長春市鄉(xiāng)土園林地被植物物種組成與多樣性分析

楊義波，陳 銳

（1. 長春大學(xué)園林學(xué)院，吉林 長春 130022；2. 長春市園林規(guī)劃研究院，吉林 長春 130062）

鄉(xiāng)土園林地被植物是指本地植物區(qū)系內(nèi)能很好覆蓋綠地表面，具有較強的生態(tài)適應(yīng)能力和一定觀賞價值，高度在100 cm 以內(nèi)的低矮植物，主要包括草本、小灌木和藤本[1-2]。鄉(xiāng)土園林地被植物具有生態(tài)適應(yīng)性強、養(yǎng)護管理容易和品種豐富等特點，廣泛應(yīng)用必將產(chǎn)生良好的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。目前，東北地區(qū)園林地被植物品種單一，外來種所占比例較大，造成養(yǎng)護管理困難、景觀地方特色不鮮明和可持續(xù)性差等問題[3-5]，每年因地被植物品種選擇不當造成的經(jīng)濟損失很大，而且我國正在開展的海綿城市建設(shè)和生態(tài)園林城市建設(shè)也急需大量鄉(xiāng)土園林地被植物，所以開展鄉(xiāng)土園林地被植物研究和推廣應(yīng)用意義重大。目前國內(nèi)對鄉(xiāng)土園林地被植物的研究主要集中在鄉(xiāng)土地被植物資源調(diào)查[6-8]、鄉(xiāng)土地被植物篩選與應(yīng)用[9-11]和鄉(xiāng)土地被植物生理生態(tài)特性測定幾個方面[12-14]，對城市鄉(xiāng)土園林地被植物多樣性分析與排序未見報道。

長春市地處松遼平原腹地，有規(guī)劃進行城市綠地建設(shè)始于20 世紀30 年代，現(xiàn)在還保留大量當時的園林植物群落，這些園林植物群落經(jīng)過長期發(fā)育，孕育了豐富的鄉(xiāng)土地被植物資源，充分研究和利用好這些鄉(xiāng)土地被植物具有重要意義。本研究在對長春市鄉(xiāng)土園林地被植物物種組成及其生長環(huán)境進行充分調(diào)查的基礎(chǔ)上，對長春市不同類型綠地、不同類型園林植物群落的鄉(xiāng)土地被植物多樣性，以及鄉(xiāng)土地被植物分布和環(huán)境因子的關(guān)系進行分析，以期為鄉(xiāng)土地園林被植物應(yīng)用和生態(tài)園林建設(shè)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

長春位于43°05′ ? 45°15′ N、124°18′ ? 127°05′ E，屬于溫帶大陸半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫4.8 ℃，年降水量在522～615 mm，年日照總時數(shù)2 688 h。長春市地勢平坦，海拔在250～350 m，主要土壤為黑土、草甸土和黑鈣土。長春市是全國園林綠化先進城市，綠地率為36.5%，綠化覆蓋率為41.5%，人均公園面積為11.6 m2，綠地總面積達180 km2。

1.2 樣地設(shè)置

2018 年5 月 ? 6 月對長春市園林地被植物分布情況進行全市范圍踏查，根據(jù)踏查結(jié)果，把調(diào)查綠地分為公園綠地、廣場綠地、道路綠地、學(xué)校綠地、工廠綠地和附屬綠地六大類，每類綠地再根據(jù)樹種組成，分為單純針葉樹群落、針葉樹混交群落、單純闊葉樹群落、闊葉樹混交群落和針闊葉樹混交群落。調(diào)查樣方設(shè)置遵循以下原則：覆蓋所有綠地類型和園林植物群落類型；人為干擾強度低，鄉(xiāng)土地被植物豐富；園林植物群落發(fā)育良好，營造時間在50 年以上。結(jié)合樹種調(diào)查，在選取的園林植物群落內(nèi)設(shè)20 m × 20 m 樣地，每塊樣地內(nèi)按對角線設(shè)4 個4 m × 4 m 樣方進行地被植物調(diào)查，調(diào)查項目有種類、高度、密度、蓋度、群落郁閉度[15-16]。蓋度測定采用目測法，郁閉度采用樹冠投影法測定，地被植物物種鑒別依據(jù)《中國長白山植物資源志》[17]和《吉林省植物志》[18]。同時選擇有代表性樣地采集土壤，進行土壤理化性質(zhì)測定。本研究在34 個調(diào)查區(qū)設(shè)立了595 塊樣地2 380 塊樣方，具體如表1 所列。

1.3 數(shù)據(jù)分析

調(diào)查數(shù)據(jù)以樣地為基本統(tǒng)計單位，然后按綠地類型、園林植物群落類型分別計算群落結(jié)構(gòu)特征指標和多樣性指數(shù)，具體方法如下：

