鄭州市高校校園木本植物群落調查及物種多樣性分析

張龍沖，郭二輝，李永生，郭 坤，王建圓，楊曉峰，畢會濤

(河南農業大學 林學院，河南 鄭州 450002)

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鄭州市高校校園木本植物群落調查及物種多樣性分析

張龍沖，郭二輝，李永生，郭 坤，王建圓，楊曉峰，畢會濤*

(河南農業大學 林學院，河南 鄭州 450002)

摘要：對鄭州市10所代表性高校校園進行了木本植物群落全面調查和定量化分析，結果顯示，各高校共有木本植物191種，分別隸屬60科、115屬，單個校園物種較為豐富，物種多樣性指數較高，Shannon-Wiener指數在2.307～3.702之間，Simpson指數在0.844～0.956之間，Pielou指數在0.660～0.830之間。但從整體分析來看，校園間木本群落相似性較高，S?rensen相似性系數在0.5以上的占總數的比例高達46.7%，優勢種較為傳統單調，重點保護植物較少，僅有7種。最后對鄭州市高校校園木本植物群落構建提出了針對性建議，包括進一步豐富物種多樣性，避免集中過多應用幾種常用綠化樹種；增強木本植物群落除綠化功能之外的其他功能，在林木建植上體現高校特色；多引種珍稀瀕危和重點保護植物，增強校園木本植物在教學、科研和基因庫方面的作用。

關鍵詞：木本植物群落；鄭州；高校校園；物種多樣性指數

高校校園是城市綠地生態系統的重要組成部分，是城市物種多樣性的重要資源庫。高校植物群落的建設水平不僅影響著師生工作、學習和生活的質量，而且作為校園文化的具體體現，直接影響著校園環境的風格和特色。木本植物因形體高大、形態多樣、觀賞期長、遮蔭效果好、養護成本低而成為校園植被最重要的組成部分。高校校園木本植物群落絕大部分屬于人工森林群落，人為干擾大，較為脆弱。因此，有必要對高校校園森林群落的樹種組成、結構特征以及物種多樣性等進行研究。目前，關于城市其他公共綠地木本植物群落的相關研究較多[1-5]，也有一些就某一高校[6-10]以及北京市高校森林群落特征方面的研究[11-13]。針對鄭州市而言，有一些關于公園綠地植物群落的研究[14-16]，而對于全市多數高校校園木本植物群落方面的研究尚處于起步階段。

本文選取鄭州市9所典型高校為研究對象，對其校園木本植物群落進行了全面調查，掌握了鄭州市高校校園森林群落特征的基礎數據，并分析其群落結構特征和物種多樣性，同時對校園受保護木本植物物種進行了統計，旨在為當地高校綠化建設、植物多樣性保護及其森林系統規劃提供科學依據。

1鄭州市自然地理概況

鄭州市位于河南省中部偏北，北臨黃河，西依嵩山，東南為廣闊的黃淮平原。全區介于東經112°42′～114°13′和北緯34°16′～34°58′之間。鄭州市氣候屬北溫帶大陸性季風氣候，冷暖適中、四季分明。隨著四季的明顯交替，依次呈現春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季晴朗日照長，冬季寒冷少雨的基本氣候特征。鄭州年平均氣溫14.4 ℃，1月平均氣溫0.4 ℃，最低溫度可以達到-10 ℃；7月最熱，平均氣溫27.4 ℃，最高氣溫能達到38 ℃。年均降水量約640.9 mm，夏天降水量約占全年的55%。鄭州地區的土壤類型多樣化，有明顯的區域性、分異性特征，適合大多數木本植物生存。

2研究方法與數據分析

2.1群落調查方法

在鄭州市選取不同高校類型的典型代表，共計6大類9所高校10個校區(表1)，進行校園木本植物群落資源調查和物種多樣性研究。目前，對植物群落多樣性的研究主要集中在自然群落中，普遍采用法瑞學派的Braun-Blanquet最小樣地取樣法，由于城市公共綠地是人工群落，由大小不等、形狀各異的景觀單元構成，形成具有多功能性的景觀格局，因此套用上述經典的最小取樣法，得出的數據結果往往分析意義不大，采用大面積取樣會更科學[17]。筆者對各個校區進行了整校園實地調查，記錄其每個樹種的物種名，統計其數量并逐一進行拍照，對于不認識的樹種向后勤綠化處咨詢或查閱工具書[18-21]進行物種鑒定，本次調查的對象為胸徑在3 cm以上，冠幅在50 cm以上，樹高1.5 m以上的植株?？紤]到工作量和調查人員較多，對各校園林木蓋度的統計偏差較大，故沒有采用這一指標。

