北京城市绿道植物多样性特征研究

任斌斌 / REN Bin-bin

李 薇 / LI Wei

刘 兴 / LIU Xing

丛日晨* / CONG Ri-chen

摘要：城市绿道是城市绿地的重要组成部分，具有廊道状特征，对于加强物种空间运动、维护城市生态系统平衡具有重要作用。以北京城市绿道为研究对象，对其植物物种组成、物种多样性及物种多样性与绿道特征的相关关系进行研究，结果表明：本次调查共记录维管束植物202种(含变种、栽培品种)，隶属63科136属，本地木本植物指数为0.7，大多数乔木、灌木植物种类存在应用频度过低的问题。物种丰富度呈现出草本层≈乔木层>灌木层的规律，物种Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数呈现出乔木层>灌木层>草本层的规律。与其他绿道相比，元大都城垣遗址公园、南长河公园、营城建都滨水绿道具有较高的物种丰富度、多样性和均匀度。植物多样性与绿道特征的RDA排序结果显示，绿道长度、绿道类型和绿道宽度对植物多样性影响显著，绿道长度对乔木层植物影响较大，绿道类型和宽度对草本层和灌木层植物影响较大。

关键词：风景园林；绿道；植物多样性；RDA排序；北京

Abstract: As an important part of urban green space, and with corridor characteristics, urban greenways play a significant role in promoting species movement and maintaining the balance of urban ecological system. Taking urban greenways of Beijing as the investigation object, this research studied the plant species composition, species diversity and the relationships between plant diversity and greenway characteristics. The result showed that: in total 202 plant species (including varieties and cultivars) were found in all these greenways, belonging to 136 genera and 63 families. Among all the recorded woody species with the lower application frequency of most trees and shrubs, 70% were native species. The laws of species richness were herb layer ≈ shrub layer > tree layer while the Simpson, Shannon-Wiener and Pielou’s index had a similar pattern which was tree layer > shrub layer > herb layer. Among all the investigated greenways, Yuan Dynasty City Wall Relics Park, South River Park and Capital-Founding Waterfront Greenways had the higher species abundance, diversity and evenness. The redundancy analysis of the relationships between plant diversity and greenway characteristics indicated that the length, type and width were the main factors affecting plant diversity. The length of greenways had a greater influence on the plant diversity in tree layer while the plant diversity in herb layer and shrub layer was impacted significantly by the type and width of greenways.

Key words: landscape architecture; greenway; plant diversity; redundancy analysis; Beijing

城市生物多样性(Urban Biodiversity)是指城市范围内除人以外的各种活的生物体，在有规律地结合在一起的前提下，所体现出来的基因、物种和生态系统的分异程度。城市生物多样性在城市环境中、人为干扰下形成，与城市人居环境和可持续发展密切相关，对于维持城市生态平衡和稳定环境具有关键性作用。其中，城市植物多样性是城市生物多样性的基础，与城市绿地建设关系密切。国内外众多学者针对城市植物多样性已经展开了大量研究，内容涉及城市化对植物多样性的影响、城市植物区系研究、城市植物多样性调查、不同类型城市绿地植物多样性分析等，对于城市绿地规划、设计和建设具有重要的指导意义。绿道是一种连接主要公园、自然保护区、风景名胜区、历史古迹等的线性绿色开敞空间，通常沿着自然廊道或人工廊道建立，具有生态改善、休闲游憩、文化创造、景观美化和防灾避险等多种功能。广义的绿道，包括城市带状公园、林荫大道、公园路和绿色廊道等。针对绿道的植物多样性研究，国外涉及内容相对广泛而深入，包括宽度、植被覆盖度、结构对植物多样性的影响等；国内相关研究则尚未过多涉及。由此，本文以北京城市绿道为研究对象，对其植物物种组成、物种多样性及物种多样性与绿道特征相关关系进行研究，旨在探明北京城市绿道植物多样性特征，以期为城市绿道建设提供依据。

