基于实践教学的城市植物多样性研究

谢春平，刘大伟，南程慧，韩维栋

(1. 广东海洋大学 滨海农学院，广东 湛江 524088；2. 南京森林警察学院 野生动植物物证技术国家林业和草原局重点实验室，江苏 南京 210023)

自20世纪后，世界各地城市化进程的速度和巨变程度超越了人类社会发展的各个阶段，其所带来的社会变革和城市环境变化都是前所未有的。大量人口聚集及城市不断地膨胀与扩张，对城市生态环境的维护与发展提出了更高的要求。虽然城市通常被认为对本地植物多样性有负面影响，但最近的全球和大陆城市生物多样性分析表明，城市支持多样化的植物类群[1]，并在珍稀濒危物种的保护方面发挥了积极的作用[2]。因此，城市生物多样性是城市生态系统健康的基础[3]。城市植物多样性不仅可以缓解目前城市突出的生态环境问题[4]，而且在维护城市生态平衡、改善城市环境、稳定绿地系统，以及为其它物种提供食物链和栖息地等方面发挥了积极的作用[5]。所以，城市植物多样性是城市永续发展的关键。

我国大学城是为了满足高等教育大众化和促进区域高科技发展需求而兴起的新兴城市区域[6-7]。在大学城构建良好的城市森林生态系统和优美的绿化环境，不仅可以改善和提升局部气候条件，为大学城的师生、工作人员、居民等提供舒适的学习工作场所，而且还可为相关专业的现场教学、科研提供便利[8]。因此，因地制宜地利用大学城植物资源开展相关生物多样性、环境保护、生态学等课程的实践教学具有较高的可行性。国内已有不少高校利用校园植物开展了相关实践性教学[9-10]，但利用大学城作为一个实践教学研究区域的，仍未见报道。

仙林大学城定位于南京三个副城之一，是江苏省发展高等教育产业的重点地区，高档社区和科研机构错落分布。借鉴国外高尚人文社区的规划，以高起点及绿色人文为主题的发展为目标，目前大学城已分布12所高校。这些高校既有综合型大学，又有专业型院校，学科门类齐全。经初步了解，几乎所有高校均开设有与生物多样性保护相关的课程。因此，如何充分利用大学城现有植物资源进行教学，经济高效地开展植物生物多样性研究，让学生充分认识到城市植物多样性的重要性，是值得思考的教学议题。本研究以《普通生态学》、《生物多样性保护》、《植物学》等相关课程的综合实验为基础，以学生调查的结果为主要数据，对仙林大学城的植物多样性进行初步总结分析，探讨城市植物多样性在日常实践教学中的融合与优化。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

仙林大学城位于南京市东麓，占地47 km2，毗邻栖霞山风景名胜区。本区域由过去的农牧场逐渐演变成南京市三个重要的卫星城之一，是江苏乃至全国重要的教育和高新技术产业新市区[11]。该区整体上属宁镇山脉一部分，具有低山丘陵地貌的特点，土壤以紫色土或黄棕壤中的红沙土为主。该区属亚热带季风气候，季节更替明显；年均降水量约为1 100 mm，年均气温为15.4℃，极端高温和低温分别出现在7月(39.7℃)和1月(-13.1℃)[12]。该区域虽然已经分布了大量的高校、商业区、住宅区等，但在各大学校园内、羊山公园、灵山等区域仍保留了一定数量的次生林群落。这些群落内的优势植物主要有马尾松(Pinusmassoniana)，刺槐(Robiniapseudoacacia)、构树(Broussonetiapapyrifera)、黄檀(Dalbergiahupeana)、化香树(Platycaryastrobilacea)、盐肤木(Rhuschinensis)、栓皮栎(Quercusvariabilis)和黄连木(Pistaciachinensis)等[13]。

1.2 研究方法

将参与生物多样性保护相关课程及本科毕业论文的学生(以小组形式)分派到仙林大学城的不同区域，对区域内的植物种类进行逐一记录和拍照。对现场不能确定的物种采集标本及拍摄照片，通过查阅《江苏植物志》和咨询相关专业人员等方法进行种类确定。结合笔者前期的研究工作[11, 13-14]，将学生的调查结果进行核查统计，最终获得仙林大学城植物多样性的初步结果。

