不同地理尺度下中国城市绿化树种多样性的均质化特征

靳程 胡四维 胡远东 杨永川

当今，城市容纳了世界1/2以上的人口，是人类主要聚居区域[1]。城市生态系统与人类休戚相关。城市绿化作为城市生态系统的重要组成部分，备受关注。大量研究发现，在快速城市化背景下城市绿化存在诸多问题，绿化树种均质化现象就是其中之一[2-4]。生物均质化常被视为生物多样性丧失的指标，而绿化树种均质化即不同地区城市绿化树种组成越来越相似，共有树种分布广泛，压缩了地方特有树种的分布，因此绿化树种均质化不利于保护和提升城市生物多样性[2]。造成此均质化现象的原因多样，有研究表明人们对树种某些特性（如生长快速、易于繁殖、观赏性良好和外来热带起源等）的偏好可能是主要原因[5-8]。也有研究表明，城市绿化树种均质化现象具有地理尺度效应，与外来树种的存在与否无关[9]。这2种原因截然不同，其对应的解决措施也必然不同。因此，在快速城市化导致城市生物多样性降低、城市生物均质化进程加快的背景下，探究不同地理尺度下城市绿化树种均质化特征及其成因至关重要，能够为建设更具生态效益的绿色基础设施提供支撑。

近些年，中国城市化进程快速推进，全国城市建成区面积逐年增加[10]。此外，随着中国在全球贸易中的地位愈加重要，物种引入的速度也相应加快[11-12]。据有关研究预测，未来几十年，中国的外来树种数量将迅速增加，这可能导致中国城市绿化树种组成快速变化[13-14]。因此，中国为研究快速城市化背景下不同地理尺度城市绿化树种均质化特征及成因提供了绝佳的研究区域。

中国城市绿化树种均质化问题，近些年已经获得了较多关注，研究尺度涉及全国尺度[15-16]、流域尺度[7,17]和局部尺度[18-19]。其中，Qian等[7]和Jin等[17]以长江流域11个主要城市的城市绿化树种为研究对象，证实了长江流域城市绿化树种均质化程度较高，且主要由国外树种（在中国境内无自然分布的树种）和栽培树种（起源于人工栽培的树种）贡献。徐志虎等[18]以苏浙沪三省主要城市的居住区绿化植物为研究对象，探讨了社区、城市和省份3个尺度上居住区绿化植物均质化特征，由于该研究整体地理尺度较小，各省份间乡土植物（在本省有自然分布的植物）组成相似，反而增加了省间均质化程度。目前，尚未有研究关注中国全国尺度城市绿化树种均质化程度和特征，不同地理尺度下城市绿化树种均质化现象由哪类树种主导，也待进一步论证。

本研究以中国36个主要城市的绿化树种为研究对象，将绿化树种按地理来源划分为不同类型，在全国尺度和气候带尺度下探究不同类型绿化树种组成相似性，并进行对比，以揭示中国城市绿化树种均质化的整体格局，并探明在不同地理尺度下主导城市绿化均质化现象树种类型。本研究能够为减缓中国城市绿化树种均质化现象并维持城市生物多样性提供理论基础，也能为风景园林相关从业人员全面认识中国城市绿化树种均质化现象提供一定帮助。

1 材料与方法

1.1 研究区域

本研究区域涵盖全国36个主要城市，分别为各地省会、直辖市及计划单列市。参照《中国气候》划分研究城市的气候带[20]，其中海口属于边缘热带（marginal tropical zone,MTs）；澳门、福州、广州、南宁、厦门和深圳属于南亚热带（southern subtropical zone,SS）；长沙、成都、重庆、贵阳、昆明和南昌属于中亚热带（middle subtropical zone, MS）；杭州、合肥、南京、宁波、上海和武汉属于北亚热带（northern subtropical zone, NS）；北京、大连、青岛、沈阳、石家庄、太原、天津、西安和郑州属于暖温带（warm temperate zone, WT）；长春、哈尔滨、呼和浩特、兰州、乌鲁木齐和银川属于中温带（middle temperate zone, MT）；拉萨和西宁属于高原温带（plateau temperate zone, PT）。由于边缘热带和高原温带分别仅包含1～2个城市，所以分别将之并入南亚热带和中温带进行分析。

