城市化背景下植物多样性特征的分析

刘燕杰，王婉懿，吕文思，满 良，邹金华

（天津师范大学a.生命科学学院，b.天津市动植物抗性重点实验室，天津300387）

城市化背景下植物多样性特征的分析

刘燕杰，王婉懿，吕文思，满 良，邹金华

（天津师范大学a.生命科学学院，b.天津市动植物抗性重点实验室，天津300387）

为了解城市化进程对生态系统中植物多样性特征的影响，以天津市西青区大学城内的天津师范大学校园及毗邻农田为研究对象，调查这2个生境中的植物种类和分布情况，计算植物群落的Simpson指数、Pielou均匀度指数和Shannon-Weiner指数，比较城市化过程中人工植被同原有农田植被的优劣.调查记录到天津师范大学校园内共有植物48科111种，生活区的植物种类高于教学区、科研区和体育馆；农田生态系统中有植物26科56种，所占面积较多的为禾本科作物.校园生态系统中的植物在种类、生活型结构、观赏特性和景观时序性方面，各项多样性指数均高于农田生态系统；在植物同生境和整体环境的和谐性方面，校园生态系统则低于农田生态系统.

城市化；植物种类；多样性指数；和谐性

城市化指的是一个国家或地区由传统乡村型社会向现代城市型社会逐渐转变的历史过程.伴随着城市化进程的进行，城市范围内人为干扰的强度由郊区向市中心呈现逐渐增强的趋势，外来植物的种类及数量也随着城市化程度的加大而增多，植物多样性由郊区向市中心逐步减少，其中野生植物的减少尤为明显[1-2].城市化背景下植物的多样性大多来自于人为种植，城市化在一定程度上促进了物种的均一化[3-5].城市绿地的建设，一方面优化了城市生态系统的服务功能，美化了人们的居住环境；另一方面，也存在部分绿地林型单一、群落结构不合理、乡土植物应用不足等问题[6-7].校园是一个功能复杂的综合体，绿化是其重要组成部分.校园植物在一定程度上美化了校园环境，改善了局部气候，为师生提供了舒适的工作学习场所，同时还可为相关专业的教学、科研提供便利[8-9].

天津师范大学地处天津市西青区郊区新城，正处在城市化的过程中，原有自然植被的生物多样性产生了很大的变化，植物群落由最初以农田为主体逐步演

变为现在的复杂格局.本课题组于2013年4月—2015年3月，对天津师范大学校园内和大学城毗邻的农田区域的植物群落进行调查，比较2种生境下植物群落的物种组成、分布及植物多样性，分析城市化进程中人工建立植物群落与环境的匹配性，以期为区域的植物分布、生态评价及合理利用等方面提供参考.

1 研究区域概况

天津师范大学坐落于天津市西青区大学城内，该地区位于天津市西南部，平均海拔3.4 m，区域气候属暖温带半干旱湿润季风型，四季分明.年均降水量约620 mm，受季风影响，77%的降水集中在6、7、8这3个月份，干旱季节明显.年均气温13.1℃，最低月（1月份）平均气温－4.5℃，最高月（7月份）平均气温28.9℃，年平均温差33.4℃.冬季以西北风为主.平均无霜期为227 d，年日照时数为2 608 h.整个区域地势平坦，土壤为半水成土纲的潮土和水成土纲的沼泽土.

2 研究方法

2013年4月—2015年3月，在天津师范大学校园内选取5个样地，每个样地大小为100 m×200 m，分别是二食堂与劝学楼（教学）之间的树林、图书馆西边的树林、西门以北的生活区、明理楼（科研）东侧的树林以及体育馆东侧的树林.各样地以及农田区域的相对位置如图1所示.

图1 样地的相对位置Fig.1 Relative location of each sample plot

校园植物中乔木与灌木分布较为集中，而草本相对分散且出现频率较高.根据校园植物种类的观赏特性、开花季节和生活型特点进行基础数据统计，对于植物生活型方面，本研究考虑了常绿针叶、落叶针叶、常绿阔叶和落叶阔叶特性.在大学城毗邻的农田区域选取5个样地，每个样地大小为100 m×200 m，包括农田、路边、农村居住地.

