向杏信，王志泰,2，范春苗，鄧國平

(1.貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學(xué) 風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心，貴州 貴陽 550025)

當(dāng)前城市化進(jìn)程速度日益加快，土地利用資源開發(fā)強(qiáng)度越來越大，城市化進(jìn)程所帶來的問題引起眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注[1]，尤其在城市林業(yè)生物多樣性上表現(xiàn)十分明顯[2]。目前城市林業(yè)生物多樣性研究主要集中在植物多樣性[3]、植物群落物種多樣性[4-5]、城市綠地系統(tǒng)多樣性保護(hù)[6]等，并且有向體形小的生物發(fā)展的趨勢，如草本植物多樣性[7-8]、浮游植物多樣性研究[9]等，在城市林業(yè)生物多樣性影響因素方面主要開展了城市化[10]、綠地景觀格局[11]對(duì)生物多樣性的影響研究，而在山地城市中涉及生物多樣性的研究主要有生物多樣性保護(hù)規(guī)劃[12]、綠地系統(tǒng)構(gòu)建[13]、景觀格局[14]、城市森林物種多樣性[15]。雖然，關(guān)于城市林業(yè)生物多樣性方面的研究已非常廣泛，但是系統(tǒng)性探究城市林業(yè)植物群落物種多樣性差異性研究并不多見，尤其是針對(duì)特殊的喀斯特多山城市的相關(guān)研究鮮見報(bào)道?；诖?，本研究選取山地城市中生態(tài)環(huán)境脆弱的喀斯特山地城市為研究對(duì)象，以典型喀斯特山地城市安順市為例，采用生物多樣性理論及其研究方法對(duì)喀斯特多山城市綠地植物群落物種多樣性進(jìn)行初步研究，旨在揭示城市生物多樣性的分布規(guī)律及其差異特征，為生物多樣性保護(hù)規(guī)劃提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

安順市(25°21′～26°37′N，105°13′～106°33′E)，位于貴州省中西部，處于長江水系烏江流域和珠江水系北盤江流域的分水嶺地帶，是世界上典型的喀斯特地貌集中地區(qū)，喀斯特地貌占全域總面積84.9%。其平均氣溫在13.2～15.0 ℃，屬于“東部季風(fēng)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)”，四季分明，降水多集中于5—8月，年平均無霜期280 d，年平均相對(duì)濕度80%，少日照、低輻射。境內(nèi)大多為亞熱帶巖溶化高原山地，地表山嶺縱橫，孤立山體較多，山體分布散亂無序，且人為開墾的坡耕地較多，土地荒漠化情況嚴(yán)重。本研究選取范圍為安順市主城區(qū)規(guī)劃區(qū)(圖1)，面積為264.61 km2。

圖1 研究區(qū)的地理區(qū)位

1.2 數(shù)據(jù)與資料來源

以安順市2017年P(guān)leiades高分辨率衛(wèi)星影像圖(0.5 m空間分辨率)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，劃定1 000 m×1 000 m網(wǎng)格覆蓋整個(gè)研究區(qū)域，選定網(wǎng)格交界處為取樣點(diǎn)，在取樣點(diǎn)上設(shè)置植物群落調(diào)查樣地，通過實(shí)地調(diào)查研究區(qū)內(nèi)樣地植物群落及其物種多樣性來獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在Arc Map 10.2中利用Spatial Analyst Tools → Density → Kernel Density工具，對(duì)城市建設(shè)用地面積進(jìn)行核密度分析，間接揭示城市發(fā)展進(jìn)程。

1.3 研究方法

1.3.1 植物群落樣地設(shè)置、調(diào)查及植物群落物種多樣性指數(shù)測定

基于遙感影像，通過空間尺度分析，在整個(gè)研究區(qū)劃定1 000 m×1 000 m網(wǎng)格，網(wǎng)格交界處設(shè)取樣點(diǎn)，若取樣點(diǎn)落在建筑、道路等無植物的硬化設(shè)施以及農(nóng)田上，則去除該樣點(diǎn)，共獲得有效取樣點(diǎn)93處(圖1)。在樣點(diǎn)上設(shè)置40 m×40 m的樣地，樣地內(nèi)設(shè)置10 m×10 m喬木樣方4個(gè)，每個(gè)喬木樣方設(shè)5個(gè)4 m×4 m的灌木樣方、5個(gè)1m×1m的草本樣方[16]。