1.2 研究方法

本研究采用文献调查法对全国36个主要城市的绿化树种名录进行整合，根据树种地理来源将绿化树种划分为不同类型；采用Jaccard相似性指数表征城市间各类型绿化树种组成的相似性，之后分别在全国和气候带尺度下比较各类型树种的均质化程度（图1）。

1 本研究技术路线Technology roadmap of this research

1.2.1 数据来源

采用文献调查法进行数据整合，以“城市名+关键词”组合的方式于中国知网（CNKI，cnki.net）、万 方 数 据（wanfangdata.com.cn）、Web of Science（webofknowledge.com）和Google Scholar（scholar.google.com）进行检索，获取相关文献，提取各城市绿化树种名录。关键词设置为“城市绿化”“公园绿化”“道路绿化”“居住区绿化”“小区绿化”“校园绿化”“园林绿化”“园林景观”和“植被调查”等（在Web of Science和Google Scholar检索时使用各关键词对应英文检索相关英文文献）[7,17]。在文献筛选过程中，仅采用包含实地调查数据的文献以确保获取数据的准确性，此外，还去除了非典型的城市绿化类型，如植物园和温室花园等。

1.2.2 树种基本信息

树种中文名、拉丁名、科、属、生活型和地理来源等信息以《中国植物志》英文修订版（Flora of China, www.iplant.cn/foc）为准。其中，在本省有自然分布的树种为该省城市的乡土树种；在本省无自然分布但在中国境内有自然分布的树种为该省城市的省外树种；在中国境内无自然分布的树种为国外树种；起源于人工栽培的树种为栽培树种。此外，乡土树种和省外树种统称国内树种。

1.2.3 统计分析

计算各城市4类绿化树种比例，采用秩和检验和多重比较分析方法（Dunn’s Kruskal-Wallis Multiple Comparisons, DunnTest），分 别在全国和气候带尺度下比较各类型绿化树种比例。

采用Jaccard相似性指数（J）表征城市间绿化树种组成相似性，如公式（1）：

其中：a是两城市共有的树种数；b和c分别是每个城市特有的树种数；J值介于0～1之间，J值越高表示2个城市间绿化树种组成相似性越高。

按不同类型绿化树种（乡土树种、省外树种、国外树种和栽培树种），分别计算全国尺度及气候带尺度下各城市间的J值。为明晰全国尺度下城市绿化树种均质化现象的主要贡献者，本研究使用广义相加模型（Generalized additive models, GAMs）拟合全国尺度下各城市间不同类型绿化树种J值与地理距离间的关系（J值与地理距离间的关系用于指示城市间绿化树种组成相似性的距离衰减效应），并使用DunnTest比较全国尺度下各城市间不同类型绿化树种J值[7]。为探究气候带尺度下城市绿化树种均质化现象的主要贡献者，使用DunnTest分别比较各气候带内不同类型绿化树种J值，及各气候带间相同类型绿化树种J值。所有分析和绘图在R语言（版本4.0.3）中完成。

2 结果

2.1 绿化树种组成概况

本研究在中国36个主要城市中共记录绿化树种1 765种（包含变种、变型等），隶属124科586属。树种最多的科为蔷薇科，含204种；树种最多的属为松属和榕属，均含33种（表1）。出现频次较高的树种为垂柳、月季花、圆柏、侧柏、龙柏、紫叶李和玉兰等；出现频次前20位的树种中绝大多数为国内树种（15种），其次为栽培树种（5种），极少为国外树种（1种，表2）。

表1 中国36个主要城市绿化树种数最多的前10个科与属Tab. 1 Number of tree species in the top 10 families and genera of landscape woody plants in China’s 36 major cities

表2 中国36个主要城市的城市绿化树种中出现频次排行前20的树种Tab. 2 The top 20 commonly used tree species of landscape woody plants in China’s 36 major cities

2.2 绿化树种来源

中国36个主要城市的绿化树种中，乡土树种比例最高，其次为省外树种和国外树种，栽培树种比例最低（图2-1）。

对各气候带内各类型树种比例的比较发现：南亚热带城市绿化中以乡土树种和国外树种比例最高，其次为省外树种和栽培树种；中亚热带、北亚热带、暖温带和中温带城市绿化中均以乡土树种和省外树种比例最高，其次为国外树种和栽培树种（图2-2）。

比较各气候带间同类型树种比例发现：各气候带城市绿化中乡土树种比例相差无几，但以中亚热带最高；省外树种和栽培树种比例由南向北呈递增趋势，以温带最高；与省外树种和栽培树种相反，国外树种比例由南向北呈递减趋势，以南亚热带最高（图2-2）。

