连云港市主要公共绿地树木多样性研究

谢春平，盛英杰，刘大伟，南程慧，方 彦，刘 东

（南京森林警察学院，南京 210023）

随着城市化进程及工业文明的快速推进，世界上已经有超过50%的人口居住在城市，而这一人口比例仍在不断地增加[1]。为解决大量人口在城市居住等生存问题，绿地系统面积面临着严重缩减及格局破碎化的局面，从而导致生态环境问题愈发突出。因此，如何提升城市绿地系统生态效益、保护城市生物多样性是目前城市生态环境建设需要关注的热点议题之一。研究表明，公共绿地在社会、经济、环境和健康方面为城市居民提供了显著的利益，同时也在改善城市环境及居民生活质量方面发挥了重要作用[2-3]。公共绿地作为城市绿地的重要组成部分，不仅能够为居民提供良好的娱乐休闲场所，更能起到调节小气候、净化空气以及固定碳素等多方面作用[4-5]。因此，公共绿地稳定健康的发展可提高城市环境效益，城市公共绿地的群落结构及其稳定性对于城市环境有很大的影响[6]。过去几十年，越来越多的研究热点投射到城市生态学方面，这不仅仅是因为城市化进程对自然生态系统造成了影响深刻，同时学者也开始意识到可将城市区域作为主体来提升和保护生物多样性[7]，从而改变城市自然环境与生物多样性方面的窘境。城市生物多样性是全球生物多样性的一个特殊组成部分，是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[8]。随着城市生态环境的不断恶化，人类对城市生态环境保护逐渐重视，同时也意识到城市生物多样性保护和建设的重要性，城市生物多样性水平也已成为城市生态环境建设的一个重要内容和指标[9]。研究城市公共绿地的植物多样性水平，对于认识城市化对植物多样性影响，城市植被的生态效益，以及合理的城市园林绿地建设和管理均具有重要的意义[10]。

连云港是中国首批沿海开放城市之一，具有中国十大幸福城市、国家创新型城市试点城市、长三角区域经济一体化成员、新亚欧大陆桥经济走廊首个节点城市、丝绸之路经济带东方桥头堡、国际性港口城市、中国十大海港之一等众多荣誉称号，其城市园林绿化环境对提升城市形象、促进经济发展、改善居民生活质量方面均具有重要的意义。前人对连云港城市生物多样性方面的研究主要集中在宏观策略或某个具体的公园绿地[11-13]，不同区域的多个公共绿地的比较性研究未见报道。本文在野外调查的基础上，对连云港市区主要的10个公共绿地树木进行分析，拟回答以下3个问题：①连云港市区公共绿地树木多样性结构；②该区域优势树木有哪些；③不同公共绿地树木多样性的差异。其结果可为连云港城市绿化及多样性保护提供科学参考依据。

1 材料和方法

1.1 研究地概况

连云港市位于江苏东北部（33°59′～35°07′N，118°24′～119°48′E），东面临海；土地总面积 7 499.9 km2，市区建成区面积120 km2。该区域坐落于鲁中南丘陵与淮北平原的结合部，地貌基本分布为西部岗岭区、中部平原区、东部沿海区和云台山区四大部分；境内云台山玉女峰为全境最高峰海拔624.4 m。连云港属暖温带南区，年均温14℃，最冷月均温-0.4℃（极端低温-19.5℃），最热月均温26.5℃（极端高温39.9℃）；年均降水量约920 mm，无霜期220 d。受海洋调节，气候类型为湿润季风气候，伴有海洋性气候特征；形成了冬季寒冷干燥，夏季高温多雨的气候特点。

落叶阔叶林是该区域的典型地带性植被[14]，有维管束植物167科676属1414种；其中常绿乔木45种，落叶乔木164种，常绿灌木65种，落叶灌木197种，草本914种，竹类29种[12]，植物资源较为丰富。

1.2 研究方法

1.2.1 数据收集

对连云港市3辖区的10个公共绿地分布的树木进行每木调查，合计调查面积117.86 hm2。调查树木定义为高度≥3 m或胸径＞5 cm的木本植物，详细记录物种名、树木高度、胸径、冠幅等；同时对公共绿地的性质、面积、周边环境、人为活动情况、建成年代等基本信息进行记录（见表1）。