式中：S 為樣方內(nèi)物種數(shù)，Pi為i 種地被植物相對重要值，Pi= Vi/V，V 為群落內(nèi)所有地被植物重要值，Vi為群落內(nèi)i 種地被植物重要值[17-18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、重要值和多樣性指數(shù)計算，利用SPSS 21.0 進行多樣性指數(shù)統(tǒng)計分析，用CANOCO 5.0 進行多樣性指數(shù)和環(huán)境因子RDA 排序分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 長春市鄉(xiāng)土園林地被植物物種組成

調(diào)查結(jié)果表明(表2)，長春市各類綠地共有鄉(xiāng)土園林地被植物40 科83 屬95 種。一年生草本31 種，占30.10%；多年生草本61 種，占59.22%；灌木8 種，占7.76%；藤本植物3 種，占2.91%。重要值排在前10 位的科分別為百合科(Liliaceae)、菊科(Cmpositae)、堇菜科(Violaceae)、禾本科(Gram ineae)、唇形科(Labiatae)、 莧 科 (Amaranthaceae)、 鴨 跖 草 科(Commelinaceae)、 罌 粟 科(Papaveraceae)、 石 竹 科(Caryophyllaceae)和酢漿草科(Oxalidaceae)，其重要值分別為31.93%、9.12%、7.36%、6.03%、4.15%、4.04%、3.22%、2.83%、2.74%和2.67%；紫萼玉簪(H. plantaginea)的重要值達24.66%，在各類綠地中占絕對優(yōu)勢。各類綠地優(yōu)勢種還有：公園綠地為紫花地丁(V.philippica)、萱草(H. fulva)、白屈菜(C. majus)、車前(P. asiatica)、 鴨 跖 草(C. communis)、 連 錢 草(G.longituba)、伏地委陵菜(P. supina)、抱莖苦荬菜(I.sonchifolium)、早開堇菜(V. prionantha)、披堿草(E.dahuricus)；廣場綠地為萱草；道路綠地為萱草、馬藺(I. lactea var. chinensis)； 工 廠 綠 地 為 狗 尾 草(S.viridis)、莧菜(A. tricolor)、抱莖苦荬菜、紫花地??；學(xué)校綠地為萱草、紫花地丁、莧菜、八寶景天(H.erythrostictum)、 刺 兒 菜(C. setosum)、 蒲 公 英(T.mongolicum)；庭院綠地為紫花地丁、萱草、鐵莧菜(A. australis)、繁縷(S. media)、莧菜、獨行菜(L.apetalum)。單種科有24 個，占總科數(shù)的60.0%，這說明長春市綠地環(huán)境具有較高的異質(zhì)性。

表 1 調(diào)查地點和樣方概況Table 1 General situation of the survey location and quadrats

表 2 長春市鄉(xiāng)土園林地被植物種組成和重要值Table 2 Species composition and their importance values among native landscape cover plants in Changchun

續(xù)表 2(1)

續(xù)表 2(2)

2.2 長春市不同類型綠地鄉(xiāng)土園林地被植物多樣性

長春市不同類型綠地鄉(xiāng)土園林地被植物多樣性分析(圖1)結(jié)果表明：Margalef 指數(shù)排序為公園綠地(2.67) ＞ 學(xué)校綠地(2.33) ＞ 附屬綠地(2.26) ＞ 工廠綠地(2.09) ＞ 廣場綠地(1.55) ＞ 道路綠地(1.49)；Shannon-W iener 指數(shù)排序為公園綠地(1.26) ＞ 學(xué)校綠地(1.23) ＞ 附屬綠地(1.12) ＞ 工廠綠地(0.89) ＞ 道路綠地(0.69) ＞ 廣場綠地(0.67)；Simpson 指數(shù)排序為學(xué)校綠地(0.65) ＞ 公園綠地(0.61) ＞ 附屬綠地(0.59) ＞ 工廠綠地(0.50) ＞ 廣場綠地(0.42) ＞ 道路綠地(0.34)。公園綠地和學(xué)校綠地具有較大空間尺度，受外界因素干擾較小，所以多樣性指數(shù)高，道路綠地和廣場綠地則相反[19-20]。Pielou 均勻度指數(shù)排序為道路綠地(0.94) ＞ 附屬綠地(0.84) ＞ 學(xué)校綠地(0.84) ＞ 廣場綠地(0.83) ＞ 公園綠地(0.75) ＞ 工廠綠地(0.72)。工廠各部分綠地受工廠經(jīng)營、生產(chǎn)活動影響大，異質(zhì)性高，故均勻度低。