2 结果与分析

2.1 物种组成

综合不同线路的调查结果表明，本区域共有种子植物304种，隶属于98科242属；其中裸子植物7科12属16种，被子植物91科230属288种(表1)。从各科所含种属数量可以看出，蔷薇科(Rosaceae)、菊科(Compositae)和禾本科(Gramineae)位列前三，它们所含种数和属数均在10以上，分别为27、24、14和16、23、14。大戟科(Euphorbiaceae)、木兰科(Magnoliaceae)、唇形科(Labiatae)、十字花科(Cruciferae)、毛茛科(Ranunculaceae)、木犀科(Oleaceae)和苋科(Amaranthaceae)分列4至11位，其种类数量均大于6个。上述11个科，虽然其科数仅占所有科数的11.22%，但它们包含了126个种，占所有种数的41.45%。含种数在4～5的科有13个，所含种数占整体的19.08%；代表科有桑科(Moraceae)、蓼科(Polygonaceae)、松科(Pinaceae)、杉科(Taxodiaceae)、榆科(Ulmaceae)等。由此不难看出，本区域超过60%的种类均集中在这24个科中，在种类数量上占有较大的优势。

含2～3个种的科有38个，共有84种，占整体的27.63%；代表科有金缕梅科(Hamamelidaceae)、蜡梅科(Calycanthaceae)、石蒜科(Amaryllidaceae)、伞形科(Umbelliferae)、芸香科(Rutaceae)、樟科(Lauraceae)等。仅含1个种的科有36个科，占整体种数的11.84%，其中较为典型的科有罗汉松科(Podocarpaceae)、海桐花科(Pittosporaceae)、商陆科(Phytolaccaceae)、莎草科(Cyperaceae)、鸭跖草科(Commelinaceae)、棕榈科(Palmae)等。含1～3种的科在科数占比达75.51%，但种类数量却远不如其他优势科。

续表1 仙林大学城植物多样性组成Table 1 Plant diversity in Xianlin college town

2.2 生活型分析

从生活型组成结构来看(表2)，本区域以草本植物居多有122种，占所有种类的40.13%。在所有草本植物的组成中，仍以菊科、禾本科、蝶形花科、唇形科、大戟科、十字花科等的种类居多；尤其是一些观赏类的菊科和禾本科植物，在园林应用中占有较大比重。乔木有87种，占所有种类的28.62%；这些乔木构成了道路、绿化带、隔离带、防护林带、街头绿地等的主体结构，以蔷薇科、榆科、木兰科、杉科等为主。灌木种类的数量有69种，占所有种类的22.70%；它们构成了各种绿地林下层的主体结构，以片植或带植的形式居多。种类最少的是藤本植物，仅有26种占所有种类的8.55%；葡萄科(Vitaceae)和葫芦科(Cucurbitaceae)是藤本植物种类中较为集中的2个科，主要作为垂直绿化材料出现。

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

2.3 频度分析

图1所示为各调查样线内不同物种出现的频度。从乔木的分布频度可以看出[图1(a)]，频度≥30%的乔木有8种，分别为刺槐、重阳木(Bischofiapolycarpa)、石榴(Punicagranatum)、枫杨(Pterocaryastenoptera)、复羽叶栾树(Koelreuteriabipinnata)、槐(Sophorajaponica)、秃瓣杜英(Elaeocarpusglabripetalus)和落羽杉(Taxodiumdistichum)。其次，频度在20%～30%(不含30%，下同)的有28种，如合欢(Albiziajulibrissin)、枇杷(Eriobotryajaponica)、枸骨(Ilexcornuta)、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)、二乔玉兰(Magnolia×soulangeana)、紫薇(Lagerstroemiaindica)、枫香树(Liquidambarformosana)和日本晚樱(Cerasusserrulatevar.lannesiana)等。频度在10%～20%的乔木有22种，包括二球悬铃木(Platanus×acerifolia)、无患子(Sapindussaponaria)、榉树(Zelkovaserrata)、棕榈(Trachycarpusfortunei)、樟(Cinnamomumcamphora)、三角槭(Acerbuergerianum)等。频度小于10%的乔木有29种，如池杉(Taxodiumdistichumvar.imbricatum)、白皮松(Pinusbungeana)、榔榆(Ulmusparvifolia)、七叶树(Aesculuschinensis)等。

在灌木种类中[图1(b)]，海桐(Pittosporumtobira)、夹竹桃(Neriumindicum)、红花檵木(Loropetalumchinensevar.rubrum)、金丝桃(Hypericummonogynum)和冬青卫矛(Euonymusjaponicus)位列前5，它们的频度均在30%以上，突出反映了本区域灌木种类的分布情况。频度在20%～30%的灌木有15种，如木芙蓉(Hibiscusmutabilis)、火棘(Pyracanthafortuneana)、锦绣杜鹃(Rhododendronpulchrum)、蜡梅(Chimonanthuspraecox)等。频度在10%～20%的灌木有22种，如八角金盘(Fatsiajaponica)、结香(Edgeworthiachrysantha)、野迎春(Jasminummesnyi)、月季花(Rosachinensis)、锦带花(Weigelaflorida)等。频度小于10%的灌木有27种，如阔叶十大功劳(Mahoniabealei)、南天竹(Nandinadomestica)、雀梅藤(Sageretiathea)、榆叶梅(Amygdalustriloba)等。