表1 各调查样地概况Table 1 Basic information of investigated plots

1.2.2 分析方法

①区系分析[15]：根据吴征镒对属的分布区类型的划分，统计世界广布、热带分布、温带分布和中国特有分布在连云港市公共绿地所占的比例。

②重要值[16]：重要值（IV）=[相对多度（RA）+相对显著度（RD）]/2；为方便数据分析，对原公式做除以2处理。

③公共绿地相似性分析：将各样地内出现的树种建立01矩阵，利用Jaccard相似性系数计算样地间的相似性[17]：，式中：j为各公共绿地彼此共有的树种；a、b分别为各公共绿地所包含的树种。

④多样性指数

Margalef指数（R）[18]：

Shannon-Wiener指数（H）[19]：

Simpson 指数（D）[20]：

Pielou 均匀度指数（J）[21]：

式中：S为样地中某一公共绿地的树种数；ni为物种i的个体数；N为全部种的个体总数。

⑤优势度指数[22]

式中：ni为某个种的重要值；N为全部种的重要值。

1.2.3 数据整理

原始数据由Excel 2016进行汇总归类，完成相应的绘图及重要值计算；多样性指数及Jaccard相似性指数由软件PAST 3.15完成。

2 结果与分析

2.1 树木组成结构及区系

2.1.1 树木组成

公共绿地物种的组成虽然带有强烈的人为干预色彩，但出现频率高的科属同时也说明了这类植物在该地区对环境的适应性，亦为引种与开发利用提供了参考依据。由表1可知，10个样地中共有树木28科58属84种，其中裸子植物4科9属13种，被子植物24科48属71种；常绿树木有18种，落叶的66种；同时，海州区样地有26科53属66种树木，其他市辖区样地有树木21种40属54种。含有树木种类最多的是蔷薇科（Rosaceae）（8属14种），其次树木种类大于4的科有杨柳科（Salicaceae）（2属9种）、松科（Pinaceae）（4属6种）、漆树科（Anacardiaceae）（1 属 5种）、豆科（Leguminosae）（4属4 种）、木犀科（Oleaceae）（4属4种）、木兰科（Magnoliaceae）（3属4种）和榆科（Ulmaceae）（3属4科）；上述这些科共含有50种树木，占所有种类近60%，因此它们在分类单元的多样性上较丰富，如杨树（Populusspp.）和槭树（Acerspp.）分别有7种和5种。其余科含有的树种在1～3种之间，其中单属单种的科有10个，占所有科的37.1%；虽然这些科在种类构成上数量不占优势，但诸如落羽杉（Taxodium distichum）、银杏（Ginkgo biloba）、枫香树（Liquidambar formosana）等有一定个体数量在公共绿地中出现。

表2 连云港市主要公共绿地树种构成Table 2 Tree composition in main public green space of Lianyungang city

2.1.2 累计多度与频度分析

多度是物种的个体数目或种群密度的反映，或者说优势度和均匀度的度量指标[23]；同时种-多度它可以全面描述群落物种的组成结构，是物种多样性的一个重要方面[24]。图1a所示为研究绿地内所有乔木树种的百分比累计多度分布，其分布曲线拟合符合对数函数曲线（y=22.122ln(x)+9.468 4，R2=0.955，P＜0.001）。样地内共计有11 479株树木出现，其中落羽杉个体数最多有1 246株，占整体个体数的10.85%；个体数在5%以上的有银杏（8.96%）、垂柳（Salix babylonica）（7.93%）和荷花玉兰（Magnolia grandiflora）（5.39%）。随着物种数的增加，累计百分比数值不断增大，具体表现为15个物种累计71.16%、30个物种已达90.48%。由此可知，虽然有84种树木在公共绿地中出现，但绿地系统中乔木的构成主要集中在前30个物种。