1 研究方法

1.1 调查对象

本次调查于2014年4—5月进行，在对北京已建城市绿道全面调查的基础上，根据位置、宽度等特点，选择具有代表性的城市绿道15条，具体包括德胜公园、北二环城市公园、元大都城垣遗址公园、皇城根遗址公园、菖蒲河公园、明城墙遗址公园、南中轴绿地、四季青桥带状绿地、火器营桥带状绿地、营城建都滨水绿道、庆丰公园、顺城公园、金融街绿地、南长河公园和护城河内侧

1.2 调查方法

采用典型取样方法，依据北京人工植物群落特点，在公园绿地内设置20m×20m的方形样地(当绿道宽度<20m时，设置为10m×10m的方形样地)，共计139个。按照打格子的方法将样地分成4个10m×10m的样方调查乔木层；样地的四角各设置1个5m×5m的样方，调查灌木层；样地的四角各设置1个1m×1m的小样方调查草本层；共计乔木样方298个，灌木样方556个，草本样方556个。

记录样地面积、位置、周围环境、群落结构以及各层片的高度、盖度等相关信息；乔木层进行每木调查，记录种名、高度、冠幅、胸径、生长势、物候期等；灌木与草本层记录种名、株数(丛数)、高度、盖度、生长势、物候期等。

1.3 数据处理

1.3.1 物种多样性指数计算

在对一个群落或一个区域物种多样性进行研究时，一般从种的丰富度、种的均匀度和种的总多样性(优势度多样性)3个角度出发，综合分析比较物种的多样性及其影响因素。

根据外业数据，分别计算绿道中乔木层、灌木层和草本层植物的物种多样性指数，其计算方法如下。

1)物种丰富度：D=S(物种数)。

2)物种总多样性。

Simpson多样性指数：H=1－ΣPi2

式中，Pi=Ni/N，Ni为第i种物种个体数，i=1，2，3，…S，N为个体总数。
Shannon-Wiener多样性指数：H=－ΣPilnPi

式中，Pi=Ni/N，Ni为第i种物种个体数，i=1，2，3，…S，N为个体总数。

3)物种均匀度。

Pielou均匀度指数：J=H/lnS

式中，H为Shannon-Wiener多样性指数，S为物种数。

1.3.2 排序

选取乔木层、灌木层及草本层的物种丰富度、Simpson多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数和物种均匀度作为测度指标，选取绿道宽度、绿道长度、绿道类型、建设年代、绿道方位和绿道位置作为环境变量因子，采用CANOCO for Window 4.5对其进行排序分析，进一步探索绿道植物物种多样性与绿道特征的相关关系。

2 结果与分析

2.1 植物物种统计与分析

2.1.1 物种组成分析

据统计，本次调查共发现维管束植物202种(含变种、栽培品种)，隶属63科136属，占北京城市绿地系统中总维管束植物种数的32.85%。其中，裸子植物6科9属16种，双子叶植物52科113属168种，单子叶植物5科14属18种；乔木76种，灌木47种，草本77种，藤本2种。所应用的植物种类主要集中于蔷薇科、菊科、豆科、禾本科和木犀科

2.1.2 物种来源分析

对北京城市绿道植物物种来源进行统计，结果显示，本地植物160种，占总种数的79.21%。其中，本地灌木所占比例最低，为68.09%，本地藤本所占比例最高，为100%(表1)。可以看出，一方面，与北京城市绿地系统和城市公园中的植物物种相比，城市绿道中的本地植物占有较高的比例。与其他绿地类型相比，城市绿道的养护管理相对粗放，本地植物对于当地具有较强的生态环境适应性，在绿道建设中得到更为充分的应用。另一方面，本次调查所得的本地木本植物指数约为0.7，符合《城市园林绿化评价标准》中城市园林绿化Ⅲ级标准的要求，但与城市园林绿化Ⅰ级标准0.9的要求仍有较大的差距。

