昆山市公园植物群落结构和物种组成及优化策略∗

王任翔 王金虎

苏州科技大学 江苏苏州 215009

植物群落是公园生态功能的基础,直接决定公园的结构和功能[1]。提高城市生态系统稳定性的主要措施是营造近自然植物群落,昆山市地处我国东部沿海平原地区,自古以来为重要的农业耕作区,天然的植物群落已不复存在[2]。因此,为了给今后更科学地建设和管理昆山市城市绿化提供依据,我们应用法瑞学派植物群落学的研究方法,对昆山市公园中的植物群落进行抽样调查,旨在了解现有公园植物群落主要垂直层片物种组成、公园植物群落的物种多样性水平、有哪些种处于重要地位以及重要树种的年龄结构。在分析现状后提出相应的优化策略,进一步提升绿地系统的生态服务功能,这对昆山市的可持续发展具有重要意义,也为周边城市公园建设提供参考。

1 自然地理概况和研究方法

1.1 自然地理概况

昆山位于东经120°48′21″—121°09′04″、北纬31°06′31″—31°32′36″,地处江苏省东南部、上海与苏州之间。北至东北与常熟、太仓两市相连,南至东南与上海嘉定、青浦两区接壤,西与吴江、苏州交界。总面积931.51 km2,其中约超过24%是水面[3]。昆山市位于亚热带季风气候区,气候温和湿润,四季分明；年平均气温15.5℃,年平均降水量1 097.1 mm。

1.2 研究方法

通过资料研究和路线踏查确定植物分布的重要点,以典型抽样法抽样调查公园植物重要分布点的植物种类组成,累计对7个公园共40个样方进行调查(表1),在实地对每个种做出记录,并通过拍摄照片、辅以采集标本等手段获得数据,物种鉴定主要依据《中国植物志》[4]《江苏植物志》[5]等权威志书。

表1 城市公园植物群落抽样调查表

植物群落结构调查的方法主要按照法瑞学派[6],但乔木层调查的取样面积则根据园林绿地的特点进行修订[7],即在公园绿地中,借助道路、绿篱、围墙等围合框定设置一个调查样地,其面积由实测获得,而非统一固定。在昆山市公园中,成片种植、乔木种较单一的林地采用了20 m×20 m样方的取样方法。灌木与草本层的取样根据样地情况,在乔木样地内分别取2 m×2 m和1 m×1 m的样方不少于4个。各值的含义和统计方法如下:

1)密度＝(N/S)×100%(N为样地内某种植物的个体数目；S为样地面积)

2)频度＝(N1/N)×100%(N1为该物种出现的样方数；N为总样方数)

3)盖度,即投影盖度＝(S1/S)×100%(S1为某种植物遮盖样地的面积；S为样地面积)

4)显著度:样方内一个乔木种的胸径(离地面1.3 m高处的树干直径)断面积之和。

5)重要值与相对重要值:乔木层重要值＝(相对密度+相对频度+相对显著度)/3；乔木层相对重要值＝(相对密度+相对显著度)/2；灌木层重要值＝(相对密度+相对频度+相对盖度)/3；草本层重要值＝(相对高度+相对频度+相对盖度)/3。其中,相对密度是同一样地内一个种的个体数占同层(即乔木层或灌木层或草本层)全部种个体数的百分比；相对频度是同一样地内一个种的频度占同层全部种频度值总和的百分比；相对显著度是同一样地内一个种的显著度占同层全部种显著度值总和的百分比；相对盖度是同一样地内一个种的盖度占同层全部种盖度值总和的百分比；相对高度是同一样地内一个种平均高度和占同层全部种平均高度值总和的百分比。

6)辛普森(Simpson)多样性指数:D＝1-辛普森指数表示在一个群落中随机抽取两个属于不同种的概率,它的值在0～1,值越大则多样性越高[8]。

7)香农-威纳(Shannon-Wiener)多样性指数:

8)均匀度指数(Pielou均匀度指数):J＝H/lnS(H为Shannon-Wiener多样性指数,S为物种数)。

2 结果与分析

2.1 公园植物群落主要垂直层片物种组成

2.1.1 乔木层

乔木层共有乔木97种,分属33个科。根据表2中乔木重要值和株数所占比例可以看出,香樟和桂花在两种统计方法中均位居前两位,显著高于其他种。因此,昆山市城市公园植物群落中乔木层对香樟和桂花的依赖较重。

表2 乔木层乔木重要值前20位

2.1.2 灌木层

在选取的40个样方中,除了滨江公园3号样地外,其余样地均有灌木及乔木更新层。39个样地灌木(包括乔木更新层)共有58种植物,包括灌木32种和乔木幼苗26种。灌木层中,红花檵木的重要值最高,为7.69%,红叶石楠次之,为5.34%。剔除乔木幼苗后,灌木(含常作灌木栽培的小乔木)的相对重要值中红花檵木和红叶石楠均在10%以上(表3),可见昆山市城市公园植物群落中灌木层对于红花檵木和红叶石楠的依赖度也较重。

2.1.3 草本层

多数样地内的草本植物种类较丰富,草本植物共有91种,其中仅14种为人工栽培,可见野生草本植物占绝对优势。全部草本中,其优势地位(重要值)居前20位者见表4,其中栽培植物共6种,包括狗牙根和高羊茅2种草坪草和土麦冬、麦冬、吉祥草和红花酢浆草4种地被植物；而野生植物则有14种,进一步说明野生草本植物的重要性。

