武汉市环城林带生物多样性研究

刘润华 王升正

摘 要： 环城景观林带作为武汉环城森林生态工程的主要成果，是武汉市城市森林生态系统的重要組成部分。通过样地调查方法，分析了武汉市环城林带主要林分的生物多样性，结果表明林带树种较少，乔木多样性非常单一，林下灌木、草本生物多样性单一，有些样地无任何草本植物，武汉市环城林带生物多样性水平总体较低。建议对现有林分应开展林分质量改造，促进林下灌草层的生长，提高林带生物多样性。

关键词： 武汉市;环城林带;生物多样性

中图分类号：S731.2   文献标识码：A   文章编号：1004-3020（2021）01-0052-04

环城林带通常指通过政策或立法方式，在城市周边地区建设一定规模、连续或基本连续的、永久性的绿色开放空间，也称为环城绿带[1]。环城林带是城市森林的一个特殊种类，不仅具有涵养水源、固碳释氧、保持水土、净化空气等一般森林生态服务功能，还具有高速路段的隔音、降噪、构建城市生态网络廊道、控制城市无序扩张等多种特殊作用。我国北京、上海、贵阳、西安等城市相继开展了环城林带建设应用[2-4]，武汉市于2002年启动了环城高速两侧各100 m的森林生态工程的建设，建成了188 km外环生态风景林带。由于武汉市环城林带建设初期本着“先快速绿起来”的原则，以及长期以来的“重造轻管”，林带的后期生长、群落稳定性、景观效果等存在不确定性[5]。为开展环城林带质量评估，为后期林带质量提升提供依据，作者采用样地调查方法，对武汉市环城林带乔木物种多样性、灌木物种多样性和草本物种多样性进行了研究。

1 研究区概况

武汉市位于湖北省东部、长江与汉水交汇处，地理位置为北纬29°58′～31°22′，东经113°41′～115°05′。武汉市地貌属鄂东南丘陵经汉江平原东缘向大别山南麓低山丘陵过渡地区，全市低山、丘陵、垄岗平原与平坦平原的面积分别占土地总面积的5.8%、12.3%、42.6%和39.3%，海拔高度在19.2～873.7 m之间，大部分在50 m以下。武汉市属北亚热带季风性（湿润）气候，武汉年平均气温15.8～17.5 ℃，年降水量1 150～1 450 mm。环城林带建设区域属残丘性河湖冲积平原，大多数地段为农田和旱地，农田土壤类型为水稻土和潮土;旱地和岗地土壤多为红壤和黄红壤;丘陵地区一般为黄棕壤，局部有黄红壤分布。

武汉环城林带于2002年开始建设，2005年完工，主要是沿武汉市188 km外环高速公路两侧各建设100 m宽的生态公益林绿化带，并与绿带附近的12处森林公园、林场风景林及历史人文景观（遗址）“一线穿珠”，形成集生态、旅游、观光、休闲和绿色产业等多功能于一体的环城绿色屏障。工程设计新造林面积0.29万hm2，加上与绿带相连的风景林改造0.11万hm2，合计建设森林绿地面积0.39万hm2。树种主要包括香樟Cinnamomum camphora、水杉Metasequoia glyptostroboides、杜英Elaeocarpus decipiens、复羽叶栾树Koelreuteria  bipinnata等乔木树种及红叶石楠Photinia×fraseri、夹竹桃Nerium indicum等灌木树种。

2 研究方法

2.1 样地设置

根据环城林带的特点，每种林分类型分别设置6块标准监测样地，其中拟抚育样地3块，对照样地3块，每类监测样地设置具体为邻近林带外侧（靠近高速环路一侧）1块，林中1块，林带内侧（靠近农田或居民区一侧）1块。标准样地面积为20 m×20 m，样地不跨河流、道路或伐开的调查线。主要调查林地样地基本情况见表1。

2.2 调查方法

林下植被调查采用样方调查法。在每块20 m×20 m的样地内胸径大于1 cm的林木（记为乔木层）进行每木调查，记录其种名、胸径、树高等。在每块样地内沿对角线的两个角落和中心分别设置3块2 m×2 m的灌木样方，在灌木样方内再设置1 m×1 m的草本样方，调查样方内灌木层（包括胸径小于1 cm的木本植物和层外藤本植物，便于统计分析，将藤本植物纳入灌木层）和草本层植物的种类、个体数、高度和覆盖度等。

2.3 数据分析

采用重要值分析群落结构，重要值为相对频度、相对密度和相对优势度3者之和。

灌木草本相对重要值=相对密度+相对盖度+相对频度

乔木的相对重要值=相对密度+相对显著度+相对频度

其中：

相对密度=（某个物种的株数/所有物种的总株数）×100%

相对盖度=（某个物种的盖度/所有物种的盖度）×100%

相对显著度=（某个物种的断面积/所有物种的断面积）×100%

相对频度=（某个物种的频度/所有物种的总频度）×100%

频度：指任一个样方中出现某物种的可能性。密度：指单位面积内植物个体数量。

种的频率=含有某种的样方总的样方×100%

采用物种丰富度（样方内物种总数）、Shannon-Wiener指数（H）、Simpson优势度指数（D）和Pielou均匀度指数（E）对林下灌木层和草本层物种多样性进行定量分析。

