北京城市綠道植物多樣性及其群落特征*

殷麗峰，李薇，任斌斌

(1.北京交通職業技術學院，北京 102200；2.北京市園林科學研究院 園林綠地生態功能評價與調控技術北京市重點實驗室，北京 100102)

城市化被認為是造成自然環境破壞、生物棲息地流失和破碎化、生物多樣性降低的主要原因[1]。城市化影響下的城市生物多樣性在城市環境中、人為干擾下形成，與城市人居環境和可持續發展密切相關，對于維持城市生態平衡和穩定環境具有關鍵性作用[2-3]，是當前城市生態學的研究熱點[4]。

綠道是一種連接主要公園、自然保護區、風景名勝區、歷史古跡等的線性綠色開敞空間，通常沿著自然廊道或人工廊道建立，類型包括城市帶狀公園、林蔭大道、公園路和綠色廊道等[2]。城市綠道因其典型的廊道狀特征，在城市中發揮著重要的生態連線(ecological linkages)作用，具有傳輸、隔離、連接和保護等重要生態功能，在生物多樣性保護方面具有不可替代性[5]。目前，對于綠道生物多樣性相關研究國外先進而成熟，研究內容涉及綠道網絡格局、綠道寬度、綠道植被以及綠道鄰近區域土地利用狀況等對生物多樣性的影響[6-9]；研究對象包括植物、鳥類、昆蟲以及哺乳類動物等[10-12]。國內城市綠道建設起步于2010年前后，由廣東走向全國，多強調綠道慢行系統的休閑游憩功能，在生物多樣性研究領域則僅體現在對綠道中植物α多樣性指數的計算與分析方面，其他方面較少[2,13-14]。

植物多樣性是生物多樣性的重要指標[15]，也是影響其他生物多樣性水平的重要因子；植物群落是研究植被的基本單元。按鄰近環境的不同，北京城市綠道劃分為濱水型和沿路型2類，本研究以北京城市綠道為研究對象，在探索2類綠道植物多樣性水平和植物群落特征的基礎上，探討我國城市綠道現存問題與發展策略，從而為城市綠道規劃、設計和管理提供參考依據。

1 研究方法

1.1 研究區域概況

北京(115.7°～117.4°E，39.4°～41.6°N)總面積16 412 km2，氣候為典型的北溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年均氣溫12.3 ℃，年降水量400～600 mm，四季分明，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，地帶性植被類型是暖溫帶落葉闊葉林。《北京市級綠道建設總體方案(2013—2017年)》于2013年7月23日正式通過市政府審議。以城市綠地系統為基礎，以歷史文化景觀和自然生態資源為依托，北京規劃市級綠道1 260 km，覆蓋全市16區縣，貫通11個新城，在空間上形成“三環、三翼、多廊”的總體格局。本研究在對北京已建城市綠道全面調查的基礎上，選擇五環內具有代表性的綠道15條，包括沿路型9條、濱水型6條(表1)。

表1 調查樣地基本屬性

1.2 調查方法

采用典型取樣方法，依據北京人工植物群落特點，在綠道內設置20 m × 20 m 的樣地(當綠道寬度<20 m時，設置為10 m × 10 m的樣地)，按面積比法，將各綠道取樣比例設定為3%～5%，共計139個樣地。每個樣地分成4個10 m×10 m的樣方調查喬木層；樣地內四角各設置1個5 m ×5 m的中樣方和1個1 m×l m的小樣方，分別調查灌木層與草本層。共計喬木樣方298個，灌木樣方556個，草本樣方556個。

記錄樣地面積、位置、周圍環境、群落結構以及各層片的高度、蓋度等相關信息；喬木層進行每木調查，記錄種名、高度、冠幅、胸徑等；灌木與草本層記錄種名、株數(叢數)、高度、蓋度等。

