基于實踐教學的城市植物多樣性研究

謝春平，劉大偉，南程慧，韓維棟

(1. 廣東海洋大學 濱海農學院，廣東 湛江 524088；2. 南京森林警察學院 野生動植物物證技術國家林業和草原局重點實驗室，江蘇 南京 210023)

自20世紀后，世界各地城市化進程的速度和巨變程度超越了人類社會發展的各個階段，其所帶來的社會變革和城市環境變化都是前所未有的。大量人口聚集及城市不斷地膨脹與擴張，對城市生態環境的維護與發展提出了更高的要求。雖然城市通常被認為對本地植物多樣性有負面影響，但最近的全球和大陸城市生物多樣性分析表明，城市支持多樣化的植物類群[1]，并在珍稀瀕危物種的保護方面發揮了積極的作用[2]。因此，城市生物多樣性是城市生態系統健康的基礎[3]。城市植物多樣性不僅可以緩解目前城市突出的生態環境問題[4]，而且在維護城市生態平衡、改善城市環境、穩定綠地系統，以及為其它物種提供食物鏈和棲息地等方面發揮了積極的作用[5]。所以，城市植物多樣性是城市永續發展的關鍵。

我國大學城是為了滿足高等教育大眾化和促進區域高科技發展需求而興起的新興城市區域[6-7]。在大學城構建良好的城市森林生態系統和優美的綠化環境，不僅可以改善和提升局部氣候條件，為大學城的師生、工作人員、居民等提供舒適的學習工作場所，而且還可為相關專業的現場教學、科研提供便利[8]。因此，因地制宜地利用大學城植物資源開展相關生物多樣性、環境保護、生態學等課程的實踐教學具有較高的可行性。國內已有不少高校利用校園植物開展了相關實踐性教學[9-10]，但利用大學城作為一個實踐教學研究區域的，仍未見報道。

仙林大學城定位于南京三個副城之一，是江蘇省發展高等教育產業的重點地區，高檔社區和科研機構錯落分布。借鑒國外高尚人文社區的規劃，以高起點及綠色人文為主題的發展為目標，目前大學城已分布12所高校。這些高校既有綜合型大學，又有專業型院校，學科門類齊全。經初步了解，幾乎所有高校均開設有與生物多樣性保護相關的課程。因此，如何充分利用大學城現有植物資源進行教學，經濟高效地開展植物生物多樣性研究，讓學生充分認識到城市植物多樣性的重要性，是值得思考的教學議題。本研究以《普通生態學》、《生物多樣性保護》、《植物學》等相關課程的綜合實驗為基礎，以學生調查的結果為主要數據，對仙林大學城的植物多樣性進行初步總結分析，探討城市植物多樣性在日常實踐教學中的融合與優化。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

仙林大學城位于南京市東麓，占地47 km2，毗鄰棲霞山風景名勝區。本區域由過去的農牧場逐漸演變成南京市三個重要的衛星城之一，是江蘇乃至全國重要的教育和高新技術產業新市區[11]。該區整體上屬寧鎮山脈一部分，具有低山丘陵地貌的特點，土壤以紫色土或黃棕壤中的紅沙土為主。該區屬亞熱帶季風氣候，季節更替明顯；年均降水量約為1 100 mm，年均氣溫為15.4℃，極端高溫和低溫分別出現在7月(39.7℃)和1月(-13.1℃)[12]。該區域雖然已經分布了大量的高校、商業區、住宅區等，但在各大學校園內、羊山公園、靈山等區域仍保留了一定數量的次生林群落。這些群落內的優勢植物主要有馬尾松(Pinusmassoniana)，刺槐(Robiniapseudoacacia)、構樹(Broussonetiapapyrifera)、黃檀(Dalbergiahupeana)、化香樹(Platycaryastrobilacea)、鹽膚木(Rhuschinensis)、栓皮櫟(Quercusvariabilis)和黃連木(Pistaciachinensis)等[13]。

1.2 研究方法

將參與生物多樣性保護相關課程及本科畢業論文的學生(以小組形式)分派到仙林大學城的不同區域，對區域內的植物種類進行逐一記錄和拍照。對現場不能確定的物種采集標本及拍攝照片，通過查閱《江蘇植物志》和咨詢相關專業人員等方法進行種類確定。結合筆者前期的研究工作[11, 13-14]，將學生的調查結果進行核查統計，最終獲得仙林大學城植物多樣性的初步結果。