2.1.3 物种应用频度分析

频度(frequency)是指各种植物个体在一定地区的特定样方中的出现率，它不仅反映了每种植物在群落中的密度，而且还反映了植物种在群落中的分布状况。

对北京城市绿道植物物种应用频度进行统计。乔木类中，北京骨干树种得到广泛应用，油松的应用频度最高，达到35.97%，其次为银杏、圆柏，应用频度分别为23.02%和22.30%，其他植物种类应用频度相对较低，5%以下的乔木达59种(表2)。灌木类植物应用频度普遍不高，最高的为大叶黄杨，但也仅为13.67%，其他植物则更低，应用频度5%以下的植物达36种，占灌木总数的76.6%。应用频度位于前10位的灌木类植物主要包括3种类型：花灌木、彩叶植物和常绿植物，体现出灌木层植物对景观美化的重要作用。草本地被植物中，应用频度位于前2位的为附地菜和蒲公英，出现频度分别为51.08%和50.36%，作为具有一定观赏价值的野生本地种，它们因具有较强的适应性和生活力常侵入绿道中，有时也在人工养护中被有选择地保留下来。为追求整齐划一的景观效果，草地早熟禾、山麦冬、高羊茅是应用频度最高的人工种植的草坪地被材料。

由此可以发现，北京城市绿道中，一方面，大多数乔、灌木植物种类应用频度过低，推广力度不够；另一方面，草坪地被植物的应用状况有所转变，冷季型草坪不再占有绝对优势，耗水型的草地早熟禾与节水型的山麦冬具有相似的应用频度，附地菜、蒲公英、紫花地丁、旋覆花、抱茎苦荬菜等开始被有意识地保留下来。

2.2 植物物种多样性基本特征分析

2.2.1 物种丰富度

物种丰富度是指一个群落或生境中种的数目的多寡，是物种多样性测度中较为简单且生物学意义明显的指数。分别计算绿道中乔木、灌木和草本层的物种丰富度，结果显示(表3)，草本层≈乔木层>灌木层。

2.2.2 物种总多样性

物种总多样性通常用于衡量群落结构与功能的复杂程度，总多样性指数值越大，说明植物群落物种组成丰富，结构复杂，反之物种组成单一或结构简单。依据公式，分别计算绿道中乔木、灌木和草本层的Simpson指数和Shannon-Wiener指数。结果显示(表3)，北京城市绿道植物物种总多样性的Simpson指数和Shannon-Wiener指数均呈现出乔木层>灌木层>草本层的趋势，且差异明显。由此可见，在北京城市绿道中，乔木层的物种组成结构最为复杂，生态功能地位显著；灌木层次之；草本层最差，虽然拥有较多的植物物种数量，但植物种类应用过于集中，仅有草地早熟禾、山麦冬、高羊茅、玉簪等极少数植物种类得到广泛应用，绝大多数物种处于应用频度低、数量少的状态，进而导致草本层整体生态功能较弱。

2.2.3 物种均匀度

种的均匀度是指一个群落或生境中全部物种个体数目的分配状况，它反映的是各物种个体数目分布的均匀程度。分别计算绿道中乔木、灌木和草本层的Pielou均匀度指数，结果显示(表3)，乔木层>灌木层>草本层。受到严重的人为干预，从绿道的设计、施工到养护的过程中，乔木、灌木层更加注重植物景观的多样性，注重植物种类的多样化，而草本层则更加倾向于整齐度，常以1种人工栽培种为绝对优势种，野生草本植物虽然种类多样，但数量不多，且常作为杂草去除。

2.3 不同城市绿道植物物种多样性比较

2.3.1 物种丰富度比较

分别计算不同绿道中乔木、灌木和草本层的物种丰富度，结果显示(图1)，大部分绿道的物种丰富度呈现出草本层>乔木层>灌木层的规律，与前文分析结果类似。15条绿道中，元大都城垣遗址公园、营城建都滨水绿地和南长河公园拥有较高的物种丰富度，乔、灌、草的总物种数量分别达到了99、64和62，3条绿道均为滨水型绿道；德胜公园、菖蒲河公园和顺城公园拥有较低的物种丰富度，三者在绿道宽度方面具有相似性，绿化用地宽度均为30m以下。