表1　鄭州市9所高校植物群落的基本情況

注：本次調查沒有涉及剛建立不久或正在新建的校區。

2.2數據分析

2.2.1各高校木本群落物種多樣性分析方法α多樣性是反映群落內部物種數量變化以及物種相對多度的最常用方法。本測度方法采用α多樣性的2類指標從整個校園層面分析各校區的物種多樣性變化：(1)物種豐富度，以種的數目和全部種的個體數來描述物種多樣性；(2)物種多樣性指數，綜合考慮了群落內物種在多度和均勻度上的變化，在生態學上，常采用Simpson指數、Shannon-Wiener指數和均勻度Pielou指數，計算公式為[5,16]:

上述公式中，S為群落內物種數；N為群落內所有物種個體總數；Pi為第i個物種的個體數占所有物種個體總數之比。

2.2.2各高校木本植物群落相似性分析群落間相似性分析是一切數量分類的基礎。群落間相似性系數是不同植物群落結構特征相似程度的直接反映，本文選用在植物數量生態分類中使用相對較多的S?rensen相似性系數計算法[22]求算各高校間木本植物群落相似性系數，其計算公式為：

rmn=2c/a+b

式中：c為共同出現于高校m與高校n的木本植物物種數；a為出現于高校木本植物群落m的所有物種數；b為出現于高校木本植物群落n的所有物種數。

2.2.3鄭州市高校主要優勢種重要值計算通過對鄭州市9所高校10校區木本植物群落的調查，結合樹種出現頻率和數量，統計出鄭州市高校10大優勢木本植物，筆者將10個校區作為10個大樣地，并視為一個整體木本植物群落，以此為依據計算該優勢樹種的相對頻度和相對多度，最后算出這10大優勢樹種的重要值，公式如下[23]：

重要值：IV=(RD%+RF%)/2

式中RD代表相對多度，RF代表相對頻度。

3結果與分析

3.1各高校校園木本植物種類組成

通過對各高校校園木本植物種類的調查與鑒定，可以確定9所高校10個校區內共有木本植物60科、115屬、191種(包括亞種和變種)，其中裸子植物6科、10屬、19種(鄭萬鈞系統，1978年)；被子植物54科、105屬、172種(哈欽松系統，1976年)；雙子葉植物51科、102屬、169種；單子葉植物3科、3屬、3種。其中常綠木本植物49種、落葉木本植物142種。在鄭州市一些高校校園內，常綠木本植物偏少，造成了冬季校園景觀效果不是很理想。

在科的統計上，根據每種科所含植物的種數，將其劃分為多種科(≥10種科)、寡種科(2～9種科)、單種科(1種科)3種級別。其中多種科所含種類65種，占所有種的34.0%，而科數只有4科，占所有科的6.7%；寡種科含木本植物93種，所含種數最多，占所有種的48.7%，所占科數23科，占所有科的38.3%；單種科含種數33種，占所有種的17.3%，所占科數33科，占所有科的55.0%。這說明鄭州市高校校園木本植物在科的統計上以單種科數最多，寡種科所含種數最多，是校園木本植物的主要組成。而對于所占科數最少的多種科，雖占總科數的比例較低，但所含種數較多，其中薔薇科(Rosaceae)所占種數最多，有31種，其次是木犀科(Oleaceae)，有14種，柏科(Leguminosae)和豆科(Leguminosae)各有10種，這與王鵬飛等[14]對鄭州市公園綠地木本植物這方面的調查結果相似。

在屬的統計上，根據各屬所含植物的種數，將其劃分為多種屬(≥5種屬)、寡種屬(2～4種屬)、單種屬(1種屬)3種級別。其中單種屬有75屬，含植物75種，所占比例分別占所有屬的65.22%，占所有種的39.27%；寡種屬有35屬，占所有屬的30.43%，含植物87種，占所有種的45.55%；多種屬所含屬數和種數都最少，有屬數5屬，占所有屬的4.35%，種數29種，占所有種比例15.18%。多種屬包含薔薇科李屬(PrunusL.)8種，楊柳科柳屬(Salix)6種，薔薇科蘋果屬(MalusMill.)5種，柏科圓柏屬(SabinaMill.)5種和槭樹科槭屬(AcerL.)5種。由此可見，鄭州市高校校園木本植物區系在屬的多樣性上較為豐富，以單種屬和寡種屬為主，所含種數最多，大屬較少。