1.3 數據處理

1.3.1 相對重要值計算

根據外業數據，計算各植物在其所在層片中的相對重要值。其中，喬木層和灌木層的相對重要值計算方法為：

相對重要值=(相對頻度+相對多度+相對顯著度)/3

草本層的相對重要值計算方法為：

相對重要值=(相對頻度+相對多度+相對蓋度+相對高度)/4

1.3.2 多樣性測度

本研究植物多樣性指數的計算采用α和β兩大類多樣性指數[16]。α多樣性指數的測度選取了物種豐富度、Simpson指數、Shannon-Wiener指數、Pielou均勻度指數[17-19]，以及反映植物群落總體多樣性特征的群落多樣性指數[17]；β多樣性指數選用Jaccard相似性系數來反映不同群落物種間的相似性程度[16]。

分別計算綠道各植物群落中喬木層、灌木層和草本層植物的多樣性指數，其計算方法如下：

(1)物種豐富度

D=S(物種數)

(2)Simpson多樣性指數H=1-ΣPi2

式中，Pi為第i種物種的相對重要值。

(3)Shannon-Wiener多樣性指數

H=-ΣPilnPi

式中，Pi為第i種物種的相對重要值。

(4)Pielou均勻度指數

J=H/lnS

式中，H為Shannon-Wiener多樣性指數，S為物種數。

(5)Jaccard β多樣性指數

式中，Cs為綠道相似性系數；a、b分別為兩綠道的物種數；c為兩綠道的共有物種數。

1.3.3 植物群落的數量分類

根據所有喬木樣方中喬木層植物的相對重要值，采用二元指示種劃分方法(Twinspan)對群落進行劃分[20]。

2 結果與分析

2.1 植物物種組成與來源分析

據統計，本次調查共發現維管束植物205種(含變種、栽培品種)，隸屬63科138屬。其中，裸子植物6科9屬16種，雙子葉植物52科117屬171種，單子葉植物5科14屬18種；喬木76種，灌木47種，草本80種，藤本2種；所應用的植物種類主要集中于薔薇科(36種)、菊科(15種)、豆科(13種)中。濱水型綠道共有植物168種，喬木60種，灌木37種，草本69種，藤本2種，鄉土植物135種，占總種數的80.36%；沿路型綠道共有植物120種，喬木46種，灌木31種，草本43種，鄉土植物97種，占總種數的80.83%。

2.2 植物多樣性比較分析

2.2.1 α多樣性指數比較

α多樣性指數計算結果如表2所示，15條綠道中，物種豐富度、Simpson指數、Shannon-Wiener指數等處于前三位分別為元大都城垣遺址公園、南長河公園以及營城建都濱水綠道等3條濱水型綠道；處于后三位的分別為德勝公園、順城公園以及金融街綠地等3條沿路型綠道。

表2 城市綠道植物α多樣性指數

不同類型綠道對比分析，除灌木層和草本層的Pielou指數外，濱水型綠道各層次的各項多樣性指數均高于沿路型綠道。

2.2.2 β多樣性指數比較

濱水型綠道與沿路型綠道植物的β多樣性指數呈現出灌木層<喬木層<總體層<草本層的特點。其中，喬木層、草本層與總體的多樣性指數相近，灌木層植物的相似性最低，反映出在梯度上，綠道灌木層相似物種的組成最低。這與生境差異相關，濱水型綠道多配植中生性、耐水濕和喜濕植物，沿路型綠道特別是寬度較小時多選用抗污染、抗干旱、耐瘠薄植物，與淺根系的草本層植物相比，該差異在深根性的喬木、灌木中更為顯著；也與傳統植物配植手法和典型配植方式有關，例如，‘桃紅柳綠’是典型的濱水植物景觀，以圓柏(Sabinachinensis)為背景，片植榆葉梅(Prunustriloba)為前景，則是道路沿線常見的植物組合方式。