2.3.2 物种总多样性比较

分别计算不同绿道中乔木、灌木和草本层的Simpson指数和Shannon-Wiener指数，结果显示(图2、3)，大部分绿道植物群落的Simpson指数和Shannon-Wiener指数均呈现出乔木层>灌木层>草本层的趋势。与其他绿道相比，元大都城垣遗址公园和南长河公园各层植物的Simpson指数和Shannon-Wiener指数均较高，物种相对丰富，植物群落结构复杂，生态功能较强；德胜公园、顺城公园和金融街绿地各层植物的Simpson指数和Shannon-Wiener指数均较低，三者均为沿路型绿道，绿地宽度在30m以下。另外，元大都城垣遗址公园和火器营桥绿地的草本层Simpson指数和Shannon-Wiener指数明显高于其他绿道，这主要是因为其区域内采用粗放管理，人为干扰较小，野生地被得以正常生长所致。

2.3.3 物种均匀度比较

分别计算不同绿道中乔木、灌木和草本层的Pielou指数，结果显示(图4)，大部分绿道植物群落的Pielou指数呈现出乔木层>灌木层>草本层的趋势，与前文分析一致。不同绿道中，乔木层Pielou指数相差不大，均在0.70以上。灌木层Pielou指数位居前3位的是南长河公园、菖蒲河公园和元大都城垣遗址公园，最低的为庆丰公园。草本层Pielou指数位居前3位的依次为火器营桥绿地、元大都城垣遗址公园和菖蒲河公园，区域内采用粗放管理，人为干扰小，二月兰、紫花地丁、蒲公英、附地菜等野生植物能够得以正常生长；较低的有德胜公园、庆丰公园、顺城公园和金融街绿地，由单一化的地被植物选择和精细化的养护管理所造成。

2.4 北京城市绿道特征与植物物种多样性相关关系分析

RDA(冗余分析，Redundancy Analysis)是将线性相关分析和排序分析相结合形成多元排序分析的一种直接梯度分析方法，能从统计学的角度来评价一个或一组变量与另一组多变量数据之间的关系。对北京城市绿道植物物种多样性的12个指标和绿道特征的6个环境因子进行RDA排序，结果显示，本研究中的城市绿道植物多样性信息总变异中的66.9％能够被绿道宽度、绿道长度、绿道类型等6个变量解释。其中，第一排序轴解释了64.0%的变异信息，第二排序轴解释了约2.9%的变异信息。

图5是植物多样性与绿道特征的RDA二维排序图。图中，箭头的夹角表示相关性，夹角越小，表示相关性越高。如果箭头同向，表示正相关，反向，表示负相关。箭头的长短表示贡献率的大小，即环境因子对于物种多样性的影响程度。

[注：T(S)，T(Simpson)，T(Shannon-Wienerr)，T(P)分别代表乔木层的物种丰富度，Simpson指数，Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数；S(S)，S(Simpson)，S(Shannon-Wienerr)，S(P)分别代表灌木层的物种丰富度，Simpson指数，Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数；H(S)，H(Simpson)，H(Shannon-Wienerr)，H(P)分别代表草本层的物种丰富度，Simpson指数，Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数；Length，Site，Type，Widh，Direction，Age分别代表绿道长度、位置、类型、宽度、方向和年代]

由图5中可以看到，绿道长度、类型和宽度是对植物多样性影响较大的环境变量。其中，绿道长度与乔木层物种丰富度关系最密切，与乔木层Shannon-Wiener指数、Simpson指数、灌木层物种丰富度也具有较强的正相关关系，与灌木层Pielou指数具有负相关关系。绿道类型与草本层Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou指数及灌木层Shannon-Wiener指数具有较强的正相关关系，即滨水型绿道比沿路型绿道拥有更高的上述指数值。绿道宽度与草本层Pielou指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数及灌木层Simpson指数具有较强的正相关关系。

3 讨论

1)对北京城市绿道植物物种组成特征进行分析，本次调查共发现维管束植物202种(含变种、栽培品种)，隶属63科136属，占北京城市绿地系统中总维管束植物种数的32.85%。从物种来源来看，植物组成以本地植物为主，本地木本植物指数约为0.7，符合《城市园林绿化评价标准》中城市园林绿化Ⅲ级标准的要求，但与城市园林绿化Ⅰ级标准的要求仍有较大的差距。从物种应用频度来看，大多数乔木、灌木植物种类应用频度过低，推广力度不够。因此，在城市绿道建设中，进一步增加物种数量，重视野生驯化种和新优品种的应用，并适时扩大植物材料的应用规模成为解决上述问题的必要措施。