3.2高校校園木本植物物種多樣性研究

城市森林植物多樣性(包括植物豐富度、多樣性、均勻度等)水平能反映城市森林群落結構和功能復雜性以及組織化水平，能比較系統和清晰地表現各群落的一個生態學特征，是衡量城市森林群落穩定性和健康性的一個重要指標。物種多樣性指數包括物種豐富度和α多樣性，諸如Shannon-Wiener指數、Simpson指數、Pielou指數等，9所高校10個校區的木本植物群落在物種多樣性指數上存在一定的差異(表2)。

從表2可以看出，在木本植物個體總株數方面，各校區差異較大，其總個體數在501～49535之間，可能與各校區的面積有關，處于前5位的校區依次為：鄭州大學新校區、鄭州師范學院、河南財經政法大學、鄭州大學老校區、河南農業大學；在各校區木本植物物種數比較中，各校區差距也較大，在29～123種之間，樹種較多的校區依次為：鄭州大學新校區、河南農業大學、鄭州航空工業管理學院、鄭州師范學院、鄭州輕工業學院。采用Shannon-Wiener指數來衡量各校區樹種多樣性，其數值在2.307～3.702之間，處于前5位的校區依次為：鄭州大學新校區、河南農業大學、鄭州航空工業管理學院、鄭州輕工業學院、鄭州師范學院。在各校區Simpson指數衡量中，其數值在0.844～0.956之間，差異較小，處于前5位的校區依次為：河南農業大學、鄭州大學新校區、鄭州輕工業學院、鄭州航空工業管理學院、鄭州師范學院；在反映不同樹種多度均勻程度的Pielou指數上，各校區數值在0.660～0.830間變動，處于前5位的校區依次為：河南中醫藥大學、鄭州輕工業學院、河南農業大學、鄭州師范學院、華北水利水電大學。

在上述分析中，各校區間在植株總個體數和物種數上差異較大，但在Shannon-Wiener指數、Simpson指數和Pielou指數上整體變化趨勢較為一致，各校區具有較高的α多樣性水平[2]。綜合物種多樣性指數分析結果發現，鄭州大學新校區、河南農業大學、鄭州輕工業學院、鄭州師范學院、鄭州航空工業管理學院等校區木本植物群落內物種多樣性處于前列，鄭州大學老校區樹種多樣性水平較低；河南中醫藥大學盡管校園面積小，但在樹種的個體數上差異較小，搭配均勻。高校木本植物群落幾乎完全由人工建植，樹種類別、種植規模及景觀配置在很大程度上受人為控制，這幾個校區物種多樣性指數處于前列，說明其在規劃上對校園綠化及林木景觀配置這方面重視程度較高，也有可能與這幾所學校設有與林學、生物科學、園林設計等相關專業以便于教學實習有關，當然，鄭州大學新校區的高物種多樣性水平也與其面積較大、植株總體個數較多有關。

3.3各校區木本植物群落相似性系數分析

通過對各校區相似性系數的分析(表3)，明顯發現鄭州市各校區木本植物群落間物種相似程度較高，群落間S?rensen相似性系數在0.6～0.7之間的占總數的15.6%，在0.5～0.6之間的占總數的31.1%，即各校區群落間S?rensen相似性系數在0.5以上的占總數的比例高達46.7%，在0.4～0.5之間的占總數的37.8%，在0.3～0.4之間的占總數的15.5%，在0.7以上和0.3以下的比例為0。每個校區與其他校區的S?rensen相似性系數平均值大小依次為：鄭州輕工業學院(0.564)>河南工業大學(0.531)>華北水利水電大學(0.513)>河南財經政法大學(0.507)>河南農業大學(0.498)>鄭州師范學院(0.494)>鄭州大學新校區(0.457)>鄭州大學老校區(0.453)>河南中醫藥大學(0.424)>鄭州航空工業管理學院(0.383)。

以上各高校都處于鄭州市內，所在的生態環境基本相同，植物群落基本全是人工林，不存在自然更新，雖然各個校園物種多樣性指數較高，但各校園物種的高相似程度只能說明大部分鄭州高校在人工造林時對樹種的選擇上同質化現象嚴重，在樹種選擇上沒有突出自身特色，造成這種現象的原因可能是各高校對校園木本植物的功能定位上仍只局限于綠化功能，在根據學校自身的特點和需求進行校園森林文化特色建設方面還有不足。