2 全国（2-1）和气候带（2-2）尺度下各类型绿化树种比例The proportion of each type of landscape woody plants species under national (2-1) and climatic (2-2) scales

2.3 树种组成的相似性特征

2.3.1 全国尺度

在全国尺度下，各类型绿化树种J值均呈现沿地理距离增加而减少的趋势，这表明中国城市绿化树种组成相似性呈现随地理距离衰减的特征。此外，值得一提的是，省外树种与乡土树种J值曲线在地理距离阈值小于1 300 km时，以乡土树种较高，在阈值超过1 300 km后，以省外树种较高，且省外树种J值曲线逐渐与国外树种重叠（图3-1）。

3 全国尺度下各类型绿化树种J值Jaccard similarity index values of each type of landscape woody plants species under the national scale3-1 全国尺度下各类型绿化树种J值与城市地理距离间关系Jaccard similarity index values expressing similarity in the composition of each type of landscape woody plants species plotted against geographical distance3-2 全国尺度下各类型绿化树种J值比较The comparison of Jaccard similarity index among different types of landscape woody plants species

全国36个主要城市的绿化树种中以栽培树种J值最高，其次为国外树种，乡土树种和省外树种J值较低（图3-2）。这表明，在全国尺度下，城市绿化树种均质化现象主要由栽培树种和国外树种主导。

2.3.2 气候带尺度

在气候带尺度下，北亚热带城市绿化树种组成相似性显著高于其他气候带，中亚热带和暖温带次之，南亚热带和中温带城市绿化树种组成相似性最低（图4-1）。

在各气候带，不同类型绿化树种组成相似性有较大差异。国外和栽培树种组成相似性在各气候带都维持在较高水平。而部分气候带中，乡土和省外树种组成相似性同样较高，如暖温带的乡土树种和北亚热带的省外树种（图4-2）。

4 气候带尺度下各类型绿化树种J值Jaccard similarity index values expressing similarity in the composition of each type of landscape woody plants species under the climatic scales4-1 不同气候带J值比较The comparison of Jaccard similarity indices for landscape woody plants species among different climate zones4-2 气候带尺度下各类型绿化树种J值比较The comparison of Jaccard similarity index for each type of landscape woody plants species under climatic scales

3 讨论

3.1 全国尺度城市绿化树种均质化特征

全国尺度下，城市绿化树种均质化呈现随地理距离增加而衰减的特征，且栽培树种和国外树种加剧了城市绿化树种均质化程度（图3）。与Yang等[9]的研究不同，在本研究的全国尺度下，城市绿化树种均质化特征虽也呈现出地理尺度效应，但对比各类型绿化树种组成相似性，发现栽培树种组成相似性显著高于其他3类树种，而国外树种组成相似性也显著高于乡土树种与省外树种，因此全国尺度下栽培树种和国外树种均会加剧城市绿化树种均质化程度，以栽培树种为甚，此结果与Jin等[17]相同。然而，目前大多研究在探究城市绿化树种均质化问题时，往往着重强调外来树种[5,9,21]，对栽培树种的关注较少，这可能是因为栽培树种在城市绿化中总体比例较低，所以未引起重视（图2-1）。但是，本研究发现栽培树种与国外树种比例在多个气候带中无显著差异，尤其是在温带地区（图2-2）。因此，在探究城市绿化树种均质化问题时，栽培树种也应该得到足够的关注。

全国尺度下乡土与省外树种组成相似性虽然均较低，但在不同地理距离上具有不同表现（图3-1）。在地理距离阈值小于1 300 km时，乡土树种组成相似性高于省外树种，这可能是因为在地理距离较小时，城市间乡土树种库较为相似，导致城市绿化中乡土树种组成相似性较高，这与徐志虎等[18]的结论吻合。在地理距离阈值超过1 300 km后，省外树种组成相似性高于乡土树种，且其J值曲线逐渐与国外树种重叠（图3-1），这说明与国外树种相似，部分省外树种在中国跨地区跨气候带共享[2,6,17,22]。因此，在尺度较大时，乡土树种确实能减缓城市绿化树种均质化现象，而某些广泛使用的省外树种可能会加剧城市绿化树种均质化现象。