表3 不同層次植物β多樣性指數

從綠道兩兩比較的植物Jaccard β多樣性指數可以看出(表4)，順城公園與營城建都濱水綠道及南長河公園的植物物種相似性最低(0.145)，順城公園植物種類匱乏，以抗污染、耐瘠薄植物為主，如圓柏、油松(Pinustabuliformis)、大葉黃楊(Euonymusjaponicus)等；后2者為濱水型綠道，種類豐富，除白蠟(Fraxinuschinensis)、絳柳(SalixMatsudanaf.pendula)、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)、山桃(P.davidiana)、碧桃(P.persica‘Duplex’)等傳統常用濱水植物外，也選用了小花溲疏(Deutziaparviflora)、小紫珠(Callicarpadichotoma)、太平花(Philadelphuspekinensis)等觀花灌木以豐富景觀。明城墻遺址公園與南長河公園的植物物種相似性最高(0.370)，這可能與明城墻遺址公園較好的小氣候環境下采用了較為豐富的植物有關。其余公園兩兩比較的植物Jaccard β多樣性指數大部分在0.15～0.30，且都遠低于濱水型綠道與沿路型綠道兩類綠道的總體植物Jaccard β多樣性指數。

2.3 數量分類

對139個樣地喬木層重要值進行Twinspan等級分類，結合實際生態學意義，采用第5級分類結果，將其劃分為15組，根據各層優勢種和Twinspan劃分的指示種命名為15個植物群系(圖1、表5)。

圖1 139個樣地的Twinspan分類

表5 15個植物群系基本特征

如圖1所示，群系1是由北京鄉土樹種構成的典型常綠針葉林群落，具有極強的生態適應性，包括樣地6、7、13等14個樣地；群系2由北京鄉土植物構成，兼具較強的生態適應性與觀賞性，包括樣地32、36、72等8個樣地；群系3上層以枝大蔭濃的落葉性高大喬木為主體，并適當點綴常綠針葉樹，具有較好的生態改善功能，包括樣地1、19、26等17個樣地；群系4以展現常綠針葉林景觀為主，油松占有絕對優勢，包括樣地3、8、10等28個樣地；群系5為針闊混交林，展現四季景觀，包括樣地2、5、24等20個樣地；群系6為針闊混交林，包括樣地37、79、104等4個樣地；群系7為毛白楊(Populustomentosa)純林，是綠道建設前的原有樹種，包括樣地17和樣地126，僅存在于元大都遺址公園和南長河公園2條綠道中；群系8包括樣地4、14、54等4個樣地，零散應用于北二環城市公園等4條城市綠道中；群系9為綠道建設前的原有樹種，包括樣地18、38、63等6個樣地；群系10上層喬木以觀花小喬木為主體，多位于綠道中的慢行道兩側或單側，包括樣地15、22、31等8個樣地；群系11僅包括樣地95，應用于營城建都綠道中；群系12包括樣地93、99、101等5個樣地；群系13包括樣地9、61、132等3個樣地；群系14包括樣地11、41、46等17個樣地；群系15包括樣地42和樣地56。

在所有植物群系中，包含樣方數量處于前5位的依次為群系4、群系5、群系3、群系14以及群系1，其共同特點是群系建群種均為北京鄉土樹種。涉及綠道數量最多的群系為群系5和群系14，分別有11條綠道中擁有油松-白蠟群系和銀杏(Ginkgobiloba)群系，再者為群系3，共有10條綠道擁有絳柳群系。可以看出，油松群系、油松-白蠟群系、銀杏群系以及絳柳群系是北京城市綠道植物景觀營造最常采用人工群落類型。