采用植物群落社會(huì)學(xué)調(diào)查方法[16]獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括調(diào)查記錄物種類型、多度、頻度、株高、冠幅、蓋度(郁閉度)等植被信息，利用手持GPS測量每個(gè)樣方的地理坐標(biāo)、海拔、坡向信息。物種多樣性測定采用物種豐富度(S)、Margalef指數(shù)(R)、Shannon-Wiener(H′)指數(shù)、Pielou(J)指數(shù)、Simpson(D)指數(shù)等[17]。計(jì)算公式為：

R=(S-1)/lnN

①

H'=-∑Pilg(Pi)

②

J=H′/lnS

③

D=1-∑Pi2

④

式中：N為總個(gè)體數(shù)量；S為總物種數(shù)量；lg為以10為底的對(duì)數(shù)；ln為以e為底的自然對(duì)數(shù)；Pi=ni/N，ni表示第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)量。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理

植物群落物種多樣性Margalef指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou指數(shù)及Simpson指數(shù)等數(shù)據(jù)在Excel軟件進(jìn)行整理與處理；植物群落物種多樣性之間的差異性分析在SPSS Statistics 20軟件中實(shí)現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 安順市整體的植物群落物種多樣性

表1結(jié)果表明，安順市中心城區(qū)規(guī)劃區(qū)內(nèi)植物群落物種多樣性4種指數(shù)相較于喀斯特其他地區(qū)[18]均偏低?？λ固厣降爻鞘兄参锷骋虻乇韼r石裸露較高，大多數(shù)植被生長受此影響嚴(yán)重，且安順市正處于快速的城市發(fā)展建設(shè)過程中，區(qū)域內(nèi)植被生態(tài)系統(tǒng)可能受此影響，導(dǎo)致植物群落物種多樣性指數(shù)較低；不同的調(diào)查研究區(qū)域內(nèi)多樣性指數(shù)差距較大，由于某些樣點(diǎn)所在生境被建筑或其他不透水用地所隔離，易造成生態(tài)孤島，且在樣點(diǎn)內(nèi)的植被大多受人為活動(dòng)干擾，故多樣性指數(shù)比其他未受干擾的樣點(diǎn)低，差異明顯。

表1 安順市植物群落物種多樣性指數(shù)

2.2 不同綠地類型的植物群落物種多樣性

由表2可知，規(guī)劃區(qū)內(nèi)不同綠地類型中植物群落物種多樣性存在有差異性，總體上區(qū)域綠地和公園綠地植物群落物種多樣性指數(shù)值相差不大，且高于附屬綠地、廣場綠地和防護(hù)綠地。這表明區(qū)域綠地受人為活動(dòng)影響較小，其植物群落物種多樣性指數(shù)較高；附屬綠地、廣場綠地、防護(hù)綠地受人工種植因素影響較大，且大多數(shù)種植模式較為單一，植物多樣性指數(shù)偏低；安順市公園大多為山體公園或依山而建的綜合性公園，人工種植綠化偏少，故其植物多樣性指數(shù)偏高。

表2 不同綠地類型植物群落物種多樣性指數(shù)

2.3 不同方位的植物群落物種多樣性

安順市不同方位之間植物群落物種多樣性指數(shù)存在顯著性差異(表3)，整體上東北、東南方向植物多樣性指數(shù)高于其他區(qū)域，中心城區(qū)與西南區(qū)域植物群落物種多樣性指數(shù)較低。究其原因，中心城區(qū)為政治、經(jīng)濟(jì)、文化的中心，許多植被所在生境人為干預(yù)強(qiáng)烈，而西南區(qū)域大多為連片的村莊與農(nóng)田，故而兩個(gè)區(qū)域的植物多樣性較低。

表3 不同方位植物群落物種多樣性指數(shù)