在草本植物中[图1(c)]，狗牙根(Cynodondactylon)和稗(Echinochloacrusgalli)是出现频度最高的，分别为43.14%和41.18%；余下物种出现频度均<40%。频度在30%～40%的草本植物有20种，典型的有马唐(Digitariasanguinalis)、车前(Plantagoasiatica)、蒲公英(Taraxacummongolicum)、三脉紫菀(Asterageratoides)、斑地锦(Euphorbiamaculata)、一年蓬(Erigeronannuus)等；这些植物集中在禾本科、菊科、大戟科等少数几个优势科内。频度在20%～30%的草本植物有33种，如活血丹(Glechomalongituba)、铁苋菜(Acalyphaaustralis)、鳢肠(Ecliptaprostrata)、酢浆草(Oxaliscorniculata)、爵床(Justiciaprocumbens)、苏门白酒草(Conyzasumatrensis)等。频度在10%～20%的草本植物有32种，如广布野豌豆(Viciacracca)、繁缕(Stellariamedia)、鬼针草(Bidenspilosa)、蛇莓(Duchesneaindica)、碎米荠(Cardaminehirsuta)、诸葛菜(Orychophragmusviolaceus)等。频度小于10%的草本植物有35种，如酸模(Rumexacetosa)、婆婆纳(Veronicapolita)、反枝苋(Amaranthusretroflexus)、龙葵(Solanumnigrum)、野胡萝卜(Daucuscarota)等。

藤本植物出现的频度要比其他生活型的低[图1(d)]，均在30%以下。常见的有葎草(Humulusscandens)、乌蔹莓(Cayratiajaponica)、紫藤(Wisteriasinensis)、常春藤(Hederasinensis)等。除少数几种观赏栽培外，多数为野生。

图1 仙林大学城不同生活型物种分布频度Fig. 1 Frequency pattern of species for different lifeform in Xianlin college town

2.4 典型群落

仙林大学城在建设过程中即已将“城市融入自然、自然深入城市”的理念贯穿其中，因此其各类植物群落在本区域随处可见(图2)。第一类是以道路绿化为主的群落[图2(d)]，包括中央隔离带、非机动车道、人行道等。这一类主要以高大的行道树作为群落上层，如二球悬铃木、水杉、复羽叶栾树、广玉兰(Magnoliagrandiflora)、银杏(Ginkgobiloba)等，在林下配以其他花灌和草本植物。第二类植物群落以街心公园为代表[图2(a)]，其主要以周边居民的休闲游憩功能为主，除少数女贞(Ligustrumlucidum)、香樟(Cinnamomumcamphora)、榉树(Zelkovaschneideriana)等大乔木外，多数配以桂花、红枫、石楠(Photiniaserratifolia)等灌木，形成立体景观；但这类群落地面被硬化，几乎没有草本植物。第三类群落类型以开放式生态公园为主[图2(b)]，典型代表为九乡河生态公园，有大面积的草坪绿地，在其中点缀诸如樱花(Cerasussp.)、紫叶李(Prunuscerasiferaf.atropurpurea)等小乔木，灌木种类较少。第四类为防护林带[图2(e)]，主要是各居民区、高校、河岸等区域的隔离带，以雪松(Cedrusdeodara)、杨树(Populussp.)、日本珊瑚树(Viburnumodoratissimumvar.awabuki)等大乔或高篱为主。最后一类是近自然的次生林群落[图2(c)]，典型代表有羊山湖公园、各高校建设过程中保留的植被；主要有构树、黄连木、野漆(Toxicodendronsuccedaneum)、牡荆(Vitexnegundovar.cannabifolia)、六月雪(Serissajaponica)等植物构成；群落结构相对复杂，物种较为丰富。因此，从本区域典型的群落结构可以看出，仙林大学城人工群落构的建过程中既“以人为本”满足了周边居民的日常需求，又兼顾了“植物群落自然性”尽可能与自然群落接近。

图2 仙林大学城典型植物群落概貌Fig.2 Outline of typical plant communities in Xianlin college town注：图(a)～(e)分别表示为街心公园、生态公园绿地、自然群落、道路及防护林带。