表3 灌木层灌木重要值前20位

表4 草本层草本重要值前20位

2.2 公园植物群落物种多样性指数

2.2.1 乔木层

乔木层种数从1～13种不等,平均5.4种,种数普遍欠丰富。乔木层辛普森多样性指数和香农-威纳指数分别在0～0.860 0和0～2.222 2,平均值分别为0.524 3和1.090 7(表5)。

表5 各样地乔木层种数及多样指数(香农-威纳指数前20位)

无论是辛普森多样性指数,还是香农-威纳指数,它们均是对样地中种数和个体均匀度的度量。周市体育生态公园5号样地虽然乔木种数最多(13种),但辛普森多样性指数排第7位,香农-威纳指数排第5位。具体分析该样地的13个树种可知,它们的分配极不均匀,香樟与女贞两者占了样地内全部乔木个体数的59%,其他11种各仅有1～3株。因此,配植多样性水平高的群落,不仅要物种数多,还要各种的个体较为均匀分配[9]。

2.2.2 灌木层

灌木层种数从0～19种不等,平均5.5种。该层超过10种的样地共有5个,可见种类普遍不够丰富。灌木层辛普森多样性指数和香农-威纳指数分别在0～0.880 0和0～2.202 9,平均值分别为0.707 5和1.554 6(表6)。

从多样性指数值看,灌木层多样性高低除了取决于配植的种数和植株的均匀度外,还在于公园植物群落的成熟度、周边环境和抚育管理等,该层多样性指数前10个样地中的9个出现于森林公园。森林公园的植物群落类型较多,彼此连绵覆盖于公园中,由于在管理上对群落内部地带的地被层清理较少,因而其物种多样性较高。

表6 各样地灌木层种数及多样指数(香农-威纳指数前20位)

2.2.3 草本层

草本植物比乔木和灌木丰富得多,植物群落中种数在0～26种,其中65%的样地在10种以上,多数为野生植物。草本层辛普森多样性指数在0～0.947 7,平均0.795 9；香农-威纳指数值在0～3.076 5,平均1.996 5(表7)。

表7 各样地草本层种数及多样指数(香农-威纳指数前20位)

2.3 公园植物群落中乔木的年龄结构

按照园林绿化苗木规格,胸径小于或等于10cm的为大苗,胸径大于10cm而小于40cm的为成年树,胸径等于或大于40cm为老树。对样地内每种乔木的实测胸径值按上述方法进行分类统计得到表8。由此可见,65.22%植株的胸径等级属于成年树,27.91%的植株为老树,而大苗仅占6.87%。

表8 公园植物群落乔木层各树种年龄组成

香樟为昆山市公园植物群落中最重要的树种,它的胸径属成年树与老树的占到99.08%,几乎无大苗级植株。从香樟胸径的平均值(24.38 cm)来看,该值属于大树级别,其标准差为±8.90,说明个体间胸径差距不算大,从而推测同龄个体较多。目前这批香樟正值发挥最佳生态效益期,但随着时间的推移,或许20～30年后,它们共同进入衰退期,如果没有不断更新,则将对城市绿地的可持续发挥生态效益产生不良的影响[10]。

对全部树种和重要值前20位树种的树龄构成分析可见(图1),成年树占比最大,老树次之,大苗占比最小,说明目前昆山市公园中乔木年龄结构基本合理,但重要树种中也存在较多的近于同龄植株和大苗级苗木较少等不利于可持续发展的问题。因此,后续新植乔木时应考虑选用不同规格的苗木以及适量增加大苗级苗木。

图1 公园植物群落中20种重要树种的年龄组成图

3 优化策略

昆山市目前的公园植被尚存在物种多样性较低、单个树种(香樟)占有量过大、树龄单一且以成年树和老树为主等问题。产生这些问题的原因在于配植时的种数较少、种植时多用大规格同龄苗木、种植密度较大等。密植大规格苗木的植物群落能快速获得绿化的效果,在后期可以通过强度较大的经营管理引导群落向地带性植被方向演替。具体优化策略如下:

1)依据昆山市的气候条件,建议面积在1 000 m2以上的植物群落种植中,通过斑块的不同物种组合等配植方法达到乔木和灌木的种数各在8种以上[11]。

2)如果种植后不作疏伐管理,对于大多数林冠层阔叶树种而言,株距应该在5～6 m；而少数冠形狭长的阔叶树、处于第二亚冠层的小乔木和大部分的针叶树,则株行距应在3 m[12]；草本植物层可通过播种、移植等方式进行。在移植种植中,植物不应占据全部地面,应留出本地野生草本地被植物的发生空间,以此可增加群落的自然度和物种多样性[13]。

3)可选择修枝、疏伐、开设林窗等方法提高林下的透光率,以引导群落向物种多样化演替。林中空地有利于天然更新树种的生长,也为补植创造条件[14]。增加物种多样性是人工林窗制造的主要目的,因此伐去的植株应该选择原本的常见种,而不是相反。此外,通过补植、林缘种植等方法增加植物群落的物种多样性及景观的观赏性。目前,昆山市公园植物群落中垂直层次不够丰富,灌木层种类也较少,因此补植的种除了可进入林冠层的树种外,还应包括亚林冠层的树种和灌木种。