采用定性指标与定量指标相结合的方法对植物景观进行评价.定量指标方面，通过统计常绿针叶与落叶针叶、常绿阔叶与落叶阔叶、观花、观叶、观果等应用树种以及观花植物开花季节分布来计算多样性指数[10-13].多样性指数主要包括：物种丰富度指数（S）、度量群落优势度的Simpson指数（D）、反映群落多样性高低的Shannon-Weiner指数（H）和反映群落中不同物种多度分布均匀程度的Pielou均匀度指数（E）.这些指数作为多样性的测度指标，得分由各项分值乘以相应权重获得.物种多样性指数以植物种类及其株数计算获得；通过统计群落内落叶与常绿、针叶与阔叶植物的种类和数量，参照文献[14-15]中的方法获得生活型多样性指数.各项指数的计算公式如下：

S=出现在样地中的物种数

式中：pi=Ni/N，Ni为第i种植物的数量，N为所调查的植物总数.Hmax=lnS，是当群落中S个种类植物的出现概率均为1/S时的多样性指数.累和为D、H、E三者数值相加，分值由累和乘以权重计算得出，权重系数参照文献[16].

3 结果与分析

3.1 大学校园内与周围农田的植物组成

在大学校园内共记录到植物111种，隶属48科，如表1所示.其中，裸子植物包括4科8属11种，主要是松科的油松与雪松、柏科的圆柏与龙柏等观赏乔木或灌木；单子叶植物包括5科12属13种，主要有禾本科的苇状羊茅、升马唐和芦苇等草本或水生植物；双子叶植物包括39科75属88种，蔷薇科种类最多，共9属14种，主要有西府海棠、月季、黄刺玫等观花植物，其他双子叶植物共66属74种，其中毛白杨、一球悬铃木、毛泡桐等为区域常见乔木，紫叶小檗、冬青卫矛、小叶女贞等为区域常见灌木，均为人工种植.此外，还有一些原生的藜科、菊科杂草等.

表1 天津师范大学校园内植物种类Tab.1 Plant species in campus of Tianjin Normal University

续表1

在大学城毗邻农田、农村居住区及周围路边区域共记录到植物56种，隶属26科，具体种类如表2所示.其中单子叶植物包括4科12属12种，除了玉蜀黍、水稻、大麦、高粱等作物外，禾本科草本植物在数量上占优；双子叶植物包括22科42属44种，既有国槐、白蜡等高大乔木，也有桑、枣、桃、杏等经济林木，其余为茄、辣椒等低矮经济作物.所占面积较多的为禾本科植物.

表2 大学城毗邻农田的植物种类Tab.2 Plant species in adjacent farmland in University Town

3.2 大学校园内与毗邻农田生态系统的植物属种分布

对天津师范大学校园内的不同功能区域进行植物属种数量的调查统计，结果如图2所示.

图2 大学校园内不同功能区域的植物属种分布Fig.2 Distribution of genius and species of plants in different functional regions in campus of Tianjin Normal University

由图2可以看出，校园生活区分布的植物在目、科、属、种4个水平上数量均高于其他区域，尤其是植物种类，接近60种，远高于其他区域.这主要是考虑到生活区是学生在校园内的主要活动和休息场所，人员相对密集，尤其是在傍晚和晚上.为了给学生创造舒适的生活环境，改善小气候区域内的空气条件，学校在兼顾观赏性和实用性的基础上，在生活区栽种较多种类的植物，既有龙柏和冬青卫矛等能分泌杀菌素且具有抗氟化氢能力的灌木，也有合欢等具有抗氯吸氯能力的乔木，还有能够分泌油脂吸附粉尘的被毛植物，如一球悬铃木等.除生活区外，位于食堂和教学楼之间的区域植物属种也较多，在白天该区域学生也较为集中.其他3个区域人员相对较少，因此植物种类少于生活区和教学区.