3 结论与讨论

通过对仙林大学城植物多样性的调查表明，该区域共有种子植物304种，隶属于98科242属，其中蔷薇科、菊科和禾本科在物种组成上占有较大优势。生活型的分析结果表明，草本植物占有最大比例，其后依次是乔木、灌木和藤本植物。各物种出现的频度中，乔木以刺槐、重阳木和石榴等频度较高，灌木以海桐、夹竹桃和红花檵木较为突出，禾本科和菊科的种类在频度上较高，而藤本植物频度普遍偏低。区域内同时具有人工植物群落和次生群落；在人工群落的构建过程中因地制宜，乔、灌、草立体式配置，具有较好的群落结构特征。在此基础上，对仙林大学城植物多样性及其教育功能的拓展做如下讨论：

(1)植物多样性资源丰富，可开展相应课程的实践教学。本区域虽然已从过去的农牧场变为现在以高校、商业区、住宅区为主导的区域，但仍存有较为丰富的植物资源，同时还部分保留了原有植被。从植物种类来看，区域内有种子植物98科，包括了裸子植物的主要科，如松科、杉科、柏科等。同时日常教学中的重点被子植物科，除世界广布科外(菊科、禾本科等)，还有榆科、木兰科、樟科、壳斗科等我国各植被类型中较为重要的代表性科。从现有的植被类型来看，虽然人工群落占有较大的比重，但自然或半自然植物群落在区域内仍有保留。此类自然或半自然植物群落的结构完整，乔灌草植物资源丰富，较好地体现了区域的植被特征，其所反映出来的生物多样和景观格局是生态学等相关课程实践教学的良好素材[15]。同时，让学生通过对仙林大学城植物种类结构的调查与对比研究，可深刻理解城市化过程中城市植物种类的发展和演变过程[3]，并能够对区域植物资源的开发利用有着更为深刻的理解。

(2)丰富的城市植物多样性资源为日常实践教学带来了极大的便利性。一方面，城市植物多数是学生熟悉的植物，在开展生态学(如群落结构、种群生态、多样性指数等实验)、环境科学等(如植物叶片对重金属的吸附、植物对水体净化等实验)相关实践教学时较易完成。本区域内出现的多数高频植物，如刺槐、重阳木、石榴、海桐、金丝桃、狗牙根等均是在植物学教学中常引用的例子，学生对它们的熟悉程度较高，避免了因植物分类困难造成的实验窘境。另一方面，在城市开展实践教学不仅在安全性、经济性方面有较好的保障，更大程度上利于教师的现场指导，而不受野外特定时间或路程等因素的限制。

(3)深度拓展大学城植物教育功能，增强学生生态环境保护意识。现阶段，创新教育已渗透在大学教学过程的各个环节[16]，因此利用城市植物多样性资源是开展生物学、生态学、环境学等课程创新教育的极好材料。利用仙林大学城的植物组成与群落类型可为大学生创新课题提供诸如以下的科学问题：a. 通过人工群落与自然群落的对比，探讨如何构建近自然的城市人工群落；b. 植物多样性对人居环境有何重要性，如何体现出来；c. 区域内的外来入侵植物分布格局如何，如何防范与清除外来入侵植物。诸如此类的科学问题，不仅可以使学生较好地理解理论知识，而且可进一步深入探讨问题的机理，为学生后续的深造提供了前期基础。此外，在进行创新教育的同时，也能更好地让学生了解到城市化带来的各类问题，提升了对环境保护的意识，在潜移默化过程中达到了课程思政的目的。

(4)区域植物多样性具有较大的提升空间，可丰富乡土树种。仙林大学城在绿化上虽然已努力做到道路、公园、广场等植物尽可能丰富与多样，但部分区域植物多样性仍较单一。首先，从生活型的比例来看，灌木仍有较大的提升空间。除了园林运用中常见的灌木外，可适当丰富一些乡土灌木，如雀梅藤、白鹃梅(Exochordaracemosa)、山胡椒(Linderaglauca)、绣线菊(Spiraeasalicifolia)等。灌木种类的增加与丰富，不仅可以降低养护成本，并且通过近自然植物群落的构建凸显城市地域特色[17]。其次，考虑到大学城的教育功能，应适当引种华东地区分布的保护植物或中国特有植物，如金钱松(Pseudolarixamabilis)、宝华玉兰(Magnoliazenii)、鹅掌楸(Liriodendronchinense)、浙江楠(Phoebechekiangensis)、银缕梅(Parrotiasubaequalis)、青檀(Pteroceltistatarinowii)、秤锤树(Sinojackiaxylocarpa)等。当然，机械地增加植物多样性而不去考虑物种对环境的适应性是不可取的，这不仅达不到健康群落的构建效果，还有可能增加园林植被后期管护和维护成本。因此，应在现有植物种类的基础上，适当逐步增加，将有限的植物资源种类均衡运用[18]。