山西太原市综合公园植物多样性研究

吕硕 王美仙 李擘 董丽

多样性的植物种类是组成整个城市生态系统的基础，保护植物多样性是城市生物多样性保护的重点，同时植物多样性也是中国国家生态园林城市评价的重要指标。公园绿地是城市绿地的重要组成部分，已有学者对海口[1-2]、武汉[3-5]、广州[6]、郑州[7-8]、杭州[9]、上海[10]、青岛[11]、北京[12]开展公园绿地的植物多样性研究，为这些城市进行植物多样性保护奠定基础。一些其他国家也开展相似研究，如美国纽约城市公园[13]、美国亚利桑那—凤凰城中心区域的城市公园[14]8788-8792、印度班加罗尔的城市公园[15]、波兰南部的Dąbrowski盆地的城市公园[16]等，建立植物多样性基础数据，为后期植物多样性的提升提供依据。

近年来，太原市重视植物多样性的摸底和保护工作，积极准备申报国家生态园林城市。在分析太原市综合公园的植物种类组成和植物多样性评价的基础上，为太原市植物多样性保护以及公园绿地建设提供参考。

1 太原市公园绿地现状和研究区的选择

1.1 太原市公园绿地现状

太原市位于山西省中部，东、西、北三面环山，中、南部为河谷平原，平均海拔约800 m，属暖温带大陆性季风气候。主要分为迎泽区、杏花岭区、晋源区、尖草坪区、万柏林区、小店区。据统计，目前公园绿地有450个，总面积为3 930.4 hm2。其中综合公园36个，面积为3 033.9 hm2。综合公园的数量较少，但面积较大，占全部公园绿地面积的77%（表1）。因此，对太原市综合公园进行植物多样性研究，具有代表性和实际意义。

1.2 研究区的选择

公园选择覆盖太原市各行政区以及不同建设时期，综合考虑植物种类丰富和植物景观较好的公园，最终选取综合公园17个。其中迎泽区2个、杏花岭区3个、晋源区3个、尖草坪区3个、万柏林区4个、小店区1个以及归属市城建委的1个（表2）。

1.3 调研方法

2017年4—8月，根据各个公园的面积大小及植物种植现状，每隔50～200 m布点，根据现场实际情况，对于植物种类较为相似的相邻样方或实际场地中植物物种很少的样方位置进行调整，保证样方的均匀布设。最终得到样方227个，样方大小为10 m×10 m。乔木记录名称、株数、高度、冠幅、胸径、生长状况等；灌木记录名称、株数、高度、冠幅、绿篱密度、生长状况等；草本记录名称、应用面积、高度、冠幅、生长状况等。

木本植物种类相对稳定，对植物多样性和景观持续性贡献较大，而草本植物特别是一、二年生种类的季节性变化较大，因此，除了植物丰富度以外，重要值、均匀度、多样性指数只对木本植物进行统计。

2 太原市综合公园的植物组成与数量特征分析

2.1 植物组成分析

经调研分析，太原市综合公园中应用的植物隶属于78科164属285种（含34品种），包含栽培种与野生种。其中，乔木105种，灌木74种，草本93种，藤本12种，竹类1种。常绿树种27种，落叶树种160种。主要为蔷薇科（18属54种）、木犀科（6属17种）、菊科（13属16种）、蝶形花科（7属15种）、禾本科（11属14种）等（表3）。

2.2 植物应用重要值分析

重要值是指植物群落中每一树种的相对重要程度，是综合衡量物种在群落中地位和作用的有效指标。计算方法为：

相对重要值=相对频度+相对显著度+相对多度

其中，相对频度= （某个种的频度/同一生活型全部种的总频度）×100%；相对显著度=（某个种的断面积/同一生活型全部种的总断面积）×100%；相对多度=（某个种的株数/同一生活型全部种的总株数）×100%。

根据Raunkiaer的重要值5级划分标准，1%～20%为A级，21%～40%为B级，41%～60%为C级，61%～80%为D级，81%～100%为E级。结果表明，太原市综合公园重要值为A级的植物种类有124种，B级的植物种类有6种，C级的植物种类有1种，没有D级、E级出现（表4）。C级为大叶黄杨1种，说明大叶黄杨在太原综合公园中应用非常广泛，多以绿篱、树球形式出现。B级中的6种木本植物包含3种乔木和3种灌木，多为乡土树种。A级中重要值为10%以上的植物有绦柳、紫丁香、油松、丝棉木、旱柳等，说明太原市公园绿地重视乡土植物应用，体现植物景观的地域特色。