2 結果與分析

2.1 物種組成

綜合不同線路的調查結果表明，本區域共有種子植物304種，隸屬于98科242屬；其中裸子植物7科12屬16種，被子植物91科230屬288種(表1)。從各科所含種屬數量可以看出，薔薇科(Rosaceae)、菊科(Compositae)和禾本科(Gramineae)位列前三，它們所含種數和屬數均在10以上，分別為27、24、14和16、23、14。大戟科(Euphorbiaceae)、木蘭科(Magnoliaceae)、唇形科(Labiatae)、十字花科(Cruciferae)、毛茛科(Ranunculaceae)、木犀科(Oleaceae)和莧科(Amaranthaceae)分列4至11位，其種類數量均大于6個。上述11個科，雖然其科數僅占所有科數的11.22%，但它們包含了126個種，占所有種數的41.45%。含種數在4～5的科有13個，所含種數占整體的19.08%；代表科有桑科(Moraceae)、蓼科(Polygonaceae)、松科(Pinaceae)、杉科(Taxodiaceae)、榆科(Ulmaceae)等。由此不難看出，本區域超過60%的種類均集中在這24個科中，在種類數量上占有較大的優勢。

含2～3個種的科有38個，共有84種，占整體的27.63%；代表科有金縷梅科(Hamamelidaceae)、蠟梅科(Calycanthaceae)、石蒜科(Amaryllidaceae)、傘形科(Umbelliferae)、蕓香科(Rutaceae)、樟科(Lauraceae)等。僅含1個種的科有36個科，占整體種數的11.84%，其中較為典型的科有羅漢松科(Podocarpaceae)、海桐花科(Pittosporaceae)、商陸科(Phytolaccaceae)、莎草科(Cyperaceae)、鴨跖草科(Commelinaceae)、棕櫚科(Palmae)等。含1～3種的科在科數占比達75.51%，但種類數量卻遠不如其他優勢科。

續表1 仙林大學城植物多樣性組成Table 1 Plant diversity in Xianlin college town

2.2 生活型分析

從生活型組成結構來看(表2)，本區域以草本植物居多有122種，占所有種類的40.13%。在所有草本植物的組成中，仍以菊科、禾本科、蝶形花科、唇形科、大戟科、十字花科等的種類居多；尤其是一些觀賞類的菊科和禾本科植物，在園林應用中占有較大比重。喬木有87種，占所有種類的28.62%；這些喬木構成了道路、綠化帶、隔離帶、防護林帶、街頭綠地等的主體結構，以薔薇科、榆科、木蘭科、杉科等為主。灌木種類的數量有69種，占所有種類的22.70%；它們構成了各種綠地林下層的主體結構，以片植或帶植的形式居多。種類最少的是藤本植物，僅有26種占所有種類的8.55%；葡萄科(Vitaceae)和葫蘆科(Cucurbitaceae)是藤本植物種類中較為集中的2個科，主要作為垂直綠化材料出現。

表2 仙林大學城植物生活型Table 2 Lifeform of plant in Xianlin college town

2.3 頻度分析

圖1所示為各調查樣線內不同物種出現的頻度。從喬木的分布頻度可以看出[圖1(a)]，頻度≥30%的喬木有8種，分別為刺槐、重陽木(Bischofiapolycarpa)、石榴(Punicagranatum)、楓楊(Pterocaryastenoptera)、復羽葉欒樹(Koelreuteriabipinnata)、槐(Sophorajaponica)、禿瓣杜英(Elaeocarpusglabripetalus)和落羽杉(Taxodiumdistichum)。其次，頻度在20%～30%(不含30%，下同)的有28種，如合歡(Albiziajulibrissin)、枇杷(Eriobotryajaponica)、枸骨(Ilexcornuta)、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)、二喬玉蘭(Magnolia×soulangeana)、紫薇(Lagerstroemiaindica)、楓香樹(Liquidambarformosana)和日本晚櫻(Cerasusserrulatevar.lannesiana)等。頻度在10%～20%的喬木有22種，包括二球懸鈴木(Platanus×acerifolia)、無患子(Sapindussaponaria)、櫸樹(Zelkovaserrata)、棕櫚(Trachycarpusfortunei)、樟(Cinnamomumcamphora)、三角槭(Acerbuergerianum)等。頻度小于10%的喬木有29種，如池杉(Taxodiumdistichumvar.imbricatum)、白皮松(Pinusbungeana)、榔榆(Ulmusparvifolia)、七葉樹(Aesculuschinensis)等。

在灌木種類中[圖1(b)]，海桐(Pittosporumtobira)、夾竹桃(Neriumindicum)、紅花檵木(Loropetalumchinensevar.rubrum)、金絲桃(Hypericummonogynum)和冬青衛矛(Euonymusjaponicus)位列前5，它們的頻度均在30%以上，突出反映了本區域灌木種類的分布情況。頻度在20%～30%的灌木有15種，如木芙蓉(Hibiscusmutabilis)、火棘(Pyracanthafortuneana)、錦繡杜鵑(Rhododendronpulchrum)、蠟梅(Chimonanthuspraecox)等。頻度在10%～20%的灌木有22種，如八角金盤(Fatsiajaponica)、結香(Edgeworthiachrysantha)、野迎春(Jasminummesnyi)、月季花(Rosachinensis)、錦帶花(Weigelaflorida)等。頻度小于10%的灌木有27種，如闊葉十大功勞(Mahoniabealei)、南天竹(Nandinadomestica)、雀梅藤(Sageretiathea)、榆葉梅(Amygdalustriloba)等。