城市公共绿地树种频度是该地区园林资源应用的具体体现，是城市环境与树种长期相互选择的结果；因此园林树种频度结构图可较为清晰地了解连云港地区树种的配置与种植情况（见图1b）；横坐标1～10对应的频度分别为 1%～10%，10.1%～20%，…，90.1%～100%。在10个公共绿地中均出现的有3种树木，分别为合欢（Albizia julibrissin）、荷花玉兰和银杏；出现次数在超过60%～90%的有19种，占所有树种比例的22.6%；较为典型的有落羽杉、女贞（Ligustrum lucidum）、雪松（Cedrus deodara）、栾树（Koelreuteria paniculata）、榉树（Zelkova schneideriana）、二球悬铃木（Platanus acerifolia）、乌桕（Sapium sebiferum）、枇杷（Eriobotrya japonica）、榆树（Ulmus pumila）等。出现频率在20%～50%有25种，占所有树种比例的29.8%；较为典型的有石楠（Photinia serratifolia）、枫香树、紫薇（Lagerstroemia indica）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、榔榆（U.parvifolia）等。只出现1次的树种有37种，占所有树种比例的44.1%，这也是所有树种频率当中占比最大的部分；如胡桃（Juglans regia）、楝（Melia azedarach）、麻栎（Quercus acutissima）、流苏树（Chionanthus retusus）、梣叶槭（A.negundo）等；这部分树种在公共绿地内以零星方式出现，旨在为提升绿地的树种多样性或景观多样性。

2.1.3 区系性质

对连云港主要绿地乔木属的分区类型进行统计分析表明（见图2），该地区以分布区类型大小依次为温带分布＞热带分布＞中国特有分布＞世界广布。温带分布区类型是所有类型中最多的，占71.93%；其中典型的属有栎属（Quercus）、胡桃属（Juglans）、苹果属（Malus）、杨属（Populus）、榆属（Ulmus）、柳属（Salix）、木兰属（Magnolia）、木犀属（Osmanthus）等。热带分布属占22.81%，常见的属有乌桕属（Sapium）、合欢属（Albizia）、樟属（Cinnamomum）、无患子属（Sapindus）、秋枫属（Bischofia）、柿属（Diospyros）等。中国特有分布属有3个，分别是水杉属（Metasequoia）、栾树属（Koelreuteria）和银杏属（Ginkgo）。世界广布属仅刺槐属（Robinia）。因此，从属的层次上可以清晰看出该区域园林树种以温带分布为主，符合城市所处的地理区域。

图1 连云港市主要公共绿地树种多度累计与频度Figure 1 Percent accumulation of tree abundance and frequency in main public green space of Lianyungang city

图2 连云港市主要公共绿地树种属的分布区类型Figure 2 Areal-type of genus in main public green space of Lianyungang city

2.2 树木胸径结构特征

结合公共绿地的建成年代，城市绿地树木胸径结构特征在一定程度上可反映出不同时间段对园林树种的选用情况及整体树龄的分布结构特征[25]。将连云港主要公共绿地内的所有树木胸径每隔15 cm划分一个等级，当大于45 cm时归为一个等级，共分Ⅳ级；各样地内不同等级胸径所占百分比如图3所示。从图3不难看出，各公共绿地均以中小径级的树木为主（I和II级），且随着胸径增大，大径级树木的数量逐渐减少；除了少数几个公共绿地外（如苍梧绿园Q1、北崮山公园Q8等），所有公共绿地的中小径级的树木的比重比均超过了50%，尤其是海洲公园Q2、郁洲公园Q3、和安湖湿地公园Q10情况等较为突出。这说明这些绿地以新生或新栽植、幼龄树木居多，树木能够得到及时更新与补充。胸径＞45 cm的树木仅出现在北崮山公园与新浦公园，占所有树木比重的5%以上；而这两个公园均建于20世纪60年代，年代较为久远，故大胸径与大龄树木也较多。因此，从整体胸径结构分布来看，连云港各公共绿地以中小径级树木居多，树龄结构呈现正金字塔状，在一定程度上可保证公园树木种群的正常发展。

图3 连云港市主要公共绿地树木胸径结构分布Figure 3 Distribution of diameter at breast height in main public green space of Lianyungang city