2.3 長春市不同類型園林植物群落鄉(xiāng)土園林地被植物多樣性

長春市不同類型園林群落鄉(xiāng)土地被植物多樣性研究結(jié)果如圖2 所示，Margalef 指數(shù)排序為針闊葉樹混交群落(2.78) ＞ 闊葉樹混交群落(2.15) ＞ 單純闊葉樹群落(1.82) ＞ 單純針葉樹群落(1.77) ＞ 針葉樹混交群落(1.56)；Shannon-W iener 指數(shù)排序為針闊葉樹混交群落(1.43) ＞ 闊葉樹混交群落(1.02) ＞ 單純針葉樹群落(0.84) ＞ 單純闊葉樹群落(0.74) ＞ 針葉樹混交群落(0.71)；Simpson 指數(shù)排序為針闊葉樹混交群落(0.70) ＞ 闊葉樹混交群落(0.57) ＞ 單純針葉樹群落(0.52) ＞ 針葉樹混交群落(0.48) ＞ 單純闊葉樹群落(0.45)。針闊葉樹混交群落生態(tài)位豐富，可為多種地被植物生長發(fā)育創(chuàng)造適宜營養(yǎng)空間[21]，因此多樣性指數(shù)最高。Pielou 均勻度指數(shù)排序為針葉樹混交群落(0.87) ＞ 單純針葉樹群落(0.85) ＞ 闊葉樹混交群落(0.84) ＞ 針闊葉樹混交群落(0.83) ＞ 單純闊葉樹群落(0.74)，東北地區(qū)針葉樹少，針葉樹群落環(huán)境單一，所以均勻度高，而闊葉樹種類豐富，不同樹種對環(huán)境影響差異大[22]，故均勻度低。

圖 1 長春市不同類型綠地鄉(xiāng)土園林地被植物多樣性Figure 1 Diversity of native landscape cover plants in different types of green spaces in Changchun City

圖 2 長春市不同類型園林植物群落鄉(xiāng)土園林地被植物多樣性Figure 2 Diversities of native landscape cover p lants in different types of communities in Changchun City

2.4 長春市鄉(xiāng)土園林地被植物多樣性排序

地被植物分布的空間異質(zhì)性是環(huán)境因子綜合作用的結(jié)果，本研究利用RDA 分析方法來探討地被植物分布和環(huán)境因子的關(guān)系。響應(yīng)變量設(shè)定為Margalef 指 數(shù)、Shannon-W iener 指 數(shù)、Simpson 指 數(shù)和Pielou 指數(shù)，解釋變量為群落郁閉度(CD)、土壤容重(BD)、田間持水量(WC)、自然含水量(WN)、全氮(TN)、全磷(TP)、全鉀(TK)、pH、導(dǎo)電率(E)、有機質(zhì)(SOM)、堿解氮(AN)、速效磷(AP)和速效鉀(AK)。在RDA 排序圖中，環(huán)境因子用箭頭表示，箭頭所處的象限表示排序軸與環(huán)境因子之間的正負相關(guān)性，箭頭連線的長度越長，說明相關(guān)性越大。箭頭連線和排序軸的夾角也代表環(huán)境因子與排序軸的相關(guān)性大小，夾角越小，相關(guān)性就越高，如果夾角大于90°，則這兩者的相關(guān)關(guān)系為負相關(guān)[23]。從表3和圖3 可以看出：第1 排序軸(Axis 1)解釋了變量的42.22%，與環(huán)境的相關(guān)性為0.830，累計方差變異率為42.22%，累計物種–環(huán)境擬合變率為88.80%；第2 排序軸(Axis 2)解釋了變量的3.76%，與環(huán)境的相關(guān)性為0.359，累計方差變異率為45.98%，累計物種–環(huán)境擬合變率為96.70%。Shannon-W iener 指數(shù)(H′)、Simpson 指數(shù)(D)和Margalef 指數(shù)(SR)與土壤全氮(AN)和有機質(zhì)含量(SOM)呈顯著正相關(guān)(P ＜ 0.05)；與群落郁閉度(CD)和土壤pH 呈顯著負相關(guān)(P ＜0.05)。郁閉度對地被植物多樣性的解釋量最大，可達到35.7%，其次是全氮、pH 和有機質(zhì)，分別可解釋總變量的3.9%、3.4%和2.8%。

圖 3 長春市鄉(xiāng)土園林地被植物多樣性排序Figure 3 The ordination of diversity of native landscape cover p lants in Changchun City