2.3 植物种类分析

经调研发现，植物种类最多的综合公园是汾河公园，为145种；植物种类最少的综合公园是南海子公园及义井公园，为51种。在太原市综合公园中，具有悠长历史的晋祠公园以及新建的汾河公园和玉门河公园植物种类明显多于其他公园（表5）。说明历史悠久、知名度高的公园植物种类更多。另外，近年来太原市对于新建公园的投入力度较大，植物种类应用以及设计水平更高，因此新建公园绿地的植物种类更为丰富。

表1 太原市公园绿地统计Tab.1 Statistics of Taiyuan park green space

3 太原市综合公园的植物多样性特征分析

3.1 植物丰富度指数分析

物种丰富度指数反映了园林绿地中园林植物的丰富程度。采用Margalef物种丰富度指数Dma，公式如下：

式中，S为所有物种数，N为个体总数。

结果表明，太原市综合公园的植物丰富度指数为26.42，其中乔木10.14，灌木7.12，草本8.97，即乔木层＞草本层＞灌木层，说明乔木应用更为丰富。

太原市综合公园中，乔木层丰富度最高的是汾河公园（6.40），最低的是迎泽公园（4.09）；灌木层丰富度最高的是汾河公园（1.34），最低的是渣山公园（0.28）；草本层丰富度最高的是汾河公园（5.53），最低的是渣山公园（0.56）（图1）。因此，对于植物丰富度较高的公园，进行植物多样性保护和适当提升。对于植物丰富度较低的公园，应有针对性地提升公园的植物景观层次和植物多样性。

3.2 木本植物多样性指数分析

多样性指数是以各个种的相对多度来反映群落的物种多样性。采用Shannon-Wiener多样性指数Hp，公式如下：

式中，Pi=Ni/N，Ni为第i种物种个体数，N为个体总数。

表2 研究区的17个综合公园详情Tab.2 Details of 17 multi-functional parks in the study area

表3 太原市综合公园植物优势科中的属、种数量Tab.3 The number of genus and species of dominant plant families of Taiyuan multi-functional parks

表4 太原市综合公园的部分木本植物相对重要值Tab.4 Relative importance values of some woody plants in Taiyuan multi-functional parks

表5 太原市综合公园的植物组成Tab.5 Plant composition of Taiyuan multi-functional parks

结果表明，太原市综合公园的木本植物多样性指数为3.13，其中乔木为3.21，灌木为2.41，乔木层＞灌木层。表明乔木层的植物多样性更为丰富，灌木层较为单一，乔木层的景观效果优于灌木层。

太原市不同综合公园绿地的Shannon-Wienner多样性指数差异较大（图2）。其中，乔木和灌木的多样性指数最高的都是汾河公园，分别为3.13、2.48。数值最低的都是映山湖公园，分别为1.18、0.06。可根据公园的植物多样性指数，有针对性地增加乔木、灌木的不同层次。

3.3 木本植物均匀度指数分析

均匀度指数是园林绿地中衡量植物分布均匀程度的指标。采用Pielou均匀度指数J，公式为J=H/lnS，式中H为Shannon-Wiener多样性指数，即Hp=-∑（PilnPi），S为物种数。Pielou均匀度指数反映的是植物群落多样性的均匀程度，数值高则说明植物分布均匀，植物多样性相对就低。

结果表明，太原市综合公园的木本植物均匀度指数为0.60，其中乔木为0.69，灌木为0.56，即乔木层＞灌木层。表示乔木在综合公园中的分布更为均匀，成线或成片种植；灌木应用则更为集中，作为局部点景种植。

各个公园的乔木层均匀度指数变化相对均衡（图3）。其中，乔木层均匀度数值最高的是国防文化广场（0.94），数值最低的是映山湖公园（0.73）；灌木层均匀度数值最高的是龙潭公园（0.87），数值最低的是长风商务区大平台景观绿化和映山湖公园（0.09）。

1 太原市综合公园的植物Margalef丰富度指数Plant Margalef richness index of Taiyuan multi-functional parks

2 太原市综合公园的木本植物Shannon-Wienner多样性指数Shannon-Wienner diversity index of woody plants in Taiyuan multi-functional parks

3 太原市综合公园的木本植物Pielou均匀度指数Pielou evenness index of woody plants in Taiyuan multi-functional parks

4 太原市17个综合公园的木本植物丰富度、均匀度、多样性比较Comparison of woody plant richness,evenness and diversity of 17 multi-functional parks in Taiyuan City