2)对北京城市绿道植物多样性进行分析，结果显示，物种丰富度呈现出草本层≈乔木层>灌木层的规律，物种总多样性的Simpson指数、Shannon-Wiener指数和物种Pielou均匀度指数均呈现出乔木层>灌木层>草本层的规律。可以推断，在绿道的植物景观设计中，由于乔木类植物更易于展现丰富的景观效果，设计者往往重视乔木类植物的应用，而忽略灌木类植物，灌木层缺失或植物种类单一成为普遍的问题。在草本层中，为追求统一整齐的景观效果，不仅将一种植物作为绝对优势种，更在精细的养护管理中将野生地被拔除，进一步造成草本层的物种丰富度低、生态功能差。为解决上述问题，一方面，在今后的绿道建设中，应进一步加大灌木层植物的应用，构建物种丰富、结构复杂、科学的植物群落；另一方面，增强二月兰、蒲公英、苦荬菜、紫花地丁等乡土地被植物的应用，重视野花组合和缀花草地等景观的营造，实现多功能、多层次的生态绿道建设。

3)对不同绿道植物多样性进行比较，结果发现，元大都城垣遗址公园、南长河公园、营城建都滨水绿道具有较高的物种丰富度、多样性和均匀度，植物群落结构相对复杂，生态功能较强；德胜公园、顺城公园和金融街绿地的各项植物多样性指数较低。

4)对北京城市绿道植物多样性与绿道特征进行RDA排序，结果显示，绿道长度、绿道类型和绿道宽度对植物多样性影响显著。绿道长度对乔木层植物影响较大，绿道越长，乔木层植物越丰富。较长的绿道，景观节点相对较多，为了营造不同的景观节点，常需要更加丰富的植物材料，乔木与灌木层的植物种类也就相应增多。由此，具有一定长度的绿道是城市生物多样性的重要条件。廊道宽度与生物多样性水平密切相关，Harris和Scheck认为生态廊道越宽越好。本研究结果显示，绿道宽度与草本层、灌木层物种多样性水平呈现正相关关系。由此，一定宽度的绿道设置是进行植物多样性特别是草本层植物多样性保护的必要前提。本研究中的绿道类型涉及滨水型绿道和沿路型绿道，滨水型绿道的草本层植物多样性明显高于沿路型绿道。这主要是因为在野生植物种子传播中，道路起着阻隔作用，而水系则起到传递作用。

5)城市绿道具有廊道的特性，可以保护内部生境以免受外部的干扰，具有生物源和生物库的功能，是生物多样性保护的重要场所。本研究针对北京城市绿道的植物物种组成、物种多样性以及物种多样性与绿道长度、宽度、类型等的相关关系进行了探索，为城市绿道的规划、设计、建设以及管理提供了一定的依据。然而，城市绿道的植物多样性保护功能综合而复杂，不仅与其长度、宽度等有着密切关系，还可能受到植被覆盖度、植物群落类型、植物群落结构、建设年代、管理方式等的影响，因此，相关研究需要进一步深入展开。此外，城市绿道建设正在我国如火如荼地进行，更加深入和科学的绿道相关研究也势在必行，诸如其动物多样性保护功能、降温增湿等的生态改善功能、景观美化功能以及绿道评价指标体系等。

 

作者简介：

任斌斌/1982年生/女/山东青岛人/博士/北京市园林科学研究院园林绿地生态功能评价与调控技术北京市重点实验室高级工程师/研究方向为园林生态与植物景观规划设计(北京100102)

李 薇/1980年生/女/河北保定人/北京市园林科学研究院园林绿地生态功能评价与调控技术北京市重点实验室工程师/研究方向为园林生态(北京100102)

刘 兴/1981年生/男/山东青岛人/亿利首建生态科技有限公司工程师(北京100083)

丛日晨/1966年生/男/山西人/北京市园林科学研究院教授级高级工程师(北京100102)