2.3 重要值

表3所列为调查10个样地内重要值排在前10的树种，其表现以下几个特征：①整体而言，各样地位列前10树种的重要值之和均在60%以上，基本可代表其所在样地的重要性；其中，重要值之和最大的是样地Q5达94.61%，最小的是Q8为65.06%。②优势树种突出，重要值大。如苍梧绿园的响叶杨（Populus adenopoda）（12.51%）与落羽杉（10.35%），新浦公园的二球悬铃木（17.94%）、东京樱花（Cerasus yedoensis）（15.30%）、柏木（Cupressus funebris）（13.48%）等均超过10%；这充分说明了少数几个树种构成了这些绿地的主要群落结构，重要性突出。③从区域性来看，植物运用的偏向性明显。海州区分布的6个绿地中，蔷薇科植物的重要值在5个公共绿地中位列前茅，如紫叶李（Prunus cerasiferaf.atropurpurea）或东京樱花；而其他市辖区的绿地仅有一个有紫叶李的重要值排名进入前5，这充分说明了海州区的蔷薇科树种的重要值较其他市辖区较高，更加注重绿地的观赏性；即更多地利用蔷薇科树种丰富绿地景观，以满足市民的休闲玩赏需要。

④区域性植物明显。杨柳科作为温带地区公园绿地出现频度较高的物种，在连云港10个公共绿地中也占有一定的比重，说明该科植物在大部分绿地群落中也具有一定的重要性；但由此带来的花期柳絮、杨絮问题也较为严重。⑤基调树种突出。一方面，银杏作为连云港市市树，在大部分样地中的重要值均较大，是连云港绿地群落的重要组成部分，也体现出连云港市绿化的地方特点；另一方面荷花玉兰、二球悬铃木、落羽杉等植物在多数样地中有一定的重要值，也说明了城市公共绿地之间的同质性严重的问题。⑥部分样地优势种过度集中。市政府南侧景观大道（Q5）的优势度指数最高，说明其优势种最为集中，结合重要值来看荷花玉兰（21.91%）、银杏（16.58%)、紫叶李（15.10%）、东京樱花（12.73%）在该群落中的重要值均超过10%，说明这4个树种是该绿地的主要构成部分；此外，样地Q2、Q4和Q7的优势度指数均＞0.1，也说明了这几个公共绿地均由少数几个种占据较大优势的情况。

表3 连云港市主要公共绿地树木重要值Table 3 Tree importance value of main public green space in Lianyungang city %

2.4 公共绿地相似性

为了对10个绿地样地的相似性进行比较，建立各个树种在10个绿地的存在性0～1矩阵，并计算Jaccard指数。结果显示（见表4），各样地间相似性系数在0.24～0.60之间，相似性系数最高的为郁洲公园和海州公园，相似性最低的为和安湖湿地公园和市政府西侧沿河绿地。郁洲公园与海州公园无论是在公园性质、建筑面积还是建成年代都极为类似，所以在绿地树木群落选种与建设时都有极高的相似性；而市政府西侧沿河绿地、市政府南侧的景观大道均为的纯人工植物群落，所以可能与连云区、赣榆区依托自然植物群落而建立的绿地树木群落存在着较大的差异，且占地面积也较为有限，树木选种也受到一定限制，因而导致了它们之间相似性系数普遍较低。而从总体上来看，海州区各绿地与其他市辖区绿地的相似性系数比较并无明显规律，说明绿地植物群落多为人工植物群落，受人主观因素影响较大，树木群落城乡区域特性差异不明显。

表4 连云港市主要公共绿地树木相似性Table 4 Tree similarity of main public green space in Lianyungang city

2.5 树木多样性

物种多样性是反映群落结构稳定性及复杂性的有效特征指标，同时能够很好地体现物种在生境中的丰富程度和每一物种的株数以及分布均匀程度；这一指标受生物体之间、生境及人为干扰等诸多因素所影响[25]，表5所列为连云港各主要公共绿地树木多样性指数。从树种数和个体数量的平均值来看，各样地树木约29种，约1148个个体数，115株/hm2；从各样地情况来看，Q1（苍梧绿园）不论在物种数（55）还是个体数量（3407）均要远大于其他样地，这与其地理位置及功能地位有重要关系；而物种数最少的2个公共绿地为市政府两侧的景观休闲绿带（Q5和Q6），分别有物种数19和20及树木个体数456和268，这主要是受绿地面积及城市道路格局的影响。结合Margalef丰富度指数发现，最高的为 Q1（6.64），最低的为 Q5（2.94），而 Q8 也具有较高的丰富度值（5.73）；因此丰富度指数基本反映了各样地的真实情况。