3.4 木本植物多样性综合评价

根据各公园木本植物的Marglef丰富度、Shannon-Wienner多样性和Pielou均匀度，综合评价木本植物的多样性水平，有利于各公园开展有针对性的植物多样性保护和提升工作。Marglef丰富度指数在各综合公园中差异显著，数值跨度较大（2.70～11.24）。其中，丰富度指数最高的是汾河公园（11.24），最低的是映山湖公园（2.70）。Shannon-Wienner多样性指数在各综合公园中差异较小。其中，多样性指数最高的是玉门河公园（3.34），最低的是映山湖公园（1.19）（图4）。Pielou均匀度指数在各综合公园中总体数量变化较为均衡。其中，均匀度指数最高的是国防文化广场（0.91），最低的是映山湖公园（0.45）。均匀度较高的公园，说明植物种类较单一，植物景观不够丰富。

综合以上3项指标，分析得出木本植物多样性总体评价较高的公园为汾河公园、玉门河公园和晋祠公园；较低的为映山湖公园、长风商务区大平台景观绿化、南海子公园。

4 结论与讨论

太原市综合公园中应用植物种类共78科164属285种（含34品种），其中，乔木105种、灌木74种、草本93种、藤本12种、竹类1种。赵娟娟等[17]调查了北京五环内的53处公园，共记录植物种类96科283属492种，其中，乔木122种，灌木101种，草本255种，藤本14种。其认为乔木、灌木植物种类的丰富度不高，但草本植物种类丰富，与重视引种和保护草本层有关。可以看出，太原市综合公园与北京城市公园的植物多样性存在差距，尤其在灌木和草本植物种类上差距较大。可重点提升灌木及多年生草本植物种类的应用。太原市综合公园的植物应用中，重要值较高的多为乡土植物，说明太原市综合公园重视乡土植物应用，后期可在继续加强乡土植物应用的基础上，提升彩叶植物、观花观叶植物等新优植物的应用。

在植物丰富度指数上，面积大于10 hm2的综合公园为9左右；面积小于10 hm2的公园为4左右。植物丰富度的大小，可能与面积大小及建设投入有一定关系。太原市所有综合公园的植物丰富度为乔木层＞草本层＞灌木层，与缴丽莉等[18]对石家庄市公园绿地的植物丰富度分析结果显示乔木丰富度最高这一研究结果一致。可以推断，在公园植物景观设计中，乔木类更易于起到结构和骨架作用，更易于展现整体的景观效果，设计师往往重视乔木植物的应用，而对于精细化的灌木和草本植物应用还不够。从植物多样性指数来看，灌木层数值较低，说明灌木应用较匮乏，应进一步发挥灌木层在植物群落中的空间围合作用，增加中下层植物的多样性。与欧阳子珞等[19]对西安三环内公园的植物多样性分析结果显示西安的灌木树种应用较单一这一研究结果一致。通过与相似纬度区域的北京、石家庄、西安等城市公园的植物多样性比较可看出，乔木种类应用更多样化，但灌木和草本种类的应用都有待提高。

城市公园的植物多样性的形成原因和影响因素很多，目前国内外有突变选择、生态位竞争假说、干扰假说，竞争平衡理论[20]等解释生物多样性的形成机制。首先，太原市城市公园的植物多样性受地理和自然因子影响。刘世荣[21]指出气温、水分因子、海拔及其时空变化对植物多样性的影响很大，地理和气候因子在很大程度上决定了太原市现有的植物种类构成。Satersdal等[22]研究了气候变化对某一地区植物物种丰富度的影响。庄伟等[23]研究了采用生态恢复设计手段保护植物多样性。因此，植物多样性保护首先要对城市及区域尺度环境加以保护，避免极端天气对植物多样性的破坏。在此基础上，选择适应当地自然条件的植物种类，保证植物多样性。其次，城市公园的植物多样性在建设初期主要受设计理念和投入成本的影响较大。如太原市新建的汾河公园、玉门河公园等结合河道治理和公园绿化，对植物多样性以及植物景观营建的要求更高。Hope等[14]8788发现植物的多样性存在“奢华效应”，即植物物种的多样性与建设投入成正比。因此，合理布局城市绿地，提高城市公园中植物的定居能力，进行合理的建设投入，营造稳定持续的植物群落非常重要。最后，城市公园的植物多样性在建设完成后受到景观更新和养护管理的影响较大。在自然条件下，树种多样性随土壤肥力的增加而增加，但人工施肥的影响却不尽相同，施用N肥降低北美草原的植物多样性[24]，土壤Ca水平显著影响草本植物多样性[25]。因此，保护植物赖以生存的土壤，对木本植物进行科学合理的养护，对栽培种类进行适时更新，对野生种类进行合理保护，以保证城市公园绿地中植物多样性的可持续发展。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

文中图表均由作者自绘。