng)該加強(qiáng)林盤植物的保護(hù)和管理,保障物種多樣性,重點(diǎn)提升生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能；同時(shí),可以加大開(kāi)發(fā)利用鄉(xiāng)土樹種力度,適當(dāng)引進(jìn)一些栽培植物,但是應(yīng)避免景觀同質(zhì)化和外來(lái)種入侵。

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