Shannon-Wiener指数的排列规律基本与Margalef丰富度一致，位列前3的依次为Q1（3.28）、Q8（3.13）和 Q9（2.73）；其他街旁绿地、专类公园的指数较低，均在2.50左右。Simpson指数反映的是群落优势度，数值越大群落中的优势树种的个体数就越多。各绿地的Simpson指数排列规律也与上述2个指数的结果基本一致（见表5）。因此，苍梧绿园、北崮山公园类的综合公园中的树木丰富程度要高于郁洲公园、海州公园等专类公园及街旁绿地。从表5可知，Pielou均匀度指数与群落的稳定性相比，Q9（0.87）、Q8（0.85）和 Q6（0.83）反映的结果最好；整体而言各绿地的Pielou均匀度指数均较高，且绿地之间差距不大，说明连云港市绿地树种的配置较为合理，物种分布均匀，群落稳定性好。诸如郁洲公园等专类公共绿地通常含有游乐园及动物园，偏重游玩性，植物景观建设较为落后；同时，街旁绿地受制于过小的面积，无法容纳过多树种，其物种丰富度自然受到限制。综合各项多样性指数分析，苍梧绿园（Q1）的物种多样性要优于其他绿地，海州区公共绿地树木多样性配置要优于其他地区。

表5 连云港主要公共绿地树木多样性Table 5 Tree diversity of main public green space in Lianyungang city

3 讨论与结论

3.1 讨论

①优化城市树种重要值的研究方法。当前，国内学者在研究城市树种重要值时，多数以相对多度、相对优势度和相对频度为综合考量[26-27]，这其实是未考虑到自然环境与人工环境的区别。在自然群落研究中，由于需要考虑物种竞争及自然资源分配等因素，在计算物种重要值时会对物种的频度加以考量。但有学者认为，城市森林常被人为地以线性或聚集的方式安排，并不含有环境变量；而物种的出现与存在也不是自然更新形成的[28]。因此，城市森林物种重要值不是基于对空间资源的竞争或合作的体现，物种在不同地点出现不是重要的因素[29]；换言之，城市环境具有同质性，因此在重要值计算时不考虑频度因子。这一改进的重要值公式更符合城市人工环境的实际情况，获得了学者们的认可[29-30]，值得进一步推广使用。

②合理维持本区域公共绿地的树木多样性。城市化进程是世界各国发展的必然趋势，中国当前多数城市也在经历着人口剧增带来的城市森林、绿化用地面积不断减少，让位于工业、商业和人民居住用地的尴尬局面[31]；由此导致的城市生态环境恶化加剧，并威胁到城市的生态安全和居民的福祉[32]。因此，“因地制宜、适地适树”地推进城市生物多样性建设已成为城市生态环境建设共识，城市公共绿地已成为城市生物多样性保护的重点区域。Shannon-Wiener指数在连云港10公共绿地的平均值为2.66，与国内其他城市公共绿地的比较分析表明，连云港公共绿地的多样性要优于沈阳、郑州、保定等北方城市，而不及广州、武汉、玉溪等南方城市[10，22，31]；与国外城市相比，其树木多样性也要优于都柏林（2.32）[25]、班加罗尔（1.03）[33]、波士顿（1.65）[29]等地区。从上述比较可知，城市树木虽然受人为主观意识的影响较大，但也要考虑其所在区域的气候环境和自然条件；因此，连云港地区树木多样性属于中等水平，基本符合其所在的区域位置。但从树木种类的构成来看，银杏、合欢、荷花玉兰、香樟等广泛且大量地出现在各个样地，在一定程度上减少了其他树种进入的机会。其次，诸如杨树、悬铃木等在该区域极易维护和生长，但存在飘絮等严重的公共健康的问题，因此是否继续大面推广此类树种，是后续城市树种多样性维护管理值得探讨的问题之一。因此，在现有环境基础上，维护好当前公共绿地的树木多样性，不应为了提升城市绿地的树种多样性而盲目引种。