在草本植物中[圖1(c)]，狗牙根(Cynodondactylon)和稗(Echinochloacrusgalli)是出現頻度最高的，分別為43.14%和41.18%；余下物種出現頻度均<40%。頻度在30%～40%的草本植物有20種，典型的有馬唐(Digitariasanguinalis)、車前(Plantagoasiatica)、蒲公英(Taraxacummongolicum)、三脈紫菀(Asterageratoides)、斑地錦(Euphorbiamaculata)、一年蓬(Erigeronannuus)等；這些植物集中在禾本科、菊科、大戟科等少數幾個優勢科內。頻度在20%～30%的草本植物有33種，如活血丹(Glechomalongituba)、鐵莧菜(Acalyphaaustralis)、鱧腸(Ecliptaprostrata)、酢漿草(Oxaliscorniculata)、爵床(Justiciaprocumbens)、蘇門白酒草(Conyzasumatrensis)等。頻度在10%～20%的草本植物有32種，如廣布野豌豆(Viciacracca)、繁縷(Stellariamedia)、鬼針草(Bidenspilosa)、蛇莓(Duchesneaindica)、碎米薺(Cardaminehirsuta)、諸葛菜(Orychophragmusviolaceus)等。頻度小于10%的草本植物有35種，如酸模(Rumexacetosa)、婆婆納(Veronicapolita)、反枝莧(Amaranthusretroflexus)、龍葵(Solanumnigrum)、野胡蘿卜(Daucuscarota)等。

藤本植物出現的頻度要比其他生活型的低[圖1(d)]，均在30%以下。常見的有葎草(Humulusscandens)、烏蘞莓(Cayratiajaponica)、紫藤(Wisteriasinensis)、常春藤(Hederasinensis)等。除少數幾種觀賞栽培外，多數為野生。

圖1 仙林大學城不同生活型物種分布頻度Fig. 1 Frequency pattern of species for different lifeform in Xianlin college town

2.4 典型群落

仙林大學城在建設過程中即已將“城市融入自然、自然深入城市”的理念貫穿其中，因此其各類植物群落在本區域隨處可見(圖2)。第一類是以道路綠化為主的群落[圖2(d)]，包括中央隔離帶、非機動車道、人行道等。這一類主要以高大的行道樹作為群落上層，如二球懸鈴木、水杉、復羽葉欒樹、廣玉蘭(Magnoliagrandiflora)、銀杏(Ginkgobiloba)等，在林下配以其他花灌和草本植物。第二類植物群落以街心公園為代表[圖2(a)]，其主要以周邊居民的休閑游憩功能為主，除少數女貞(Ligustrumlucidum)、香樟(Cinnamomumcamphora)、櫸樹(Zelkovaschneideriana)等大喬木外，多數配以桂花、紅楓、石楠(Photiniaserratifolia)等灌木，形成立體景觀；但這類群落地面被硬化，幾乎沒有草本植物。第三類群落類型以開放式生態公園為主[圖2(b)]，典型代表為九鄉河生態公園，有大面積的草坪綠地，在其中點綴諸如櫻花(Cerasussp.)、紫葉李(Prunuscerasiferaf.atropurpurea)等小喬木，灌木種類較少。第四類為防護林帶[圖2(e)]，主要是各居民區、高校、河岸等區域的隔離帶，以雪松(Cedrusdeodara)、楊樹(Populussp.)、日本珊瑚樹(Viburnumodoratissimumvar.awabuki)等大喬或高籬為主。最后一類是近自然的次生林群落[圖2(c)]，典型代表有羊山湖公園、各高校建設過程中保留的植被；主要有構樹、黃連木、野漆(Toxicodendronsuccedaneum)、牡荊(Vitexnegundovar.cannabifolia)、六月雪(Serissajaponica)等植物構成；群落結構相對復雜，物種較為豐富。因此，從本區域典型的群落結構可以看出，仙林大學城人工群落構的建過程中既“以人為本”滿足了周邊居民的日常需求，又兼顧了“植物群落自然性”盡可能與自然群落接近。

圖2 仙林大學城典型植物群落概貌Fig.2 Outline of typical plant communities in Xianlin college town注：圖(a)～(e)分別表示為街心公園、生態公園綠地、自然群落、道路及防護林帶。