在所有綠道中，擁有群落數量最多的為元大都城垣遺址公園，具有12種群系類型，其次為營城建都濱水綠道和南長河公園，均具有8種群系類型，以上3條綠道均為濱水型綠道。

3 討論與結論

3.1 討論

(1)綠道是具有通道和屏障雙重功能的景觀要素，不同鄰近環境對其功能的發揮和植物多樣性產生顯著影響[2，15]。從我國綠道建設所強調的休閑游憩功能出發，濱水綠道比沿路綠道更受使用者青睞，在濱水綠道中采用豐富的植物材料、營造引人入勝的植物景觀成為設計師的重要任務[21]，這也在本研究中得到進一步證實。一方面，濱水型綠道比沿路型綠道擁有更為豐富的植物多樣性和植物群落類型；另一方面，在對二者進行β多樣性指數比較時，二者在灌木層的相似度最低，其次為喬木層。這與生境條件和植物的生態習性相關，沿路型綠道多以抗污染、抗瘠薄的植物為主，濱水型綠道多選擇中生性、耐水濕和喜濕的植物；也與設計師應用了更為豐富的觀花灌木以營造富有季相變化的植物景觀有關。從綠道的生物多樣性保護功能出發，道路的屏障效應阻礙著生物的移動和擴散；而水系則為生物的遷移、擴散和棲息提供更多的可能。因此，同等寬度條件下，與水系相結合的綠道通常具有更強的生物多樣性保育功能，本研究中濱水型綠道的草本層物種豐富度特別是自生植物明顯高于沿路型，或許也與此有關。在未來的城市綠道規劃和設計中，濱水型綠道作為城市破碎斑塊最重要的橋梁和紐帶應得到進一步重視，為充分發揮其生物多樣性保育功能，植物景觀營造應倡導鄉土性、多樣性和自然性，以為其他生物提供本土、多樣和自然的生境。

(2)穩定的鄉土植物群落對于維護城市生態系統平衡和生物多樣性保護具有重要作用[22]。從植物群落角度出發，北京城市綠道植物群落多以鄉土植物為建群種，油松群系、油松-白蠟群系、銀杏群系等4個鄉土植物群落得到廣泛應用，對生物多樣性保護具有積極的一面。從植物應用角度出發，北京地區和北京城市綠地系統分別擁有維管束植物2 056種[23]和615種(品種)[24]，城市綠道植物分別占全市和綠地系統植物資源的9.97%和33.33%；此外，鄉土植物所占比例為80%左右，雖高于全市綠地平均水平[24]，但與《城市園林綠化評價標準》中Ⅰ級綠化要求存在差距。在我國，城市綠道重“道”輕“綠”問題嚴重[25]，不僅常有完整綠地被慢行系統割裂問題，也常因景觀因素而大量使用外來植物和園藝栽培品種。外來植物存在生態入侵、破壞種間競爭等風險，園藝栽培品種則常因不結實、結實量少等造成綠地內鳥類食物資源匱乏，而影響其繁育。因此，如何采用豐富多樣的鄉土植物材料構建穩定的鄉土植物群落，并進一步優化綠道植物多樣性布局應成為城市綠道生態功能提升的重要內容。

(3)城市綠道的植物多樣性保護功能綜合而復雜，與其寬度、長度等均存在密切關系[2]，但在城市有限的用地空間中，科學評價基址條件，合理平衡各項功能需求，如何提高綠道單位面積的生態功效值得深入研究。

3.2 結論

(1)本次調查共發現維管束植物205種，隸屬63科138屬。濱水型綠道共有植物168種，沿路型綠道共有植物120種。

(2)α多樣性指數計算結果顯示，除灌木層和草本層的Pielou指數外，濱水型綠道各層次的各項多樣性指數均高于沿路型綠道。濱水型綠道與沿路型綠道植物二者的β多樣性指數呈現出灌木層<喬木層<總體層<草本層的特點。

(3)對139個樣地喬木層重要值進行Twinspan等級分類，將其劃分為15組，結合分類將其命名為15個植物群系，油松群系、油松-白蠟群系、銀杏群系以及絳柳群系是北京城市綠道植物景觀營造最常采用人工群落類型。在所有綠道中，擁有群落數量較多的為元大都城垣遺址公園、營城建都濱水綠道和南長河公園，三者均為濱水型綠道。