农田景观的植物组成相对简单，大部分面积为农田，主要栽种的是小麦、水稻、落花生等农作物，伴生一些禾本科和菊科的杂草，如蒲公英、升马唐、狗尾草等；其次是农田旁的公路，路边主要是由国槐、垂柳和毛白杨等构成的行道树.由于近几年城市化进程的加快，加上该区域行道树单一且公路车流量增大，因此农田空气质量相较以前有所下降.

3.3 大学校园内与周围农田植物多样性的比较

比较天津师范大学与周围农田的植物多样性指数，结果如表3所示.由表3可以看出，大学校园内的各项植物多样性指数几乎都高于农田的数值.这是因为农田的物种较为单一，农田植物的生活型结构大多为一年生草本或藤本，如大豆、水稻等农作物和蒲公英、狗尾草、碱蓬等杂草，乔木主要是作为路边行道树的国槐、毛白杨、垂柳.校园内则人工引入了较多的园林绿化植物，既有用来遮荫和净化空气的高大乔木，如一球悬铃木、银杏、毛白杨、垂柳等，也有西府海棠、紫叶李、山桃等高度略低的观花乔木，圆柏、侧柏、紫丁香、金钟花等灌木组成更低一层的植被，最低处为萱草、鸢尾等草本植物，另外还保留了原有湿地的芦苇.同农田生态系统相比，校园生态系统中更多的是在园林绿化中常见的植物种类，生活型结构也更加多样化，植物多样性朝观赏性发展.在多样性指标中，校园植物群落与生境的和谐性显著低于农田植物群落，与整体环境的和谐性也略低于后者.

4 讨论和结论

本研究调查了天津师范大学校园内与毗邻农田的植物群落物种组成，对比数据显示，校园内植物种类繁多，但野生植物较少，这与张金屯等[1]关于城市化对森林植被、土壤和景观影响的结论相似.虽然大学校园内植物的物种、生活型结构、景观时序性、观赏特性等多样性指数高于农田，但天津师范大学人工生态系统的植物组成在与其生境的和谐性和与其整体环境的和谐性方面不如原有的农田系统.这说明了城市化背景下的人工生态系统虽然有利于人类居住，但是植物同周围环境的协调性方面尚存在不足.建议在今后的人工植被设计中，在获得景观效益和功能效益的同时，兼顾植物同整体环境的协调性.

致谢：本研究得到了天津师范大学后勤部校容科的大力支持和帮助，特此感谢！

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（责任编校 纪翠荣）

Plant diversity analysis under the background of urbanization

LIU Yanjie，WANG Wanyi，LÜ Wensi，Manley，ZOU Jinhua
（a.College of Life Sciences，b.Tianjin Key Laboratory of Animal and Plant Resistance，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）

To learn the influence of urbanization progress on the plant diversity of ecosystems，the campus of Tianjin Normal University and the adjacent farmland in University Town of Xiqing District in Tianjin were sampled for the investigation of composition of plant species and distributions.Some diversity indexes，including Simpson index，Pielou eveness index and Shannon-Weiner index，were calculated to compare the advantages and disadvantages of artificial vegetation with original farm vegetation.111 species belonging to 48 families were recorded in the campus，and the species in living quarters were more than those in teaching area，researching area and gymnasium.56 species belonging to 26 families were recorded in the farmland ecosystem，and graminaceous crops occupied the most areas of farmland.In respect of plant species，structures of life-forms，ornamental features and landscape scheduling，the diversity indexes in the schoolyard were higher than those in the farmland.While，as for the harmony of plants with habitats and whole environment，the campus was inferior to the farmland.

urbanization；plant species；diversity index；harmony

Q948

A

1671-1114（2016）06-0062-07

2015-11-01

大学生创新创业训练计划资助项目（2013145）.

刘燕杰（1994—），女，本科生.

满 良（1971—），男，副教授，主要从事植物生态学方面的研究