3 结果与分析

3.1 栾树林分样地

（1）乔木层：样地内乔木层仅有栾树一个树种，此处不计算乔木层的物种多样性。

（2）灌木层：栾树林分灌木层各样地物种相对重要值情况见表2，物种多样性情况见表3。

（3）草本层：目前该样地内草本层未调查到草本物种。

在栾树林中，各样地乔木层皆仅有栾树一个树种，物种多样性十分单一。在林下灌层，各样地均以栾树幼树幼苗为主要物种，重要值在157～271之间;此外存在少量桑树（重要值21～55）和构树（重要值19～53）的幼树幼苗。仅在L4样地出现极少数垂序商陆，重要值为31。灌木层物种丰富度在2～3之间，Shannon-Wiener指数在0.05～0.32之间，Pielou均匀度指数在0.08～0.29之间，Simpson优势度指数在0.02～0.15之间。各个样地内林下无任何草本物种。

3.2 水杉林分样地

（1）乔木层：样地内乔木层仅有水杉一个树种，此处不计算乔木层物种多样性。

（2）灌木层：样地S1、S3、S6无灌木物种，样地S2、S4、S5仅有一种灌木，此处不计算乔木层物种多样性。

（3）草本层：水杉林草本层各样地物种相对重要值情况见表4，物种多样性情况见表5。

在水杉林中，各样地乔木层皆仅有水杉一个树种，物种多样性十分单一。各样地林下灌层中仅有一种灌木或无灌木出现，灌层物种多样性十分单一。在林下草本层中，剑叶凤尾蕨、沿阶草和绞股蓝的数量最多，重要值分别为55～127、30～72、25～62;还有较多的毛蕨和栝楼，重要值分别为181～195、105～142;此外还少量分布极不均匀的草本，如苎麻、天胡荽、蛇莓等。草本层物种丰富度在2～6之间，Shannon-Wiener指数在0.56～1.67之间，Pielou均匀度指数在0.73～0.93之间，Simpson优势度指数在0.37～0.79之间。各个样地内林下无任何草本物种。

3.3 樟树林分样地

（1）乔木层：樟树林乔木层各样地物种相对重要值情况见表6，物种多样性情况见表7。

（2）灌木层

樟树林灌木层各样地物种相对重要值情况见表8，物种多样性情况见表9。

（3）草本层：樟树林草本层数据部分样地数据有缺失，仅Z6样地数据完整，物种相对重要值和物种多样性情况分别见表10和表11。

在樟树林中，除樟树（重要值为214～269）占绝对主体地位以外，还伴生有少量杜英、女贞、构树、栾树和楝树，重要值分别在6～59、11～58、9～28、4～6和9。乔木层物种丰富度在2～6之间，Shannon-Wiener指数在0.46～1.03之间，Pielou均匀度指数在0.44～0.71之间，Simpson优势度指数在0.23～0.54之间。在林下灌层中，分布有较多杜英、构树、女贞、朴树和栾树的幼树幼苗，重要值分别为34～173、22～113、24～116、18～58和19～136;此外还存有海桐、花椒、络石、卫矛等植被。灌层物种丰富度在4～7之间，Shannon-Wiener指数在0.98～1.72之间，Pielou均匀度指数在0.54～0.88之间，Simpson优势度指数在0.43～0.79之间。草本层中主要为沿阶草和臭鸡矢藤，物种丰富度为2，Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度分别为0.45、0.65和0.27。

4 结论与讨论

（1）武汉市环城林带林分样地都是人工纯林，乔木多样性非常单一，林下灌木、草本生物多样性单一，有些样地无任何草本植物。同国内其他环城林带相比，武汉市环城林带生物多样性水平总体较低。

（2）我国很多城市环城林带建设均已进入成林养护管理阶段，现有研究表明[6，7]，城市林带的树种单一，植物群落层次简单，大多数群落都只有一个林冠层，生物多样性较低，灌木与草本植物稀少。结合本文研究，建议环城林带建设应尽量选择具有一定观赏性的乡土树种，考虑树种的多样性和乔灌草配置，合理配置初植密度，营造混交林。对现有林分应开展林分质量改造，促进林下灌草层的生长，提高林带生物多样性。

参考文献

[1]张凯旋，凌焕然，达良俊.上海环城林带景观美学评价及优化策略[J].生态学报，2012，32（17）：5521-5531.

[2]夏均魁，郭荫槐.赴津考察情况及建设沈阳市环城林带初步设想[J].辽宁林业科技，1992（3）：55-57.

[3]张凯旋，商侃侃，达良俊.上海环城林带不同植物群落土壤质量综合评价[J].南京林业大学学报（自然科學版），2015（3）：71-77.

[4]王玮璐.北京城市绿化林带降噪效果的四季变化研究[D].北京：北京林业大学，2012.

[5]彭楚才，佃袁勇，周志翔，等.武汉环城林带质量评价及影响因素分析[J]，林业资源管理，2019（6）：75-83，131.

[6]常二梅.保定市环城林带群落结构与生态功能研究[D].保定：河北农业大学，2009.

[7]胡婷.基于1 hm2样地的上海环城绿带群落结构特征研究[D].长沙：中南林业科技大学，2017.

（责任编辑：唐 岚）