表2　鄭州市各高校木本植物物種多樣性指數比較

表3　鄭州市各校區間木本植物群落相似性系數

3.4鄭州市高校校園內木本植物優勢種及其重要值分析

3.4.1各高校木本植物優勢種分析通過對鄭州市9所高校10個校區木本植物的調查統計，以各物種在每個校區的絕對數量數為依據進行排序，得出各高校校區10大優勢樹種(表4)，鄭州大學新校區這10個主要樹種占該校園木本植物總個體數的58.01%，排在前3位的樹種為大葉女貞(LigustrumlucidumAit.)、毛白楊(PopulustomentosaCarr.)和雪松[Cedrusdeodara(Roxb.) G. Don]。河南農業大學校區中法桐(PlatanusorientalisL.)、水杉、大葉女貞、毛白楊這4個樹種占校園木本植物總個體數的31.32%，其中法桐數量最多。鄭州師范學院校區主要樹種為水杉、大葉女貞、毛白楊、法桐、紅葉李(Prunnscerasifera)、紫薇(Lagerstroemiaindica)，占校園木本植物總個體數的53.85%，數量最多的為水杉。鄭州航空工業管理學院校區主要樹種為國槐(SophorajaponicaLinn.)、七葉樹(AesculuschinensisBunge)，占校園木本植物總個體數的23.76%。鄭州輕工業學院校區內大葉女貞、大葉黃楊(Euonymusjaponlcus)、毛白楊、法桐、小葉女貞(LigustrumquihouiCarr)數量較多，占校園木本植物總個體數的45.25%，而建群種為毛白楊與法桐。河南財經政法大學內10大樹種占校園木本植物總個體數的72.48%，而建群種為法桐、欒樹(KoelreuteriapaniculataLaxm.)、毛白楊。華北水利水電大學校區內為法桐、毛白楊、梧桐[Firmianaplatanifolia(L. f.) Marsili]、大葉黃楊這4個樹種占校園木本植物總個體數的45.31%，法桐和毛白楊數量居于前2位。河南中醫藥大學內僅國槐、楸樹(CatalpabungeiC. A. Mey.)、梧桐這3個樹種就占校園木本植物總個體數的43.91%，國槐數量最多。河南工業大學校區內大葉女貞、刺柏(JuniperusformosanaHayata.)、三角楓(AcerbuergerianumMiq.)、法桐這4個樹種占校園木本植物總個體數高達60.90%，大葉女貞數量最多。鄭州大學老校區內法桐、大葉女貞、棕櫚、毛白楊、雪松、廣玉蘭(Magnoliagrandiflora)這6個樹種占校園木本植物總個體數的84.69%。由此可見，鄭州市各高校內主要樹種仍局限于以上幾個傳統常用的園林樹種，優勢種相對單調，尤其像新建的鄭州大學新校區，在樹種選擇上仍較保守，較多承襲老校區的建植模式，校園森林文化特色不明顯。

表4　鄭州市各高校校園木本植物優勢種統計

3.4.2鄭州市高校園區優勢木本植物種重要值分析通過對鄭州市9所高校優勢木本植物的統計，找出鄭州市10大高校優勢木本植物，結合其重要值大小依次為大葉女貞(11.363%)>毛白楊(7.750%)>雪松(5.915%)>法桐(5.174%)>大葉黃楊(3.509%)>桂花(3.245%)>水杉(2.229%)>珊瑚樹(2.228%)>國槐(1.902%)>木槿(1.864%)。由此可以看出，鄭州市高校10大優勢樹種仍是較傳統的園林綠化種，處于前5位的樹種重要值很大，尤其常綠樹種大葉女貞，其重要值高達11.363%，可見,這些樹種在鄭州市高校校園內的優勢地位。這些常見園林樹種固然在生物特性方面有其自身的綠化優勢，如生長快、樹形好、常綠等特點，但近年來一些負面效應已漸趨明顯，如大葉女貞的果實粘液、春季法桐的“花粉雨”、毛白楊的“飛絮雨”等危害已給廣大師生的工作、學習乃至身心健康帶來很多不便。國槐、毛白楊等樹種的病蟲害肆虐以及樹干老化現象，嚴重影響該人工林群落的穩定性和健康性。

3.5鄭州市高校重點保護木本植物名錄

根據《中國珍稀瀕危保護植物名錄》、《國家重點保護野生植物名錄(第一批)》和《國家重點保護野生植物名錄(第二批)》，鄭州市高校校園共有7種珍稀瀕危保護植物，占河南省國家級瀕危保護植物名錄的20%，其中有國家一級重點保護植物2種，國家二級重點保護植物5種，國家三級重點保護植物1種(表5)。可以看出，鄭州市各高校在選擇綠化樹種時，對于珍稀瀕危和重點保護木本植物利用較少。