综上，在全国尺度下，探究城市绿化树种均质化问题时，不仅应着重注意国外树种的影响，栽培树种甚至部分广泛使用的省外树种都应引起重视。

3.2 气候带尺度城市绿化树种均质化特征

气候带尺度下，城市绿化树种均质化程度以北亚热带为中心分别向南北降低（图4）。其中北亚热带城市绿化树种组成相似性相对较高（图4-1），这可能是因为地理尺度效应[9]。在5个气候带中，北亚热带城市分布最为集中，两两间地理距离较短，导致其树种组成相似性偏高。同样的，中温带城市绿化树种组成相似性相对较低（图4-1），也是因为该气候带内城市分布较分散，两两间距离较长，各城市自然环境物种库间存在差异，且绿化树种交易流通不便捷，因而导致其树种组成相似性偏低。此外，南亚热带城市绿化树种组成相似性相对较低（图4-1），可能是因为南亚热带环境条件（降水与温度）较好，适宜植物生存[23]，使其城市绿化植物物种库较大，可供选择的绿化树种较多；且该地区本身生物多样性丰富，也可为城市绿化提供更多的选择[24]。

气候带尺度下，乡土树种与省外树种对城市绿化树种均质化现象也有一定贡献。气候带尺度下，栽培和国外树种组成相似性还是较高，不过部分气候带中乡土与省外树种组成相似性也较高，甚至与栽培树种或国外树种无显著差异（图4-2）。如暖温带乡土树种组成相似性与栽培树种和国外树种均无显著差异；北亚热带乡土树种组成相似性与栽培树种无显著差异；南亚热带省外树种组成相似性与栽培树种无显著差异（图4-2）。这些结果说明，气候带尺度下，目前城市绿化树种库中的乡土树种与省外树种同样也对城市绿化树种均质化现象有一定贡献。因此，在气候带尺度下探讨城市绿化树种均质化问题时，乡土树种和省外树种也应被纳入考虑，以全面理解城市绿化树种均质化现象，为后续解决措施的制定提供更全面的数据支撑。

3.3 人类应用偏好与地理尺度效应

本研究结果发现城市绿化树种均质化现象虽具有地理尺度效应，但对比不同类型绿化树种组成相似性，发现国外树种与栽培树种对城市绿化树种均质化贡献较大，甚至在气候带尺度下，乡土树种与省外树种对城市绿化树种均质化也有一定贡献。这说明，不管是国外树种、栽培树种，还是乡土树种与省外树种，在人类应用偏好的选择下[6,8]均呈现均质化趋势，只是程度不同。同时，城市绿化中出现频次排行前20的树种大多是国内树种，这在一定程度上也体现出乡土树种和省外树种对城市绿化树种均质化现象的贡献（表2）。然而，目前关于城市绿化树种均质化的研究大多着重关注国外树种的影响[5,9,21]，乡土树种、省外树种及栽培树种对城市绿化树种均质化的贡献较少被提及。此外，已有研究指出国内引种对外来物种积累模式有巨大影响，特别是对中国这样的大型国家而言[25]，所以省外树种作为国内的“外来树种”也应受到与国外树种相同的重视。

4 结语

在探讨城市绿化树种均质化问题时，按照绿化树种类型在不同地理尺度分别进行讨论，有助于全面认识中国城市绿化树种组成的均质化格局。本研究发现不论在全国尺度还是气候带尺度，城市绿化树种均质化现象均由国外树种和栽培树种主导。然而，本研究也有证据表明部分广泛使用的乡土树种和省外树种也对城市绿化树种均质化现象有一定贡献。综上，目前中国城市绿化树种组成均质化问题严重，为城市生物多样性的保护和提升带来新的挑战。

已有研究表明，人类应用偏好是造成城市绿化树种均质化的内在原因[5-8]。基于人类应用偏好形成的城市绿化树种库必然是局限的[6,17,26]，为根本解决城市绿化树种均质化问题，维持和提升城市生物多样性，需要整个园林行业及社会的配合，从苗圃产业、园林景观设计人员到公众均应做出改变[27]。苗圃产业应将部分精力用于培育地方特有树种；而园林景观设计人员应更多地使用地方特有树种，打造“近自然”城市景观，以此与苗圃形成合力，进而形成良性循环[7,28-29]。公众也应接受更多的自然科普教育，更多地与本土自然接触以加强与本土自然的联系，从而提高对乡土树种尤其是地方特有树种的认可度[4,29-32]。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

图1～4由作者绘制；表1、2由作者绘制。