3 討論

相比深圳市城區(qū)有鄉(xiāng)土地被植物120 種[2]，寧波市建成區(qū)有鄉(xiāng)土地被植物97 種[24]，齊齊哈爾主城區(qū)綠地有地被植物67 種[25]，長春市鄉(xiāng)土園林地被植物物種比較豐富。由于地理環(huán)境不同，在優(yōu)勢科組成上差異較大，長春市綠地鄉(xiāng)土地被植物以百合科占絕對優(yōu)勢，深圳市禾本科和菊科占優(yōu)勢，波市寧禾本科、鱗毛蕨科(Dryopteridaceae)和天南星科(Araceae)占優(yōu)勢，齊齊哈爾主城區(qū)綠地優(yōu)勢科為菊科、薔薇科和百合科。長春市鄉(xiāng)土灌木地被植物只有山楂葉懸鉤子、金露梅、刺五加、興安杜鵑和小葉女貞，鄉(xiāng)土藤本植物僅有南蛇藤、地錦和山葡萄，這些資源遠遠不能滿足生態(tài)型園林植物群落構(gòu)建需求，長白山有豐富的灌木和藤本植物資源，今后應(yīng)該加強引種馴化。李曉鵬等[3]對北京城市公園自生植物組成研究時也發(fā)現(xiàn)，林緣和路邊自生植物具有較高多樣性；錢瑭璜等[26]調(diào)查深圳市公園地被植物也發(fā)現(xiàn)，隱蔽條件下地被植物種類少，生長差。本研究RDA 分析結(jié)果表明，郁閉度是影響長春市園林地被植物多樣性的主要因子，這與上述研究結(jié)果一致。Werner 等[27]對泛濫平原生境中草地植被對環(huán)境變化響應(yīng)的研究表明，物種的組成和豐富度與土壤中磷酸鹽的含量及土地肥力有關(guān)；李艷艷[28]對上海市郊區(qū)不同土地利用類型草本植物多樣性研究表明，土壤堅實度和土壤鹽分是春季和秋季影響草本群落多樣性的主要環(huán)境因子。本研究表明，鄉(xiāng)土地被植物多樣性指數(shù)與物種豐富度與SOM 顯著正相關(guān)(P ＜ 0.05)，與土壤容重和pH 顯著負相關(guān)(P ＜0.05)，這與已有研究結(jié)果基本相同。道路綠地尺度小，環(huán)境較均勻，所以均勻度高，但其受外界干擾大，環(huán)境質(zhì)量差，故物種豐富度與多樣性低，而公園綠地與之正好相反，這與莊華蓉[15]對重慶市綠地分析結(jié)果基本一致。

表 3 長春市鄉(xiāng)土園林地被植物多樣性與環(huán)境因子RDA 分析Table 3 RDA analysis of the diversity of native landscape cover plants w ith environmental facts

耐陰地被植物和針葉樹種群落地被植物選擇一直是東北城市園林植物配置的難點問題，近30 年來，東北地區(qū)城市林下主要以冷季型草坪和紫萼玉簪進行地面覆蓋，隨著群落郁閉度的增加，因光照不足，草坪就會生長不良，甚至大量死亡，不但造成的經(jīng)濟損失很大，而且造成地表裸露。本次調(diào)查統(tǒng)計，紫萼玉簪的使用頻率在長春市綠地已達28.44%。Galvin[29]指出，某一個物種使用頻率超過10%，將會帶來災(zāi)難性損失和病蟲害暴發(fā)，所以大量使用紫萼玉簪不但景觀單一，而且隱患很大。本研究結(jié)果表明，針葉樹群落和郁閉度較大(＞ 0.7)的園林樹木群落下，除紫萼玉簪之外，還有一些鄉(xiāng)土地被植物可以正常生長發(fā)育，并可形成良好的地域性景觀。如在郁閉度較大的針葉樹種群落下，可以用興安杜鵑、紫花地丁、二月蘭和白屈菜等進行片狀混合配置，這樣就可以形成花色艷麗、層次豐富、特色鮮明的春季景觀；秋季地錦和南蛇藤不僅可以觀賞艷麗的果實，兩者斑斕的葉色變化也可以形成層林盡染的美景。具體使用建議如表4 所列。

4 結(jié)論

長春市綠地共有鄉(xiāng)土園林地被植物40 科83 屬95 種，紫萼玉簪、萱草、紫花地丁、連錢草、鴨跖草、白屈菜、醡漿草、車前、鐵莧菜和披堿草為優(yōu)勢種，這10 種的重要值占54.63%。鄉(xiāng)土園林地被植物的分布在不同類型綠地和不同類型園林植物群落之間具有明顯變化，公園綠地和針闊葉樹種混交群落物種豐富，多樣性指數(shù)高，道路綠地和針葉樹種混交群落物種均勻度較高。鄉(xiāng)土園林地被植物Margalef指數(shù)、Shannon-W iener 指數(shù)和Simpson 指數(shù)與土壤全氮和有機質(zhì)含量顯著正相關(guān)(P ＜ 0.05)，與群落郁閉度和土壤pH 顯著負相關(guān)(P ＜ 0.05)。

表 4 長春市鄉(xiāng)土園林地被植物應(yīng)用Table 4 App lication of the native landscape cover plants in Changchun