③尊重自然规律，合理引种，适地适树。随着园林栽培技术的不断进步，城市树木引种的对象及范围越来越宽泛，但仍应遵守引种的规律与原则，保证引种的成功率。连云港地区自然植被的区系类型以温带分布为主[34]，这与本次调查公园树种属的分布区类型以温带占大比例的结果是相吻合的。调查中发现，市区多数公共绿地均有香樟栽植，但许多香樟因遭受冻害而严重受损，甚至有不少香樟被冻死，影响了绿化景观的效果。香樟属于亚热带常绿阔叶林树种，而连云港市冬季较为寒冷，极端低温可达-10℃以下，这对香樟是极大的挑战；并且每年市政绿化部门均需投入较大的养护成本与精力来维护。因此，连云港市公共绿地建设不应一味强求常绿树种的种植，而应“立足落叶阔叶树种、积极引种耐寒常绿阔叶树种、根据生境合理布局树种”[11]。同时，寻找合适的香樟替代种是园林部门后续工作需要关注的问题之一。

此外，连云港属滨海城市，全年多伴有较大的海风，选种时除了要考量树木景观效果与生态效益，还要注意树木的抗风能力，增加城市绿化优势树种中抗风树种的比例。

④优化树种结构。公园绿化因考虑到种植成本以及养护的简约化，部分城市公园在植物选择上也还存在严重的偏好性和单一性，造成植物分布均匀度不高，多样性也较低；虽然植物景观功能很好，但不利于植物群落的稳定与发展，也不能形成稳定的长效性植物景观[35]。城市环境树木数量的构成研究表明：在同一城市区域内，科、属、种各级单位构成的个体数，单个科不超过30%，单个属不超过20%，而单个种不超过10%[36]；亦有学者认为单个树种不应超过5%[37]。连云港主要公共绿地内落羽杉个体数占10.85%，而银杏、垂柳、荷花玉兰等均超过了5%的比例。早期连云港市绿化树种选择比较单一，大量选用了杨柳科植物，各个公园及街旁绿地中常有栽植。以苍梧绿园为例，园内水体周边栽植有垂柳240株，在公园四周接近道路侧种植杨树474株；每至花期，大量柳絮、杨絮飘散，造成“满城飘雪”的景象，严重影响市民的生活与出行。某一种个体数的增多，不仅降低了物种多样性的结构，同时也降低了景观多样性，因此合理降低单一优势种对提升生物多样性及景观多样性均有好处。结合本地乡土树种资源，红楠（Machilus thunbergii）、楸（Catalpa bungei）、野鸦椿（Euscaphis japonica）、黄檀（Dalbergia hupeana）、鹅耳枥（Carpinus turczaninowii）、山槐（Albizia kalkora）等树种资源均有较好的引种潜力[38]，从而构建连云港地区公共绿地生态环境与人居环境更佳的城市森林群落。

3.2 结论

对连云港市区10个公共绿地树木多样性的调查结果表明：①连云港主要公共绿地内共有树木28科58属84种，其中以蔷薇科、杨柳科、松科、槭树科等树种较为丰富；累计多度表明银杏科（银杏）、杉科（落羽杉）、樟科（香樟）等在树木数量上却占有较大比例；合欢、银杏和广玉兰是所有样地中均出现的树种，具有较高频度；而仅出现1次的低频树种占所有种类的44.05%。同时，该区域树种区系性质整体上表现为温带型，与当地自然植被的区系性质相吻合。②各公共绿地均以中小径级的树木为主，说明了公共绿地建成时间均比较短。③各样地的重要值均表现在集中在少数几个优势树种或少数几个科。④各公共绿地相似性系数值在0.24～0.60之间，城乡公共绿地之间无明显差异性规律。⑤各多样性指数均表明苍梧绿洲（Q1）的树木多样性较其他绿地更好，这与其作为本地区的中心公园有重要的关系。因此，合理维持树木多样性及优化树种结构是今后连云港城市森林生态建设的需要关注的重点问题。