3 結論與討論

通過對仙林大學城植物多樣性的調查表明，該區域共有種子植物304種，隸屬于98科242屬，其中薔薇科、菊科和禾本科在物種組成上占有較大優勢。生活型的分析結果表明，草本植物占有最大比例，其后依次是喬木、灌木和藤本植物。各物種出現的頻度中，喬木以刺槐、重陽木和石榴等頻度較高，灌木以海桐、夾竹桃和紅花檵木較為突出，禾本科和菊科的種類在頻度上較高，而藤本植物頻度普遍偏低。區域內同時具有人工植物群落和次生群落；在人工群落的構建過程中因地制宜，喬、灌、草立體式配置，具有較好的群落結構特征。在此基礎上，對仙林大學城植物多樣性及其教育功能的拓展做如下討論：

(1)植物多樣性資源豐富，可開展相應課程的實踐教學。本區域雖然已從過去的農牧場變為現在以高校、商業區、住宅區為主導的區域，但仍存有較為豐富的植物資源，同時還部分保留了原有植被。從植物種類來看，區域內有種子植物98科，包括了裸子植物的主要科，如松科、杉科、柏科等。同時日常教學中的重點被子植物科，除世界廣布科外(菊科、禾本科等)，還有榆科、木蘭科、樟科、殼斗科等我國各植被類型中較為重要的代表性科。從現有的植被類型來看，雖然人工群落占有較大的比重，但自然或半自然植物群落在區域內仍有保留。此類自然或半自然植物群落的結構完整，喬灌草植物資源豐富，較好地體現了區域的植被特征，其所反映出來的生物多樣和景觀格局是生態學等相關課程實踐教學的良好素材[15]。同時，讓學生通過對仙林大學城植物種類結構的調查與對比研究，可深刻理解城市化過程中城市植物種類的發展和演變過程[3]，并能夠對區域植物資源的開發利用有著更為深刻的理解。

(2)豐富的城市植物多樣性資源為日常實踐教學帶來了極大的便利性。一方面，城市植物多數是學生熟悉的植物，在開展生態學(如群落結構、種群生態、多樣性指數等實驗)、環境科學等(如植物葉片對重金屬的吸附、植物對水體凈化等實驗)相關實踐教學時較易完成。本區域內出現的多數高頻植物，如刺槐、重陽木、石榴、海桐、金絲桃、狗牙根等均是在植物學教學中常引用的例子，學生對它們的熟悉程度較高，避免了因植物分類困難造成的實驗窘境。另一方面，在城市開展實踐教學不僅在安全性、經濟性方面有較好的保障，更大程度上利于教師的現場指導，而不受野外特定時間或路程等因素的限制。

(3)深度拓展大學城植物教育功能，增強學生生態環境保護意識。現階段，創新教育已滲透在大學教學過程的各個環節[16]，因此利用城市植物多樣性資源是開展生物學、生態學、環境學等課程創新教育的極好材料。利用仙林大學城的植物組成與群落類型可為大學生創新課題提供諸如以下的科學問題：a. 通過人工群落與自然群落的對比，探討如何構建近自然的城市人工群落；b. 植物多樣性對人居環境有何重要性，如何體現出來；c. 區域內的外來入侵植物分布格局如何，如何防范與清除外來入侵植物。諸如此類的科學問題，不僅可以使學生較好地理解理論知識，而且可進一步深入探討問題的機理，為學生后續的深造提供了前期基礎。此外，在進行創新教育的同時，也能更好地讓學生了解到城市化帶來的各類問題，提升了對環境保護的意識，在潛移默化過程中達到了課程思政的目的。

(4)區域植物多樣性具有較大的提升空間，可豐富鄉土樹種。仙林大學城在綠化上雖然已努力做到道路、公園、廣場等植物盡可能豐富與多樣，但部分區域植物多樣性仍較單一。首先，從生活型的比例來看，灌木仍有較大的提升空間。除了園林運用中常見的灌木外，可適當豐富一些鄉土灌木，如雀梅藤、白鵑梅(Exochordaracemosa)、山胡椒(Linderaglauca)、繡線菊(Spiraeasalicifolia)等。灌木種類的增加與豐富，不僅可以降低養護成本，并且通過近自然植物群落的構建凸顯城市地域特色[17]。其次，考慮到大學城的教育功能，應適當引種華東地區分布的保護植物或中國特有植物，如金錢松(Pseudolarixamabilis)、寶華玉蘭(Magnoliazenii)、鵝掌楸(Liriodendronchinense)、浙江楠(Phoebechekiangensis)、銀縷梅(Parrotiasubaequalis)、青檀(Pteroceltistatarinowii)、秤錘樹(Sinojackiaxylocarpa)等。當然，機械地增加植物多樣性而不去考慮物種對環境的適應性是不可取的，這不僅達不到健康群落的構建效果，還有可能增加園林植被后期管護和維護成本。因此，應在現有植物種類的基礎上，適當逐步增加，將有限的植物資源種類均衡運用[18]。