表5　鄭州各高校校園中重點保護木本植物名錄

4結論與建議

在此次調查中，筆者從5個方面分析了鄭州市9所高校10所校園木本植物群落結構特征，包括物種組成、物種多樣性指數、群落優勢種及其重要值和受保護植物物種。

(1)鄭州市高校校園木本植物種類豐富，成分多樣，雙子葉植物是校園木本植物的主要組成，但常綠植物偏少，導致一些校園冬季景觀效果不甚理想；與其他城市高校相比，在木本植物物種種類多樣化上仍需進一步提高，如河南大學[6]、武漢大學[9]、河北農業大學[24]、山西農業大學[8]、信陽師范學院[7]等單個高校校區內木本植物物種種類均在200種以上，尤其緯度上比鄭州市還高的河北農業大學校區、山西農業大學校區，它們比鄭州市9所高校所有的木本植物物種總數還要多，這意味著鄭州市高校校園的木本植物樹種種植仍有很大的提升空間。鄭州市高校校園木本植物的科、屬上多樣化程度較高，單種科、單種屬、寡種科和寡種屬所占比例較大，這說明鄭州市區域是適合很多科屬植物生存的，在引種上仍有很大的潛力。

(2)雖然鄭州市各高校木本植物植物資源較豐富，大部分校園物種多樣性水平較高，但就整體而言，各校園間物種的相似程度大，在樹種的選擇上同質化現象嚴重，尤其在群落優勢種種植中，仍習慣于選擇傳統的常用的園林綠化樹種，沒有打造出主題突出、特色鮮明、景觀優美的校園森林文化，其實完全可以利用植物造景的優勢充實校園內涵，構造出獨具優勢的校園園林景觀，如河南中醫藥大學可以多種些藥用樹種，河南農業大學可以多種植些經濟類樹種，鄭州大學、河南輕工業學院、鄭州師范學院等這些開設有藝術專業的高校可以利用特色樹種配置一些體現藝術特色、張揚院系個性的園林景觀等等，提升鄭州市高校乃至整個城市的景觀特色。在景觀單元構造搭配中，沒有很好地利用鄉土植物物種，其實完全可以種植一些觀賞價值高、綠化效果好的鄉土樹種，如構樹(Broussonetiapapyrifera)、楝樹(Meliaazedarach)、榆樹(Ulmuspumila)、梓樹、香椿(Toonasinensis)、泡桐等，增強該類人工群落的系統穩定性和健康性。

(3)除了公園、植物園外，高校校園也是儲備植物資源種庫的理想場所。從目前的調查結果來看，鄭州市高校內瀕危、受保護樹種偏少，數量也不多，有些保護樹種甚至是單株，如秤錘樹，保護重視程度也不高，甚至有些瀕危樹種連標志牌都沒有，以至于很多在校師生不知道這些物種就在校園內。可以多收集、引種一些珍稀瀕危和重點保護樹種，滿足科研、教學需要，提高生物遺傳多樣性，豐富校園功能和文化特色。

致謝：河南農業大學2010級林學(2)班全體同學在本次調查中提供了幫助！

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(責任編輯：曾小軍)

Investigation and Species Diversity Analysis of Woody Plant Community in Colleges and Universities of Zhengzhou City

ZHANG Long-chong, GUO Er-hui, LI Yong-sheng, GUO Kun,WANG Jian-yuan, YANG Xiao-feng, BI Hui-tao*

(College of Forestry, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Abstract：Comprehensive survey of woody plant communities of 10 typical colleges and university campus in Zhengzhou city were investigated. Quantitative analysis results showed that there were altogether 191 woody species belonging to 115 genera and 60 families in these campus of Zhengzhou city, there were abundant species and high species diversity index in a single campus, there was high level of Shannon-Wiener index (2.307 to 3.702), Simpson index(0.844 to 0.956) and Pielou index(0.660 to 0.830). But from the overall perspective, there was higher similarity coefficient of woody plant community between 10 campus, above 0.5 S?rensen similar coefficient between 10 campus account for 46.7% of the whole proportion, dominant species of the whole community was traditional and monotonous, there was only seven key protected woody plants in these campus. Finally, some targeted advices of constructing campus wood plant community were put forward, including further enriched the species diversity, avoided too much application of several common gardening and greening tree species. Enhanced other functions of campus woody plant communities except the green function to embody characteristics of single colleges and universities. introduced more endangered and protected plants for enhancing the role of teaching, scientific research and gene banks of campus woody plants.

Key words：Woody plant community; Zhengzhou city; Universities campus; Species diversity index

收稿日期：2016-04-27

基金項目：國家自然科學基金項目(31400367、31270493)；河南省教育廳科學技術研究重點項目(13A180490)。

作者簡介：張龍沖(1982─)，男，河南鄧州人，博士，從事恢復生態學和濕地生態學研究。*通訊作者：畢會濤。

中圖分類號：S948.15

文獻標志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)06-0036-06