2.4 人工綠地與自然綠地的植物群落物種多樣性比較

由表4可以看出，人工綠地與自然綠地植物群落物種多樣性存在顯著差異，人工綠地中各指數(shù)均低于自然綠地。大多數(shù)人工綠地是建立在美化、防護(hù)和生產(chǎn)等功能之上的，對(duì)生物多樣性關(guān)注較少，且大多數(shù)人工綠地種植以喬灌居多，草本植物種類較少且物種單一，并對(duì)綠地中的野生雜草進(jìn)行清除等措施，這是人工綠地物種多樣性指數(shù)低于自然綠地的重要原因；在人工綠地與自然綠地的交錯(cuò)區(qū)域，其植物群落物種多樣性指數(shù)與人工綠地差異不明顯而低于自然綠地，說明人為活動(dòng)對(duì)區(qū)域內(nèi)植物群落的影響是較大的，群落的自然演替受人為干擾影響嚴(yán)重，物種多樣性指數(shù)相對(duì)較低。

表4 人工與自然植物群落物種多樣性指數(shù)

2.5 不同海拔的植物群落物種多樣性比較

在不同海拔梯度上植物群落物種多樣性指數(shù)也存在顯著性差異(表5)，海拔1 400 m以上區(qū)域物種多樣性各指數(shù)高于海拔1 400 m以下的區(qū)域。溫度和濕度一般伴隨著海拔變化而改變，因而在一定程度上植物群落結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之改變，物種多樣性之間存在明顯差異；規(guī)劃區(qū)平均海拔1 102～1 694 m，在海拔較低區(qū)域存在有大量農(nóng)用地和自然山體生境的交界區(qū)域，生境周邊人為活動(dòng)頻繁，自然植被易受破壞，故植物群落物種多樣性較低。

表5 不同海拔植物群落物種多樣性指數(shù)

2.6 城市發(fā)展對(duì)植物群落物種多樣性的影響

因Shannon-Wiener指數(shù)既能反映樣地內(nèi)物種數(shù)量多少，又能表示物種分布的均勻程度[16]，因此選擇Shannon-Wiener指數(shù)與代表城市發(fā)展的建筑核密度作對(duì)比分析，結(jié)果如圖2所示。在整體尺度上，建筑核密度較高區(qū)域，植物群落物種多樣性指數(shù)較低。城市的發(fā)展伴隨著建筑的興建與發(fā)展，從而形成人為活動(dòng)的聚集，由此會(huì)對(duì)周邊植物生境造成一定的影響而導(dǎo)致其多樣性指數(shù)降低；在建筑核密度較高的中心城區(qū)內(nèi)部也存在植物群落物種多樣性較高的區(qū)域，經(jīng)調(diào)查這些區(qū)域大多為自然山體和山體公園，為提高人居環(huán)境質(zhì)量而建設(shè)，對(duì)區(qū)域內(nèi)山體和山體公園生境內(nèi)植被加以保護(hù)，從而使得植物群落物種多樣性指數(shù)較其他建筑核密度高的區(qū)域所受影響較小。

圖2 植物群落物種多樣性和建筑核密度對(duì)比

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 喀斯特山地城市植物群落物種多樣性差異性特征

研究結(jié)果表明，喀斯特山地城市林業(yè)生物多樣性受地形地貌特征影響嚴(yán)重，安順市整體植物群落物種多樣性偏低，且在不同區(qū)域差異明顯。安順正處于高速發(fā)展的階段，在城市擴(kuò)張過程中，隨著各種人為的干擾，導(dǎo)致植物群落物種多樣性在不同的空間表現(xiàn)出明顯差異性。整體而言，城市周邊區(qū)域植物群落物種多樣性遠(yuǎn)高于中心城區(qū)，中心城區(qū)由于人口聚集、活動(dòng)密集且強(qiáng)度較高，使該區(qū)域內(nèi)物種數(shù)量較少，種類越來越簡單，物種組成、分布愈發(fā)不均勻[19-20]，植物群落物種多樣性也較低。比較不同組分下植物群落物種多樣性差異可知，不同組分中多樣性差異明顯，因植物多樣性的影響因素較多，要在多影響因素下維持城市內(nèi)較好的生態(tài)環(huán)境，需要解析其主導(dǎo)因素并協(xié)調(diào)好多方面因素。上述結(jié)果可知，地形地貌等自然條件和人類干擾活動(dòng)是城市植物群落物種多樣性的主要影響因素，在喀斯特這一特殊地貌環(huán)境背景下，人為活動(dòng)能對(duì)植物群落物種多樣性造成巨大的影響，如何合理的規(guī)劃建設(shè)引導(dǎo)城市的可持續(xù)健康發(fā)展，減少城市內(nèi)人為活動(dòng)對(duì)自然生境的破壞是亟需解決的一個(gè)問題。

3.1.2 喀斯特山地城市植物群落物種多樣性規(guī)劃的探討

本文通過探討城市植物群落物種多樣性特征及其影響因素，旨在為喀斯特山地城市植物群落物種多樣性規(guī)劃提供一定的參考?？茖W(xué)合理的城市植物群落物種多樣性保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃，有利于城市林業(yè)生物多樣性保護(hù)，能更好的保護(hù)城市的生態(tài)環(huán)境。喀斯特脆弱生態(tài)系統(tǒng)退化的一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)力是強(qiáng)烈的人為活動(dòng)干擾[21]，由本研究的差異性分析結(jié)果可知，植物群落物種多樣性與城市的發(fā)展有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此在喀斯特山地城市生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)如何協(xié)調(diào)好兩者之間的關(guān)系顯得尤為重要。植物群落物種多樣性保護(hù)規(guī)劃在對(duì)物種保護(hù)、緩沖區(qū)構(gòu)建及生態(tài)廊道建立等過程中，對(duì)城市內(nèi)部聯(lián)系以及自身的發(fā)展會(huì)有一定的影響，規(guī)劃過程中應(yīng)采取相應(yīng)措施以加強(qiáng)各用地之間的聯(lián)系程度，如構(gòu)建生態(tài)型綠道、公共綠地[22]、濕地保護(hù)[23]等。由研究結(jié)果可知：中心城區(qū)內(nèi)部也出現(xiàn)有植物群落物種多樣性較高的區(qū)域，大多為鑲嵌于建成區(qū)的自然山體和山體公園中，這是因?yàn)樵诎岔樈ㄔO(shè)國家園林城市中，對(duì)城市內(nèi)部的自然山體及山體公園規(guī)劃保護(hù)措施得當(dāng)，自然山體與山體公園生境受干擾程度較低。由此可見，在山地城市中，城市空間發(fā)展適應(yīng)于自然山水條件的引導(dǎo)和制約[24]，深入分析遺存于城市建成區(qū)內(nèi)自然山體植物群落物種多樣性較高的機(jī)理，在城市擴(kuò)張過程中合理控制人為活動(dòng)對(duì)自然山體的干擾，并對(duì)山體周圍劃定保護(hù)范圍，盡可能地保護(hù)城市內(nèi)的生態(tài)環(huán)境。

3.2 結(jié)論

安順市植物群落物種多樣性指數(shù)偏低，且在不同區(qū)域內(nèi)多樣性指數(shù)差異較大。不同綠地類型、不同方位等條件下植物群落物種多樣性差異性明顯，植物物種多樣性指數(shù)由高到低為的順序?yàn)椋簠^(qū)域綠地、公園綠地、附屬綠地、防護(hù)綠地、廣場綠地；空間分布上城市化較為發(fā)達(dá)的中心區(qū)和西南方位上植物物種多樣性較低，東北方位最高；自然綠地的植物群落物種多樣性高于人工綠地和半人工、半自然綠地；海拔1 400 m以上區(qū)域植物物種多樣性高于海拔1 400 m以下區(qū)域。規(guī)劃區(qū)內(nèi)建筑核密度較高區(qū)域植物群落物種多樣性指數(shù)一般較低。在城市擴(kuò)張過程中盡量減少人為活動(dòng)對(duì)山體的干擾，通過采取相應(yīng)措施來調(diào)節(jié)人類活動(dòng)與自然環(huán)境之間的關(guān)系，如合理構(gòu)建生態(tài)廊道等，加強(qiáng)不同用地類型間的內(nèi)在聯(lián)系，使城市綠地成為一個(gè)有機(jī)的生態(tài)系統(tǒng)以有利于維持和發(fā)展城市生物多樣性。